DWDM и OTN для ЦОД: как работает резервирование и защита

От голубиной почты к современным телеком-технологиям

В 2009 провайдер The Unlimited с Африки решил провести эксперимент по передачи 4 ГБ данных. Суть процесса состояла в том, что данные одновременно передавались по выделенной линии и с помощью почтового голубя. В некоторых регионах ЮАР, скорость интернет-соединения настолько медленная, что передача больших файлов может занять несколько часов.

С помощью голубя, была отправлена карта на 4 ГБ из Дурбана, и одновременно специалисты начали отправлять такую же информации через интернет. Вследствие чего, голубь справился быстрее, так как долетел до места назначения за час, а полноценная передача информации через Интернет происходила больше 2 часов.

Если интернет-соединения полностью отсутствует, то аварийным каналом может быть голубиная почта. Это все всего лишь условный пример для определения холодного резервирования.

Роль облачных платформ в инфраструктуре ЦОД (на примере Selectel)

В инфраструктуре ЦОД, облачные платформы играют важную и почти ключевую роль. Используя облачные платформы можно легко масштабироваться и использовать гибкие вычислительные ресурсы, которые могут быть использованы при необходимости.

ЦОД обеспечивают физическую основу, которая включает электропитание, охлаждение, и сетевую инфраструктуру. В то время как облачные платформы, надстраивают на физическую основу виртуальные сервисы такие как хранилища и виртуальные машины.

Резервирование сетей дата-центров

Давайте представим гипотетическую ситуацию, когда магистральный канал между дата-центрами оборвался. В таком случае связь отсутствует, и отличными методом защиты – может быть резервирование каналов связи.

Резервирование – это не рекомендация, а обязательство. Так как, остановка связи может привести к:

• Проблемам с осуществлением критических транзакций,
• Нарушением SLA и дальнейший репутационный ущерб,
• Потере критической информации,
• Недоступности баз данных и важных ресурсов,
• Остановке технологических процессов.

Как создать “неубиваемую” связь между ЦОД:

1. Использование независимых каналов – физические трассы, различные операторы, и технологии.
2. Быстрое переключение – автоматические переход на резервные опции.

Читайте также: Дата-центры: основные типы и их предназначение

Оптический уровень защиты DWDM

Стандартные опции резервирования фокусируются на канальном и сетевом уровне. На физическом уровне существует также более низкоуровневая защита, на линейных участках, кабелях, и муфтах. В таком случает оптический уровень – инструмент, который значительно ускоряет скорость и дальность.

С помощью физического резервирования можно предотвратить значительные проблемы в случае повреждения основного линейного подключения. Принцип функционирования таков – когда основной путь выходит из строя, тогда все процессы автоматически происходят на резервном канале. Кроме того, несколько каналов могут функционировать параллельно, и если один перестает работа пропускная способность немного снизиться но простоя не будет.

Линейное резервирование каналов

Самым уязвимым местом считается волоконно-оптический кабель. Он может быть легко поврежден при авариях или определенных земельных работах. Хорошим методом минимизации этой проблемы является увеличение количества трактов с помощью прокладки дополнительного кабеля.

Давайте рассмотрим основных способы линейного резервирования.

• Схема 1+1. Информации одновременно отправляется с 2 каналов, а прием осуществляется с канала с лучшим качеством.
• Схема 1:1. Данный подход функционирует с помощью одного резервного и основного канала, и в случае проблем происходит автоматическое переключение на резервный.

Иногда происходит процесс закладки резервного волокна в тот же кабель, но более надежным подходом является прокладывание кабеля в разных зонах и с использованием разных операторов.

Кольцевая топология и её преимущества

Иногда волоконно-оптическая связь осуществляется с помощью кольцевой топологии, которая характеризуется самовосстановлением. У передающего узла есть 2 варианта функционирования против часовой стрелки и в обратном направлении. Таким образом один маршрут является резервным, а другой основным.

Использование тёмного волокна для резервных соединений

Темное оптическое волокно прокладывается только для резервирования или для роста инфраструктуры в будущем. Данный кабель не используется без активации соответствующим оборудованием.

Темные волокна часто используют в дата центрах для связи между серверами или другими устройствами. Таким образом можно достичь уровня высокой отказоустойчивости и пропускной способности. Основными плюсами использования этого варианта, являются:

• Высокие стандарты безопасности,
• Хорошая масштабируемость,
• Отказоустойчивость.

Архитектура OTN: уровни защиты и методы восстановления

Кроме резервирования на уровне оптического волокна, существует также уровень OTN или Optical Transport Network. Данный уровень гарантирует дополнительную надежность и интеллектуальное управление. С помощью этого подхода можно гарантировать целостность данных и минимальный возможный уровень контроля.

SNC/I — встроенный механизм автоматической защиты

Ключевым понятие в резервировании есть ODUk или Optical Data Unit k – это элемент OTN, и он являет собой блок данных для передачи данных по оптическому волокну. Переключение на уровень ODUk состоится в случае обнаружения проблем на линии, а не на блоке.

В опции 1+1 с одним пролетом.

1. Во время обрыва соединения между узлами возникает отсутствие полезного сигнала.
2. Таким образом состоится деградация сигнала на уровнях LO ODU, OTU, и HO ODU.
3. Отслеживается уровень OTU, и при фиксировании проблемы осуществляется переключение на резервный канал.

В схеме 1+1 многопролетного соединения.

1. К примеру, сигнал передается через узлы В-С-Y как основной маршрут и G-D и резервный.
2. Если происходит поломка между С-Y, и вызывается состояние SF на всех уровнях узла Y.
3. Поскольку HO ODU и OTU останавливаться на узлах С-Y, проблема не передается дальше.
4. Группа защиты на узле В ориентируется на OUT, у которого нет изменений и инициализация на резервную линию не происходит даже несмотря на обрыв кабеля.

Метод SNC/I осуществляется для однопролетных соединений, а в многопролетных линиях эффективность этого подхода снижается. Таким образом сигнал о проблеме может не дойти до граничных узлов, которые выполняют переключение. Вследствие чего резервный канал может не включиться.

SNC/N — резервирование без влияния на активные сервисы

Давайте рассмотрим пример когда сигнал начинается с узла F и завершается на узле G, промежуточные узлы называются D,S на основном маршруте и Q,W – на резервном. Если ошибка происходит на основном маршруте между узлами D,S и фиксируется потеря оптического сигнала. Появляется сигнал SF на всех уровнях на узле S.

Так как проблема состоялась между узлами D,S, данная авария не распространяется дальше. На узел F доходит только ошибка LO ODU, проблемы на других уровнях остаются незамеченными.

Переключение в методе SNC/N осуществляется на основе состояния LO ODU. LO ODU терминируется на оконечных узлах, ошибка на таком уровне доходит до границ канала. Таким образом, клиентская группа защиты на узле F после фиксирования аварии корректно переключиться на резервный маршрут.

Таким образом, данный подход гарантирует корректное переключение на многопролетных линиях в независимости от топологии соединения.

Сравнение DWDM и OTN по надежности и масштабируемости

OTN гарантирует более высокие показатели масштабируемости и надежности если сравнивать с DWDM, поскольку этот подход имеет дополнительные функции – управление множеством различных сервисов и защиты сети.

OTN имеет множество встроенных механизмов защиты, таких как автоматическое переключение на резервный канал, а также возможность управления и мониторинга на каждом канале. Что же касается надежности DWDM, данный вариант не имеет таких встроенных функций.

Если говорить о масштабируемости, DWDM гарантирует высокий уровень с помощью пропускной способности через большое количество оптических каналов через одно оптическое волокно. OTN предлагает более комплексный подход к масштабированию.

Итоги

Выбор резервирования влияет на минимизацию времени простоя и на отказоустойчивость. В однопролетных линиях достаточно использовать стандартные схемы, тогда как в магистральных конфигурациях нужны более интеллектуальные подходы, к примеру SNC/N.

Во время проектирования нужно учитывать не только технические характеристики оборудования, но и бюджет, допустимые задержки, и масштаб сети. С помощью комплексного подхода можно построить устойчивую и надежную систему передачи данных.