密集型光波復(fù)用(DWDM)技術(shù)分析

　　存儲(chǔ)技術(shù)分析之DWDM

　　互連網(wǎng)和企業(yè)商務(wù)應(yīng)用的爆炸性增長(zhǎng)，導(dǎo)致全球企業(yè)和服務(wù)供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)需求猛增。諸如電子商務(wù)，客戶關(guān)系管理，存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和剛浮出的諸如流媒體應(yīng)用這樣的關(guān)鍵任務(wù)支持服務(wù)，都影響著網(wǎng)絡(luò)的所有環(huán)節(jié)，從接入到城域網(wǎng)(MAN) 和廣域網(wǎng) (WAN)。 這些技術(shù)挑戰(zhàn)影響著各種行業(yè)，從財(cái)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(duì)人們的日常生活起著關(guān)鍵作用，消費(fèi)者希望能夠快速地、無中斷地訪問公司的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)。同時(shí)，空前增長(zhǎng)的存儲(chǔ)需求，迫使公司重新審視如何以及通過何種途徑來滿足人們的要求。新的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)和網(wǎng)絡(luò)直連存儲(chǔ)技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。這些技術(shù)可以使得企業(yè)擴(kuò)充它們的存儲(chǔ)能力，提高了存儲(chǔ)資源的總體的易管理性，同時(shí)拓展了其可訪問的地理范圍。

　　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(dá)到T1和T3的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)施，現(xiàn)在需要光纖信道， 企業(yè)系統(tǒng)連接(ESCON)， 千兆以太網(wǎng)，以及將來的萬兆以太網(wǎng)來滿足用戶的帶寬需求。這個(gè)需求，隨著先進(jìn)的諸如密集波分復(fù)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(jì)上負(fù)擔(dān)得起。

　　請(qǐng)讀者先有如下印象：本文討論的是存儲(chǔ)服務(wù)供應(yīng)商(SSP) 在城域網(wǎng)(MAN)中使用密集波分復(fù)用(DWDM)的存儲(chǔ)合并技術(shù)，也將闡述該技術(shù)出現(xiàn)的原因、具備的優(yōu)勢(shì)、在存儲(chǔ)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(fù)用)的縮寫，這是一項(xiàng)用來在現(xiàn)有的光纖骨干網(wǎng)上提高帶寬的激光技術(shù)。更確切地說，該技術(shù)是在一根指定的光纖中，多路復(fù)用單個(gè)光纖載波的緊密光譜間距，以便利用可以達(dá)到的傳輸性能(例如，達(dá)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(shù)量。

　　DWDM能夠在同一根光纖中，把不同的波長(zhǎng)同時(shí)進(jìn)行組合和傳輸。為了保證有效，一根光纖轉(zhuǎn)換為多個(gè)虛擬光纖。所以，如果你打算復(fù)用8個(gè)光纖載波 (OC)，即一根光纖中傳輸48路信號(hào)，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?shù)臄?shù)據(jù)流量最大達(dá)到400Gb/s。隨著廠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://m.odinmetals.com/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)議來傳輸數(shù)據(jù)，處理的數(shù)據(jù)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型的數(shù)據(jù)流量。從QoS (質(zhì)量服務(wù))的觀點(diǎn)看，基于DWDM的網(wǎng)絡(luò)以低成本的方式來快速響應(yīng)客戶的帶寬需求和協(xié)議改變。

　　密集波分復(fù)用 (DWDM) 設(shè)備

　　DWDM設(shè)備用來在單一的光纖上復(fù)用多個(gè)1 Gbit/sec (或者更高)信道。這些激光復(fù)用器對(duì)于潛在的協(xié)議來說是透明的，這意味著企業(yè)可以利用單一的DWDM 設(shè)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(zhǎng)。

　　企業(yè)可用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式或者累積的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式配置DWDM設(shè)備，以形成環(huán)路。一旦主鏈接不能訪問，大多數(shù)DWDM設(shè)備支持自動(dòng)失效轉(zhuǎn)接到冗余物理鏈接。在環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，節(jié)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達(dá)到目標(biāo)。某些類型的DWDM設(shè)備可以添加和去除指定的波長(zhǎng)的傳輸模式，這就使得在環(huán)形網(wǎng)中的出入波長(zhǎng)路由的距離可以從70公里到160公里以上。

　　DWDM 設(shè)備有兩種基本類別：邊緣類(適用于企業(yè)) 和核心類 (適用于通訊商)。 相對(duì)來說，邊緣類的DWDM 設(shè)備通常體積小，價(jià)格低，信道少。

　　常規(guī)情況下，一個(gè)企業(yè)可以在兩個(gè)交換機(jī)之間通過雙互聯(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，ISL是使用E_Port進(jìn)行連接的，E_Port是個(gè)把兩個(gè)交換機(jī)連接成一個(gè)架構(gòu)的擴(kuò)展端口。在交換機(jī)和DWDM設(shè)備之間的ISL連接提供了更大的帶寬(達(dá)到2 Gbits/sec，而非1 Gbit/sec)，但這并不需要。 DWDM設(shè)備可以擁有一個(gè)熱待機(jī)保護(hù)鏈路，一旦主鏈路失效，就可以自動(dòng)調(diào)用該保護(hù)鏈路。 該保護(hù)鏈路應(yīng)該置于一個(gè)單獨(dú)分開的物理通道上。

　　核心類的DWDM設(shè)備體積更大，價(jià)格更高，信道也更多。該類DWDM設(shè)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(yīng)用

　　許多類型的應(yīng)用可以得益于基于城域網(wǎng)的SAN配置。最常見的應(yīng)用包括集中化遠(yuǎn)程存儲(chǔ) (例如服務(wù)供應(yīng)商模式)，集中化的遠(yuǎn)程備份，業(yè)務(wù)連續(xù)性。

　　例如，一提供了冗余通道的光纖DWDM 環(huán)路拓?fù)渚W(wǎng)，具有從中斷的通道轉(zhuǎn)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(fù)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(cè)試中，由于架構(gòu)信道交換機(jī)E_Ports端口中的擴(kuò)展緩沖，初始和替代通道提供了幾乎同等級(jí)別的數(shù)據(jù)訪問性能。

　　SAN/DWDM 基礎(chǔ)架構(gòu)下的存儲(chǔ)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(chǔ)集中化，或者甚至遠(yuǎn)程把該項(xiàng)工作交給存儲(chǔ)服務(wù)供應(yīng)商(SSP)來完成。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(chǔ)服務(wù)。

　　本例中，站點(diǎn)A和B連接到站點(diǎn)C (即存儲(chǔ)服務(wù)提供商SSP)。此處，分區(qū)制 (架構(gòu)交換機(jī)-Fabric switches 或者h(yuǎn)ub中的特色功能，可以通過物理端口、名稱或地址來分割節(jié)點(diǎn))也能用來隔離異種架構(gòu)，這樣，可以控制每個(gè)客戶站點(diǎn)可以訪問的存儲(chǔ)量。兩個(gè)架構(gòu)區(qū)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(chǔ)隔開。

　　SAN/DWDM 基礎(chǔ)架構(gòu)下的備份集中化

　　遠(yuǎn)程備份集中通過使用架構(gòu)分區(qū)，可以把多個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)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(qū)域都存放在磁帶庫中。結(jié)果是：每個(gè)站點(diǎn)可以使用庫中的磁帶設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)備份操作。

　　SAN/DWDM 基礎(chǔ)架構(gòu)下的業(yè)務(wù)連續(xù)性

　　業(yè)務(wù)連續(xù)性方案是把數(shù)據(jù)同步到遠(yuǎn)程鏡像位置，萬一遇到災(zāi)害，冗余系統(tǒng)可以接替主系統(tǒng)來工作，并訪問鏡像數(shù)據(jù)。一旦主系統(tǒng)正常之后，該方案也可以容易地從冗余遠(yuǎn)程系統(tǒng)恢復(fù)到主系統(tǒng)。兩個(gè)站點(diǎn)可以同時(shí)使用該類型方案。

　　例如，站點(diǎn)A和B是主站點(diǎn)(運(yùn)行不同的操作系統(tǒng))，站點(diǎn)C是站點(diǎn)A和B的遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)連續(xù)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(jié)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(jié)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(jī)，每個(gè)交換機(jī)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(zhǎng)。DWDM 的passthrough特色可以使得非鄰接的站點(diǎn)通過中介站點(diǎn)連接，就如同直接相連一樣。通過中介站點(diǎn)連接所增加的唯一開銷是第二條鏈接的最小延遲(5 usec/km)。由于passthrough是被動(dòng)的設(shè)備，所以沒有開銷。

　　每種連接可以在保護(hù)模式下操作，萬一出現(xiàn)連接故障時(shí)，可提供冗余通道。大多數(shù)情況下，連接故障在50毫秒內(nèi)可自動(dòng)檢測(cè)出。此時(shí)，故障連接的兩種波長(zhǎng)朝沿著反方向傳輸，到達(dá)反方向的環(huán)路的目標(biāo)端口。如果DWDM 1和4之間的連接失敗，從4到1的傳輸波長(zhǎng)將調(diào)轉(zhuǎn)方向，通過3和2到達(dá)1。從1到4的傳輸波長(zhǎng)也將調(diào)轉(zhuǎn)方向，通過2和3到達(dá)4。

　　計(jì)算環(huán)路中節(jié)點(diǎn)間的距離取決于所實(shí)現(xiàn)的保護(hù)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(jié)點(diǎn)的配置中也是如此)。

　　計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間距離的另外一種方法是提前設(shè)置保護(hù)路徑 (在相反方向)，這樣距離就限制在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)跳的個(gè)數(shù)。這兩種情況下，節(jié)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(jié)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(duì)SAN交換機(jī)：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DWDM系統(tǒng)，連接兩個(gè)交換機(jī)。你所使用的每種線卡都匹配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(zhuǎn)換器(GBIC)，而導(dǎo)致連接失效。GBIC是 個(gè)把電流轉(zhuǎn)換為激光信號(hào)的以及把激光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的電流的收發(fā)器。但GBIC和頻帶卡是專用于850nm的，所以這應(yīng)該不會(huì)有問題。

　　此處你需要問的問題是：是否你需要設(shè)置什么嗎?或者，通過DWDM來建立這些鏈接，你還需要做些什么?對(duì)這兩個(gè)問題的回答如下：

　　采用DWDM的光纜排障

　　光纜連接是否正確對(duì)連接到遠(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)，包括設(shè)備之間的所允許的最大距離。

　　問題

　　故障現(xiàn)象同你的連接設(shè)置相關(guān)。光纖連接的正確標(biāo)準(zhǔn)如下：

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

　　長(zhǎng)波(1300 mm) GBIC使用9u的光纜，終端設(shè)備之間的最大距離為10公里，無需擴(kuò)展器或者轉(zhuǎn)發(fā)器。

　　通過在黑光纖(9u 光纜)上使用DWDM，終端設(shè)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(kuò)展架構(gòu)，應(yīng)該參考如下配置：

　　主機(jī)到交換機(jī)=50u 多模光纜接到短波GBIC (850mm)。

　　交換機(jī)主端口使用短波GBIC (850mm)。

　　交換機(jī)到DWDM= 50u 多模光纜到短波GBIC (850mm)。

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

　　這樣，你的線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(zhǎng)波單模連接。

　　最后，實(shí)際上在遠(yuǎn)程站點(diǎn)上，應(yīng)進(jìn)行同樣的設(shè)置。對(duì)于你的交換機(jī)，也需要SAN的擴(kuò)充許可，因?yàn)檫@將會(huì)耗盡交換機(jī)之間的可用緩沖區(qū)數(shù)量。這里的本質(zhì)是：隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，站點(diǎn)之間的連接距離將會(huì)繼續(xù)增加。

　　小結(jié)和結(jié)論

　　在城域網(wǎng)范圍內(nèi)，DWDM對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)中心之間的連接，最為理想和可靠。而在更遠(yuǎn)的距離上，SONET則提供了高的時(shí)分復(fù)用(TDM)帶寬。通過光纖信道或帶IP協(xié)議的光纖信道(FCIP)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)復(fù)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(nèi)使用DWDM，進(jìn)行SAN的互聯(lián)，企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)復(fù)制到遠(yuǎn)程位置，而且支持諸如數(shù)據(jù)鏡像、數(shù)據(jù)復(fù)制、磁帶庫、遠(yuǎn)程服務(wù)器聚集等業(yè)務(wù)連續(xù)性的應(yīng)用。這些業(yè)務(wù)連續(xù)性的應(yīng)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(cuò)性，高帶寬，低延遲的特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于同步鏡像，為了避免影響應(yīng)用的性能， DWDM光纖網(wǎng)的延遲要小這一點(diǎn)是很關(guān)鍵的。