关于DCI中传输网络的一些探讨

  数据中心最开始还比较简陋，几个机柜+几台高P的空调，然后是单路普通市电+几台UPS，就成了一个数据中心。但是这种数据中心规模较小，可靠性也低，从90年代末开始疯狂发展的互联网，对数据中心的需求也是暴增，所以这类数据中心存在的不可解决的问题来了：空间位置不足，电力供应不足，无冗余，无SLA保障，使得用户开始找另外的数据中心，进行业务部署。这时候，新数据中心与老数据中心开始有了网络互联需求，产生了最初的DCI网络，即Data Center Inter-connect，这里囊括了物理网络层面和逻辑网络层面的技术。

  最初的DCI网络，是通过internet直接互联的，后来开始考虑到安全性，使用加密手段，考虑到的服务质量，使用了专线，考虑到带宽，使用了光纤直连。

  DCI网络从Internet互联，再到几M专线T的波分互联，其实经历时间不长，客观上是对互联网发展的一个反应。最初，用户使用公网VPN隧道的方式，将其业务直接通过公网进行传输，这种方式由于受到公网各环境（全球网络带宽拥塞，劣等路由，线路抖动，链接重置，防火墙等等）和成本情况的影响，所以适合小流量，带宽质量要求低，非实时，同时安全要求低的业务使用；后来，数据中心中的业务越发受到关注，业务开始逐渐增加部署，服务器数量成线性进行增长。大量业务部署后，这些通过网络传送的业务对公司、行业的影响越来越大，所以对网络的要求也越来越高，首先就体现在带宽和链路稳定性上，因此数据中心用户开始租用运营商电路专线，在SDH网络上承载的MSTP专线由于其稳定性高，带宽更大，运营商复用程度高等特点，开始大卖。

  后来，业务持续的爆发式发展，数据中心间的数据开始了对时延和冗余的要求，特别是金融类客户，对时延要求特别高，于是对专线的要求也更为提升了；再者，用户开始要求大颗粒，比如2.5G,10G的单链路带宽，还要求双路由保护，保证LSA达到4个9~5个9。

  即便如此，互联网发展的力量是惊人的，日志传输，数据库同步等业务大势增长。在出于成本，交付时长，服务质量等各方面的需求考虑，拔尖的公司（特别是像Google，FB这样拥有大数据的互联网公司）开始撇开运营商，通过租用裸光纤来自己建DCI网络。在使用裸光纤的最初时，最先也是通过单个光纤跑单个信号的方式，比如一对光纤用一个万兆ZR的模块，可以传输80公里远，这距离对一般的同城数据中心之间传输已经足够了。但是这种方式的不足是，一方面光纤使用量随带宽线性增长、成本增高，另一方面单光纤的带宽利用率太低（当然，对于运维来说还有裸光纤的资源和路由管理也是一个老大难问题），而且此时单光纤10G带宽也不能满足业务增长的需求，于是DCI网络开始了波分WDM时代。

  WDM时代有两种方式出现在了DCI网络中，也就是粗波分CWDM和密集波分DWDM。最初的一些用户基于成本的考虑，使用万兆粗波分彩光光模块，利用CWDM技术，进行DCI互联，但是这种系统最多支持16波10G，且EDFA不能对粗波分所在波长进行信号放大，其无源中继距离也相当受限。因此，随着大规模数据传输的需求不断上涨，用户不得不开始使用容量和性能更高的DWDM系统。

  DWDM系统是目前通信网中最主要的大带宽传输系统，各公司出于业务量，成本，运维各方面考虑的情况下，早期使用交换机插万兆彩光模块，出来的彩光以太网信号直接上无源DWDM设备。这种系统运维简单，在成本可控的情况下，一般可以做到40波*10GE信号，总系统带宽可以到400G，且无过高的网络运维成本，普通IP网络工程师进行低成本学习就可以进行运维，曾经被一些有需求的公司广泛使用。但是互联网的发展是蓬勃的，10GE单波的信号很快就不能满足需求了，这时候需要更高的单波信号系统，如单波40GE&100GE。不过此时能放在交换机上的40GE&100GE的以太网彩光光模块，市场上还没出现有，并且在出现后的成本也是长时间居高不下，但是业务等不了，因此只能另辟蹊径，于是OTN这个在电信网络中叱咤风云的东西出现在了Google，FB这样互联网公司的DCI网络中。

  互联网开始接触OTN，基本上都是从10GE开始的，那时10G彩光+DWDM盒子已经不能满足业务增长需求，并且这种方式由于没有基于光层面的管理方式，所以也满足不了批量网络，特别是长距网络的运营要求；加之在100G的OTN面市后，经过几年发展，尤其是经过运营商的几次集采以后，成本大幅下降。综上这些原因，10GE彩光+DWDM盒子的方式开始慢慢被OTN系统替换了。由于技术发展和成本降低，在互联网行业的DCI网络中基本就没有用过40G的OTN系统，直接从10G系统升级到100G系统，中间也考虑过如果使用100G系统时，故障后影响范围面广等问题，但是业务增长需求依旧是首要的，所以线路侧（面向传输光纤一侧的信号）从10G直接到了100G，保证了线路侧的波分系统能满足长期带宽发展的需求。而客户侧（面向交换机对接一侧的信号），考虑到现有10G客户系统还挺多，为了保护已有投资，需要兼容现有10G颗粒业务，并在未来可以升级为客户侧100G系统，所以为了让10G和100G系统在DCI网络升级可以进行过渡，就出现了基于10个ODU2–1个ODU4的客户侧10*10G，线G的业务卡，并且这个板卡得到广泛应用。

  OTN网络以其丰富的管理开销，高可靠和多样化的保护方式，集中专业化NMS管理平台，以及大带宽的确为互联网的发展起到了极其重要的作用，让网络运营更加专业和细分，当然最重要的是满足的互联网业务快速增长的需求。

  此时OTN网络，已经不再是电信网络专有技术了，互联网的崛起，让这样一个传统的电信网络技术进入了DCI网络行业。

  DCI网络在引入了OTN技术后，运营方面相当于新添加了一整块以前没有的工作。传统的数据中心网络为IP网络，属于逻辑网络技术。而DCI中的OTN是种物理层的技术，和IP层怎么能一起友好方便的工作，是运营要走的一条很长的路。

  目前在基于OTN的情况下的运营工作目的与数据中心各子系统的运营目的是一样的，都是为了使基础设施高成本投入的资源发挥最大功效，对上游业务提供最好的支撑。提高基础系统的稳定性，方便运维工作高效开展，协助资源合理分配投入，把已投入资源发挥更大作用，而把未投入的资源合理分配。

  OTN的运营工作主要涉及几块：运营数据管理，资产管理，配置管理，告警管理，性能管理，DCN管理。

  数据中心所有者的在建设跨数据中心网络互联时，其考虑的问题主要是大带宽，低延迟，高密度，快部署，易运维，高可靠性几个问题。OTN设备的特点是，也同样是DCI所遇到的问题，丰富的业务开销，网络具备强大的OAM能力，不同颗粒带宽的调度复用能力，长距离情况下的线路容错能力，采用低压直流，设备功耗利用率低等特点。

  1.丰富的业务开销能力，要求运维人员更专业化能力，更依赖厂商技术支持，技术更加封闭。

  2.强大的OAM能力，标准不统一，与跨网络的对接更加困难更加独立，无用的功能也对DCI网络带来了更多的传输运营成本。

  4.长距离的线路容错能力，使得FEC的算法复杂，消耗的开销更大和处理时间更长。

  5.OTN设备48V-DC的供电模式，和大部分数据中心所使用的标准19英寸220V-AD（或者240V-DC）机柜不同，安装复杂且需要机房电力改造。

  6.传统OTN设备机框大，不适合标准机柜安装，且容量密度不高，后期扩展麻烦且要机柜腾挪或改造新加。

  目前，我们的DCI网络主要是是为跨数据中心的数据提供管道，业务模型特点主要是：带宽颗粒度要求统一且单一，带宽大，跨数据中心的业务（尤其多活IDC，大数据类业务）延时要求低，对网络的稳定性要求较高；同时由于互联网行业缺少相关的专业技术人员，DCI网络的运维工作需要“简单”；互联网的爆发式发展，使得建设和扩容周期要求更短（运营商的OTN扩容周期一般是半年~1年，而互联网自己的DCI扩容要求是1~3个月），因此要压缩各方面的时间。

  因此OTN为DCI提供了一种可用的解决方案，但是OTN绝不是DCI最合适的方案，在DCI网络蓬勃发展的现在，越来越需要一些合适的解决方案出现，以解决从成本到建设运维上遇到的各种问题。而这些问题，无外乎就是围绕这DCI网络的六个要求来的（大带宽，低延迟，高密度，快部署，易运维，高可靠性）：

  1.大带宽，DCI传输网络不像运营商会有丰富的类型颗粒，DCI传输网络的带宽颗粒更简单，目前常用的10G或者100G，未来200G/400G等，所以有了大带宽就不需要再做其它颗粒度的带宽。DCI传输网络由于其距离范围一般不会过长的特点，使用基于200G的PM-16QAM双载波调制的400G系统，无电中继传输距离大概能传输500公里（PM-64QAM的大概是200公里），使得DCI这种城域骨干传输不会受限于距离。

  2.低延迟，DCI的业务要求，特别云计算做池化资源，多活数据中心时，延迟是按照微秒级别计算，让数据传输时间越短越好，恨不得超光速。去掉不必要的数据处理工作，降低信号传输路径两个方面努力。比如，去掉100G OTN所使用的SD-FEC功能，单个背靠背可以节省200微秒时间，去掉跨阶的OTN封装可以节省几十微秒时间，对重点业务合理使用hubspoke拓扑，保证路径最短。当然也可以再次配合IP层面的MPLS,QOS等，尽量保证数据转发层面的时延也更优。

  3.高密度，单个U，或者2U，能做到上T的带宽，DWDM光层与电信号层面解耦，提升设备的密度接口，缩小光模块的尺寸。比如，使用QSFP28的光模块，可以保证单设备的100G接入能力大大提升，线的采光模块，可以保证整体设备传输带宽能力提升，1U可以1.6T，3.2T。

  4.快部署，使用目前标准化IDC的19英寸机架，类同于主流服务器的形态，使用AC-220V直接供电，免掉电力和机柜改造，实现货到机房马上上架，插上电源就能配业务，并做好标准化验收工作，实现快部署。

  5.易运维，DCI的业务模型要求，跨数据中心的距离不会很远，而复杂的管理开销，OAM等功能在这种场景中没有了太大发挥作用的必要，并且复杂处理还降低了数据传输效率，提升了数据处理时间，还对技术的要求更高，更封闭。直接以太网的方式对接信号，免去OTN的复杂开销，那么传统IP网络工程师就能对DCI系统运维。在结合如YANG model，RESTAPI，netconf等新型北向接口后，对DCI传输设备管理与IP网络设备管理用同一种接口进行开发，从而更好的进行统一的平台化网络集中管理。

  6.高可靠性，多物理路由和对上层无感知的保护技术将继续在DCI传输网络中发挥作用，底层链路层面的故障除非在完全中断的情况下，其它原因都不应该对业务产生任何感知或影响，不管是保护倒换，链路抖动，时延增加等。

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