WDMテクノロジー：データセンターを災害対策クラスターに統合

最新のデータセンターの信頼性にもかかわらず、人為的または自然災害によりITインフラストラクチャ全体が故障する可能性があるため、重要な施設には別の重要なレベルの冗長性が必要です。 耐障害性を確保するには、バックアップデータセンターを構築する必要があります。 カットの下で、それらを組み合わせるときに発生する問題に関するストーリー（DCI-データセンター相互接続）。




人類が処理するデータの量は信じられないほどの価値に成長しており、ビジネスプロセスにおけるITインフラストラクチャの役割は非常に大きいため、短期的な障害でも会社を完全に麻痺させることができます。 デジタル技術はどこにでも導入されており、金融セクター、電気通信、または大規模なインターネット小売などは特にそれらに依存しています。 データセンターの信頼性は、大規模なクラウドプロバイダー、銀行、または大規模な通信事業者にとって十分ではありません。小さなダウンタイムによる損失は天文学的な量で計算でき、それらを回避するには、災害に強いインフラストラクチャが必要です。 冗長性を高めることによってのみ作成できます。バックアップデータセンターを構築する必要があります。

高可用性と災害復旧の分離

企業のデータセンターまたはレンタル施設に設置された機器を組み合わせることができます。 地理的に分散したソリューションのフォールトトレランスはソフトウェアアーキテクチャによって実現され、所有者は独自の施設を節約できます。たとえば、Tier IIIまたはTier IIレベルのデータセンターを構築する必要はありません。 ディーゼル発電機を放棄し、オープンフレームサーバーを使用し、極端な温度条件で遊んで、その他の興味深いトリックを行うことができます。 レンタルエリアの自由度は低く、ここではプロバイダーがゲームのルールを決定しますが、統一の原則は同じです。 災害に強いITサービスについて話す前に、3つの魔法の略語、RTO、RPO、およびRCOを思い出してください。 これらの重要なパフォーマンスインジケータは、中断に耐えるITインフラストラクチャの能力を決定します。

RTO（目標復旧時間）-インシデント後にITシステムを復旧するための許容時間。
RPO（復旧ポイント目標）-災害復旧中に許容されるデータ損失。 通常、データが失われる可能性がある最大期間として測定されます。
RCO（目標復旧能力）は、バックアップシステムが引き受けることができるIT負荷の一部です。 後者の指標は、パーセンテージ、トランザクション、およびその他の「オウム」で測定できます。

高可用性（HA）ソリューションと災害復旧（DR）ソリューションを区別することが重要です。 それらの違いは、座標軸としてRPOとRTOを使用したダイアグラムの形式で視覚化できます。


理想的には、データを失い、障害から回復する時間を無駄にしないでください。メインサイトが破壊された場合でも、バックアップサイトはサービスのすべての機能を保証します。 ゼロRTOとRPOは、データセンターの同期操作でのみ実現できます。実際、これは、リアルタイムデータレプリケーションなどの機能を備えた地理的に分散したフェールセーフクラスターです。 非同期モードでは、データの整合性は保証されなくなりました。レプリケーションは定期的に行われるため、一部の情報が失われる可能性があります。 この場合のバックアップサイトへの切り替え時間は、いわゆる分数になると数分から数時間です。 コールドリザーブ。ほとんどのバックアップ機器がオフになり、電力を消費しません。

技術的な詳細

2つ以上のデータセンターを組み合わせるときに発生する技術的な問題は、データ送信の遅延、通信チャネルの帯域幅不足、情報セキュリティの問題の3つのカテゴリに分類されます。 データセンター間の通信は、通常、専用または専用の光ファイバー通信回線によって提供されるため、後で説明します。 同期モードで動作するDPCの場合、主な問題は遅延です。 リアルタイムのデータ複製を保証するために、それらは20ミリ秒を超えてはならず、時には10ミリ秒を超えてはなりません。これはアプリケーションまたはサービスのタイプによって異なります。

そうしないと、たとえば、プロトコルのファイバーチャネルファミリが機能しなくなります。これは、現代のストレージシステムでは不可能なことです。 そこでは、速度が速いほど、遅延は少なくなります。 もちろん、イーサネット経由でストレージネットワークを操作できるプロトコルもありますが、ここではデータセンターで使用されるアプリケーションとインストールされた機器に大きく依存します。 以下は、一般的なOracleおよびVMwareアプリケーションの遅延要件の例です。

Oracle Extended Distance Cluster Delayの要件：


Oracle公式データから：データベースのIOが遅いかどうかを確認する方法[ID 1275596.1]

VMware遅延要件：


VMware vSphere Metro Storage Clusterのケーススタディ（VMware vSphere 5.0）


データを送信する場合、信号遅延は2つのコンポーネントの形式で表すことができます_。Ttotal = T _equip。 + T _sここで、T _equ。 -信号が機器を通過することによって生じる遅延、およびT _s-信号が光ファイバを通過することによって生じる遅延 信号が機器（T _機器 ）を通過することによって生じる遅延は、機器のアーキテクチャと、光電気信号変換中にデータをカプセル化する方法に依存します。 DWDM機器では、この機能はトランスポンダーまたはマックスポンダーモジュールに割り当てられます。 したがって、2つのデータセンター間の通信を整理する場合、トランスポンダー（マックスポンダー）の遅延が最小になるように、トランスポンダー（マックスポンダー）のタイプを選択する際に特に注意が必要です。

同期モードでは、光ファイバー内の信号の伝播速度（T _s ）が重要な役割を果たします。 標準（G.652など）の光ファイバの光伝搬速度は、そのコアの屈折率に依存し、真空中の光速度（〜300,000 km / s）の約70％に等しいことが知られています。 物理的な基礎については詳しく説明しませんが、この場合の遅延は1キロメートルあたり約5マイクロ秒であると簡単に計算できます。 したがって、2つのデータセンターは、わずか約100 kmの距離で同期して動作できます。

非同期モードでは、遅延要件はそれほど厳しくありませんが、オブジェクト間の距離が大幅に増加すると、ファイバ内の光信号の減衰が影響を及ぼし始めます。 信号を増幅して再生する必要があります。つまり、独自の伝送システムを作成するか、トランク通信チャネルをリースする必要があります。 2つのデータセンター間を通過するトラフィックの量は非常に大きく、常に増加する傾向があります。 データセンター間のトラフィック増加の主な要因：仮想化、クラウドサービス、移行、新しいサーバーとストレージの接続。 ここで、データ伝送チャネルの帯域幅が不十分であるという問題が発生する場合があります。 それを無限に増やすことは、それ自身の無料の繊維の不足または高い家賃のために機能しません。 最後の重要なポイントは情報セキュリティに関連しています。データセンター間で実行されるデータは暗号化する必要があり、これも遅延を増加させます。 分散システムの管理の複雑さなど、他のポイントもありますが、その影響はそれほど大きくなく、すべての技術的障害は主に通信チャネルと端末機器の機能に関連しています。

2つまたは3つは経済的困難です

データセンターを結合する両方のモードには、重大な欠点があります。 同期して動作するオブジェクトは互いに近くに配置する必要がありますが、これは大規模な災害が発生した場合に少なくとも1つのオブジェクトの生存を保証するものではありません。 はい。このオプションは、ヒューマンエラー、火災、飛行機のcrash落によるエンジンルームの破壊、または別の地域の緊急事態から確実に保護されますが、両方のデータセンターが壊滅的な地震などに耐えることはできません。 非同期モードでは、オブジェクトを数千キロメートル離すことができますが、許容可能なRTOおよびRPO値を提供することはできません。 理想的なソリューションは、3つのデータセンターを持つ回路であり、そのうち2つは同期して動作し、3つ目は可能な限りそれらから離れて配置され、非同期リザーブの役割を果たします。



3つのデータセンターの唯一の問題は、その非常に高いコストです。 1つのバックアップサイトでさえも安価ではなく、2つのアイドル状態のデータセンターを維持する余裕はほとんどありません。 トランザクションコストが非常に高い場合、金融セクターでも同様のアプローチが適用されることがあります。大規模な取引所では3つの小さなデータセンターでスキームを開始できますが、銀行セクターでは2つの同期した組み合わせを使用することを好みます。 他の業界では、通常、同期モードまたは非同期モードで動作する2つのデータセンターを組み合わせています。

DWDM-DCIの最適なソリューション

顧客が2つのデータセンターを組み合わせる必要がある場合、必然的に上記の問題が発生します。 これらを解決するために、DWDMスペクトル多重化技術を使用します。これにより、さまざまな波長（λ、つまりラムダ）を使用して、多数のキャリア信号を単一の光ファイバーに多重化できます。 さらに、1つの光ペアには、ITU-T G.694.1周波数グリッドに従って最大80（96）の波長があります。 各波長のデータ転送速度は100 Gbit / s、200 Gbit / sまたは400 Gbit / sであり、1つの光ペアの容量は80λ* 400 Gbit / s = 32 Tbit / sに達することができます。 波長ごとに1 Tbit / sを提供する既製の設計が既にあります。近い将来、さらに大きな帯域幅を提供します。 今日、それはチャネル帯域幅の問題を完全に解決します。追加のファイバの代わりに、顧客は利用可能なファイバをより効率的に使用します-トラフィックの利用は素晴らしい価値に達します。



スペクトル多重化により、帯域幅の問題を解決できます。同期モードで動作するデータセンターでは、距離が短いためにデータ転送の遅延が小さく、DWDMシステムで使用されるトランスポンダー（またはマックスポンダー）のタイプにより依存するため、これで十分です。 スペクトル圧縮DWDMテクノロジーの主要な機能の1つである、テクノロジーが7レベルOSIモデルの最初の物理レベルで機能するため、トラフィックの完全に透過的な伝送に注目する価値があります。 そう言えば、DWDMシステムは、直接パッチコードで接続されているかのように、クライアント接続に対して「透過的」です。 非同期モードについて話す場合、主な遅延量はデータセンター間の距離に依存します（OBでは1キロメートルあたり5マイクロ秒の遅延があることを覚えています）が、遅延に関する厳密な要件はありません。 したがって、伝送範囲はDWDMシステムの機能によって決まり、信号減衰、信号対雑音比、および偏光モード光分散の3つの要因によって制限されます。

DWDM回線の光学部分を計算する場合、これらすべての要因が考慮され、計算に基づいて、トランスポンダー（またはマックスポンダー）の種類、必要な増幅器の数と種類、および光路の他のコンポーネントが選択されます。 DWDMシステムの開発と、40 Gbit / sおよび100 Gbit / s以上の速度でコヒーレントな受信をサポートする構成のトランスポンダーの出現により、制限要因としての光の偏光モード分散は考慮されなくなりました。 光回線の計算とアンプの種類の選択の問題は、読者が物理光学の基礎を知る必要がある大きな別のトピックであり、この記事では詳しく説明しません。

WDMテクノロジーは、情報セキュリティの問題を解決できます。 もちろん、暗号化を光学レベルで実行する必要はありませんが、このアプローチには多くの否定できない利点があります。 より高いレベルでの暗号化では、多くの場合、さまざまなトラフィックフローに対して自律デバイスが必要になり、大幅な遅延が発生します。 そのようなデバイスの数が増えると、遅延も大きくなり、ネットワーク管理の複雑さも増します。 OTN光レベル暗号化（G.709-DWDMシステムのフレーム形式を説明するITU-T勧告）はサービスの種類に依存せず、個別のデバイスを必要とせず、非常に高速です-暗号化されたデータストリームと暗号化されていないデータストリームの差は通常10を超えませんミリ秒。



DWDMスペクトル多重化技術を使用しないと、大規模なデータセンターを組み合わせて、災害に強い分散クラスターを作成することはほとんど不可能です。 ネットワークを介して送信される情報量は指数関数的に増加しており、遅かれ早かれ、既存の光ファイバー通信回線の可能性は枯渇します。 追加のものを敷設またはレンタルすることは、機器を購入するよりもはるかに費用がかかります。実際、今日、経済的に実行可能な唯一の選択肢はシーリングです。 DWDMテクノロジーにより、近距離では既存の光ファイバーをより効率的に使用できるようになり、空へのトラフィックの利用率が向上し、長距離ではデータ伝送の遅延も最小限に抑えられます。 今日では、おそらく市場で利用可能な最高の技術であり、それを詳しく見る価値があります。