اتجاه تطوير شبكة DCI (الجزء الأول)

عندما يقوم مالكو مراكز البيانات بإنشاء روابط شبكية بين مراكز البيانات، فإنهم يضعون في اعتبارهم بشكل أساسي مسائل مثل عرض النطاق الترددي الكبير، وزمن الاستجابة المنخفض، والكثافة العالية، وسرعة النشر، وسهولة التشغيل والصيانة، والموثوقية العالية. في الوقت الحالي، تسيطر عدة شركات مصنعة لمعدات الاتصالات واسعة النطاق (سيتم تناول الرقائق بشكل منفصل) مثل هواوي، وزد تي إي، وآران، على تقنية OTN السائدة ذات النطاق الترددي الكبير. ويُعد مشغلو الاتصالات التقليديون عملاءهم الرئيسيين، لذا صُممت خصائص منتجات OTN لتلبية متطلبات خدمات هؤلاء المشغلين. ولهذا السبب، يتزايد استخدام OTN في تطبيقات شبكات الربط البيني لمراكز البيانات في قطاع الإنترنت، مما يُثير العديد من المشكلات.

تتشابه خصائص معدات OTN مع مشاكل DCI، من حيث التكاليف التشغيلية المرتفعة، وقدرة الشبكة العالية على إدارة العمليات والصيانة، وإمكانية جدولة ودمج نطاقات ترددية مختلفة، وتحمل أعطال الخطوط في المسافات الطويلة، واستخدام التيار المستمر منخفض الجهد. ومن مميزاتها أيضًا انخفاض معدل استهلاك الطاقة.

1. تتطلب القدرات الإنفاقية التجارية الغنية أن يكون موظفو التشغيل والصيانة أكثر احترافية، وأن يعتمدوا بشكل أكبر على الدعم الفني من الشركات المصنعة، وأن يكون لديهم تكنولوجيا أكثر انغلاقًا.

2. إن قدرات إدارة العمليات والصيانة القوية، والمعايير غير المتسقة، والترابط الأكثر صعوبة واستقلالية مع الشبكات المتقاطعة، والوظائف غير المفيدة تجلب أيضًا المزيد من تكاليف النقل والتشغيل لشبكة DCI.

3. إن قدرات جدولة الحبيبات المختلفة تجعل بنية إطار تغليف الخدمة أكثر تعقيدًا وأكثر تداخلًا.

4. إن تحمل الأعطال في خطوط المسافات الطويلة يجعل خوارزمية تصحيح الأخطاء الأمامية معقدة، ويستهلك المزيد من الموارد الإضافية، ويستغرق وقتًا أطول للمعالجة.

5. يختلف وضع تزويد الطاقة بجهد 48 فولت تيار مستمر لأجهزة OTN عن خزائن 19 بوصة القياسية بجهد 220 فولت تيار متردد (أو 240 فولت تيار مستمر) المستخدمة في معظم مراكز البيانات. يُعدّ التثبيت معقدًا ويتطلب تحويل الطاقة في غرفة الحاسوب.

6. تتميز معدات OTN التقليدية بإطار كبير، مما يجعلها غير مناسبة للتركيب في الخزائن القياسية، كما أن كثافة السعة فيها منخفضة. ويُعدّ التوسع اللاحق أمرًا صعبًا ويتطلب نقل الخزائن أو إعادة بنائها.

في الوقت الحالي، تُستخدم شبكة DCI الخاصة بنا بشكل أساسي لتوفير قنوات لنقل البيانات بين مراكز البيانات المختلفة. وتتمثل الخصائص الرئيسية لنموذج العمل في: متطلبات موحدة ودقيقة لعرض النطاق الترددي، وعرض نطاق ترددي كبير، وخدمات عبر مراكز البيانات (خاصةً مراكز البيانات متعددة المراكز النشطة، وخدمات البيانات الضخمة)، مع متطلبات زمن استجابة منخفض ومتطلبات عالية لاستقرار الشبكة. في الوقت نفسه، ونظرًا لنقص الكوادر الفنية والمتخصصة في مجال الإنترنت، يجب أن تكون عمليات تشغيل وصيانة شبكات DCI بسيطة للغاية. كما أن التطور الهائل للإنترنت يُقلل من متطلبات دورة الإنشاء والتوسع (حيث تتراوح دورة توسع شبكات OTN لدى المشغلين عادةً بين ستة أشهر وسنة، بينما تتراوح متطلبات توسع شبكات DCI الخاصة بالإنترنت بين شهر وثلاثة أشهر). لذلك، من الضروري تقليص الوقت في جميع الجوانب.

لذا، توفر تقنية OTN حلاً عملياً لشبكات DCI، لكنها ليست بأي حال من الأحوال الحل الأمثل. ومع ازدهار شبكات DCI، تزداد الحاجة إلى حلول مناسبة لمعالجة المشكلات المتنوعة التي تواجهها، بدءاً من التكلفة وصولاً إلى الإنشاء والتشغيل والصيانة. وتتلخص هذه المشكلات في المتطلبات الستة الأساسية لشبكات DCI (عرض نطاق ترددي كبير، زمن استجابة منخفض، كثافة عالية، نشر سريع، سهولة التشغيل والصيانة، وموثوقية عالية).

1. تتميز شبكة نقل البيانات DCI بعرض نطاق ترددي كبير، فهي لا تحتوي على أنواع متعددة من وحدات النطاق الترددي كما هو الحال لدى شركات الاتصالات، بل تتميز وحدات النطاق الترددي فيها بالبساطة، حيث تُستخدم حاليًا وحدات 10 جيجابت أو 100 جيجابت، ومن المتوقع أن تصل مستقبلًا إلى 200 جيجابت/400 جيجابت، وما إلى ذلك. لذا، لا حاجة إلى استخدام نطاقات ترددية كبيرة في وحدات أخرى. ونظرًا لأن نطاق مسافة شبكة نقل البيانات DCI ليس طويلًا عمومًا، فباستخدام نظام 400 جيجابت القائم على تعديل الموجة الحاملة المزدوجة PM-16QAM بسرعة 200 جيجابت، يمكن أن تصل مسافة الإرسال بدون استخدام مرحلات كهربائية إلى حوالي 500 كيلومتر (بينما تصل إلى حوالي 200 كيلومتر باستخدام PM-64QAM)، مما يجعل نقل البيانات في العمود الفقري لشبكة DCI في المدن غير محدود بالمسافة.

٢. انخفاض زمن الاستجابة، ومتطلبات أعمال مراكز البيانات المتكاملة (DCI)، خاصةً عند استخدام الحوسبة السحابية لتجميع الموارد ومراكز البيانات متعددة النشاط، حيث يُحسب زمن الاستجابة على مستوى الميكروثانية، لذا يجب أن يكون وقت نقل البيانات أقصر ما يمكن، متجاوزًا سرعة الضوء. يجب التخلص من عمليات معالجة البيانات غير الضرورية وتقليل مسارات نقل الإشارة. على سبيل المثال، بإزالة وظيفة تصحيح الأخطاء الأمامية (SD-FEC) المستخدمة في شبكة OTN بسرعة 100 جيجابت في الثانية، يمكن توفير 200 ميكروثانية في عملية نقل البيانات المباشرة، وإزالة تغليف OTN متعدد المستويات يمكن أن يوفر عشرات الميكروثانية، واستخدام بنية الشبكة المحورية بشكل مدروس للخدمات الرئيسية لضمان أقصر مسار. بالطبع، يمكن أيضًا التعاون مع MPLS و QoS على مستوى IP لضمان تحسين زمن الاستجابة على مستوى توجيه البيانات.

3. الكثافة العالية: يمكن لوحدة U واحدة أو وحدتين U تحقيق عرض نطاق ترددي يصل إلى تيرابايت، مع فصل طبقة الإشارة الضوئية بتقنية DWDM عن طبقة الإشارة الكهربائية، مما يُحسّن كثافة واجهة الجهاز ويُقلل حجم الوحدة الضوئية. على سبيل المثال، يضمن استخدام وحدات QSFP28 الضوئية تحسينًا كبيرًا في قدرة الوصول إلى 100 جيجابت في الثانية للجهاز الواحد، كما يضمن استخدام وحدات CFP2 النهارية على جانب الخط تحسين عرض نطاق الإرسال للجهاز ككل، حيث يمكن لوحدة U واحدة أن تصل إلى 1.6 تيرابايت أو 3.2 تيرابايت. حاليًا، ظهرت العديد من المنتجات ذات الصلة عالميًا، من شركات مثل ADVA وCoriant وCiena وغيرها. وبالطبع، أطلقت شركة هواوي المحلية أيضًا منتجات 902 ذات صلة. مع ذلك، يبدو أنه حتى وقت كتابة هذا المقال، لم يكتمل اختبار الوصول إلى الشبكة من قِبل وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات. ستؤدي الكثافة العالية إلى استهلاك عالٍ للطاقة وتبديد حرارة كبير. لذلك، يجب التخلي عن طريقة تبديد الحرارة الأصلية لشبكة OTN عن طريق دخول وخروج الهواء من اليسار واليمين، ودخول وخروج الهواء من الأعلى والأسفل.

متطلبات تبريد الجهاز.

4. النشر السريع: باستخدام رفوف IDC القياسية الحالية مقاس 19 بوصة، المشابهة لشكل الخوادم الشائعة، مع استخدام تيار متردد 220 فولت للتزويد المباشر بالطاقة، مما يلغي الحاجة إلى تحويل الطاقة والخزائن، ويسمح بوضع الأجهزة على الرفوف فور وصولها إلى غرفة الحاسوب، وتهيئتها بعد توصيل مصدر الطاقة. يُسهم هذا في سرعة النشر، ويضمن إنجاز أعمال الاستلام القياسية بكفاءة عالية.

٥. سهولة التشغيل والصيانة، ومتطلبات نموذج أعمال DCI، والمسافة بين مراكز البيانات ليست بعيدة، وتكاليف الإدارة المعقدة، حيث لا تلعب وظائف OAM وغيرها دورًا كبيرًا في هذا السيناريو، كما يتم تقليل المعالجة المعقدة. هذا يُحسّن كفاءة نقل البيانات، ويُسرّع وقت معالجتها، ويتطلب تقنيات أكثر تطورًا، ويتميز بمزيد من الانغلاق. يُلغي توصيل الإشارات مباشرةً عبر الإيثرنت تكاليف OTN المعقدة، مما يُمكّن مهندسي شبكات IP التقليديين من تشغيل وصيانة نظام DCI. بعد دمج واجهات جديدة مثل YANG وREST API وnetconf، تم تطوير إدارة معدات نقل DCI وإدارة معدات شبكة IP بواجهة واحدة، وذلك لتحسين إدارة الشبكة المركزية الموحدة القائمة على منصة واحدة.

6. ستستمر تقنيات التوجيه والحماية متعددة الطبقات عالية الموثوقية، والتي لا تعتمد على الطبقة العليا، في لعب دور محوري في شبكة نقل البيانات في مراكز البيانات. لن تؤثر الأعطال على مستوى الربط الأساسي على الخدمات إلا في حالة انقطاعها التام. ويشمل ذلك أي تأثير محتمل، سواء كان ذلك تبديل الحماية، أو تذبذب الربط، أو زيادة التأخير، وما إلى ذلك.