Was ist Data Center Interconnect (DCI)?

DCI (Data Center Interconnect) bezeichnet eine Technologie, die verwendet wird, um mindestens zwei Rechenzentren miteinander zu verbinden und auf diese Weise Ressourcen zusammenzulegen, die Arbeitsbelastung der Mitarbeiter gleichmäßig zu verteilen, Daten zu replizieren und/oder Notfallpläne zu realisieren sowie um nicht zuletzt auch die Geschäftsdaten dichter an den Netzrand heranzubringen. In Abhängigkeit von der Übertragungsentfernung können DCI-Glasfaserverbindungen nach drei Kategorien unterschieden werden:

• Campus-DCI: Verbindung mehrerer Rechenzentren auf dem gleichen Campus über zumeist höchstens fünf Kilometer.
• Metro-DCI: Verbindung von Campus-Rechenzentren in einer Region und/oder einer Verfügbarkeitszone über eine Entfernung von bis zu 100 Kilometer. 
• Seekabel-DCI: Verbindung von Rechenzentren über sehr große Entfernungen von hunderten Kilometern über Glasfaser-Seekabel.

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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) den Umfang 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 miteinander verbunden 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.

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

Heute wird mit „Hyperscale“ zunehmend nicht nur die Größe und Skalierung dieser neuen Rechenzentren, sondern auch deren Architektur bezeichnet. Die Größe und Ausstattung sind jedoch bereits gute Unterscheidungsmerkmale. Hyperscale-Rechenzentren besitzen mindestens 5.000 Betriebsserver 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. 

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. Health-Care-Konzerne sind nur ein Beispiel für eine Branche, die von dieser Technologie profitiert.  

Die schnelle Bereitstellung und Nutzung 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 Lösungen zur Glasfaserüberwachung und Leistungsüberwachung unverzichtbar, um die DCI-Verbindung proaktiv zu schützen und die mittlere Reparaturdauer (MTTR) zu verkürzen. 

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 und erfordert daher kundenspezifisch angepasste Lösungen.

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, die Dämpfung und die Polarität ermittelt sowie die Faserendflächen prüft. 

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, Kunden, Mitarbeitern und anderen Beteiligten in Mitleidenschaft ziehen können.

Da sich in der komplexen Netzstruktur eventuell auftretende Störungen möglicherweise nur schwer identifizieren lassen, müssen die Rechenzentren 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.

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 zu. 

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 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 zumeist Entfernungen von 5 km bis 80 km und verbinden Standorte in benachbarten Städten oder mittelgroßen Ballungszentren. Sie nutzen häufig eine Netztopologie bei 100G oder 200G 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 FTH-5000 und FTH-9000 gewährleisten in Verbindung mit dem Glasfaser-Ferntestsystem (RFTS) ONMSi die proaktive, automatische und kontinuierliche Überwachung der Glasfaserstrecke. So werden Störungen auf dem optischen Übertragungspfad nicht nur exakt lokalisiert, sondern auch sofortige Bewertungen vorgenommen und gegebenenfalls Alarme ausgelöst. 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, im Blick zu behalten.

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. Sowohl einzelne Testlösungen zur Faserüberwachung als auch das ONMSi gewährleisten 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 Übertragungsunterbrechung besteht. 

Der leistungsstarke und modular aufgebaute Glasfaser-Testkopf FTH-9000 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 kostengünstige Möglichkeit, den Datenverkehr der Rechenzentren, der mehrere Millionen Euro wert ist, unerkannt abzugreifen. Um sich vor derartigen Zugriffen 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 im Laufe der Zeit entschlüsselt oder gestohlen werden. Daher ist es wichtig, einen solchen Diebstahl von vornherein auszuschließen. 

Virtuelle Tests und Aktivierung 
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 In-Service-Messungen an diesen kapazitätsintensiven optischen 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.