تُعد شبكات النقل-المسافات الطويلة وشبكات المترو بمثابة بنية أساسية للنقل عبر الألياف الضوئية، إلا أنها مصممة لمعالجة مشكلات مختلفة. ويؤدي الخلط بين الاثنين إلى -عمليات نشر هندسية زائدة، أو تكاليف غير ضرورية، أو شبكات لا يمكنها تلبية متطلبات زمن الاستجابة. تتناول هذه المقالة كيفية اختلافها عبر المسافة والسعة وزمن الاستجابة والتكنولوجيا - وتستخدم شبكة B4 من Google كمثال ملموس لكيفية عمل الطبقتين معًا في الممارسة العملية.
ما المقصود بشبكات النقل-المسافات الطويلة وشبكات المترو؟
شبكات الألياف الضوئية-طويلة المدىهي بنية أساسية أساسية تم تصميمها لنقل البيانات عبر المدن والبلدان والقارات. تتراوح مسافات الإرسال عادة من 1000 إلى 2500 كم، مع تجاوز بعض عمليات النشر 4000 كم. تشكل هذه الشبكات الشرايين الأساسية لحركة الإنترنت العالمية، حيث تربط شبكات المترو ببعضها البعض عبر مسافات جغرافية شاسعة.
شبكات المتروتعمل - والتي تسمى أيضًا شبكات المناطق الحضرية (MANs) - داخل مدينة أو منطقة حضرية، عادةً عبر مسافات تتراوح من 80 إلى 1000 كيلومتر. فهي تربط المكاتب ومراكز البيانات والحرم الجامعي ونقاط تواجد مقدمي الخدمة (POPs) داخل المنطقة المحلية.
فالاثنان ليسا بديلين لبعضهما البعض. تعمل شبكات النقل-الطويلة على توصيل شبكات المترو عبر المناطق. توفر شبكات المترو هذا الاتصال للمستخدمين النهائيين والشركات محليًا.
الاختلافات الطويلة بين شبكات النقل والمترو
مسافة الإرسال والتغطية
تم تصميم شبكات المسافات الطويلة-للمسافات العابرة للقارات وبين المدن-، والتي غالبًا ما تتجاوز 2500 كيلومتر. تبقى شبكات المترو داخل حدود المدينة والحدود الإقليمية، أي أقل من 200 كيلومتر تقريبًا في معظم عمليات النشر. النطاق الذي يتراوح بين 300 و800 كيلومتر هو المكان الذي تكون فيه كلتا البنيتين قابلتين للتطبيق تقنيًا - في تلك المنطقة المتداخلة، ويعتمد الاختيار الصحيح على أنماط حركة المرور ومتطلبات زمن الوصول، وليس المسافة وحدها.
سعة الشبكة
تحمل شبكات النقل -الطويلة سعة إجمالية أعلى، ويتم تمكينها بواسطةدي دبليو دي إم(تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف)- تقنية تنقل العشرات من الأطوال الموجية المستقلة في وقت واحد عبر زوج ألياف واحد. تتجاوز بعض أنظمة النقل -الطويلة 80 طولًا موجيًا لكل ليف، مما يصل إلى عدة تيرابت في الثانية من إجمالي الإنتاجية.
استخدام شبكات المتروCWDM(تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الخشن)أو أصغر-مقياس DWDM. السعة أقل، ولكنها كافية لحركة المرور على نطاق المدينة-. يفضل الاقتصاديون تعدد الإرسال الأكثر بساطة والأقل تكلفة-في طبقة المترو.
كمون
توفر شبكات المترو زمن وصول أقل - عادة أقل من 5 مللي ثانية نهاية-إلى-نهاية داخل المدينة - لأن المسافات الأقصر تعني تأخير نشر أقل. وهذا يجعل البنية الأساسية للمترو هي الاختيار الافتراضي للتطبيقات الحساسة لزمن الاستجابة-: التداول المالي، والفيديو-الحقيقي، وقواعد البيانات الموزعة.
تتميز شبكات النقل-الطويلة بزمن وصول أعلى. يتراكم تأخير الانتشار مع المسافة، ويضيف تضخيم الإشارة عند العقد الوسيطة مزيدًا من الحمل.
التكنولوجيا والمعدات
تختلف فلسفة التصميم الكامنة وراء النقل لمسافات طويلة- بشكل كبير عن فلسفة الشبكات الحضرية. حيث تعطي الروابط العابرة للقارات وبين{2}}المدن الأولوية للكفاءة الطيفية وتصل إلى - وتمتد في كثير من الأحيان إلى ما يزيد عن 4000 كيلومتر من خلال مضخم ومتماسكألياف النقلتعمل البنى التحتية ذات النطاق - الحضرية-في ظل مجموعة مختلفة تمامًا من القيود. تغطي شبكات المترو عشرات إلى مئات الكيلومترات داخل وحول حدود المدينة، ويجب أن توازن بين زمن الوصول المنخفض وسعة المنافذ الكثيفة واقتصاديات النشر، وغالبًا ما تفضل الاكتشاف المباشر- أو التوصيلات المدمجة المتماسكة على الأداء-العالي ولكن الحلول الأكثر تكلفة التي يتطلبها النقل لمسافات طويلة-.
على وجه التحديد: تتطلب عمليات النشر على المدى الطويل-.التكنولوجيا البصرية متماسكةبشكل قياسي، مع شرائح DSP التي تعوض التشتت عبر آلاف الكيلومترات، وإدفامكبرات الصوتيتم نشرها كل 80 كم تقريبًا للحفاظ على قوة الإشارة. تعتمد عمليات نشر المترو في المقام الأول علىالكشف المباشر-(IM-DD)أجهزة الإرسال والاستقبال - أبسط، وطاقة أقل، وأرخص بكثير. يعد تطبيق بنية أساسية متماسكة كاملة-على المدى الطويل لنشر مترو الأنفاق بمثابة هندسة زائدة نادرًا ما تكون منطقية من الناحية المالية.
| مسافة طويلة- | مترو | |
|---|---|---|
| التغطية | الدول / القارات | المدينة / منطقة المترو |
| مسافة | 1,000 – 2,500 كم+ | 80 - 1000 كم |
| سعة | أعلى (-نطاق DWDM كبير) | أقل (CWDM / DWDM صغير) |
| كمون | أعلى | أدنى (<5ms typical) |
| التكنولوجيا الأساسية | متماسك + EDFA | IM-DD / متماسك مدمج |
| أفضل ل | عبر-العمود الفقري للمنطقة | تطبيقات محلية حساسة لوقت الاستجابة-. |
النشر العالمي الحقيقي-: Google B4
شبكة جوجل B4- موثق في ورقة عامة في SIGCOMM 2012 - يوضح مدى -عمل شبكات النقل والمترو معًا على نطاق واسع، وما يحدث عندما يتم تحسين كل طبقة لغرضها الفعلي.
احتاجت Google إلى الحفاظ على مزامنة مراكز البيانات العالمية الخاصة بها عبر ثلاثة أنواع من حركة المرور: النسخ المتماثل للبيانات على نطاق واسع-، والخدمات التي تواجه المستخدم-، ووظائف الحوسبة الداخلية. كان لكل منها متطلبات مختلفة للنطاق الترددي وزمن الوصول. كانت شبكة WAN الحالية تترك معدل استخدام الارتباط الأساسي عند 30-40%، بينما لا تزال خدمات الوقت الفعلي-تكافح لتحقيق أهداف زمن الاستجابة.
في الطبقة العابرة للقارات، نشرت جوجلشبكات الألياف-الطويلةمع النقل البصري المتماسك DWDM الذي يحمل أطوال موجية متعددة تبلغ 100 جيجا لكل ألياف عبر الطرق عبر المحيطات وعبر القارات. حلت وحدة تحكم SDN المركزية محل هندسة حركة مرور MPLS التقليدية، حيث تعمل على تحويل حركة المرور ديناميكيًا بناءً على الطلب في الوقت الفعلي-عبر الشبكة بالكامل. ارتفع استخدام العمود الفقري من 30% إلى 40% إلى ما يقرب من 100% - نفس البنية التحتية المادية حملت حركة مرور أكبر بكثير دون إضافة ألياف.
على الطبقة-الإقليمية الداخلية، ونفس-المدينة ومراكز البيانات القريبة المتصلة عبر البنية الأساسية للمترو باستخدام وحدات -قصيرة المدى وعالية-السرعة. زمن الاستجابة بين المرافق الذي يتم الاحتفاظ به بشكل ثابت أقل من 2 مللي ثانية - هو متطلب صعب لبحث Google والإعلانات، حيث يؤثر وقت الاستجابة بشكل مباشر على الإيرادات.
B4 يجعل التقسيم الوظيفي ملموسًا: تحدد المسافة الطويلة-كمية البيانات التي يمكن نقلها بين القارات؛ حدد المترو مدى سرعة تقديم هذه البيانات محليًا. ولا يمكن لأي طبقة أن تحل محل الأخرى.
تعمل خدمة النقل لمسافات طويلة- على نقل البيانات عبر مسافات شاسعة بسعة عالية، في حين تقوم شركة Metro بتوصيلها محليًا بزمن انتقال منخفض. في معظم بيئات الإنتاج، تتواجد كلتا الطبقتين معًا - طبقة النقل الطويلة- تحدد الحد الأقصى للقدرة العالمية، بينما تحدد طبقة المترو الحد الأقصى للأداء المحلي. 400وحدات G ZR+ القابلة للتوصيل تعمل الآن على توسيع بصريات فئة المترو- إلى مسافات كانت تتطلب سابقًا أنظمة نقل طويلة كاملة-، مما يؤدي إلى تضييق الفجوة بين الاثنين تدريجيًا. لكن المنطق المعماري الأساسي - تحسين مدى الوصول أو تحسين زمن الاستجابة - يظل هو العامل الحاسم.
التعليمات
س: النطاق 300-800 كيلومتر هو منطقة التداخل. ما هو العامل الأكثر أهمية في تحديد البنية التي سيتم استخدامها؟
ج: متطلبات الكمون. إذا كان أي تطبيق في النشر الخاص بك يتطلب-أوقات استجابة ذهابًا وإيابًا أقل من 10 مللي ثانية - في قواعد بيانات الوقت الفعلي-ومعالجة الفيديو المباشر وأنظمة التداول، فإن هندسة المترو - هي الاختيار الصحيح بغض النظر عن المسافة. إذا كان حمل العمل عبارة عن نقل بيانات دفعة واحدة، أو النسخ الاحتياطي، أو النسخ المتماثل مع زمن استجابة يتجاوز 20 مللي ثانية، فإن تكلفة-معدات النقل الطويلة تكون-تنافسية ضمن نطاق المسافة هذا.
س: استخدم Google B4 SDN لدفع الاستفادة من العمود الفقري إلى ما يقرب من 100%. هل ينطبق هذا على عمليات النشر القياسية طويلة المدى-للمؤسسات؟
ج: ليس بشكل مباشر. يعمل B4 على نطاق حيث تتحكم Google في كل من الطبقة الضوئية ومصادر حركة المرور عبر العشرات من مراكز البيانات. بالنسبة لمعظم المؤسسات التي تستأجر الأطوال الموجية أو الألياف المظلمة من شركات النقل، يحدث تحسين SDN على جانب الناقل. ما يمكن للمؤسسات تكراره هو منطق تصنيف حركة المرور - الذي يفصل زمن الاستجابة-حركة المرور الحساسة عن عمليات النقل المجمعة ويتعامل معها بشكل مختلف عبر نفس البنية الأساسية.
س: تعد المكونات القابلة للتوصيل المدمجة والمتماسكة خيارًا لعمليات نشر المترو. متى يكون التماسك أكثر منطقية من IM-DD في سياق مترو؟
ج: عندما تتجاوز مسافة الإرسال 80 كيلومترًا، أو عندما يتجاوز هدف سعة الطول الموجي-100 جيجا. أسفل هذه الحدود، تكون IM-DD أبسط وأقل تكلفة. وفوق ذلك، فإن متطلبات سلامة الإشارة تجعل الاختيار الأكثر عملية متماسكًا حتى في سياقات المترو - خاصة في عمليات النشر الحضرية الكثيفة حيث-لا يكون إعادة التضخيم ممكنًا بسبب قيود الوصول المادي.
س: إذا كان 400G ZR+ يعمل على تضييق الفجوة بين المترو والمسافات الطويلة-، فهل يجب أن تنتظر عمليات نشر المترو الجديدة حتى تنضج التكنولوجيا قبل اعتماد البنية الأساسية IM-DD؟
ج: 400G ZR+ متوفر تجاريًا بالفعل وتم نشره - وهو ليس معيارًا ناشئًا. في الوقت الحالي، تكلف وحدات ZR+ أكثر بكثير من تكلفة IM-DD للإرسال المكافئ لمسافة قصيرة-. بالنسبة لعمليات النشر في المجالات الجديدة التي تقل عن 80 كيلومترًا مع عدم وجود حاجة متوقعة للتوسع إلى ما بعد هذا الحد، يظل IM-DD هو الاختيار السليم اقتصاديًا اليوم.c
القراءة الموصى بها
جوجل B4 وما بعده
نوافذ نقل الألياف الضوئية ودليل عرض النطاق الترددي للألياف
FDM، TDM، وWDM
