存储技术深入分析之密集波分复用

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  存储技术深入分析之密集波分复用（DWDM）

互连网和企业商务应用的爆炸性增长，导致全球企业和服务供应商的网络需求猛增。诸如电子商务，客户关系管理，存储网络和刚浮出的诸如流媒体应用这样的关键任务支持服务，都影响着网络的所有环节，从接入到城域网（MAN） 和广域网 （WAN）。 这些技术挑战影响着各种行业，从财务服务，健康服务，教育到电信服务提供商。

   商务服务对人们的日常生活起着关键作用，消费者希望能够快速地、无中断地访问公司的系统和数据。同时，空前增长的存储需求，迫使公司重新审视如何以及通过何种途径来满足人们的要求。新的存储区域网络（SAN）和网络直连存储技术便应运而生。这些技术可以使得企业扩充它们的存储能力，提高了存储资源的总体的易管理性，同时拓展了其可访问的地理范围。

   通讯商在城域网中的光纤配置,使得黑光纤(dark-fiber)和高带宽成为可行。曾经达到T1和T3的网络连接设施，现在需要光纤信道， 企业系统连接（ESCON）， 千兆以太网，以及将来的万兆以太网来满足用户的带宽需求。这个需求，随着先进的诸如密集波分复用（DWDM）的激光技术的进展，大大地促进了传输容量的提高，并降低了成本，使得通讯商为了能够在城域网市场中能够提供黑光纤和高带宽服务，经济上负担得起。

   请读者先有如下印象：本文讨论的是存储服务供应商（SSP） 在城域网（MAN）中使用密集波分复用（DWDM）的存储合并技术，也将阐述该技术出现的原因、具备的优势、在存储市场中的可能影响，以及一些需要克服的障碍。

   什么是DWDM？

   DWDM是Dense Wavelength Division Multiplexing（密集波分复用）的缩写，这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。更确切地说，该技术是在一根指定的光纤中，多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距，以便利用可以达到的传输性能（例如，达到最小程度的色散或者衰减），这样，在给定的信息传输容量下，就可以减少所需要的光纤的总数量。

   DWDM能够在同一根光纤中，把不同的波长同时进行组合和传输。为了保证有效，一根光纤转换为多个虚拟光纤。所以，如果你打算复用8个光纤载波（OC），即一根光纤中传输48路信号，这样传输容量就将从2.5 Gb/s提高到20 Gb/s。 目前，由于采用了DWDM技术，单根光纤可以传输的数据流量最大达到400Gb/s。随着厂商在每根光纤中加入更多信道，每秒兆兆位的传输速度指日可待。

   DWDM的一个关键优点是它的协议和传输速度是不相关的。基于DWDM的网络可以采用IP协议、ATM、SONET /SDH、以太网协议来传输数据，处理的数据流量在100 Mb/s 和2.5 Gb/s之间，这样，基于DWDM的网络可以在一个激光信道上以不同的速度传输不同类型的数据流量。从QoS （质量服务）的观点看，基于DWDM的网络以低成本的方式来快速响应客户的带宽需求和协议改变。

   密集波分复用 （DWDM） 设备

   DWDM设备用来在单一的光纤上复用多个1 Gbit/sec （或者更高）信道。这些激光复用器对于潜在的协议来说是透明的，这意味着企业可以利用单一的DWDM 设备在一根光纤上传输千兆以太网，千兆光纤信道， ESCON和SONET，每种网络传输模式都具有自己的波长。

   企业可用点对点的方式或者累积的点对点方式配置DWDM设备，以形成环路。一旦主链接不能访问，大多数DWDM设备支持自动失效转接到冗余物理链接。在环形拓扑结构中，节点之间仅需要一条链接。如果链路失效，激光将朝相反的方向传输来达到目标。某些类型的DWDM设备可以添加和去除指定的波长的传输模式，这就使得在环形网中的出入波长路由的距离可以从70公里到160公里以上。

   DWDM 设备有两种基本类别：边缘类（适用于企业） 和核心类 （适用于通讯商）。 相对来说，边缘类的DWDM 设备通常体积小，价格低，信道少。

   常规情况下，一个企业可以在两个交换机之间通过双互联交换链路（ISL），把相距50公里以上的两个站点连接起来，ISL是使用E_Port进行连接的，E_Port是个把两个交换机连接成一个架构的扩展端口。在交换机和DWDM设备之间的ISL连接提供了更大的带宽（达到2 Gbits/sec，而非1 Gbit/sec），但这并不需要。 DWDM设备可以拥有一个热待机保护链路，一旦主链路失效，就可以自动调用该保护链路。 该保护链路应该置于一个单独分开的物理通道上。

   核心类的DWDM设备体积更大，价格更高，信道也更多。该类DWDM设备允许进行环路配置，提供了增加和删除能力（本文后面将简要讨论一个跨越4个站点的服务的例子）。

   基于城域网的应用

   许多类型的应用可以得益于基于城域网的SAN配置。最常见的应用包括集中化远程存储 （例如服务供应商模式），集中化的远程备份，业务连续性。

   例如，一提供了冗余通道的光纤DWDM 环路拓扑网，具有从中断的通道转向替代通道的能力。假如， 站点B同站点C之间的连接通道距离为70 公里，一旦发生断连，站点B使用DWDM的替代通道（其他方向），以便恢复同站点C的连接。该通道（假如从站点B经A到C） 跨度为100 公里 （50 公里加50公里）。在测试中，由于架构信道交换机E_Ports端口中的扩展缓冲，初始和替代通道提供了几乎同等级别的数据访问性能。

   SAN/DWDM 基础架构下的存储集中化

   企业可以把地理上分散的环境或者校园进行存储集中化，或者甚至远程把该项工作交给存储服务供应商（SSP）来完成。 在各种环境下，你也可以拥有一个SSP配置，其中指定站点C为SSP站点，站点C为多个站点提供存储服务。

   本例中，站点A和B连接到站点C （即存储服务提供商SSP）。此处，分区制 （架构交换机-Fabric switches 或者hub中的特色功能，可以通过物理端口、名称或地址来分割节点） 也能用来隔离异种架构，这样，可以控制每个客户站点可以访问的存储量。两个架构区域（一个用于站点A ，另一个用于站点B） 把两个站点的存储隔开。

   SAN/DWDM 基础架构下的备份集中化

   远程备份集中通过使用架构分区，可以把多个站点的数据备份到单一的共享磁带库中。站点A和B可以共享站点C提供的磁带库，站点C允许两个站点的各自区域都存放在磁带库中。结果是：每个站点可以使用库中的磁带设备进行数据备份操作。

   SAN/DWDM 基础架构下的业务连续性

   业务连续性方案是把数据同步到远程镜像位置，万一遇到灾害，冗余系统可以接替主系统来工作，并访问镜像数据。一旦主系统正常之后，该方案也可以容易地从冗余远程系统恢复到主系统。两个站点可以同时使用该类型方案。

   例如，站点A和B是主站点（运行不同的操作系统），站点C是站点A和B的远程业务连续性站点。只要站点A和B中的一个出了故障，就会切换到站点C。

   多节点DWDM配置

   最后，正如前面已经提到的，让我们简要地看看多节点DWDM配置，其可以覆盖四个站点 （DWDM 1， 2， 3 和4），及可提供的光通讯服务。例如，假如存在四个交换机，每个交换机的E_Ports连到一个包含发射和接收双通道的DWDM信道，每个通道有自己的波长。DWDM 的passthrough特色可以使得非邻接的站点通过中介站点连接，就如同直接相连一样。通过中介站点连接所增加的唯一开销是第二条链接的最小延迟 （5 usec/km）。由于passthrough是被动的设备，所以没有开销。

   每种连接可以在保护模式下操作，万一出现连接故障时，可提供冗余通道。大多数情况下，连接故障在50毫秒内可自动检测出。此时，故障连接的两种波长朝沿着反方向传输，到达反方向的环路的目标端口。 如果DWDM 1和4之间的连接失败，从4到1的传输波长将调转方向，通过3和2到达1。从1到4的传输波长也将调转方向，通过2和3到达4。

   计算环路中节点间的距离取决于所实现的保护通路策略。例如，如果DWDM 2 和3之间的连接失效，1到3的通道将为1到2，2返回到1 （由于连接失效），1 到4，最后4到3。这说明要排除故障，保持连通，需要使用到环路的整个圆周。（而且在四个以上节点的配置中也是如此） 。

   计算节点之间距离的另外一种方法是提前设置保护路径 （在相反方向），这样距离就限制在两个节点之间的转跳的个数。这两种情况下，节点之间的最大距离决定了最大的光纤范围。例如，在这种方案下，节点之间的最大距离是80到100 公里，而在环路方案下，最大范围是160到400公里。

   但是，假如你有一对SAN交换机：一个位于位置X，一个位于位置Z。两个站点之间的距离大约为5公里。你打算使用特定的黑光纤通过DWDM系统，连接两个交换机。你所使用的每种线卡都匹配850nm的光纤。但连接失败，你被告知，由于使用了短波千兆接口转换器（GBIC），而导致连接失效。GBIC是个把电流转换为激光信号的以及把激光信号转化为数字化的电流的收发器。但GBIC和频带卡是专用于850nm的，所以这应该不会有问题。

   此处你需要问的问题是：是否你需要设置什么吗？或者，通过DWDM来建立这些链接，你还需要做些什么？对这两个问题的回答如下：采用DWDM的光缆排障。光缆连接是否正确对连接到远程站点至关重要。为确保配置正确，让我们看看光纤连接的标准，包括设备之间的所允许的最大距离。

   问题

   故障现象同你的连接设置相关。光纤连接的正确标准如下：

短波（850 mm） GBIC使用50u 的光缆，终端设备之间的最大距离为500米。
长波（1300 mm） GBIC使用9u的光缆，终端设备之间的最大距离为10公里，无需扩展器或者转发器。
通过在黑光纤（9u 光缆）上使用DWDM，终端设备之间的最大距离可以延伸到为100公里。
   解决方案

   所以，你如果建立了相距5公里的站点的扩展架构，应该参考如下配置：

主机到交换机=50u 多模光缆接到短波GBIC （850mm）。  
交换机主端口使用短波GBIC （850mm）。  
交换机到DWDM= 50u 多模光缆到短波GBIC （850mm）。  
DWDM到远程站点连接=长波GBIC （1300mm） 到 9u单模光纤（黑光纤）。
   这样，你的线卡具有短波多模连接，这适用于局部连接，但站点之间的连接则需要使用长波单模连接。

   最后，实际上在远程站点上，应进行同样的设置。对于你的交换机，也需要SAN的扩充许可，因为这将会耗尽交换机之间的可用缓冲区数量。这里的本质是：随着光纤技术的发展，站点之间的连接距离将会继续增加。

   小结

   在城域网范围内，DWDM对两个数据中心之间的连接，最为理想和可靠。而在更远的距离上，SONET则提供了高的时分复用（TDM）带宽。通过光纤信道或带IP协议的光纤信道（FCIP）进行远程数据复制工作，这两种技术都是最优选择。

   最后，在城域网范围内使用DWDM，进行SAN的互联，企业可以实现一个具有高可靠性的通讯环境，可以把重要的业务数据复制到远程位置，而且支持诸如数据镜像、数据复制、磁带库、远程服务器聚集等业务连续性的应用。这些业务连续性的应用，以及相关的SAN技术，诸如光纤信道（Fibre Channel）和ESCON，需要具有容错性，高带宽，低延迟的特点的网络。对于同步镜像，为了避免影响应用的性能， DWDM光纤网的延迟要小这一点是很关键的。