La technologie DCI à l'ère du cloud computing

Ces dernières années, grâce au soutien du cloud computing, des technologies telles que l'intelligence artificielle, la réalité virtuelle/augmentée et l'Internet des objets ont poussé comme des champignons. Le cloud computing est une plate-forme informatique distribuée à grande échelle composée de millions de serveurs répartis dans des centres de données à travers le monde connectés entre eux via un réseau. Aujourd'hui, le centre de données n'est plus une salle informatique isolée, mais un complexe de bâtiments. Un centre de données peut contenir de nombreuses succursales de centre de données, qui sont situées à différents endroits mais peuvent être interconnectées via le réseau pour compléter conjointement le déploiement commercial correspondant.

Le lien pour réaliser l'interconnexion entre ces centres de données est la technologie d'interconnexion entre les centres de données (ci-après dénommée technologie DCI)

Réseau DCI : Le lien pour réaliser l'interconnexion parmi les centres de données 

Selon le rapport sur l'indice cloud publié par Cisco, la bande passante d'interconnexion entre les centres de données a maintenu un taux de croissance annuel de près de 33 % au cours des cinq dernières années, et la bande passante d'interconnexion a atteint l'ordre de 100 Tb/s.

Figure1  Annuel tendances de croissance du trafic in centre de données publié par Cisco

Lorsque plusieurs centres de données sont connectés par des fibres optiques et que la technologie de communication optique est utilisée pour effectuer la transmission d'informations, un réseau d'interconnexion de centres de données (réseau DCI) est formé.

Squelques caractéristiques évidentes de tle réseau DCI:

• La topologie du réseau est principalement une mise en réseau point à point et simple, avec une faible complexité ;
• La distance d'interconnexion entre les centres de données métropolitains est courte et la réduction du coût unitaire de transmission est très attrayante pour les centres de données ;
• Se concentre davantage sur le retard du réseau. De petits retards d'équipement peuvent réduire la difficulté de sélection de l'emplacement du centre de données ;
• Le principal type de service d'interconnexion est le service Ethernet 100G, avec une faible complexité d'équipement de couche électrique ;
• Combinés à la croissance rapide du trafic, les équipements modulaires et les réseaux flexibles et évolutifs sont plus populaires ;
• Exigences matérielles particulières, telles que l'installation dans une armoire de serveur, la réalisation de sorties d'air avant et arrière et une alimentation CC haute tension.

La technologie DCI a vu le jour afin de mieux construire et entretenir le réseau d'interconnexion entre les centres de données et de s'adapter à l'augmentation rapide du trafic entre les centres de données.

Du un fermé boîte noire pour ouvrir le découplage

Dans l'ancien système d'exploitation du réseau, les fabricants de systèmes fournissaient un ensemble complet de solutions, y compris l'installation de l'équipement, le débogage du système et l'assistance à l'exploitation et à la maintenance. L'ensemble du système est similaire à une boîte noire fermée, et le matériel et les logiciels des différents fabricants ne sont pas compatibles les uns avec les autres.

Deuxièmement, il y a la question du coût. Bénéficiant de l'évolution continue de la technologie de transmission optique cohérente, le débit mono-onde est passé de 100Gb/s à 800Gb/s. Le coût principal des équipements de la couche électrique provenant des dispositifs optiques, l'augmentation du débit mono-onde est propice à la réduction des coûts unitaires. Cependant, au cours des 10 dernières années, peu de fabricants de systèmes ont conservé leur leadership en matière de produits, ce qui signifie que si vous continuez à utiliser un système fermé pour construire le réseau, vous ne pourrez pas profiter des dividendes du développement technologique en premier lieu.

Fig. 2 Evolution du débit mono-onde et de la capacité mono-fibre dans la couche électrique

De plus, le logiciel de gestion de réseau privé dans le système fermé ne peut pas être connecté à la gestion des ressources existante de l'utilisateur, à la gestion des autorités, au processus de construction et au système de maintenance de routine, ce qui rend difficile l'amélioration du niveau d'automatisation de bout en bout, ce qui raccourcir le temps de mise à disposition du service.

Le premier point de rupture de Technologie DCI est d'ouvrir le système fermé, permettant aux utilisateurs de personnaliser leur propre réseau, en évitant les liaisons exclusives et en garantissant la sécurité de l'approvisionnement. L'équipe du réseau optique d'Alibaba Cloud Infrastructure a proposé le concept de technologie DCI ouverte et découplée à travers la recherche et a travaillé avec des partenaires industriels pour promouvoir la formation et la croissance de l'écosystème technologique DCI, brisant le concept du système fermé traditionnel.

Le réseau DCI peut être considéré comme une combinaison de dispositifs matériels sous-jacents et de logiciels de gestion et de contrôle de couche supérieure. Les dispositifs sont divisés en dispositifs de couche optique et dispositifs de couche électrique. Les rôles des deux sont analogues aux installations de transport urbain. Les dispositifs à couche optique sont similaires aux routes et les dispositifs à couche électrique sont des véhicules sur la route. Par rapport à l'évolution rapide de la technologie de la couche électrique, l'équipement de la couche optique agit comme l'infrastructure, dont l'évolution technologique est relativement lente. Par conséquent, la première étape du découplage est ici : séparer les routes et les véhicules, et découpler la couche optique et la couche électrique. Après cela, l'équipement de couche optique et l'équipement de couche électrique proviendront de différents fabricants, et en même temps, la "route" composée d'un ensemble d'équipements de couche optique peut supporter des "véhicules" de différents fabricants d'équipements de couche électrique.

Fig.3 Les gens peuvent conduire différents types de véhicules de différents fabricants sur la route, et le réseau DCI ouvert et découplé a également une capacité similaire

Il est important que les appareils fournissent une interface unifiée. Avec le développement des réseaux définis par logiciel, le protocole Netconf a été accepté par la plupart des fabricants d'équipements. Alibaba a également rejoint l'organisation OpenConfig dans les premiers temps pour participer à la définition des modèles de données liés aux réseaux optiques. Basée sur le protocole Netconf et le modèle OpenConfig, une plate-forme logicielle cloud tierce peut se connecter directement aux équipements des fabricants pour la gestion et le contrôle, ce système complètement découplé réduit les liens pendant la gestion et le contrôle et a une meilleure initiative et plus de liberté dans répondre aux besoins de nouvelles fonctions au niveau du réseau.

Figure 4 Réseau DCI ouvert et découplé

L'architecture flexible prend en charge l'évolutivité du réseau

Après l'ouverture du système fermé, l'étape suivante consiste à choisir le matériel approprié pour construire un Réseau DCI qui peut être étendu de manière flexible. Pendant une longue période, les unités de multiplexage et de démultiplexage des dispositifs de couche optique ne prennent en charge qu'un intervalle de canal fixe. En fait, à mesure que le taux d'onde unique continue d'augmenter, la largeur de spectre requise par les dispositifs à couche électrique continue également d'augmenter. Afin d'être compatible avec le taux d'onde unique en constante évolution, l'unité de multiplexage et de démultiplexage à intervalle fixe doit être mise à niveau vers une unité de multiplexage et de démultiplexage flexible basée sur un commutateur sélectif de longueur d'onde (WSS).

Figure 5 Unité MUX et DEMUX flexible et spectre de grille flexible

Dans un réseau DCI à grande échelle, la distribution des services est plus complexe et l'architecture de réseau maillé basée sur le reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer (ROADM) doit être prise en compte. Dans les villes où les centres de données sont plus dispersés, une architecture en étoile est souvent utilisée. Si la station principale n'a pas la pénétrabilité de la couche optique, le trafic entre les stations satellites doit être converti de la lumière à l'électricité à la lumière à la station principale, ce qui non seulement augmente le coût supplémentaire, mais augmente également le délai de transmission entre les stations. Lorsque la station principale est un ROADM, les services entre les stations satellites peuvent traverser la station principale directement à l'extrémité opposée, et la longueur d'onde et l'itinéraire traversés peuvent être configurés via le logiciel de gestion de réseau, ce qui réduit considérablement le fonctionnement et la maintenance de la main-d'œuvre. coûts du réseau DCI et améliore l'efficacité de l'approvisionnement du service.

Figure 6 Synergie entre le réseau IP et le réseau DCI prenant en charge ROADM

Remarque : « station » dans la figure fait référence à « station satellite »

Dans le scénario point à point, la couche optique a été construite le premier jour et convient donc au découplage photoélectrique. Dans le réseau Mesh DCI, compte tenu de l'augmentation du nombre de sites ultérieurs et de l'expansion de l'échelle du réseau, la couche optique doit être davantage découplée. Nous vous recommandons de découpler le ROADM en fonction de la direction donnée et de vous assurer que les appareils de la section de multiplexage optique (OMS) proviennent du même fabricant. De cette manière, la partie de couche optique dans le réseau DCI peut être efficacement segmentée, et les détails d'accord excessifs entre les dispositifs peuvent être évités. Au premier jour de la construction du réseau, il n'y a qu'une connexion entre les sites A et B, et l'équipement provient du fournisseur M. Un nouveau site C est ajouté le lendemain, puis la connexion entre le site C et le site B est construite par le fournisseur T1, et la connexion entre le site C et le site A se fait par le fournisseur T2. 

Pour faire face au problème de l'impossibilité de communiquer en raison de différents connecteurs d'équipements de différents fabricants, nous avons conçu un boîtier de connexion fibre optique universel qui prend en charge les cartes enfichables flexibles, qui se compose d'un fond de panier entièrement connecté et d'un connecteur en carte. Les cartes d'adaptation dans chaque direction peuvent correspondre aux spécifications des connecteurs des fabricants et « traduire » la séquence de lignes des fabricants en une séquence de lignes commune. De cette façon, les deux directions sont entièrement connectées via le boîtier de connexion fibre universel. Le boitier universel de connexion fibre réalise habilement l'hétérogénéité de la couche optique et ouvre la porte de la liberté pour l'extension du réseau DCI.

Fig.7 Schéma de principe du ROADM hétérogène et du schéma de découplage de la couche optique basé sur le boîtier de connexion à fibre universel

Remarque: "la boîte » dans la figure fait référence à "Boîtier de connexion fibre universel »et"D » désigne "direction ».

L'automatisation des contrôles améliore l'efficacité du réseau

Par rapport au système de communication numérique IP, un grand nombre de propriétés analogiques sont toujours conservées dans le réseau optique, telles que la manière de régler la puissance optique et la manière de configurer le gain et la pente de l'amplificateur. Pour relever de tels défis, des outils de conception de réseaux optiques ouverts pouvant être utilisés par un tiers sont nécessaires. En faisant abstraction d'un modèle à plusieurs niveaux, le comportement et les fonctions des équipements de différents fabricants sont décrits, et les différences entre les fabricants sont reflétées dans les paramètres de spécification clés du modèle. Combiné avec les données de topologie réseau réelles, les données de ressources de service et d'autres informations, le planificateur résout le problème d'optimisation de bout en bout et peut calculer et obtenir la valeur de configuration cible sur tous les appareils et la marge de performance à ce moment.

Lors de l'ajout de services ou de l'optimisation de configurations dans un réseau existant, vous devez choisir le chemin d'ajustement de la configuration actuelle à la configuration cible avec autant de soin qu'un grimpeur. En raison de l'influence de la non-linéarité de l'amplificateur optique, de la non-linéarité Kerr de la fibre et des effets de diffusion Raman stimulée, non seulement le canal de service actuellement réglementé nécessite une attention, mais également les canaux adjacents et les canaux sur les OMS associés à proximité doivent être surveillés.

Une unité de contrôle d'état en temps réel est introduite dans le configurateur, et les données de performance de l'équipement collectées en temps réel passent par une logique de contrôle personnalisée pour déterminer si le chemin d'ajustement actuel présente des risques et est continuellement mis à jour. En procédant ainsi à plusieurs reprises, l'objectif de réglage prédéfini peut être atteint en toute sécurité à la fin.

Fig. 8 Outils de conception de réseau optique ouvert et processus de configuration automatisé disponibles pour le tiers

Ddéveloppement et Cdéfis

L'émergence continue des services Internet et l'évolution rapide de l'informatique en nuage ont propulsé le réseau DCI à prospérer au cours de la dernière décennie. Systèmes ouverts et découplés, architecture simple et flexible, automatisation logicielle sont les principales innovations de DCI. Dans un avenir proche, les réseaux 5G, l'Internet des objets (IoT), la réalité augmentée (AR) et la réalité virtuelle (VR) et le cloud computing en périphérie continueront de stimuler la croissance rapide des réseaux DCI. Un écosystème DCI ouvert sera plus propice au développement et à l'introduction de nouvelles technologies, favorisera l'innovation technologique et la prospérité industrielle, répondra mieux aux besoins des clients et des entreprises et propulsera finalement le cloud computing vers une nouvelle étape !