تقنية DCI في عصر الحوسبة السحابية

في السنوات الأخيرة ، بفضل دعم الحوسبة السحابية ، ظهرت تقنيات مثل الذكاء الاصطناعي والواقع الافتراضي / الواقع المعزز وإنترنت الأشياء مثل الفطر. الحوسبة السحابية عبارة عن منصة حوسبة موزعة على نطاق واسع تتكون من ملايين الخوادم الموزعة في مراكز البيانات حول العالم والمتصلة ببعضها البعض من خلال الشبكات. اليوم ، لم يعد مركز البيانات غرفة كمبيوتر معزولة ، بل مجمع مباني. يمكن أن يحتوي مركز البيانات على العديد من فروع مراكز البيانات ، والتي تقع في أماكن مختلفة ولكن يمكن ربطها ببعضها البعض من خلال الشبكة لإكمال نشر الأعمال المقابل بشكل مشترك.

الارتباط لتحقيق الترابط بين مراكز البيانات هذه هو تقنية الترابط بين مراكز البيانات (يشار إليها فيما يلي باسم تقنية DCI)

شبكة DCI: الرابط لتحقيق الترابط من بين مراكز البيانات 

وفقًا لتقرير مؤشر السحابة الصادر عن شركة Cisco ، حافظ النطاق الترددي للترابط بين مراكز البيانات على معدل نمو سنوي يقارب 33٪ في السنوات الخمس الماضية ، ووصل عرض النطاق الترددي للتوصيل البيني إلى 100 تيرا بايت / ثانية.

Figure1  سنوي اتجاهات نمو حركة المرور in مركز البيانات الذي نشرته شركة سيسكو

عندما يتم توصيل العديد من مراكز البيانات بواسطة الألياف الضوئية ، ويتم استخدام تقنية الاتصال البصري لنقل المعلومات ، يتم تشكيل شبكة ربط مركز البيانات (شبكة DCI).

Sخصائص ome واضحة منانه شبكة DCI:

• طوبولوجيا الشبكة هي أساسًا شبكات بسيطة من نقطة إلى نقطة ، مع تعقيد منخفض ؛
• مسافة الاتصال البيني بين مراكز بيانات المترو قصيرة ، كما أن خفض تكلفة نقل الوحدات أمر جذاب للغاية لمراكز البيانات ؛
• يركز أكثر على تأخير الشبكة. يمكن أن يؤدي التأخير في المعدات الصغيرة إلى تقليل صعوبة اختيار موقع مركز البيانات ؛
• النوع الرئيسي لخدمة التوصيل البيني هو خدمة 100G Ethernet ، مع تعقيد منخفض لمعدات الطبقة الكهربائية ؛
• إلى جانب النمو السريع لحركة المرور ، أصبحت المعدات المعيارية والشبكات المرنة والقابلة للتطوير أكثر شيوعًا ؛
• متطلبات الأجهزة الخاصة ، مثل استيعابها في خزانة الخادم ، وتحقيق منافذ الهواء الأمامية والخلفية ، ومصدر طاقة تيار مستمر عالي الجهد.

ظهرت تقنية DCI من أجل بناء وصيانة شبكة الترابط بين مراكز البيانات بشكل أفضل والتكيف مع حركة المرور المتزايدة بسرعة بين مراكز البيانات.

من أ مغلق الصندوق الأسود لفتح الفصل

في نظام تشغيل الشبكة السابق ، قدمت الشركات المصنعة للأنظمة مجموعة كاملة من الحلول ، بما في ذلك تركيب المعدات ، وتصحيح أخطاء النظام ، ودعم التشغيل والصيانة. النظام بأكمله مشابه للصندوق الأسود المغلق ، ولا تتوافق أجهزة وبرامج الشركات المصنعة المختلفة مع بعضها البعض.

ثانيًا ، هناك قضية التكلفة. بالاستفادة من التطور المستمر لتقنية النقل البصري المتماسك ، زاد معدل الموجة الواحدة من 100 جيجابت / ثانية إلى 800 جيجابت / ثانية. نظرًا لأن التكلفة الرئيسية لمعدات الطبقة الكهربائية تأتي من الأجهزة البصرية ، فإن الزيادة في معدل الموجة المفردة تساعد على تقليل تكاليف الوحدة. ومع ذلك ، في السنوات العشر الماضية ، حافظ عدد قليل من مصنعي الأنظمة على ريادتهم للمنتجات ، مما يعني أنه إذا واصلت استخدام نظام مغلق لبناء الشبكة ، فلن تتمكن من الاستمتاع بمكاسب التطور التكنولوجي في المقام الأول.

الشكل 2 تطور معدل الموجة الواحدة وقدرة الألياف المفردة في الطبقة الكهربائية

بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن ربط برنامج إدارة الشبكة الخاصة في النظام المغلق بإدارة الموارد الحالية للمستخدم ، وإدارة السلطة ، وعملية البناء ، ونظام الصيانة الروتينية ، مما يجعل من الصعب تحسين مستوى الأتمتة الشاملة ، وبالتالي تقصير وقت تقديم الخدمة.

نقطة الاختراق الأولى من تقنية دي سي آي هو فتح النظام المغلق، مما يسمح للمستخدمين بتخصيص شبكتهم الخاصة، وتجنب الارتباط الحصري، وضمان أمن التوريد. اقترح فريق الشبكة الضوئية للبنية التحتية السحابية لشركة Alibaba مفهوم تقنية DCI المفتوحة والمنفصلة من خلال البحث وعمل مع شركاء الصناعة لتعزيز تكوين ونمو النظام البيئي لتكنولوجيا DCI، من خلال اختراق مفهوم النظام المغلق التقليدي.

يمكن اعتبار شبكة DCI على أنها مزيج من الأجهزة الأساسية وبرامج إدارة وتحكم الطبقة العليا. تنقسم الأجهزة إلى أجهزة الطبقة الضوئية وأجهزة الطبقة الكهربائية. أدوار الاثنين مماثلة لمرافق النقل الحضري. تشبه أجهزة الطبقة الضوئية الطرق ، وأجهزة الطبقة الكهربائية هي مركبات على الطريق. بالمقارنة مع التطور السريع لتكنولوجيا الطبقة الكهربائية ، تعمل معدات الطبقة الضوئية كبنية تحتية ، والتي يكون تطورها التكنولوجي بطيئًا نسبيًا. لذلك ، فإن الخطوة الأولى للفصل هي هنا - فصل الطرق والمركبات ، وفصل الطبقة الضوئية والطبقة الكهربائية. بعد ذلك ، ستأتي معدات الطبقة الضوئية ومعدات الطبقة الكهربائية من جهات تصنيع مختلفة ، وفي نفس الوقت ، يمكن أن يدعم "الطريق" المكون من مجموعة من معدات الطبقة الضوئية "المركبات" من مختلف مصنعي معدات الطبقة الكهربائية.

الشكل 3 يمكن للأشخاص قيادة أنواع مختلفة من المركبات من مختلف الصانعين على الطريق ، كما أن شبكة DCI المفتوحة والمنفصلة لديها قدرة مماثلة

من المهم أن توفر الأجهزة واجهة موحدة. مع تطوير الشبكات المعرفة بالبرمجيات ، تمت الموافقة على بروتوكول Netconf من قبل معظم مصنعي المعدات. انضم Alibaba أيضًا إلى منظمة OpenConfig في الأيام الأولى للمشاركة في تعريف نماذج البيانات المتعلقة بالشبكات الضوئية. استنادًا إلى بروتوكول Netconf ونموذج OpenConfig ، يمكن لمنصة البرامج السحابية لجهة خارجية الاتصال مباشرة بمعدات الشركات المصنعة للإدارة والتحكم ، مما يؤدي إلى تقليل ارتباط النظام تمامًا بالارتباطات أثناء الإدارة والتحكم ولديه مبادرة أفضل والمزيد من الحرية في الاستجابة لاحتياجات الوظائف الجديدة على مستوى الشبكة.

الشكل 4 شبكة DCI مفتوحة ومنفصلة

تدعم البنية المرنة قابلية تطوير الشبكة

بعد فتح النظام المغلق ، فإن الخطوة التالية هي اختيار الأجهزة المناسبة لبناء ملف شبكة DCI يمكن توسيعها بمرونة. لفترة طويلة من الزمن ، تدعم وحدتا تعدد الإرسال وإزالة تعدد الإرسال لأجهزة الطبقة الضوئية الفاصل الزمني للقناة الثابتة فقط. في الواقع ، مع استمرار زيادة معدل الموجة الواحدة ، يستمر أيضًا عرض الطيف الذي تتطلبه أجهزة الطبقة الكهربائية في الزيادة. لكي تكون متوافقة مع معدل الموجة الواحدة المتطور باستمرار ، يجب ترقية وحدة تعدد الإرسال وإزالة تعدد الإرسال إلى وحدة مرنة لتعدد الإرسال وإزالة تعدد الإرسال على أساس مفتاح انتقائي لطول الموجة (WSS).

الشكل 5 وحدة MUX و DEMUX المرنة وطيف شبكي مرن

في شبكة DCI واسعة النطاق ، يكون توزيع الخدمة أكثر تعقيدًا ، ويجب مراعاة بنية الشبكة المعشقة القائمة على معدد إضافة إسقاط بصري قابل لإعادة التكوين (ROADM). في المدن التي تكون فيها مراكز البيانات أكثر تشتتًا ، غالبًا ما تستخدم بنية النجوم. إذا لم يكن لدى المحطة الرئيسية قابلية اختراق الطبقة الضوئية ، فيجب تحويل حركة المرور بين المحطات الفضائية من ضوء إلى كهرباء إلى ضوء في المحطة الرئيسية ، مما لا يزيد التكلفة الإضافية فحسب ، بل يزيد أيضًا من تأخير الإرسال بين المحطات. عندما تكون المحطة الرئيسية عبارة عن ROADM ، يمكن أن تمر الخدمات بين المحطات الفضائية عبر المحطة الرئيسية مباشرة إلى الطرف المقابل ، ويمكن تكوين الطول الموجي والمسار المار من خلال برنامج إدارة الشبكة ، مما يقلل بشكل كبير من تشغيل العمالة وصيانتها تكاليف شبكة DCI وتحسين كفاءة تقديم الخدمة.

الشكل 6 التآزر بين شبكة IP وشبكة DCI التي تدعم ROADM

ملاحظة: تشير كلمة "محطة" في الشكل إلى "محطة ساتلية"

في سيناريو نقطة إلى نقطة ، تم إنشاء الطبقة الضوئية في اليوم الأول ، وبالتالي فهي مناسبة للفصل الكهروضوئي. في شبكة Mesh DCI ، مع الأخذ في الاعتبار زيادة المواقع اللاحقة وتوسيع نطاق الشبكة ، تحتاج الطبقة الضوئية إلى مزيد من الفصل. نوصي بفصل ROADM وفقًا للاتجاه المحدد ، والتأكد من أن الأجهزة الموجودة في قسم الإرسال المتعدد البصري (OMS) هي من نفس الشركة المصنعة. بهذه الطريقة ، يمكن تقسيم جزء الطبقة الضوئية في شبكة DCI بشكل فعال ، ويمكن تجنب تفاصيل الاتفاق المفرطة بين الأجهزة. في اليوم الأول من إنشاء الشبكة ، لا يوجد سوى اتصال بين الموقعين A و B ، وتأتي المعدات من المورد M. تتم إضافة موقع جديد C في اليوم التالي ، ثم يتم إنشاء الاتصال بين الموقع C والموقع B بواسطة المورد T1 ، والاتصال بين الموقع C والموقع A يتم بواسطة المورد T2. 

للتعامل مع مشكلة عدم القدرة على الاتصال بسبب الموصلات المختلفة لمعدات الشركات المصنعة المختلفة ، قمنا بتصميم صندوق توصيل ليفي عالمي يدعم بطاقات التوصيل المرنة ، والتي تتكون من لوحة الكترونية معززة متصلة بالكامل وقابس يتكيف مع الاتجاه. في البطاقة. يمكن أن تتوافق لوحات المحولات في كل اتجاه مع مواصفات الموصل الخاصة بالمصنعين ، و "تترجم" تسلسل خط الشركات المصنّعة إلى تسلسل خط مشترك. بهذه الطريقة ، يتم توصيل أي اتجاهين بشكل كامل من خلال صندوق توصيل الألياف العالمي. يدرك صندوق توصيل الألياف العالمي عدم تجانس الطبقة الضوئية بمهارة ويفتح باب الحرية لتوسيع شبكة DCI.

الشكل 7 رسم تخطيطي لخطة فصل ROADM غير المتجانسة والطبقة الضوئية بناءً على صندوق توصيل الألياف العالمي

ملحوظة: "الصندوق" في الشكل يشير إلى "صندوق اتصال الألياف العالمي"و"D" يشير إلى "اتجاه".

تعمل أتمتة التحكم على تحسين كفاءة الشبكة

بالمقارنة مع نظام الاتصال الرقمي IP ، لا يزال يتم الاحتفاظ بعدد كبير من الخصائص التناظرية في الشبكة الضوئية ، مثل كيفية ضبط الطاقة الضوئية ، وكيفية تكوين كسب وانحدار مكبر الصوت. لمواجهة هذه التحديات ، يلزم وجود أدوات تصميم شبكة بصرية مفتوحة يمكن أن يستخدمها طرف ثالث. من خلال استخلاص نموذج متعدد المستويات ، يتم وصف سلوك ووظائف معدات الشركات المصنعة المختلفة ، وتنعكس الاختلافات بين الشركات المصنعة في معلمات المواصفات الرئيسية للنموذج. بالاقتران مع بيانات طوبولوجيا الشبكات الفعلية وبيانات موارد الخدمة وغيرها من المعلومات ، يحل المخطط مشكلة التحسين الشامل ويمكنه حساب قيمة التكوين الهدف والحصول عليها على جميع الأجهزة وهامش الأداء في هذا الوقت.

عند إضافة الخدمات أو تحسين التكوينات في شبكة موجودة ، تحتاج إلى اختيار مسار الضبط من التكوين الحالي إلى التكوين الهدف بعناية مثل متسلق الصخور. نظرًا لتأثير عدم الخطية للمضخم البصري ، وعدم خطية الألياف Kerr ، وتأثيرات تشتت Raman المحفزة ، لا تحتاج قناة الخدمة المنظمة حاليًا إلى الاهتمام فحسب ، بل تحتاج أيضًا إلى مراقبة القنوات والقنوات المجاورة على أنظمة OMS ذات الصلة القريبة.

يتم إدخال وحدة فحص الحالة في الوقت الفعلي في المُكوِّن ، وبيانات أداء المعدات التي تم جمعها في الوقت الفعلي تمر عبر منطق فحص مخصص لتحديد ما إذا كان مسار الضبط الحالي ينطوي على مخاطر ويتم تحديثه باستمرار. من خلال القيام بذلك بشكل متكرر ، يمكن تحقيق هدف الضبط المحدد مسبقًا بأمان في النهاية.

الشكل 8 أدوات تصميم الشبكة الضوئية المفتوحة وعملية التكوين الآلي المتاحة للطرف الثالث

Dالتنمية و Cالهلوسة

أدى الظهور المستمر لخدمات الإنترنت والحوسبة السحابية المتطورة بسرعة إلى دفع شبكة DCI إلى الازدهار خلال العقد الماضي. تعد الأنظمة المفتوحة والمنفصلة ، والبنية البسيطة والمرنة ، وأتمتة البرامج هي الابتكارات الرئيسية لـ DCI. في المستقبل القريب ، ستستمر شبكات 5G وإنترنت الأشياء (IoT) والواقع المعزز (AR) والواقع الافتراضي (VR) والحوسبة السحابية في دفع النمو السريع لشبكات DCI. سيكون النظام البيئي المفتوح DCI أكثر ملاءمة لتطوير وإدخال تقنيات جديدة ، وتعزيز الابتكار التكنولوجي والازدهار الصناعي ، وتلبية احتياجات العملاء والأعمال بشكل أفضل ، ودفع الحوسبة السحابية في النهاية إلى مرحلة جديدة!