密集型光波復用(DWDM)技術(shù)分析

　　存儲技術(shù)分析之DWDM

　　互連網(wǎng)和企業(yè)商務(wù)應用的爆炸性增長(cháng)，導致全球企業(yè)和服務(wù)供應商的網(wǎng)絡(luò )需求猛增。諸如電子商務(wù)，客戶(hù)關(guān)系管理，存儲網(wǎng)絡(luò )和剛浮出的諸如流媒體應用這樣的關(guān)鍵任務(wù)支持服務(wù)，都影響著(zhù)網(wǎng)絡(luò )的所有環(huán)節，從接入到城域網(wǎng)(MAN) 和廣域網(wǎng) (WAN)。 這些技術(shù)挑戰影響著(zhù)各種行業(yè)，從財務(wù)服務(wù)，健康服務(wù)，教育到電信服務(wù)提供商。

　　商務(wù)服務(wù)對人們的日常生活起著(zhù)關(guān)鍵作用，消費者希望能夠快速地、無(wú)中斷地訪(fǎng)問(wèn)公司的系統和數據。同時(shí)，空前增長(cháng)的存儲需求，迫使公司重新審視如何以及通過(guò)何種途徑來(lái)滿(mǎn)足人們的要求。新的存儲區域網(wǎng)絡(luò )(SAN)和網(wǎng)絡(luò )直連存儲技術(shù)便應運而生。這些技術(shù)可以使得企業(yè)擴充它們的存儲能力，提高了存儲資源的總體的易管理性，同時(shí)拓展了其可訪(fǎng)問(wèn)的地理范圍。

　　通訊商在城域網(wǎng)中的光纖配置,使得黑光纖(dark-fiber)和高帶寬成為可行。曾經(jīng)達到T1和T3的網(wǎng)絡(luò )連接設施，現在需要光纖信道， 企業(yè)系統連接(ESCON)， 千兆以太網(wǎng)，以及將來(lái)的萬(wàn)兆以太網(wǎng)來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的帶寬需求。這個(gè)需求，隨著(zhù)先進(jìn)的諸如密集波分復用(DWDM)的激光技術(shù)的進(jìn)展，大大地促進(jìn)了傳輸容量的提高，并降低了成本，使得通訊商為了能夠在城域網(wǎng)市場(chǎng)中能夠提供黑光纖和高帶寬服務(wù)，經(jīng)濟上負擔得起。

　　請讀者先有如下印象：本文討論的是存儲服務(wù)供應商(SSP) 在城域網(wǎng)(MAN)中使用密集波分復用(DWDM)的存儲合并技術(shù)，也將闡述該技術(shù)出現的原因、具備的優(yōu)勢、在存儲市場(chǎng)中的可能影響，以及一些需要克服的障礙。

　　什么是DWDM?

　　DWDM是Dense Wavelength Division Multiplexing(密集波分復用)的縮寫(xiě)，這是一項用來(lái)在現有的光纖骨干網(wǎng)上提高帶寬的激光技術(shù)。更確切地說(shuō)，該技術(shù)是在一根指定的光纖中，多路復用單個(gè)光纖載波的緊密光譜間距，以便利用可以達到的傳輸性能(例如，達到最小程度的色散或者衰減)，這樣，在給定的信息傳輸容量下，就可以減少所需要的 光纖的總數量。

　　DWDM能夠在同一根光纖中，把不同的波長(cháng)同時(shí)進(jìn)行組合和傳輸。為了保證有效，一根光纖轉換為多個(gè)虛擬光纖。所以，如果你打算復用8個(gè)光纖載波 (OC)，即一根光纖中傳輸48路信號，這樣傳輸容量就將從2.5 Gb/s提高到20 Gb/s。 目前，由于采用了DWDM技術(shù)，單根光纖可以傳輸的數據流量最大達到400Gb/s。隨著(zhù)廠(chǎng)商在每根光纖中加入更多信道，每秒兆兆位的傳輸速度指日可待。

　　DWDM的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是它的協(xié)議和傳輸速度是不相關(guān)的?；?A href="http://joq5k4q.cn/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=DWDM&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">DWDM的網(wǎng)絡(luò )可以采用IP協(xié)議、ATM、SONET /SDH、以太網(wǎng)協(xié)議來(lái)傳輸數據，處理的數據流量在100 Mb/s 和2.5 Gb/s之間，這樣，基于DWDM的網(wǎng)絡(luò )可以在一個(gè)激光信道上以不同的速度傳輸不同類(lèi)型的數據流量。從QoS (質(zhì)量服務(wù))的觀(guān)點(diǎn)看，基于DWDM的網(wǎng)絡(luò )以低成本的方式來(lái)快速響應客戶(hù)的帶寬需求和協(xié)議改變。

　　密集波分復用 (DWDM) 設備

　　DWDM設備用來(lái)在單一的光纖上復用多個(gè)1 Gbit/sec (或者更高)信道。這些激光復用器對于潛在的協(xié)議來(lái)說(shuō)是透明的，這意味著(zhù)企業(yè)可以利用單一的DWDM 設備在一根光纖上傳輸千兆以太網(wǎng)，千兆光纖信道， ESCON和SONET，每種網(wǎng)絡(luò )傳輸模式都具有自己的波長(cháng)。

　　企業(yè)可用點(diǎn)對點(diǎn)的方式或者累積的點(diǎn)對點(diǎn)方式配置DWDM設備，以形成環(huán)路。一旦主鏈接不能訪(fǎng)問(wèn)，大多數DWDM設備支持自動(dòng)失效轉接到冗余物理鏈接。在環(huán)形拓撲結構中，節點(diǎn)之間僅需要一條鏈接。如果鏈路失效，激光將朝相反的方向傳輸來(lái)達到目標。某些類(lèi)型的DWDM設備可以添加和去除指定的波長(cháng)的傳輸模式，這就使得在環(huán)形網(wǎng)中的出入波長(cháng)路由的距離可以從70公里到160公里以上。

　　DWDM 設備有兩種基本類(lèi)別：邊緣類(lèi)(適用于企業(yè)) 和核心類(lèi) (適用于通訊商)。 相對來(lái)說(shuō)，邊緣類(lèi)的DWDM 設備通常體積小，價(jià)格低，信道少。

　　常規情況下，一個(gè)企業(yè)可以在兩個(gè)交換機之間通過(guò)雙互聯(lián)交換鏈路(ISL)，把相距50公里以上的兩個(gè)站點(diǎn)連接起來(lái)，ISL是使用E_Port進(jìn)行連接的，E_Port是個(gè)把兩個(gè)交換機連接成一個(gè)架構的擴展端口。在交換機和DWDM設備之間的ISL連接提供了更大的帶寬(達到2 Gbits/sec，而非1 Gbit/sec)，但這并不需要。 DWDM設備可以擁有一個(gè)熱待機保護鏈路，一旦主鏈路失效，就可以自動(dòng)調用該保護鏈路。 該保護鏈路應該置于一個(gè)單獨分開(kāi)的物理通道上。

　　核心類(lèi)的DWDM設備體積更大，價(jià)格更高，信道也更多。該類(lèi)DWDM設備允許進(jìn)行環(huán)路配置，提供了增加和刪除能力(本文后面將簡(jiǎn)要討論一個(gè)跨越4個(gè)站點(diǎn)的服務(wù)的例子)。

　　基于城域網(wǎng)的應用

　　許多類(lèi)型的應用可以得益于基于城域網(wǎng)的SAN配置。最常見(jiàn)的應用包括集中化遠程存儲 (例如服務(wù)供應商模式)，集中化的遠程備份，業(yè)務(wù)連續性。

　　例如，一提供了冗余通道的光纖DWDM 環(huán)路拓撲網(wǎng)，具有從中斷的通道轉向替代通道的能力。假如，站點(diǎn)B同站點(diǎn)C之間的連接通道距離為70 公里，一旦發(fā)生斷連，站點(diǎn)B使用DWDM的替代通道(其他方向)，以便恢復同站點(diǎn)C的連接。該通道(假如從站點(diǎn)B經(jīng)A到C) 跨度為100 公里 (50 公里加50公里)。在測試中，由于架構信道交換機E_Ports端口中的擴展緩沖，初始和替代通道提供了幾乎同等級別的數據訪(fǎng)問(wèn)性能。

　　SAN/DWDM 基礎架構下的存儲集中化

　　企業(yè)可以把地理上分散的環(huán)境或者校園進(jìn)行存儲集中化，或者甚至遠程把該項工作交給存儲服務(wù)供應商(SSP)來(lái)完成。在各種環(huán)境下，你也可以擁有一個(gè)SSP配置，其中指定站點(diǎn)C為SSP站點(diǎn)，站點(diǎn)C為多個(gè)站點(diǎn)提供存儲服務(wù)。

　　本例中，站點(diǎn)A和B連接到站點(diǎn)C (即存儲服務(wù)提供商SSP)。此處，分區制 (架構交換機-Fabric switches 或者hub中的特色功能，可以通過(guò)物理端口、名稱(chēng)或地址來(lái)分割節點(diǎn))也能用來(lái)隔離異種架構，這樣，可以控制每個(gè)客戶(hù)站點(diǎn)可以訪(fǎng)問(wèn)的存儲量。兩個(gè)架構區域(一個(gè)用于站點(diǎn)A ，另一個(gè)用于站點(diǎn)B) 把兩個(gè)站點(diǎn)的存儲隔開(kāi)。

　　SAN/DWDM 基礎架構下的備份集中化

　　遠程備份集中通過(guò)使用架構分區，可以把多個(gè)站點(diǎn)的數據備份到單一的共享磁帶庫中。站點(diǎn)A和B可以共享站點(diǎn)C提供的磁帶庫，站點(diǎn)C允許兩個(gè)站點(diǎn)的各自區域都存放在磁帶庫中。結果是：每個(gè)站點(diǎn)可以使用庫中的磁帶設備進(jìn)行數據備份操作。

　　SAN/DWDM 基礎架構下的業(yè)務(wù)連續性

　　業(yè)務(wù)連續性方案是把數據同步到遠程鏡像位置，萬(wàn)一遇到災害，冗余系統可以接替主系統來(lái)工作，并訪(fǎng)問(wèn)鏡像數據。一旦主系統正常之后，該方案也可以容易地從冗余遠程系統恢復到主系統。兩個(gè)站點(diǎn)可以同時(shí)使用該類(lèi)型方案。

　　例如，站點(diǎn)A和B是主站點(diǎn)(運行不同的操作系統)，站點(diǎn)C是站點(diǎn)A和B的遠程業(yè)務(wù)連續性站點(diǎn)。只要站點(diǎn)A和B中的一個(gè)出了故障，就會(huì )切換到站點(diǎn)C。

　　多節點(diǎn)DWDM配置

　　最后，正如前面已經(jīng)提到的，讓我們簡(jiǎn)要地看看多節點(diǎn)DWDM配置，其可以覆蓋四個(gè)站點(diǎn) (DWDM 1， 2， 3 和4)，及可提供的光通訊服務(wù)。例如，假如存在四個(gè)交換機，每個(gè)交換機的E_Ports連到一個(gè)包含發(fā)射和接收雙通道的DWDM信道，每個(gè)通道有自己的波 長(cháng)。DWDM 的passthrough特色可以使得非鄰接的站點(diǎn)通過(guò)中介站點(diǎn)連接，就如同直接相連一樣。通過(guò)中介站點(diǎn)連接所增加的唯一開(kāi)銷(xiāo)是第二條鏈接的最小延遲(5 usec/km)。由于passthrough是被動(dòng)的設備，所以沒(méi)有開(kāi)銷(xiāo)。

　　每種連接可以在保護模式下操作，萬(wàn)一出現連接故障時(shí)，可提供冗余通道。大多數情況下，連接故障在50毫秒內可自動(dòng)檢測出。此時(shí)，故障連接的兩種波長(cháng)朝沿著(zhù)反方向傳輸，到達反方向的環(huán)路的目標端口。如果DWDM 1和4之間的連接失敗，從4到1的傳輸波長(cháng)將調轉方向，通過(guò)3和2到達1。從1到4的傳輸波長(cháng)也將調轉方向，通過(guò)2和3到達4。

　　計算環(huán)路中節點(diǎn)間的距離取決于所實(shí)現的保護通路策略。例如，如果DWDM 2 和3之間的連接失效，1到3的通道將為1到2，2返回到1 (由于連接失效)，1 到4，最后4到3。這說(shuō)明要排除故障，保持連通，需要使用到環(huán)路的整個(gè)圓周。(而且在四個(gè)以上節點(diǎn)的配置中也是如此)。

　　計算節點(diǎn)之間距離的另外一種方法是提前設置保護路徑 (在相反方向)，這樣距離就限制在兩個(gè)節點(diǎn)之間的轉跳的個(gè)數。這兩種情況下，節點(diǎn)之間的最大距離決定了最大的光纖范圍。例如，在這種方案下，節點(diǎn)之間的最大距離是80到100 公里，而在環(huán)路方案下，最大范圍是160到400公里。

　　但是，假如你有一對SAN交換機：一個(gè)位于位置X，一個(gè)位于位置Z。兩個(gè)站點(diǎn)之間的距離大約為5公里。你打算使用特定的黑光纖通過(guò)DWDM系統，連接兩個(gè)交換機。你所使用的每種線(xiàn)卡都匹配850nm的光纖。但連接失敗，你被告知，由于使用了短波千兆接口轉換器(GBIC)，而導致連接失效。GBIC是 個(gè)把電流轉換為激光信號的以及把激光信號轉化為數字化的電流的收發(fā)器。但GBIC和頻帶卡是專(zhuān)用于850nm的，所以這應該不會(huì )有問(wèn)題。

　　此處你需要問(wèn)的問(wèn)題是：是否你需要設置什么嗎?或者，通過(guò)DWDM來(lái)建立這些鏈接，你還需要做些什么?對這兩個(gè)問(wèn)題的回答如下：

　　采用DWDM的光纜排障

　　光纜連接是否正確對連接到遠程站點(diǎn)至關(guān)重要。為確保配置正確，讓我們看看光纖連接的標準，包括設備之間的所允許的最大距離。

　　問(wèn)題

　　故障現象同你的連接設置相關(guān)。光纖連接的正確標準如下：

　　短波(850 mm) GBIC使用50u 的光纜，終端設備之間的最大距離為500米。

　　長(cháng)波(1300 mm) GBIC使用9u的光纜，終端設備之間的最大距離為10公里，無(wú)需擴展器或者轉發(fā)器。

　　通過(guò)在黑光纖(9u 光纜)上使用DWDM，終端設備之間的最大距離可以延伸到為100公里。

　　解決方案

　　所以，你如果建立了相距5公里的站點(diǎn)的擴展架構，應該參考如下配置：

　　主機到交換機=50u 多模光纜接到短波GBIC (850mm)。

　　交換機主端口使用短波GBIC (850mm)。

　　交換機到DWDM= 50u 多模光纜到短波GBIC (850mm)。

　　DWDM到遠程站點(diǎn)連接=長(cháng)波GBIC (1300mm) 到 9u單模光纖(黑光纖)。

　　這樣，你的線(xiàn)卡具有短波多模連接，這適用于局部連接，但站點(diǎn)之間的連接則需要使用長(cháng)波單模連接。

　　最后，實(shí)際上在遠程站點(diǎn)上，應進(jìn)行同樣的設置。對于你的交換機，也需要SAN的擴充許可，因為這將會(huì )耗盡交換機之間的可用緩沖區數量。這里的本質(zhì)是：隨著(zhù)光纖技術(shù)的發(fā)展，站點(diǎn)之間的連接距離將會(huì )繼續增加。

　　小結和結論

　　在城域網(wǎng)范圍內，DWDM對兩個(gè)數據中心之間的連接，最為理想和可靠。而在更遠的距離上，SONET則提供了高的時(shí)分復用(TDM)帶寬。通過(guò)光纖信道或帶IP協(xié)議的光纖信道(FCIP)進(jìn)行遠程數據復制工作，這兩種技術(shù)都是最優(yōu)選擇。

　　最后，在城域網(wǎng)范圍內使用DWDM，進(jìn)行SAN的互聯(lián)，企業(yè)可以實(shí)現一個(gè)具有高可靠性的通訊環(huán)境，可以把重要的業(yè)務(wù)數據復制到遠程位置，而且支持諸如數據鏡像、數據復制、磁帶庫、遠程服務(wù)器聚集等業(yè)務(wù)連續性的應用。這些業(yè)務(wù)連續性的應用，以及相關(guān)的SAN技術(shù)，諸如光纖信道(Fibre Channel)和ESCON，需要具有容錯性，高帶寬，低延遲的特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )。對于同步鏡像，為了避免影響應用的性能， DWDM光纖網(wǎng)的延遲要小這一點(diǎn)是很關(guān)鍵的。