Cisco Routed Optical Network: как справиться с ростом трафика и сэкономить до 40% на построении сети

16:52 23.10.2020  (обновлено: 00:18 24.10.2020)  
 
1202 | 

Рубрика

Партнерский материал



Трафик в сетях телеком-операторов и сервис-провайдеров увеличивается экспоненциально, тогда как доходы от его передачи не растут или растут очень медленно. По прогнозам, в 2022 году на 1 доллар инвестиций в инфраструктуру операторам придется передавать в 11 раз больший объем данных, чем 10 лет назад, в 2012 году. При этом основная доля сервисов, потребляющих добавленную емкость, приносит все меньший ARPU и не покрывает стоимость построения инфраструктуры. К тому же все больший объем трафика приходится на IP: последние несколько лет его объемы растут на 30% ежегодно, а в этом году, по некоторым оценкам, он увеличился на 70% вследствие всплеска спроса на видео- и коммуникационные онлайн-сервисы. Однако традиционная сетевая архитектура не оптимальна для его передачи и состоит из множества уровней, каждый из которых развивается независимо. Это ведет к увеличению сложности и стоимости сетей. Предлагаемая компанией Cisco новая маршрутизируемая оптическая архитектура Routed Optical Network упрощает построение сетей и позволяет сэкономить до 40% на капитальных и операционных расходах по сравнению с принятой многоуровневой сетевой архитектурой. Что собой представляет новое решение Cisco и какие преимущества оно дает, рассказывает Андрей Вишняков, системный инженер Cisco.

Зачем понадобилась оптическая маршрутизация? Почему традиционных схем организации оптической сети недостаточно?

Рынок требует более совершенных решений за минимальную стоимость. Трафик растет, и сейчас наступил момент, когда операторам необходимо задуматься о переходе со 100 Гбит/с на 400 Гбит/с — в ближайшие год-два им гарантированно придется рассматривать модернизацию сети для перехода на каналы более высокого порядка. Классические проприетарные сигнальные процессоры DSP позволяют передавать 400 Гбит/с, но они дороги, поэтому многие операторы откладывали модернизацию сети.

 

 

Немного истории: оптические SFP-модули

В 2013 году компания Acacia (теперь она входит в состав Cisco) выпустила первый аналоговый когерентный оптический модуль CFP-ACO, который позволял передавать данные со скоростью 100 Гбит/с по одной длине волны DWDM. В CFP-ACO цифровой процессор (DSP) располагался на линейной карте устройства, а аналоговые оптические компоненты — на CFP-модуле. Причиной такого разделения было то, что из-за высокого энергопотребления и тепловыделения и DSP, и оптику никак не удавалось разместить на CFP-вставке. Подобные решения разных вендоров и даже разных линеек одного производителя зачастую были несовместимы из-за того, что в DSP реализовывались различные несовместимые алгоритмы помехозащищенного кодирования Forward Error Correction (FEC).
Благодаря улучшению технологического процесса — переходу с 40 нм на 16 нм — удалось уменьшить размеры модулей. В 2016 году Optical Internetworking Forum (OIF) опубликовал соглашение о взаимодействии (Interoperability Agreement) о CFP2-ACO. А буквально через год появился оптический модуль CFP2-DCO, содержащий на борту как DSP, так и сам оптический компонент и поддерживающий скорость до 200 Гбит/с. Это был прорыв, так как сетевые устройcтва разных вендоров становились совместимыми друг с другом, а небольшой физический размер и малое тепловыделение модуля CFP2-DCO позволяли на одной линейной карте разместить 8 таких трансиверов суммарной емкостью 1,6 Тбит/c.

 

 

Теперь же на рынке появилось довольно дешевое решение — оптические трансиверы форм-фактора QSFP56-DD на 400 Гбит/с. Они производятся по техпроцессу 7 нм, при этом QSFP56-DD по площади более чем в четыре раза меньше CFP2. Таким образом, на линейной карте можно разместить 36 таких портов и достичь пропускной способности 14,4 Тбит/c на карту! И теперь стоит задуматься: а стоит ли столько денег отдавать за оптическую инфраструктуру или может быть лучше установить трансиверы в маршрутизаторы и просто соединить их узел за узлом (hop-to-hop)?

Какие еще проблемы решает оптическая маршрутизация?

Основной проблемой классических магистральных оптических сетей был компромисс между количеством каналов (лямбд) и их мощностью, так как при повышении мощности сигнала возникают нелинейные эффекты: сигналы начинают влиять друг на друга. В результате в C диапазоне вместо 64 каналов при спектральном расстоянии 50 ГГц помещается в реальности 20, а то и всего 15 каналов.

Оптико-электрическая регенерация сигнала в маршрутизаторе позволяет отказаться от усиления сигнала на каждом узле и увеличить дальность пролетов. Это решение известно уже более 10 лет, но если ранее оно было дорогим (оптические трансиверы стоили на порядки меньше, чем маршрутизатор), то теперь стоимость оптических трансиверов на 400 Гбит/с стала сопоставима с ценой маршрутизатора без них. Усилители на транзитных узлах по-прежнему нужны, зато можно отказаться от мультиплексоров ROADM.

На оптическом уровне ROADM-мультиплексоры CDC (colorless, directionless, contentionless) обеспечивают впечатляющую гибкость, но требуют значительных капитальных затрат. А развертывание поверх оптической сети пакетной на базе IP/ MPLS удваивает расходы. Необходимы архитектурные изменения, которые позволят уменьшить сложность сети суммарно на оптическом и IP/ MPLS-уровнях, максимизировать емкость и избежать неэффективных решений.

Cisco Routed Optical Network: как справиться с ростом трафика и сэкономить до 40% на построении сети

Чем архитектура Cisco Routed Optical Network отличается от традиционной?

Маршрутизируемая оптическая сеть — это сеть, где маршрутизаторы являются единственными коммутирующими элементами. Отказ от мультиплексоров ROADM, транспондеров DWDM и отдельного уровня OTN-коммутации позволяет упростить архитектуру. Даже передача данных OTN и TDM происходит по сети IP. Фактически мы предлагаем оставить один IP-уровень c IP-over-DWDM.

Помимо удаления избыточных компонентов, архитектура упрощается за счет перехода к единой IP- и оптической сети на каждом транзитном участке «точка-точка» (Hop-to-Hop, H2H). Это позволяет иметь единый домен управления для сети и оптики, основанный на IP/MPLS либо Segment Routing.

В результате мы имеем:

  • унификацию архитектуры SDN для IP и оптики;
  • значительное упрощение планирования сети;
  • оптимизацию передачи данных;
  • соблюдение соглашений об уровне обслуживания (SLA);
  • простое и понятное решение по автоматизации и оркестрации.

А чем Routed Optical Network отличается от IP поверх DWDM (IPoDWDM)?

Routed Optical Network — это развитие подхода IPoDWDM с использованием эффективных по стоимости оптических вставок / трансиверов на 400 Гбит/с и автоматизации. IPoDWDM предполагал отказ только от транспондеров, когда маршрутизатор напрямую включался в оптическую сеть ROADM. Теперь же мы говорим об исключении ROADM из сети, вся коммутация осуществляется на уровне IP/MPLS на каждом узле (Hop-to-Hop).

Если раньше емкость карт IPoDWDM на маршрутизаторах была значительно меньше, чем у обыкновенных линейных карт, то с появлением оптических трансиверов QSFP-DD на 400 Гбит/с различия исчезли. Кроме того, к настоящему моменту в отрасли были хорошо отработаны механизмы передачи бит-прозрачных потоков по сети IP/MPLS. Таким образом, мы можем эмулировать выделенные каналы OTN и TDM.

Да, интерфейсов потребуется больше, но преимущество Routed Optical Network состоит в сокращении нерегенерируемых пролетов и улучшении спектральной эффективности (бит на символ).

 

 

Немного истории: контент-провайдеры выбирают IPoDWDM

Своим появлением Routed Optical Network во многом обязана инициативам крупнейших контент-провайдеров по оптимизации их оптических сетей между дата-центрами.
Интернет-гиганты, такие как Amazon, Facebook и Google, первыми стали массово использовать IP-over-DWDM для межсоединения ЦОД, чтобы избавиться от избыточности оптической сети. Что собой представляет классическая оптическая сеть? Это транспондер, из которого смотрит серая оптика. Транспондер включается в пассивный мультиплексор, за ним стоит усилитель, при необходимости используется ROADM. Но зачем все это, если расстояния между дата-центрами относительно невелики и с усилением пройдет обычный сигнал IPoDWDM? Поэтому они и перешли на IPoDWDM.
Но контент-провайдерам не нравилось, что усилители используют другую операционную систему — не ту, с которой работают маршрутизаторы. И специально для того же Google компания Cisco создала усилители с операционной системой IOS XR на борту. И сейчас даже у операторов усилители и маршрутизаторы работают под управлением одной и той же ОС. А управление ими осуществляется с помощью протокола NETCONF и соответствующей YANG-модели данных. Иными словами, они реализовали сеть IP-over-DWDM под общим управлением. По сути, это и стало началом Routed Optical Network.

 

 

Данные OTN и TDM будут передаваться по IP-сети. Не приведет ли это к ухудшению передачи традиционных синхронных сигналов?

Объемы унаследованных сервисов TDM постоянно сокращаются, и их поддержка не представляет проблемы. Эмуляция каналов Circuit Emulation в IP-сети используется уже более 10 лет, и в этой области наработан хороший опыт. Если ранее действительно были определенные трудности, то теперь их нет в принципе. Сеть OTN способна поддерживать 100-гигабитные каналы, поэтому возникал вопрос, как передавать такие каналы по 100-гигабитной инфраструктуре. Очевидно, они не помещались. Теперь, с появлением каналов 400 Gigabit Ethernet, мы можем подключать виртуальные частные сети, виртуальный каналы «точка-точка» с хорошим качеством.

Кто уже использует это решение и кому имеет смысл на него переходить?

Архитектуру Routed Optical Network имеет смысл рассматривать, если планируется внедрять оптическое уплотнение каналов DWDM или предполагается модернизация существующей инфраструктуры DWDM.

Базовый сервис IPoDWDM внедрен у множества операторов по всему миру, в том числе и в России. Сотовые операторы широко используют его на уровне городских сетей, а операторы дата-центров — для интерконнекта своих ЦОД. Правда, пока это преимущественно решения на 100 Гбит/с — соединить, например, два центра обработки данных в Москве обходится «дешево и сердито».

Непосредственно архитектуру RON на базе интерфейсов 400 Гбит/с сейчас тестирует крупный европейский оператор.

На какую экономию можно рассчитывать и за счет чего достигается снижение стоимости?

Как показывают наши расчеты, наибольшая эффективность применения Routed Optical Network и IPoDWDM достигается при использовании интерфейсов 200/400 Гбит/с. Общая стоимость владения по сравнению с традиционной многоуровневой архитектурой сети сокращается до 40%. В сотовых сетях доступа Mobile Backhaul интеграция когерентных DWDM-интерфейсов в оборудование для агрегации IP-трафика позволяет сэкономить до 45% на капитальных затратах и до 60% на операционных.

Упрощение архитектуры в результате создания интегрированной пакетно-оптической транспортной сети позволяет снизить затраты благодаря:

  • уменьшению состава оборудования за счет исключения из решения ROADM и оптического и ОТN-уровней коммутации;
  • упрощению операционной составляющей в результате конвергенции уровней и расширению возможностей для автоматизации операций;
  • снижению затрат на электропитание, охлаждение и стойко-места;
  • унификации сервисов за счет эмуляции каналов для традиционных OTN- и TDM-сервисов.

При этом обеспечивается соблюдение всех принятых SLA!

Насколько сложен переход от существующей инфраструктуры к маршрутизируемой оптической сети?

Архитектура Routed Optical Network может сосуществовать вместе с классической оптической сетью ROADM. Это позволяет обеспечить плавный переход от классической сети с ROADM к маршрутизируемой оптической сети с поддержкой интерфейсов 200/400 Гбит/с.

В некоторых случаях эффективнее отойти от принципа терминирования оптического сигнала на каждом транзитном узле — оставить ROADM на некоторых участках сети и организовать так называемый тактический байпас (Tactical Bypass). Решение зависит от конкретной сети. У нас есть опыт, и мы готовы поделиться наработками и помочь операторам в расчетах.

Источник