Optionen mit geringer Latenz für die Verbindung von Rechenzentren

Apr 18, 2024

Sie können die Lichtgeschwindigkeit nicht übertreffen, aber mit dem richtigen optischen Netzwerkdesign und der richtigen Komponentenauswahl kommen Sie dieser Geschwindigkeit ziemlich nahe

Im Wettlauf um die Einsparung von Mikro- und Nanosekunden bei Transaktionen treiben Hochfrequenzhändler und andere Entwickler, die Anwendungen erstellen, die eine geringe Latenz erfordern, ihre Technologie voran, um näher an die Lichtgeschwindigkeit heranzukommen. Latenz ist ein Begriff, der von Netzwerkexperten und Hochfrequenzhändlern verwendet wird, um Verzögerungen zu definieren, die bei der Datenübertragung auftreten. Er ist entscheidend für den Erfolg von Hochfrequenzhandelsplattformen, Unternehmen und wissenschaftlichen Anwendungen.

In den letzten Jahren haben Technologen die Latenz durch verschiedene Verbesserungen reduziert. Dazu gehören: CPU-Zyklen und -Geschwindigkeiten im Computergerät; Eingabe-Ausgabe-Geschwindigkeit der Geräte; Bandbreite des Netzwerks; Geschwindigkeit der Betriebssystemfunktionen; und Rechengeschwindigkeit der Software. Eine weitere Schlüsselkomponente ist die Latenz, die durch das Glasfasernetz verursacht wird, über das die Daten übertragen werden.

Die grundlegende Einschränkung in einem Glasfasernetz ist die maximale Lichtgeschwindigkeit, die 300.000 km pro Sekunde beträgt. Unabhängig davon, wie schnell Computer und Software Transaktionen generieren, führt jedes Netzwerk, das Daten überträgt, aufgrund der Glasfasermedien, über die sie übertragen werden, zu Latenzzeiten. Es ist das Gesetz der Physik, dass die Lichtausbreitung in einem Glasfasernetz eine konstante Latenz von etwa fünf Mikrosekunden pro Kilometer (0,6 Meilen) mit sich bringt. Auch wenn sich die Wissenschaft nicht ändern lässt, gibt es beim Entwurf optischer Netzwerke und bei der Komponentenauswahl Techniken, mit denen sich die Latenz in anderen Teilen des optischen Netzwerks minimieren lässt.

Bei Anwendungen, die eine geringe Latenz erfordern, minimiert der Einsatz latenzoptimierter optischer Systeme die im Transportnetzwerk verursachte Latenz. Die Entwicklung der Technologie für optische Komponenten und Systeme schreitet rasant voran und mit neuesten Lösungen können Verbesserungen der Latenz erreicht werden. Beim Aufbau optischer Netzwerke mit geringer Latenz sind zwei Schlüsselfaktoren zu berücksichtigen: 1) Netzwerkdesign und 2) Komponentensysteme mit geringer Latenz.

Eine einfache Möglichkeit, die Latenz zu minimieren, besteht darin, die kürzeste Glasfaserverbindung von der Computerplattform zum Benutzer zu haben. Dieser Faktor wird durch den verfügbaren Platz und die Glasfaserzugänglichkeit bestimmt. Sobald die Standorte der Rechenzentren und die Glasfaserrouten bekannt sind, haben die unten aufgeführten Faktoren den größten Einfluss auf die Latenz.

Die meisten Glasfasernetze werden mit Dense Wave Division Multiplexing (DWDM) aufgebaut. Diese DWDM-Wellenlängen nutzen Glasfaser effizient, indem sie darin virtuelle Rohre erzeugen. Heutzutage betragen die Datenraten für diese Wellenlängen typischerweise 10 Gbit/s. Derzeit werden jedoch 100-Gbit/s-Schnittstellen eingesetzt, und ab diesem Jahr werden sie der primäre neue Schnittstellentyp sein, der innerhalb und zwischen Rechenzentren installiert wird. Für hochmoderne Installationen werden bis Ende dieses Jahres auch 200-Gbit/s-Schnittstellen verfügbar sein. Der Aufbau eines Netzwerks mit der schnellsten verfügbaren Datenrate ist der erste Schritt zu einem optischen Netzwerk mit geringer Latenz. Allerdings weisen nicht alle 100G-Komponenten die gleiche Latenz auf. Bei der Umstellung auf 100G ist es wichtig, die Latenz von der Sendeseite der Verbindung zur Empfangsseite der Verbindung zu verstehen. Diese Messung zeigt, welche 100G-Dispersionskompensationskomponenten die geringste Latenz aufweisen.

Bei der chromatischen Dispersion handelt es sich um eine Verbreiterung des Eingangssignals, während es sich entlang der Faserlänge ausbreitet. Je weiter sich das Signal ausbreitet, desto mehr Streuung entsteht. Es gibt eine Reihe konkurrierender Dispersionskompensationstechnologien für den Einsatz bei den meisten weltweit installierten Glasfasern. Die besten Dispersionskompensationskomponenten führen zu einer vernachlässigbaren Latenzzeit von 0,15 Nanosekunden pro Kilometer.

Optisches Multiplexing ermöglicht das Hinzufügen oder Extrahieren einzelner Wellenlängen, sodass bestimmte Standorte bedient werden, an denen Bandbreite benötigt wird. Es gibt viele Anbieter von MUX/DEMUX-Geräten und einer Reihe von Technologien zum Hinzufügen und Entfernen von Signalen. Diese Geräte werden im Allgemeinen als passiver optischer MUX/DMUX bezeichnet. Die Auswahl der MUX/DEMUX-Lösungen mit der niedrigsten Latenz ist ein weiterer Faktor beim Aufbau eines latenzeffizienten Glasfasernetzwerks.

100G-Ports werden bald die bevorzugte Datenrate für die meisten neuen optischen Transportverbindungen zwischen Rechenzentren sein. Es gibt eine Reihe von 100G-Technologien, die auf den Markt kommen. Einige bieten eine größere Reichweite, andere bieten geringere Kosten und wieder andere sind für die Latenz optimiert. Transparente Transponder mit Direkterkennung können für latenzempfindliche Anwendungen eine Latenz von weniger als fünf Nanosekunden liefern.

Die Minimierung der Latenz bei optischen Transportverbindungen zwischen Rechenzentren hängt von drei Faktoren ab: 1) Minimierung der Glasfaserverbindungsentfernung zwischen Standorten; 2) Verwendung von Komponenten und Modulen mit geringer Latenz; und 3) Entwurf des gesamten optischen Transportnetzwerks zur Minimierung der Latenz. Mithilfe dieser Richtlinien kann jeder die Latenz seiner Glasfaserverbindungen minimieren.

Mannix O'Connor ist technischer Marketingdirektor bei MRV Communications, einem globalen Anbieter von Paket- und optischen Lösungen, der einige der größten Netzwerke der Welt betreibt.