Kifacsarja az optikai hálózatot a Microsoft

Dinamikus szabályozással maximalizálta optikai gerinchálózatainak képességeit a Microsoft - számolt be az eredményekről a Microsoft Research oldalán az üzemeltető csapat.  A Datacenter Knowledge által kiszúrt tavalyi kutatás eredményeit a cég már gyakorlatban is bevetette, elég látványos eredményekkel, nem csak az elérhető sávszélességen, hanem a hálózat rendelkezésre állásán is sikerült számottevően javítania, úgy, hogy ahhoz nem kellett drágán, újabb fénykábeleket lefektetnie.

100 gigabit helyett 175. Vagy 200?

A dinamikusan beállított sávszélesség koncepciójával tehát jelentősen csökkenthetőek a költségek, ám ezért cserébe számottevően nőhet a hálózat komplexitása. A fejlesztéseket természetesen az imént említett, lehetséges megtakarítások motiválták, egy új optikai kapcsolat kiépítse ugyanis a kábel hosszától függően akár több 10 000 vagy 100 000 dolláros költséget is jelenthet, interkontinentális összeköttetések esetében pedig ennél nagyságrendekkel nagyobb lehet az összeg.

Amerikában például 35 nagyváros között épített ki saját optikai összeköttetést a Microsoft. Erre elsősorban az Azure, azaz a cég felhős szolgáltatása miatt szükséges, amely másodpercenként több ezer terabájtos adatforgalmat generál. Ennek stabil és hatékony kiszolgálása komoly kihívások elé állítja a mérnököket, a sávszélesség növelését ugyanis természetesen a lehető legkisebb kiadás mellett szeretné elérni a Microsoft.

^{A kapcsolatvesztések nagy része nem "bináris" (nem szakad teljesen), a zölddel kiemelt esetek a sebesség visszaskálázásával megmenthetőek.}

Mindeközben nem mozdulhat el a fontossági lista éléről a üzembiztonság, vagyis sávszélesség növelése semmiképpen sem mehet a hálózat megbízhatóságának rovására, sőt, lehetőség szerint ezen mutatón is javítani kell. A felhős adatközpontok közötti átvitelnek koherensnek kell lennie, a nagyvállalatok dinamikusan változó igényeinek kiszolgálásához pedig közel tökéletes rendelkezésre állásra, nagy kapacitásra, illetve rugalmasságra van szükség. Ezek egy része kezelhető a hálózati forgalom priorizálásával, illetve az egyes műveletek ütemezésével, a hirtelen, tüskeszerűen megugró terhelések, tehát a nem várt események kezeléséhez azonban elengedhetetlen az adatközpontok közötti, minél nagyobb potenciállal kecsegtető kapcsolat.

Az Azure hálózatmérnökei az újabb, költséges kábelfektetések helyett más oldalról próbálták megközelíteni a problémát, amelyhez a jól bevált DWDM (sűrű hullámhossz-osztásos multiplexálás) technológiát vették alapul, ami egy, az optikai kábel kapacitását növelő technológia. A különböző forrásból származó digitális jeleket különböző hullámhosszúságú fénnyel hordozzák, amelyeket multiplexálással ültetnek át egyetlen optikai kábelre. Ezzel a megoldással több (akár 100+) adatcsatorna tartalma továbbítható egy időben, egyetlen fénykábelen.

^{Multiplexelés - sok párhuzamos jel, magasabb átviteli sebesség.}

A DWDM technológia tehát nem új, azt már hosszú évek óta alkalmazzák. A Microsoft ezen utóbbin, vagyis az implementáláson fejlesztett, az optikai hálózatok ugyanis jellemzően fix modulációval, illetve kapacitással dolgoznak. A cég ezzel szemben újrakonfigurálható multiplexálókat alkalmazott, amelyek képesek menet közben, hatékonyan hullámhosszt váltani az egyes portok között, ily módon pedig a kapcsolat olyan spektrumokat is kiaknázhat, amelyek fix paraméterezés esetében elérhetetlenek lennének. Mindehhez a jel-zaj viszony tükrében változtatható sávszélességű adó-vevőket társítottak a Microsoft mérnökei, a komplett hálózat pedig szoftveresen definiált (SWAN). Utóbbinak hála például különböző típusú transzponder vonalkártyákat és nagy sűrűségű interconnecteket lehet egyazon hálózatban használni, amely ugyancsak jótékony hatással van a költségekre.

A Microsoft még 2015-ben kezdte el gyűjteni az amerikai hálózatában lévő optikai vonalkártyák adatait, többek között a jelminőséget, illetve az ahhoz tartozó sávszélességet. A cég mérnökei 15 percenként rögzítették a paramétereket, és vetették össze azokat 4000 kilométeres teszthálózatuk értékeivel. A szakemberek az első három hónapban összeszedett adatok alapján arra jutottak, hogy az egyes csatornák modulációjának változtatásával akár 70 százalékkal is növelhető a maximális sávszélesség. A 100 Gbps-es kapcsolatokhoz szükséges 6,5 dB-es jel-zaj viszonyt ugyanis rendszerint bőven felülmúlták a kapcsolatok, a Microsoft átlagosan ennek közel a dupláját, 12 dB-t mért.

^{Néhány kapcsolat 200 gigabit fölé is skálázódik, de a nagy többségnél is jelentős előrelépés érhető el}

Ezen mozgásteret kihasználva első körben átlagosan 50 százalékkal, 100-ról 150 Gbps-re sikerült feltornászni a kapcsolatok sebességét. A következő lépérben 50-ről 25 Gbps-re csökkentették a sebességi fokozatot, amivel jellemzően kapcsolattól függően 175 Gbps-re nőtt a sávszélesség, egyes esetekben pedig egészen 225 Gbps-ig is sikerült felsrófolni az átviteli sebességet. Az Amerikában lefektetett 100 Gbps-os gerinchálózatuk 99 százaléka volt képes 50 százalékkal magasabb, vagyis 150 Gbps-os sávszélességre, 80 százalék 175 Gbps-re, 34 százalék pedig 200 Gbps-re. Ezen tetemes előrelépésekhez pedig mindössze a moduláción kellett változtatni, vagyis nem volt szükség további kábelek lefektetésére. Mindez végeredményben tetemes mértékű, másodpercenként 145 terabájtnyi extra sávszélességet adot hozzá a komplett optikai hálózathoz.

A megbízhatóság szempontjából érdekesség, hogy 175 Gbps-ig nem nőtt számottevően a hibák száma, a problémák jellemzően 200 Gbps-nál kezdtek el jelentkezni, ezek pedig akár órákig is fennálltak. A mérnökök ekkor nyúltak ismét a menet közben újrakonfigurálható multiplexálókhoz, amelyekkel változtatva a moduláción, bizonyos esetekben sikerül stabilizálni a kapcsolatot. A moduláció megváltoztatása ráadásul csupán 35 milliszekundumot vesz igénybe, szemben a kvázi sztenderd multiplexálók teljes újraindításával, amely nagyjából 68 másodpercig tart, azaz ilyenkor több, mint egy percig nincs kapcsolat. Ebből kiindulva a nagyobb rugalmasságot nyújtó alkatrészekkel nem csak a sávszélesség, de a rendelkezésre állás is jelentősen növelhető.

Nagy pénz, nagy szívás: útravaló csúcstámadó IT-soknak Az informatikai vezetősködés sokak álma, de az árnyoldalaival kevesen vannak tisztában.

Amennyiben ugyanis bármilyen okból hirtelen romlana a jel-zaj viszony, úgy ahhoz könnyen és gyorsan hozzá lehet igazítani a sávszélességet, miközben a kapcsolat gyakorlatilag nem szakad meg. A Microsoft hét hónapot felölelő, nem tervezett leállásokat taglaló statisztikája alapján a kapcsolatszakadások 90 százalékánál 3 dB felett maradt a jel-zaj viszony, amely elég lett volna 50 Gbps-os sávszélesség fenntartásához.

Mindez persze nincs ingyen, az újrakonfigurálható multiplexálók és a változtatható sávszélességű adó-vevők is drágábbak, mint sztenderd társaik, nem utolsó sorban pedig ezek képességeit kihasználva nő a rendszer komplexitása, ezzel együtt pedig az üzemeltetés is komplikáltabb lesz. Ennek redukálásához a komplett hálózatból begyűjtött adatokat saját felhőjében egyesítette a Microsoft, ahol így a mérnökök valós időben, gyorsan és egyszerűen elemezhetik, illetve követhetik nyomon az egyes kritikus paramétereket.

A Microsoft fejlesztéséből egyébként az egész iparág profitálhat, a cég igényeire szabott egyedi eszközökhöz hasonló képességű termékek ugyanis a közelmúltban már a nagy gyártók, többek között a Cisco, Arista, INPHI és az ADVA kínálatában is megjelentek. Így más szolgáltatok is elkezdhetnek kísérletezni a dinamikus optikával, amelynek kiépítése még ennek ellenére sem lesz triviális feladat.