Langeafstands- en metronetwerken zijn beide glasvezeltransportinfrastructuur, maar ze zijn gebouwd voor verschillende problemen. Het verwarren van deze twee leidt tot over-ontworpen implementaties, onnodige kosten of netwerken die niet aan de latentievereisten kunnen voldoen. In dit artikel wordt besproken hoe ze verschillen wat betreft afstand, capaciteit, latentie en technologie - en wordt het B4-netwerk van Google gebruikt als een concreet voorbeeld van hoe de twee lagen in de praktijk samenwerken.
Wat zijn langeafstands- en metronetwerken?
Glasvezelnetwerken voor lange- afstandenzijn een backbone-infrastructuur die is gebouwd om gegevens over steden, landen en continenten te transporteren. Transmissieafstanden variëren doorgaans van 1.000 tot 2.500 km, waarbij sommige implementaties meer dan 4.000 km bedragen. Deze netwerken vormen de belangrijkste verkeersaders van het wereldwijde internetverkeer en verbinden metronetwerken over grote geografische afstanden met elkaar.
Metro-netwerken- ook wel Metropolitan Area Networks (MAN's) genoemd - opereren binnen een stad of stedelijke regio, doorgaans over afstanden van 80 tot 1000 km. Ze verbinden kantoren, datacenters, campussen en POP's (Points of Presence) van serviceproviders binnen een lokaal gebied.
De twee zijn geen alternatieven voor elkaar. Langeafstandsnetwerken verbinden metronetwerken in verschillende regio's. Metronetwerken leveren die connectiviteit aan eindgebruikers en bedrijven lokaal.
Verschillen in langeafstands- en metronetwerken
Transmissieafstand en dekking
Lange{0}} langeafstandsnetwerken zijn ontworpen voor intercontinentale en inter-stedelijke overspanningen, vaak groter dan 2500 km. Metronetwerken blijven binnen stads- en regionale grenzen, bij de meeste toepassingen praktisch minder dan 200 km. In het bereik van 300-800 km zijn beide architecturen technisch haalbaar - in die overlapzone hangt de juiste keuze af van verkeerspatronen en latentievereisten, niet alleen van afstand.
Netwerkcapaciteit
Langeafstandsnetwerken hebben een hogere totale capaciteit, mogelijk gemaakt doorDWDM(Multiplexing met dichte golflengteverdeling)- een technologie die tientallen onafhankelijke golflengten tegelijkertijd over één enkel vezelpaar verzendt. Sommige langeafstandssystemen overschrijden de 80 golflengten per vezel en bereiken meerdere terabits per seconde van de totale doorvoer.
Metronetwerken gebruikenCWDM(Multiplexing met grove golflengteverdeling)of DWDM op kleinere-schaal. De capaciteit is lager, maar voldoende voor verkeer op -schaal. De economie is voorstander van eenvoudigere, goedkopere-multiplexing op de metrolaag.
Latentie
Metronetwerken leveren een lagere latentie - doorgaans minder dan 5 ms eind-tot-eind binnen een stad - omdat kortere afstanden minder voortplantingsvertraging betekenen. Dit maakt metro-infrastructuur tot de standaardkeuze voor latentie-gevoelige toepassingen: financiële handel, realtime- video en gedistribueerde databases.
Langeafstandsnetwerken- hebben een hogere latentie. De voortplantingsvertraging stapelt zich op met de afstand, en signaalversterking op tussenliggende knooppunten voegt nog meer overhead toe.
Technologie en uitrusting
De ontwerpfilosofie achter langeafstandsvervoer- wijkt sterk af van die van grootstedelijke netwerken. Waar intercontinentale en inter-stedelijke verbindingen prioriteit geven aan spectrale efficiëntie en een bereik - dat zich vaak uitstrekt tot meer dan 4.000 km via versterkte, coherentevezels transporterenoverspant - stedelijke- infrastructuren op schaal opereren onder een fundamenteel andere reeks beperkingen. Metronetwerken, die tientallen tot honderden kilometers binnen en rond de stadsgrenzen bestrijken, moeten een balans vinden tussen lage latentie, dichte havencapaciteit en implementatie-economie, waarbij vaak de voorkeur wordt gegeven aan directe- detectie of compacte coherente pluggables boven de- krachtige maar duurdere oplossingen die vereist zijn voor transmissie over lange- afstanden.
Concreet: implementaties op lange termijn- vereisencoherente optische technologiestandaard, met DSP-chips die de verspreiding over duizenden kilometers compenseren, enEDFAversterkersongeveer elke 80 km ingezet om de signaalsterkte te behouden. Metro-implementaties zijn voornamelijk afhankelijk vandirecte-detectie (IM-DD)zendontvangers - eenvoudiger, energiezuiniger en aanzienlijk goedkoper. Het toepassen van een volledige coherente langeafstandsinfrastructuur op een metro-implementatie is over-engineering die zelden financieel zinvol is.
| Lange-langeafstandsvluchten | Metro | |
|---|---|---|
| Dekking | Landen / Continenten | Stad / Metrogebied |
| Afstand | 1.000 – 2.500 km+ | 80 – 1.000 km |
| Capaciteit | Hogere (grootschalige-DWDM) | Lager (CWDM / kleine DWDM) |
| Latentie | Hoger | Lager (<5ms typical) |
| Kerntechnologie | Coherent + EDFA | IM-DD / compact coherent |
| Beste voor | Cross-regio-backbone | Lokale, latentie-gevoelige apps |
Implementatie in de echte-wereld: Google B4
Het B4-netwerk van Google- gedocumenteerd in een openbaar artikel bij SIGCOMM 2012 - laat zien hoe lang-afstands- en metronetwerken op schaal samen functioneren, en wat er gebeurt als elke laag wordt geoptimaliseerd voor zijn eigenlijke doel.
Google moest zijn wereldwijde datacentra gesynchroniseerd houden over drie soorten verkeer: gegevensreplicatie op grote-schaal, op de gebruiker- gerichte services en interne computertaken. Elk had verschillende bandbreedte- en latentievereisten. Het bestaande WAN liet het backbone-linkgebruik op 30-40% achter, terwijl real-services nog steeds moeite hadden om de latentiedoelstellingen te halen.
Op de intercontinentale laag, Google geïmplementeerdglasvezelnetwerken voor lange- afstandenmet DWDM coherent optisch transport met meerdere 100G-golflengten per vezel over transoceanische en transcontinentale routes. Een gecentraliseerde SDN-controller verving de traditionele MPLS-verkeerstechniek, waardoor het verkeer dynamisch werd verschoven op basis van de real-vraag over het hele netwerk. Het gebruik van de backbone steeg van 30-40% naar bijna 100%. - dezelfde fysieke infrastructuur vervoerde aanzienlijk meer verkeer zonder toevoeging van glasvezel.
Op de intra-regionale laag, datacentra in dezelfde-stad en nabijgelegen datacentra die zijn verbonden via metro-infrastructuur met behulp van korte-hoge- snelheidsmodules. De latentie tussen faciliteiten wordt consequent onder de 2 ms gehouden -, een harde vereiste voor Google Zoeken en Advertenties, waarbij de responstijd rechtstreeks van invloed is op de opbrengst.
B4 maakt de functionele indeling concreet: op de lange- termijn wordt bepaald hoeveel gegevens tussen continenten kunnen worden verplaatst; metro bepaalde hoe snel die gegevens lokaal konden worden geserveerd. Geen van beide lagen kan de andere vervangen.
Lange- afstanden vervoeren gegevens over grote afstanden met een hoge capaciteit, terwijl de metro deze lokaal levert met een lage latentie. In de meeste productieomgevingen bestaan beide lagen naast elkaar - de lange- laag stelt het plafond in voor de mondiale capaciteit, de metrolaag bepaalt de vloer voor lokale prestaties. 400G ZR+ plug-in modules breiden nu de optica van de metro-klasse uit naar afstanden waarvoor voorheen volledige langeafstandssystemen- nodig waren, waardoor de kloof tussen de twee geleidelijk kleiner wordt. Maar de belangrijkste architectuurlogica - optimaliseren voor bereik of optimaliseren voor latentie - blijft de beslissende factor.
Veelgestelde vragen
Vraag: Het bereik van 300-800 km is de overlapzone. Wat is de belangrijkste factor bij het beslissen welke architectuur moet worden gebruikt?
A: Latentievereisten. Als een toepassing in uw implementatie round-responstijden van minder dan 10 ms vereist, zijn - real-databases, live videoverwerking en handelssystemen - metro-architectuur de juiste keuze, ongeacht de afstand. Als de werklast bestaat uit batchgegevensoverdracht, back-up of replicatie met een latentietolerantie van meer dan 20 ms, is apparatuur voor lange-afstanden binnen dit afstandsbereik concurrerend-.
Vraag: Google B4 gebruikte SDN om het backbone-gebruik naar bijna 100% te brengen. Is dit van toepassing op standaard langeafstandsimplementaties voor ondernemingen?
Antwoord: Niet direct. B4 opereert op een schaal waarbij Google zowel de optische laag als de verkeersbronnen in tientallen datacenters beheert. Voor de meeste bedrijven die golflengten of dark fiber leasen van vervoerders, vindt SDN-optimalisatie plaats aan de zijde van de vervoerders. Wat bedrijven kunnen repliceren is de verkeersclassificatielogica die - latentie-gevoelig verkeer scheidt van bulkoverdrachten en deze verschillend behandelt binnen dezelfde infrastructuur.
Vraag: Compacte, coherente pluggables zijn een optie voor metro-implementaties. Wanneer is coherent meer zinvol dan IM-DD in een stedelijke context?
A: Wanneer de transmissieafstand groter is dan 80 km, of wanneer de beoogde capaciteit per-golflengte groter is dan 100G. Onder deze drempels is IM-DD eenvoudiger en goedkoper. Daarboven maken signaalintegriteitsvereisten de meer praktische keuze coherent, zelfs in stedelijke contexten - vooral in dichtbevolkte stedelijke omgevingen waar her-versterking niet mogelijk is vanwege fysieke toegangsbeperkingen.
Vraag: Als 400G ZR+ de kloof tussen metro en lange{2}}afstandsvluchten verkleint, moeten nieuwe metro-implementaties dan wachten tot de technologie volwassen is voordat ze IM-DD-infrastructuur adopteren?
A: 400G ZR+ is al commercieel verkrijgbaar en geïmplementeerd - het is geen opkomende standaard. Momenteel kosten ZR+-modules aanzienlijk meer dan IM-DD voor gelijkwaardige transmissie over korte- afstanden. Voor greenfield-implementaties onder de 80 km zonder verwachte noodzaak om verder te schalen dan die drempel, blijft IM-DD vandaag de dag de economisch verantwoorde keuze.c
Aanbevolen lectuur
Google B4 en daarna
Glasvezeltransmissie Windows en glasvezelbandbreedtegids
FDM, TDM en WDM
