클라우드 컴퓨팅 시대의 DCI 기술

최근에는 클라우드 컴퓨팅의 지원으로 인공지능, 가상/증강현실, 사물인터넷 등의 기술이 버섯처럼 솟아올랐다. 클라우드 컴퓨팅은 네트워킹을 통해 연결된 전 세계 데이터 센터에 분산된 수백만 대의 서버로 구성된 대규모 분산 컴퓨팅 플랫폼입니다. 오늘날 데이터 센터는 더 이상 고립된 컴퓨터실이 아니라 복잡한 건물입니다. 데이터 센터에는 서로 다른 위치에 있지만 네트워크를 통해 상호 연결되어 해당 비즈니스 배포를 공동으로 완료할 수 있는 많은 데이터 센터 분기가 포함될 수 있습니다.

이러한 데이터 센터 간의 상호 연결을 실현하기 위한 링크는 데이터 센터 간의 상호 연결 기술(이하 DCI 기술이라고 함)입니다.

DCI 네트워크: 상호 연결을 실현하는 링크 중 데이터 센터 

시스코가 발표한 클라우드 인덱스 보고서에 따르면 데이터센터 간 상호접속 대역폭은 지난 33년간 연평균 100%에 가까운 성장률을 유지했으며 상호접속 대역폭은 XNUMXTb/s에 달했다.

Figure1  연간 회원 트래픽 증가 추세 in Cisco에서 발행한 데이터 센터

여러 데이터 센터를 광섬유로 연결하고 광통신 기술을 사용하여 정보를 전송하면 데이터 센터 상호 연결 네트워크(DCI 네트워크)가 형성됩니다.

S옴 명백한 특성 t의그는 DCI 네트워크:

• 네트워크 토폴로지는 주로 점대점 및 단순 네트워킹이며 복잡성이 낮습니다.
• 대도시 데이터 센터 간의 상호 연결 거리가 짧고 단위 전송 비용의 감소가 데이터 센터에 매우 매력적입니다.
• 네트워크 지연에 더 중점을 둡니다. 작은 장비 지연으로 데이터 센터 위치 선택의 어려움을 줄일 수 있습니다.
• 상호 연결 서비스의 주요 유형은 100G 이더넷 서비스이며 전기 계층 장비의 복잡성이 낮습니다.
• 트래픽의 급속한 성장과 함께 모듈식 장비, 유연하고 확장 가능한 네트워킹이 더 많이 보급되었습니다.
• 서버 캐비닛에 수용, 전면 및 후면 공기 배출구 실현, 고전압 DC 전원 공급과 같은 특수 하드웨어 요구 사항.

DCI 기술은 데이터 센터 간의 상호 연결 네트워크를 더 잘 구축 및 유지하고 데이터 센터 간의 빠르게 증가하는 트래픽에 적응하기 위해 등장했습니다.

~ 폐쇄 디커플링을 여는 블랙박스

과거 네트워크 운영 체제에서 시스템 제조업체는 장비 설치, 시스템 디버깅, 운영 및 유지 관리 지원을 포함하는 완전한 솔루션 세트를 제공했습니다. 전체 시스템은 폐쇄형 블랙박스와 유사하며 다른 제조업체의 하드웨어와 소프트웨어는 서로 호환되지 않습니다.

둘째, 비용 문제가 있다. 일관된 광 전송 기술의 지속적인 발전으로 단파 속도가 100Gb/s에서 800Gb/s로 증가했습니다. 전기층 장비의 주요 비용은 광학 장치에서 나오므로 단파율의 증가는 단가를 줄이는 데 도움이 됩니다. 그러나 지난 10년 동안 제품 리더십을 유지한 시스템 제조업체는 거의 없었습니다. 즉, 폐쇄형 시스템을 계속 사용하여 네트워크를 구축하면 애초에 기술 개발의 혜택을 누릴 수 없습니다.

그림 2. 전기층에서 단파율과 단섬유 용량의 진화

또한 폐쇄형 시스템의 사설망 관리 소프트웨어는 사용자의 기존 자원 관리, 권한 관리, 건설 프로세스 및 일상적인 유지 관리 시스템과 연결할 수 없으므로 종단 간 자동화 수준 향상이 어렵습니다. 서비스 제공 시간 단축.

첫 번째 돌파구 DCI 기술 폐쇄형 시스템을 개방하여 사용자가 자신의 네트워크를 맞춤화하고 배타적 바인딩을 피하며 공급 보안을 보장하는 것입니다. Alibaba 클라우드 인프라 광 네트워크 팀은 연구를 통해 개방형 및 분리형 DCI 기술 개념을 제안하고 업계 파트너와 협력하여 기존 폐쇄형 시스템의 개념을 탈피하여 DCI 기술 생태계의 형성과 성장을 촉진했습니다.

DCI 네트워크는 기본 하드웨어 장치와 상위 계층 관리 및 제어 소프트웨어의 조합으로 볼 수 있습니다. 소자는 광학층 소자와 전기층 소자로 구분된다. 이 둘의 역할은 도시 교통 시설과 유사합니다. 광학 레이어 장치는 도로와 유사하며 전기 레이어 장치는 도로 위의 차량입니다. 전기 레이어 기술의 급속한 발전에 비해 광학 레이어 장비는 기술 발전이 상대적으로 느린 인프라 역할을 합니다. 따라서 디커플링의 첫 번째 단계는 바로 여기에 있습니다. 도로와 차량을 분리하고 광학 레이어와 전기 레이어를 디커플링합니다. 그 후 광학 레이어 장비와 전기 레이어 장비는 다른 제조업체에서 제공되며 동시에 광학 레이어 장비 세트로 구성된 "도로"는 다른 전기 레이어 장비 제조업체의 "차량"을 지원할 수 있습니다.

그림 3 사람들은 도로에서 다양한 제조업체의 다양한 유형의 차량을 운전할 수 있으며 개방형 및 분리형 DCI 네트워크도 유사한 기능을 가지고 있습니다.

장치가 통합 인터페이스를 제공하는 것이 중요합니다. 소프트웨어 정의 네트워크의 개발과 함께 Netconf 프로토콜은 대부분의 장비 제조업체에서 동의했습니다. Alibaba는 또한 초기에 OpenConfig 조직에 합류하여 광 네트워크와 관련된 데이터 모델 정의에 참여했습니다. Netconf 프로토콜 및 OpenConfig 모델을 기반으로 타사 클라우드 소프트웨어 플랫폼은 관리 및 제어를 위해 제조업체의 장비에 직접 연결할 수 있습니다. 완전히 분리된 시스템은 관리 및 제어 중에 링크를 줄이고 더 나은 주도권과 더 많은 자유를 제공합니다. 새로운 네트워크 수준 기능의 요구에 응답합니다.

그림 4 개방 및 분리된 DCI 네트워크

네트워크 확장성을 지원하는 유연한 아키텍처

폐쇄형 시스템이 열리면 다음 단계는 구축에 적합한 하드웨어를 선택하는 것입니다. DCI 네트워크 유연하게 확장할 수 있습니다. 오랜 시간 동안 광학 레이어 장치의 다중화 및 역다중화 장치는 고정된 채널 간격만 지원합니다. 실제로 단파율이 계속 증가함에 따라 전기층 장치에 필요한 스펙트럼 폭도 계속 증가하고 있습니다. 나날이 발전하는 단파율에 대응하기 위해서는 고정간격 다중화 및 역다중화 장치를 WSS(Wavelength Selective Switch) 기반의 유연한 다중화 및 역다중화 장치로 업그레이드해야 합니다.

그림 5 Flexible MUX 및 DEMUX 유닛과 유연한 그리드 스펙트럼

대규모 DCI 네트워크에서는 서비스 분배가 더 복잡하며 ROADM(Reconfigable Optical Add Drop Multiplexer) 기반의 Mesh 네트워크 아키텍처를 고려해야 합니다. 데이터 센터가 더 분산되어 있는 도시에서는 스타 아키텍처가 자주 사용됩니다. 주국에 광학층 투과성이 없으면 위성국 간의 트래픽을 주국에서 빛에서 전기로 빛으로 변환해야 하므로 추가 비용이 증가할 뿐만 아니라 스테이션 간의 전송 지연도 증가합니다. 주 스테이션이 ROADM일 때 위성 스테이션 간의 서비스는 직접 주 스테이션을 통해 반대쪽 끝으로 통과할 수 있으며 통과한 파장 및 경로는 네트워크 관리 소프트웨어를 통해 구성할 수 있으므로 노동 운영 및 유지 보수가 크게 줄어듭니다. DCI 네트워크 비용을 줄이고 서비스 프로비저닝 효율성을 향상시킵니다.

그림 6 ROADM을 지원하는 IP 네트워크와 DCI 네트워크 간의 시너지

참고: 그림에서 "스테이션"은 "위성 스테이션"을 나타냅니다.

point-to-point 시나리오에서 광학 층이 첫날에 구성되었으므로 광전 감결합에 적합합니다. Mesh DCI 네트워크에서는 후속 사이트의 증가와 네트워크 규모의 확장을 고려하여 광학 계층을 더 분리해야 합니다. 주어진 방향에 따라 ROADM을 분리하고 OMS(Optical Multiplex Section)의 장치가 동일한 제조업체인지 확인하는 것이 좋습니다. 이러한 방식으로 DCI 네트워크의 광학 계층 부분을 효과적으로 분할할 수 있고 장치 간의 과도한 합의 세부 사항을 피할 수 있습니다. 네트워크 구축 첫날에는 사이트 A와 사이트 B 사이에만 연결이 있고 장비는 공급자 M에서 가져옵니다. 다음 날 새 사이트 C가 추가되고 사이트 C와 사이트 B 사이의 연결은 공급자가 구성합니다. T1이고 사이트 C와 사이트 A 사이의 연결은 공급자 T2에 의해 이루어집니다. 

다른 제조사 장비의 서로 다른 커넥터로 인한 통신 불가 문제를 해결하기 위해, 우리는 완전히 연결된 백플레인과 방향 적응형 플러그로 구성된 유연한 플러그-인 카드를 지원하는 범용 광섬유 연결 상자를 설계했습니다. 카드에. 각 방향의 어댑터 보드는 제조업체의 커넥터 사양과 일치할 수 있으며 제조업체의 라인 시퀀스를 공통 라인 시퀀스로 "변환"할 수 있습니다. 이러한 방식으로 범용 광섬유 연결 상자를 통해 두 방향이 완전히 연결됩니다. 범용 광섬유 연결 상자는 광학 레이어의 이질성을 능숙하게 구현하고 DCI 네트워크 확장을 위한 자유의 문을 엽니다.

그림 7 범용 광섬유 연결 상자를 기반으로 하는 이종 ROADM 및 광학 레이어 디커플링 방식의 개략도

참고 : "상자" 그림에서 참조 "범용 광섬유 연결 상자"및"D" 를 의미 "방향".

제어 자동화로 네트워크 효율성 향상

IP 디지털 통신 시스템과 비교할 때 광 전력을 조정하는 방법, 증폭기의 이득 및 기울기를 구성하는 방법과 같은 많은 아날로그 속성이 광 네트워크에 여전히 유지됩니다. 이러한 문제를 해결하려면 타사에서 사용할 수 있는 개방형 광 네트워크 설계 도구가 필요합니다. 다단계 모델을 추상화하여 다른 제조업체 장비의 동작과 기능을 설명하고 제조업체 간의 차이점을 모델의 주요 사양 매개변수에 반영합니다. 플래너는 실제 네트워킹 토폴로지 데이터, 서비스 리소스 데이터 및 기타 정보와 결합하여 종단 간 최적화 문제를 해결하고 이때 모든 장치의 목표 구성 값과 성능 마진을 계산하고 얻을 수 있습니다.

기존 네트워크에서 서비스를 추가하거나 구성을 최적화할 때 암벽 등반가처럼 신중하게 현재 구성에서 대상 구성으로의 조정 경로를 선택해야 합니다. 광증폭기 비선형성, 광섬유 커 비선형성 및 유도된 라만 산란 효과의 영향으로 인해 현재 규제되는 서비스 채널뿐만 아니라 인접한 관련 OMS의 인접 채널 및 채널도 모니터링해야 합니다.

Configurator에 실시간 상태 확인 장치를 도입하고, 실시간으로 수집된 장비 성능 데이터는 맞춤형 점검 로직을 거쳐 현재 조정 경로에 위험이 있는지 여부를 판단하고 지속적으로 업데이트합니다. 이를 반복하면 사전 설정된 조정 목표를 결국 안전하게 달성할 수 있습니다.

그림 8 타사에서 사용할 수 있는 개방형 광 네트워크 설계 도구 및 자동 구성 프로세스

D개발 및 C할린지

인터넷 서비스의 지속적인 출현과 빠르게 진화하는 클라우드 컴퓨팅으로 인해 DCI 네트워크는 지난 5년 동안 번창하게 되었습니다. 개방형 및 분리형 시스템, 단순하고 유연한 아키텍처, 소프트웨어 자동화는 DCI의 주요 혁신입니다. 가까운 장래에 XNUMXG 네트워크, 사물 인터넷(IoT), 증강 현실(AR) 및 가상 현실(VR), 에지 클라우드 컴퓨팅이 계속해서 DCI 네트워크의 급속한 성장을 주도할 것입니다. 개방형 DCI 생태계는 새로운 기술의 개발 및 도입에 더 도움이 될 것이며, 기술 혁신과 산업 번영을 촉진하고, 고객 및 비즈니스 요구를 더 잘 충족시키고, 궁극적으로 클라우드 컴퓨팅을 새로운 단계로 추진할 것입니다!