腾讯耿竞一：100G非相干彩光方案在城域互联的应用

  注：本文根据2018年5月ODCC数据中心光网络技术大会耿竞一(腾讯高级网络架构师)演讲内容整理。

  ICCSZ讯 IPOC(IP Optical Convergence，IP与光融合)是腾讯城域互联的重要技术路线，100G非相干彩光方案也是基于此进行的设计。

  IPOC方案在城域网的应用，首先要明确腾讯在城域互联场景的技术背景和需求，或者可以归纳为对超大规模的分布式数据中心之间的城域互联的场景分析。

  下图1是腾讯国内某核心城市的真实组网图，8个IDC集群园区之间的Fullmesh连接，每两个园区之间都是点到点的光纤互联，光纤距离小于120公里。

  根据目前的流量规划和带宽规划，我们可以看到在未来的2019年，整个腾讯骨干网的城域部分带宽建设量会达到300T级别，并且这个数据是以超过100%的年增长率持续增长。所以腾讯在光传输网络领域面临着非常庞大的挑战，即在如此巨大规模的网络下，我们需要构建一个什么样的方案来解决光传输的问题。

  这个问题可以从三个维度来分析，即运维、性能和互联场景。

  IPOC运维需求

  目前腾讯在网运营的网络设备数量已超过七万台，服务器已经超过一百万，网络运营团队正面临着海量运营的挑战。因此在方案设计和选择的时候，运营支撑能力的考虑是非常重要的因素之一。

  一方面，光传输方案做到所有节点部署操作简单，以尽量减小建设及运营的复杂度。

  另一方面，方案需要具备适应不同光纤环境和大规模灵活拓展能力。传统的OTN系统多服务于电信运营商，设备形态和硬件设计包括散热方式等都是面向传统运营商的机房，这些设备对于分布式数据中心机房而言，需要进行电力改造、散热通道改造、甚至机架的改造等，会大大延长数据中心机房的交付时间。随着云计算时代的到来，我们需要光传输网络具备更好的灵活性和可拓展性。

  另外设备的硬件形态也希望统一。越来越多的网络设备和型号对于运营的挑战是持续增长的，所以我们需要在把网络变得更加开放的同时，让所有的设备，无论是IP设备还是光传输设备，都具备硬件形态的统一。

  IP+光的统一运营，其实是IPOC方案最核心的出发点之一，也是解决海量运维问题的必经之路。只有让运维域更加扁平化，将IP和光融合，才能实现对光和IP进行统一运营，甚至未来的统一调度。

  IPOC互联场景需求

  长久以来网络为业务提供的服务能力，是城域之内120公里以内2到3毫秒，我们更多的聚焦在当网络发生故障时，如何加快网络的收敛速度。但随着云计算时代的到来，伴随着腾讯云在国内和海外的快速扩张，网络中越来越多的承载了ToB业务，这些业务通常是中小型或初创企业，其在业务上通常不会像大型OTT企业的主流业务一样具备完整的冗余或负载能力，所以要求基础网络提供更加极致的低时延环境。

  因此，IPOC方案首先需要低时延，通过减少光传输系统中的电处理等方式，追求亚毫秒级的时延节省。

  其次是低功耗。交换机直出彩光方案意味着交换机可以通过光模块或者板卡直接发出不同波长的彩光，随之带来的是光模块和板卡需要更高的功耗和更强的散热需求，这些都会影响交换机的端口密度。所以IPOC方案需要做到低功耗，甚至是接近灰光模块的功耗，从而保证网络设备的整机吞吐量。

  IPOC光传输方案要覆盖到城市内跨园区的、点到点的、光纤距离小于120公里的互联场景。另外通过方案的简化，可以降低城域带宽建设成本。

  光传输的本质是光信号在物理介质上的传输，所以在方案设计和选择时光纤距离是重要因素。图2是腾讯目前城域互联光纤距离的一个统计。

  现在已有超过40%的光纤距离是在60公里之内，国内除了北上广深四个超大型城市外，其他大部分城市城域光纤互联的距离都可以在60公里之内。

  腾讯作为公有云服务提供商，以为用户提供极致网络为目标，这意味着腾讯的网络要尽量的贴近用户，公有云用户大量的集中在北上广深，所以腾讯需要将IDC集群在这四个城市落地。而这些城市资源相对紧张，很难部署超大规模的IDC园区，取而代之的是更多的中小型的园区，所以60km以内的光纤占比未来会变得更高，这也是100G QSFP28非相干彩光方案的一个重要场景。

  超过60公里的光纤范围内仍然采用传统的相干方案，一种是100G/200G CFP2 DCO的交换机直出彩光方案，另一种是基于传统OTN的简化，我们称之为Pizzabox OTN。

  100G QSFP28非相干彩光方案

  图3是基于100G QSFP28 非相干技术实现的交换机直出彩光方案示意说明。

图3 100G QSFP28非相干彩光方案示意图

  两个交换机通过QSFP28彩光模块直接出彩光，中间OLS系统进行光放和合分波。我们聚焦于运营系统的设计，将整个系统定义成一个以太网的设备运维域，并从三个维度进行故障监控和分析。

  在交换机上通过对彩光模块提供的丰富接口进行监控，监控每一个光模块或者每一个波长的性能参数;当发生故障时联动OLS系统的告警信息，初步完成问题定界，并根据OLS自身的报警信息和故障影响范围可基本完成故障点的判断；极端故障场景下，可以在OLS外挂OSA进行逐波检测以确认故障原因。

  Tencent Defined IPOC解决方案

  IPOC的目标是让网络变得更加开放，这意味着未来会有更多的供应商能够以白盒或灰盒的方式，帮助腾讯构建网络，同时这也对网络运营提出了更高的挑战。

  一方面，IPOC包含了光设备和IP设备，所以我们需要所有的IP设备或者光传输设备在硬件层面上尽可能保持统一。

  另一方面，无论是IP设备还是光传输设备，都需要具备软硬件解耦能力。这样让用户可以通过在商用OS之上的应用开发，完成定制化的需求开发和快速迭代。