クラウドコンピューティング時代のDCIテクノロジー

近年、クラウドコンピューティングのサポートのおかげで、人工知能、仮想/拡張現実、モノのインターネットなどのテクノロジーがきのこのように生まれました。 クラウドコンピューティングは、ネットワークを介して相互に接続された世界中のデータセンターに分散された数百万台のサーバーで構成される大規模な分散コンピューティングプラットフォームです。 今日、データセンターはもはや孤立したコンピューター室ではなく、建物の複合体です。 データセンターには、さまざまな場所にある多くのデータセンターブランチを含めることができますが、ネットワークを介して相互接続して、対応するビジネス展開を共同で完了することができます。

これらのデータセンター間の相互接続を実現するためのリンクは、データセンター間の相互接続技術（以下、DCI技術といいます）です。

DCIネットワーク：相互接続を実現するためのリンク 間で データセンター 

シスコが発表したクラウドインデックスレポートによると、データセンター間の相互接続帯域幅は過去33年間で100％近くの年間成長率を維持しており、相互接続帯域幅はXNUMXTb/sのオーダーに達しています。

Figure1  毎年恒例の トラフィックの増加傾向 in シスコが発行するデータセンター

複数のデータセンターが光ファイバーで接続され、光通信技術を使用して情報伝送を行う場合、データセンター相互接続ネットワーク（DCIネットワーク）が形成されます。

Sいくつかの明らかな特徴 のDCIネットワーク:

• ネットワークトポロジは、主にポイントツーポイントでシンプルなネットワークであり、複雑さは低くなっています。
• メトロデータセンター間の相互接続距離は短く、ユニット伝送コストの削減はデータセンターにとって非常に魅力的です。
• ネットワーク遅延に重点を置きます。 機器の遅延が小さいと、データセンターの場所を選択する際の問題を軽減できます。
• 相互接続サービスの主なタイプは100Gイーサネットサービスであり、電気層機器の複雑さは低くなっています。
• トラフィックの急速な増加と相まって、モジュラー機器、および柔軟でスケーラブルなネットワーキングがより一般的になっています。
• サーバーキャビネットへの収容、前面および背面の空気出口の実現、高電圧DC電源など、特別なハードウェア要件。

DCIテクノロジーは、データセンター間の相互接続ネットワークをより適切に構築および維持し、データセンター間の急速に増加するトラフィックに適応するために誕生しました。

閉じた デカップリングを開くためのブラックボックス

これまでのネットワーク運用システムでは、システムメーカーは、機器の設置、システムのデバッグ、運用と保守のサポートなど、ソリューションの完全なセットを提供していました。 システム全体はクローズドブラックボックスに似ており、異なるメーカーのハードウェアとソフトウェアは相互に互換性がありません。

第二に、コストの問題があります。 コヒーレント光伝送技術の継続的な進化の恩恵を受けて、単一波速度は100Gb/sから800Gb/sに増加しました。 電気層装置の主なコストは光デバイスから来るので、単一波レートの増加はユニットコストの削減につながります。 しかし、過去10年間、製品のリーダーシップを維持しているシステムメーカーはほとんどありません。つまり、クローズドシステムを使用してネットワークを構築し続けると、そもそも技術開発の恩恵を享受できなくなります。

図2電気層における単一波速度と単一ファイバ容量の変化

さらに、クローズドシステムのプライベートネットワーク管理ソフトウェアは、ユーザーの既存のリソース管理、権限管理、構築プロセス、および日常の保守システムと接続できないため、エンドツーエンドの自動化のレベルを向上させることが困難になります。サービスプロビジョニング時間を短縮します。

最初の突破口は、 DCIテクノロジー クローズド システムをオープンにして、ユーザーが独自のネットワークをカスタマイズできるようにし、排他的な束縛を回避し、供給のセキュリティを確保することです。 Alibaba Cloud インフラストラクチャ光ネットワーク チームは、研究を通じてオープンで分離された DCI テクノロジーのコンセプトを提案し、業界パートナーと協力して DCI テクノロジー エコシステムの形成と成長を促進し、従来のクローズド システムの概念を打破しました。

DCIネットワークは、基盤となるハードウェアデバイスと上位層の管理および制御ソフトウェアの組み合わせと見なすことができます。 デバイスは、光学層デバイスと電気層デバイスに分けられます。 XNUMXつの役割は、都市交通施設に類似しています。 光層デバイスは道路に似ており、電気層デバイスは道路上の車両です。 電気層技術の急速な進化と比較して、光学層装置はインフラストラクチャとして機能し、その技術の進化は比較的遅いです。 したがって、デカップリングの最初のステップはここにあります。道路と車両を分離し、光学層と電気層をデカップリングします。 その後、光学層装置と電気層装置は異なるメーカーから提供され、同時に、一連の光学層装置で構成される「道路」は、異なる電気層装置メーカーの「車両」をサポートできます。

図3人々は道路上でさまざまなメーカーのさまざまなタイプの車両を運転でき、オープンで分離されたDCIネットワークにも同様の機能があります

デバイスが統一されたインターフェイスを提供することが重要です。 ソフトウェア定義ネットワークの開発に伴い、Netconfプロトコルはほとんどの機器メーカーによって合意されています。 アリババはまた、初期の頃にOpenConfig組織に加わり、光ネットワークに関連するデータモデルの定義に参加しました。 NetconfプロトコルとOpenConfigモデルに基づいて、サードパーティのクラウドソフトウェアプラットフォームは、管理と制御のためにメーカーの機器に直接接続できます。これにより、完全に分離されたシステムにより、管理と制御中のリンクが減少し、より優れたイニシアチブとより多くの自由が得られます。新しいネットワークレベルの機能のニーズに対応します。

図4オープンおよび分離されたDCIネットワーク

柔軟なアーキテクチャがネットワークのスケーラビリティをサポート

クローズドシステムが開かれた後、次のステップは、構築するのに適したハードウェアを選択することです。 DCIネットワーク 柔軟に拡張できます。 長期間、光レイヤデバイスの多重化および逆多重化ユニットは、固定チャネル間隔のみをサポートします。 実際、単一波レートが増加し続けると、電気層デバイスに必要なスペクトル幅も増加し続けます。 進化し続ける単一波レートと互換性を持たせるために、固定間隔の多重化および逆多重化ユニットは、波長選択スイッチ（WSS）に基づく柔軟な多重化および逆多重化ユニットにアップグレードする必要があります。

図5柔軟なMUXおよびDEMUXユニットと柔軟なグリッドスペクトル

大規模なDCIネットワークでは、サービスの分散がより複雑になり、再構成可能な光アドドロップマルチプレクサ（ROADM）に基づくメッシュネットワークアーキテクチャを検討する必要があります。 データセンターがより分散している都市では、スターアーキテクチャがよく使用されます。 マスターステーションに光学層の透過性がない場合、サテライトステーション間のトラフィックをメインステーションで光から電気、光に変換する必要があります。これにより、追加コストが増加するだけでなく、ステーション間の伝送遅延も増加します。 メインステーションがROADMの場合、サテライトステーション間のサービスはメインステーションを直接反対側に通過でき、通過する波長とルートはネットワーク管理ソフトウェアを介して構成できるため、労力の運用と保守が大幅に削減されます。 DCIネットワークのコストを削減し、サービスプロビジョニングの効率を向上させます。

図6ROADMをサポートするIPネットワークとDCIネットワーク間の相乗効果

注：図中の「ステーション」は「衛星ステーション」を指します

ポイントツーポイントのシナリオでは、光層は初日に構築されているため、光電デカップリングに適しています。 メッシュDCIネットワークでは、後続サイトの増加とネットワーク規模の拡大を考慮して、光層をさらに分離する必要があります。 指定された方向に従ってROADMを分離し、光マルチプレックスセクション（OMS）のデバイスが同じメーカーのものであることを確認することをお勧めします。 このようにして、DCIネットワークの光層部分を効果的にセグメント化することができ、デバイス間の過度の一致の詳細を回避することができます。 ネットワーク構築初日は、サイトAとサイトBの接続のみで、機器はサプライヤMから提供されます。翌日、新しいサイトCが追加され、サイトCとサイトBの接続はサプライヤによって構築されます。 T1であり、サイトCとサイトAの間の接続はサプライヤT2によるものです。 

異なるメーカーの機器の異なるコネクタが原因で通信できないという問題に対処するために、完全に接続されたバックプレーンと方向適応型プラグで構成される、柔軟なプラグインカードをサポートするユニバーサルファイバー接続ボックスを設計しました。カードで。 各方向のアダプタボードは、メーカーのコネクタ仕様に一致し、メーカーのラインシーケンスを共通のラインシーケンスに「変換」できます。 このようにして、任意のXNUMXつの方向がユニバーサルファイバー接続ボックスを介して完全に接続されます。 ユニバーサルファイバー接続ボックスは、光層の不均一性を巧みに実現し、DCIネットワークの拡張のための自由の扉を開きます。

図7ユニバーサルファイバ接続ボックスに基づく異種ROADMと光レイヤデカップリング方式の概略図

注： 「ボックス　 図中は 「ユニバーサルファイバー接続ボックス　,「D　 を指します 「方向　.

制御の自動化によりネットワーク効率が向上

IPデジタル通信システムと比較すると、光パワーの調整方法や増幅器のゲインとスロープの構成方法など、多くのアナログ特性が光ネットワークに保持されています。 このような課題に対応するには、サードパーティが使用できるオープンな光ネットワーク設計ツールが必要です。 マルチレベルモデルを抽象化することにより、さまざまなメーカーの機器の動作と機能が記述され、メーカー間の違いがモデルの主要な仕様パラメータに反映されます。 プランナーは、実際のネットワークトポロジデータ、サービスリソースデータ、およびその他の情報と組み合わせて、エンドツーエンドの最適化問題を解決し、現時点ですべてのデバイスのターゲット構成値とパフォーマンスマージンを計算して取得できます。

既存のネットワークにサービスを追加したり、構成を最適化したりする場合は、ロッククライマーと同じように慎重に現在の構成からターゲット構成への調整パスを選択する必要があります。 光増幅器の非線形性、ファイバカーの非線形性、および誘導ラマン散乱効果の影響により、現在規制されているサービスチャネルだけでなく、隣接するチャネルおよび近くの関連するOMS上のチャネルも監視する必要があります。

リアルタイムのステータスチェックユニットがコンフィギュレータに導入され、リアルタイムで収集された機器のパフォーマンスデータは、カスタマイズされたチェックロジックを通過して、現在の調整パスにリスクがあり、継続的に更新されているかどうかを判断します。 これを繰り返し行うことで、最終的にはプリセット調整目標を安全に達成することができます。

図8サードパーティが利用できるオープンな光ネットワーク設計ツールと自動構成プロセス

D発展と C挑戦

インターネットサービスの継続的な出現と急速に進化するクラウドコンピューティングにより、DCIネットワークは過去5年間で繁栄しました。 オープンで分離されたシステム、シンプルで柔軟なアーキテクチャ、およびソフトウェアの自動化は、DCIの主な革新です。 近い将来、XNUMXGネットワ​​ーク、モノのインターネット（IoT）、拡張現実（AR）と仮想現実（VR）、およびエッジクラウドコンピューティングがDCIネットワークの急速な成長を推進し続けます。 オープンなDCIエコシステムは、新しいテクノロジーの開発と導入を促進し、技術革新と産業の繁栄を促進し、顧客とビジネスのニーズをより適切に満たし、最終的にクラウドコンピューティングを新しい段階に推進します。