Hyperscale Data Centers

Zusammenschalten von Rechenzentren (DCI)

DCI-Testanforderungen, -ressourcen und -lösungen

VIAVI Solution arbeitet mit führenden Anbietern zusammen, die in cloudbasierten Hyperscale-Umgebungen robuste DCI-Verbindungen zwischen Rechenzentren nutzen, um die Testdauer zu verringern, optische Netze zu optimieren, Latenzzeiten zu verkürzen und eine 100%ige Einhaltung der Dienstgütevereinbarungen (SLA) sicherzustellen.

Zusammenschalten von Rechenzentren (DCI)

Da Hyperscale-Rechenzentren im Verborgenen der unersättliche Nachfrage nach Bandbreite, Rechenleistung, Speicher und Geschwindigkeit nachkommen, hat sich die Zusammenschaltung von Rechenzentren (Data Center Interconnect, DCI) als kritisches Zugangselement der Netztopologie insgesamt Anerkennung erworben.

Die Übertragungswege zwischen Rechenzentren werden immer schneller ausgebaut und neu strukturiert. In dieser sich stetig wandelnden Umgebung ist der Wert von DCI-Durchsatzmessungen, der Netzwerküberwachung, der Glasfaser-Fernüberwachung sowie der automatischen MPO-Verbinderprüfung unbestritten.

Das anspruchsvolle Testportfolio, das VIAVI für alle Anwendungen vom Labor bis in den Feldeinsatz anbietet, ist Ausdruck seines großen Engagements für mehr Leistung und Flexibilität. In enger Zusammenarbeit mit privaten und öffentlichen Cloud-Anbietern, Internet-Serviceprovidern und anderen Hyperscale-Inhabern bewältigt VIAVI alle Anforderungen, die an die Produktion und Inbetriebnahme, an die Zertifizierung von Rechenzentren, an Latenzmessungen und an die Überwachung der Verbindungen gestellt werden, um eine kompromisslose Zuverlässigkeit und Einhaltung von Dienstgütevereinbarungen (SLA) zu gewährleisten. 

Mit seinen nahezu 100 Jahren Erfahrung beim Testen von Kommunikationstechnologien ist VIAVI beispiellos dafür qualifiziert, mit Normierungsorganisationen wie auch mit Netzbetreibern zusammenzuarbeiten, um sicherzustellen, dass die kontinuierlichen Innovationen keine Interoperabilitätsprobleme hervorrufen.


Lesen Sie weiter, um mehr über die Rolle von VIAVI zu erfahren.
  • eBook

    The Data Center of Tomorrow

    Learn about computing and advanced testing solutions from VIAVI

  • Application Note

    Data Center Interconnect - Getting the Most Out of 16 QAM

  • Application Note

    Disaggregation of DWDM Optical Networks

  • Solution Brief

    AOC/DAC/Breakout Cable Tester

  • Fallstudie

    Transform Your Data Center Management Process with VIAVI ONMS DCI Monitoring

  • Themenbroschüre

    Tools for Fiber Test and Monitoring

DCI bezeichnet eine Technologie, die verwendet wird, um mindestens zwei Rechenzentren miteinander zu verbinden und auf diese Weise Ressourcen zusammenzulegen, die Arbeitslast zu verteilen, Daten zu replizieren und/oder Notfallpläne zu realisieren sowie um nicht zuletzt auch die Daten dichter an den Netzrand heranzubringen. Glasfaserbasierte DCI-Verbindungen werden für gewöhnlich über Kurz-, Mittel- und Langstrecken im Bereich von 5 km bis 150 km installiert. Hierfür wird ein breites Spektrum optischer Transporttechnologien genutzt, um die Bandbreite zu maximieren und die Latenz weitestgehend zu verringern, da Cloud-Computing und das Internet der Dinge (IoT) das Ausmaß und die Komplexität immer weiter erhöhen.

Die Nachfrage nach mehr Speicherplatz und Geschwindigkeit hat auch dazu geführt, dass weltweit immer mehr Standorte eingerichtet werden, von denen viele zur Hyperscale-Kategorie gehören und über Tausende DCI-Verbindungen vernetzt sind. Heute erlaubt die 256-QAM-Modulation, über eine einzige Wellenlänge bereits Datenraten von 400 Gbit/s zu erzielen. Auch wenn diese technologische Innovation den dringend benötigten Kapazitätszuwachs zur Verfügung stellt, bleiben die Fehlererkennung, Durchsatz- und Latenzmessungen sowie Belastungstests während der Installation unverzichtbar. 

VIAVI unterstützt den DCI-Markt mit einer lückenlosen Palette leistungsstarker und innovativer Lösungen für den Aufbau, die Inbetriebnahme, die Erweiterung und die Überwachung von DCI-Verbindungen zwischen Rechenzentren. Diese umfassende Herangehensweise bezieht robuste Leistungsprüfungen über die DCI-Verbindung sowie umfassende Tests an den Geräten im Hyperscale-Ökosystem mit ein.   

  • Wodurch unterscheidet sich DCI von Hyperscale? 

    Der Begriff „Hyperscale“ bezeichnet große Standorte mit zahllosen Servern und einer scheinbar unbegrenzten Ausstattung. Auf Grundlage dieser beeindruckenden Kapazität haben Cloud-Computing-Unternehmen und Big-Data-Speicheranbieter sowie Internet Content Provider (ICP) beispiellose Dimensionen angenommen.

    Heute wird mit „Hyperscale“ aber zunehmend nicht nur die Größe und Skalierung dieser neuen Rechenzentren, sondern auch deren Architektur beschrieben. Allerdings sind Größe und Skalierung sicherlich gute Anhaltspunkte. Hyperscale-Rechenzentren besitzen mindestens 5.000 Server und haben eine Grundfläche von ebenfalls mindestens 900 Quadratmetern. Im Allgemeinen sind Hyperscale-Standorte jedoch viel größer und beherbergen häufig Zehntausende Server. Neben der Grundfläche und der Anzahl der Server sind auch die im Rechenzentrum ablaufenden Prozesse wichtig, nämlich ob es für ein homogenes, horizontal skalierbares und völlig neues Anwendungsportfolio eingerichtet wurde und dafür stärker untergliederte, hochdichte und leistungsoptimierte Infrastrukturen nutzt.

    Heute gibt es mehr als 500 Hyperscale-Rechenzentren auf der Welt. Schätzungen zufolge wird sich deren Anzahl bis 2021 auf 628 erhöhen. Dann werden sie 53 % aller installierten Server, 55 % des gesamten Netzverkehrs, 69 % der gesamten Rechenleistung und 65 % aller in Rechenzentren gespeicherten Daten repräsentieren. Hyperscale-Rechenzentren stehen für eine hochmoderne Architektur, Vernetzung und Automatisierung.

    Ein „Hyperscaler“ kann und muss Millionen von Kunden einen nahezu fehlerfreien Dienst zur Verfügung stellen. Trotz der Vorteile, die die Bereitstellung kundenspezifischer Rechenleistung (Customized Computing) bietet, und obwohl Highspeed-Netze und moderne Virtualisierungssoftware mehr Fläche als viele Städte belegen, kann kein Rechenzentrum allein diese Nachfrage befriedigen. Im neuen Hyperscale-Konzept stellen DCI-Lösungen das alle Standorte verbindende Element dar und ermöglichen, dass eine große Anzahl eigentlich separater Rechenzentren sich wie eine geschlossene Einheit verhalten.

    Die schnelle Bereitstellung von DCI-Verbindungen ist eine effiziente Methode zur Sicherung der Skalierbarkeit und Vielseitigkeit, ohne selbst die Serverkapazität oder die Grundfläche vergrößern zu müssen. Allerdings hat die Verbreitung dieser kritischen DCI-Technologie zur Verbindung von Rechenzentren im Metro- und Langstreckenbereich dazu geführt, dass diese Standorte stärker durch unbefugte externe Zugriffe, unfallbedingte Kabelbrüche oder Verbindungsunterbrechungen, die teure Ausfallzeiten zur Folge haben können, gefährdet sind. Daher sind Glasfaser-Überwachungslösungen unverzichtbar, um die DCI-Verbindung proaktiv zu schützen und die mittlere Reparaturdauer (MTTR) zu verkürzen.

  • Architektur von Rechenzentren 

    Doch nicht nur die Größe und die Komplexität der Rechenzentren haben sich verändert, auch die Architektur wurde weiterentwickelt. Die klassische Aufteilung in die drei Ebenen Core Router, Aggregate Router und Switch ist von Leaf-Spine-Architekturen verdrängt worden, um die Anforderungen von Hyperscale-Lösungen erfüllen. Die Top-of-Rack-Architektur (ToR) verringert den Verkabelungsaufwand, da sich die Switche oben auf dem Server-Rack befinden. Bei der End-of-Row-/Middle-of-Row-Architektur (EoR/MoR) werden die Switche am Ende oder in der Mitte der Server-Gestellreihe zusammengefasst. Gelegentlich wird auch ein Patchfeld als zentraler Verteiler genutzt. 

    Da der Durchsatz zwischen den Rechenzentren im Terabit-Bereich liegt, müssen die für das Rechenzentrum genutzten Architekturlösungen auch die Übertragungskapazität der DCI-Konfiguration mitberücksichtigen. Die Glasfaser-Infrastruktur wird anhand des relativen Standorts, des zwischen den Geräten im Rechenzentrum übertragenen Ost-West-Verkehrsvolumens und der Hardware-Konfiguration der einzelnen Rechenzentren ausgewählt. Unter diesen Einsatzbedingungen sind Verkabelungen mit extrem hoher Faserdichte, die 256-QAM-Modulation sowie DWDM-Multiplexverfahren unverzichtbar. Da DCI-Langstreckenverbindungen von 80 km und mehr aber die Latenz erhöhen, können Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA), Raman-Verstärker oder andere aktive Verstärkungselemente, die in Metro- oder Campus-Netzen nicht benötigt werden, erforderlich werden.

  • Reicht die DCI-Verbindung bis in das Rechenzentrum hinein?

    Obwohl die DCI-Verbindung untrennbar mit der Architektur des Rechenzentrums verbunden ist, bleibt sie eine eigenständige Komponente mit ganz spezifischen Test- und Zuverlässigkeitsanforderungen. Auch wenn die DVI-Verbindungen nur kurz in das Rechenzentrum hineinreichen, sind ihre Auswirkungen doch erheblich. 

    Im Vorraum stellen hochmoderne, rackbasierte Schnittstellenlösungen alle Anschlüsse und Zugangspunkte zur Verfügung. Schnittstellenkarten in diesen Geräten übernehmen wichtige Transponder-, Switching- und Multiplex-Funktionen, die die Übergabe der DCI-Verbindung an das Rechenzentrum abschließen.

    Die in den meisten Rechenzentren auf engstem Platz, dicht an dicht aufgestellte Hardware steht in starkem Kontrast zu eher weitmaschigen Verbindungslösungen, die sich über Hunderte von Kilometern erstrecken können. Diese vielfältigen Einsatzumgebungen schaffen beispiellose Herausforderungen für die Ausführung von Tests und Zertifizierungen, die nur mit einem umfassenden Portfolio an Mess- und Prüftechnik bewältigt werden können.

    Moderne Zertifizierungslösungen für optische Netze, wie der optische Dämpfungsmessplatz SmartClass Fiber OLTS-85 von VIAVI, ermöglichen die lückenlose Tier-1-Zertifizierung mit einem kompakten Gerät und gewährleisten von beiden Faserenden aus zuverlässige Tests. Der MPOLx ist ein vollwertiger optischer Dämpfungsmessplatz, der speziell für die Zertifizierung nativer MPO-Verbinder entwickelt wurde, und die Dämpfung sowie die Polarität ermittelt und die Faserendflächen prüft.

  • Herausforderungen beim Testen von DCI-Netzen

    Die stetig ansteigende Kundennachfrage hat zu einem rasanten Anstieg in der Anzahl von Hyperscale-Rechenzentren und DCI-Verbindungen geführt, die immer komplexere Verkehrslasten zu bewältigen haben. Damit einhergegangen ist eine Abkehr von den traditionellen autonomen Rechenzentren hin zu einer „vermaschten“ Netzwerkstruktur, die an der stärkeren Nutzung von DCI-Installationen erkennbar ist. Gleichzeitig haben sich die Teststrategien weiterentwickelt, um die Automatisierung, gegenseitige Abhängigkeiten, die Sicherheit des Glasfasernetzes und die Zusammenführung (Aggregation) von Anschlüssen stärker zu berücksichtigen. 

    Zur Gewährleistung einer kontinuierlichen Verfügbarkeit (24/7/365) müssen die Leistungskennwerte wie Durchsatz, Latenz und Bitfehlerrate (BER) sowohl im Rechenzentrum als auch außerhalb sorgfältig gemessen und überwacht werden. Zudem bergen die kilometerlangen optischen Verbindungsstrecken zwischen den Rechenzentren erhebliche neue Risiken für Ausfälle oder Unterbrechungen, die Millionen von Nutzern in Mitleidenschaft ziehen können. 

    Da sich in der komplexen Netzstruktur eventuell auftretende Störungen möglicherweise nur schwer identifizieren lassen, müssen die Rechenzentren bei den Überwachungsstrategien und -lösungen für ihre DCI-Verbindungen großen Wert auf Sichtbarkeit und Skalierbarkeit legen. Auch hat die rasante Verbreitung proprietärer Hyperscale-Standorte und von DCI-Verbindungen dazu geführt, dass sich die Anzahl der Interoperabilitätsprotokolle erhöht hat und die Infrastruktur häufiger auf ausgefallenen oder firmeneigenen Spezifikationen basiert. Diese Entwicklung hat die Entwicklung von Testlösungen weiter erschwert. 

  • Testausführung in DCI-Umgebungen

    Bedingt durch die große Anzahl von Anschlüssen und Übertragungsstrecken in Verbindung mit hohen Verfügbarkeitsanforderungen sind Tests sowohl am Netzwerk als auch an den Diensten unverzichtbar geworden. Häufig wird erwartet, dass Hyperscale-DCI-Verbindungen ununterbrochen bei Volllast betrieben werden können. Angesichts dieser Anforderungen sind Überwachungslösungen, die wenig oder keine Bedienereingriffe erfordern und insbesondere auch von virtuellen Zugangspunkten aus gestartet und gesteuert werden können, die logische Wahl. Das rackbasierte System MAP-2100 führt von und zu unbemannten Standorten hochgenaue Durchsatzmessungen nach RFC 2544 und Y.1564 aus, um die verfügbare Bandbreite von DCI-Verbindungen zu ermitteln.

    Eine erfolgreiche DCI-Teststrategie basiert bereits in der Planungs- und Bereitstellungsphase auf einer Ende-zu-Ende-Sichtbarkeitsstrategie, die sich dann über das laufende Management bis zur Wartung erstreckt. Die Interoperabilität ist eine wesentliche Anforderung, der Testlösungen in DCI-Umgebungen gerecht werden müssen, weil Tester, die offene Anwendungsprogrammierschnittstellen (API) unterstützen, eine größere Flexibilität bieten und den Hyperscale-Betreibern erlauben, eigene Automatisierungscodes einzurichten. 
    Da diese Umgebungen eine symbiotische Weiterentwicklung fördern, wird VIAVI Solutions auch künftig eng mit Standardisierungsgremien zusammenarbeiten, um Open-Source-Initiativen und beste Vorgehensweisen für eigenständige Wege zu innovativen Lösungen zu unterstützen. 

  • DCI-Lösungen

    Aufgrund der Herausforderungen, die mit der Installation, Inbetriebnahme und Überwachung von DCI-Übertragungsstrecken zwischen Rechenzentren verbunden sind, müssen die besten optischen Testlösungen reibungslos zusammenwirken, um eine gleichbleibende Dienstgüte zu gewährleisten. Die rasante Entwicklung der Hyperscale-Technologie in Verbindung mit der intensiven Datennutzung, die zur weiteren Verbreitung von DCI-Übertragungsstrecken führt, lässt kaum Spielraum für Fehler.

    Sichtprüfung von Faserendflächen

    Die Glasfaser ist die Lebensader der Kommunikationsverbindungen. Vielseitige Lösungen zur Sichtprüfung von Faserendflächen sind wichtig, da sie verhindern können, dass Defekte und Verunreinigungen bei der Installation von Steckverbindern zu Leistungseinbrüchen führen. Die Faserprüflösungen von VIAVI mit ihren automatischen Prüfroutinen, den kompakten Abmessungen und der Möglichkeit, Mehrfaser-Verbinder (MPO) zu testen, bilden eine solide Grundlage für zuverlässige optische DCI-Verbindungen zwischen den Rechenzentren.   

    Highspeed-Übertragungen bei 400G und 800G

    Die Netzwerke können den extremen Bandbreitenanforderungen nur dann gerecht werden, wenn die DCI-Verbindungen diese riesigen Datenmengen über große Entfernungen zur Verfügung stellen. Heute wird unter anderem Terabit-Ethernet im Bereich von 400G und 800G für DCI-Verbindungen zwischen Rechenzentren eingesetzt. Diese Transporttechnologie erfordert anspruchsvollere BER-Tests und die Unterstützung der PAM-4-Modulation. Testlösungen, die diese hochmodernen Technologien von Rechenzentren berücksichtigen, sind bei der Entwicklung, Bereitstellung und Wartung der Übertragungsstrecken unverzichtbar.

    Metronetze für 100G und 200G

    DCI-Installationen der Metro-Kategorie überbrücken Entfernungen von 5 km bis 80 km und verbinden Standorte in nahegelegenen Städten oder mittelgroßen Ballungszentren. Metro-Verbindungen nutzen häufig eine 100G- oder 200G-Netztopologie und erfordern daher die Qualifizierung und Charakterisierung der Glasfaserstrecke sowie optische Pegelmessungen, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. All-in-one-Lösungen zum Testen von Netzwerken und Glasfasern mit automatischen Testskripts ermöglichen effizientere Messungen zur Kontrolle der Inbetriebnahme, des Durchsatzes und der Latenz.

    Glasfaserüberwachung und Ferntests auf Anforderung

    DCI-Verbindungen müssen vor unberechtigten Zugriffen, unfallbedingten Ausfällen und Kabelbrüchen geschützt werden, um eine maximale Verfügbarkeit und kürzestmögliche Latenz sicherzustellen. Bereits eine geringfügige Beeinträchtigung der Fasergüte kann den Durchsatz erheblich verringern und die BER-Rate erhöhen.

    Da die Installationen bis an ihre Kapazitätsgrenzen belastet sind, dürfen keine Leistungsmängel zugelassen werden. Die rackbasierten OTDR-Tester OTU-5000 und OTU-8000 gewährleisten in Verbindung mit dem optischen Fernüberwachungssystem ONMSi die proaktive, automatische und unterbrechungsfreie Überwachung der Glasfaserstrecke. Diese sorgt dafür, dass Störungen auf dem optischen Übertragungspfad nicht nur exakt lokalisiert, sondern auch sofortige Bewertungen vorgenommen und gegebenenfalls Alarme ausgelöst werden. Da diese OTDRs eine Testwellenlänge von 1625–1650 nm verwenden, kann das Rechenzentrum nach einer Reparatur auch während des Betriebs auf Anforderung oder routinemäßig mit einer geringen Abtastzeit pro Faser überwacht werden. Diese automatische Fernüberwachung erlaubt, Fehlerstellen auf der Glaserfaser zu erkennen und zu lokalisieren sowie schleichende Verschlechterungen, die die Latenz und die BER-Rate erhöhen können, zu verfolgen. 

    Die vorbeugende Wartung kann 20 % der durch die externen Glasfaserkabel verursachten Ausfälle verhindern. Bei einer gemieteten Glasfaser erhalten beide Parteien Zugang zu objektiven Daten, sodass der Defekt exakt eingegrenzt werden kann. Damit ist es möglich, gleich das richtige Team zur Reparatur auszusenden und den Zeitaufwand für die Reparatur/Wiederherstellung (MTTR) als wichtigen Leistungskennwert zu verringern.  Diese Vorgehensweise ist wichtig, um die Verfügbarkeitsanforderungen von Dienstgütevereinbarungen (SLA) zu erfüllen, da ein Drittel der Ausfälle in Rechenzentren durch Störungen im Außennetz verursacht werden.

    Typische DCI-Verbindungen besitzen zwei oder drei redundante Pfade in Form von separat verlegten Glasfaserstrecken, die die Stabilität und die Verfügbarkeit der Übertragung verbessern. Die Testlösungen SmartOTU und ONMSi sichern umfassende Einblicke in den Status der DCI-Verbindung und informieren den Anwender sofort, wenn ein Faserbruch, eine Faserbiegung, ein defekter Steckverbinder oder ein gezogenes Patchkabel erkannt werden und die Gefahr einer Verbindungsunterbrechung besteht.

    Das leistungsstarke und modular aufgebaute OTU-8000 ermöglicht im hochempfindlichen Modus, Sicherheitsbedrohungen durch Hacker, die versuchen den Datenverkehr zu kopieren, automatisch zu identifizieren. Für dieser Angriffe wird ein einfacher optischer Biegekoppler an die Glasfaser gesetzt, um die durch den Fasermantel austretenden Lichtanteile zu erfassen. Damit bietet sich den Angreifern eine preiswerte Möglichkeit, den Datenverkehr der Rechenzentren, der mehrere Millionen Euro wert ist, unerkannt abzugreifen. Um sich vor derartige Zugriffe zu schützen, wird eine speziell für diesen Anwendungsfall entwickelte Glasfaser-Überwachungslösung mit einem optischen Hochleistungsreflektometer (OTDR) und patentierten Erkennungsalgorithmen benötigt. Die meisten DCI-Verbindungen übertragen behördlich regulierte personenbezogene Daten, die vor Diebstahl geschützt werden müssen. Hier ist die automatische Überwachung die erste Verteidigungslinie.  Selbst wenn diese Daten verschlüsselt sind, kann der Code entschlüsselt oder gestohlen werden. Daher ist es wichtig, einen solchen Diebstahl von vornherein auszuschließen.

    Vulnerabilities in a Data Center Network

    Virtuelle Tests und Aktivierungen

    Virtuelle Testagenten vereinfachen die Testausführung in vermaschten Metro- und Kernnetzen deutlich. Die softwarebasierte Plattform Fusion erleichtert mit Hilfe einer Kombination aus virtuellen Testagenten und Hardware, die in das Netzwerk eingebettet sind, die Aktivierung virtueller Dienste und die Leistungsüberwachung. Mit der weiteren Verbreitung von DCI-Verbindungen zwischen Rechenzentren erlauben diese Tools nicht nur, Serviceeinsätze von Technikern weitestgehend zu vermeiden, sondern auch, die Bereitstellung und Überprüfung zu beschleunigen sowie Dienstgütevereinbarungen (SLA) zu schützen.

    Testen und Zertifizieren von Glasfasern

    Mit der weiter steigenden Bandbreitennachfrage können die Anforderungen der Kunden nur durch eine Vervielfachung der Übertragungskapazität der Glasfasern erfüllt werden. Das wiederum führt zu einem größeren und vielfältigeren Angebot von Dienstleistungen, erhöht die Anzahl der Endpunkte/Nutzer und verschafft unzählige Möglichkeiten zur finanziellen Verwertung (Monetarisierung). Glasfasernetze sind eine naheliegende Lösung, um die Bandbreitenbeschränkungen zu überwinden. 

    OTDR-Tests und die Glasfaser-Charakterisierung sowie optische Spektrumanalysatoren (OSA) unterstützen den Aufbau und die Inbetriebnahme von DCI-Verbindungen sowie die Ausführung von Betriebsmessungen an diesen kapazitätsintensiven Übertragungsstrecken zwischen Rechenzentren. VIAVI bietet die umfassendste Palette an optischen Testern für unverzichtbare Glasfaser-Tests zur Installation, Wartung und Fehlerdiagnose mit automatischen Funktionen an, die das gesamte Spektrum grundlegender und erweiterter Testanforderungen abdeckt.

    MPO-Mehrfaserverbinder

    Aufgrund ihrer kompakten Abmessungen und der hohen Faserdichte bieten sich Multi-Fiber-Push-On-Mehrfaser-Verbinder (MPO) für die immer dichter belegten Hyperscale-Rechenzentren und DCI-Verbindungen an. Prüf- und Messtechnik, die native MPO-Anschlüsse mit automatischen Arbeitsabläufen und sowie schneller und zuverlässiger Berichterstellung kombiniert, ermöglicht, die von den MPO-Verbindern gebotene Skalierbarkeit und Effizienz in vollem Umfang auszuschöpfen.

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