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接入互联网(接入互联网是什么意思)

微博实时号养成 2022年09月03日 12:42 156 admin

本文深入探究了互联网基础设施,另外罕见地介绍了海底电缆着陆点。

很高兴你来到本网页。肯定花不了多长时间,是不是?只要点击一下,如果你拥有21世纪的网络连接,转眼之间就登陆到了该页面。

但互联网到底是如何工作的?你有没有曾经想过那张猫的图片实际上是如何从俄勒冈州的一台服务器传送到你在伦敦的PC?我们并不是简单地谈论神奇的TCP/ IP或无所不在的Wi-Fi热点,不过那些同样至关重要。不,我们所谈论的是大型基础设施:粗大的海底电缆、众多着陆点和数据中心(它们拥有大规模冗余电源系统),以及错综复杂的最后一英里网络,它们实际上把我们数十亿人连接到互联网。

或许更重要的是,随着我们继续日益依赖无所不在的网络连接,联网设备数量激增以及对带宽永无止境的需求,我们如何保持互联网正常运行?韦里逊(Verizon)或维珍(Virgin)如何每秒将1亿个字节可靠地传输到千家万户,日复一日?

好了,我们会在这篇文章中给出答案。

文章目录:

秘密的电缆着陆点世界

接入互联网(接入互联网是什么意思)

铠装海底电缆

修复海底电缆

QAM、DWDM、QPSK ...

电缆伪装

测试海底电缆

噩梦的力量

下一站:数据中心

数据浪潮的变化

NOC中的NOC

ISP中的ISP的服务级别协议(SLA)

最后一英里

VDSL2

DOCSIS

最后100米

回到有线互联网的未来

接入互联网(接入互联网是什么意思)

好长的旅行

图1:全球海底电缆分布图,还有好多的陆地电缆并未在图中标出来。

图片来源:TeleGeography

秘密的电缆着陆点世界

英国电信集团(BT)承诺会提供光纤到家(FTTH),以提升带宽,可能在以此引诱客户;维珍媒体(Virgin Media)有一项相当不赖的服务,为使用其混合光纤同轴(HFC)网络的国内用户提供高达200Mbps的速度。但恰如其名,万维网(WWW)是个全球性网络。提供互联网服务超出了英国任何一家ISP的能力,或者确切地说,超出了世界上任何地方的任何一家ISP的能力。

首先,我们难得地看一看互联网中最不同寻常、最值得关注的其中一部分,看看它在英国是如何着陆的。我们不是谈论相距50英里的地面数据中心之间的暗光纤(dark fibre),而是谈论塔塔(Tata)的大西洋海底电缆从美国的新泽西州越洋6500英里后终结于此的着陆点,它位于英格兰西海岸的一个神秘位置。

对任何一家专业的国际通信公司来说,连接到美国至关重要,而塔塔的全球网络(TGN)是唯一环绕地球的全资性质的光纤环。它相当于长达70万公里的海底和陆地网络,在全球各地拥有400多个入网点(PoP)。

不过,塔塔愿意共享;CEO的孩子们玩《使命召唤》时得到的延迟最短,而配偶可以顺畅地播放《权力游戏》。无论在哪个时间点,塔塔的一级网络在处理全球24%的互联网流量,所以能够近距离了解TGN-A(大西洋)、TGN-WER(西欧)及其他海底电缆的机会不容错过。

从外面来看,这个着陆点本身是再普通不过的数据中心,外观灰色,很不起眼――你会以为它们用来装大白菜。在里面,需要使用RFID卡才能在大楼内行走,需要使用指纹阅读器才能访问数据访问中心区域。这不是你通常所见的数据中心,一些方面需要解释。尤其是,海底电缆系统有着非同寻常的电源要求,都由全面的备份设计来支持。

图2:塔塔的国际电缆网络地图上的一根铠装海底电缆。

图3:可用在电缆上的不同程度的铠装。你还能看到用来一路为放大器输电的那层铜。

图4:John W. Mackay模型,John W. Mackay是早期铺设电缆的船只之一,服役于1922年至1977年(经过几处改装)。

铠装海底电缆

塔塔的国际网络开发副总裁卡尔·奥斯本(Carl Osborne)加入了我们的行列,发表了他的见解。说到塔塔的海底电缆网络,他其实曾登上电缆船,目睹铺设电缆的全过程。他拿来了一些海底电缆样品,介绍设计如何随深度而变化。电缆距离海面越近,就需要越多的保护层(铠装),抵御航运可能带来的干扰。沟挖好后,将电缆埋在浅水区。不过在比较深的海域,比如西欧盆地,水深达到近三英里,这里电缆不需要铠装,因为商船根本不会对海底电缆构成任何威胁。

图5:海底电缆的核心:光纤对由不锈钢保护,铜护套用于输电,以及厚厚的聚乙烯绝缘层。

在这种深度下,电缆直径只有17毫米,相当于裹以厚厚的聚乙烯绝缘护套的记号笔。铜导体环绕负责保护核心光纤的多股钢丝,这些钢丝套在直径不到3毫米的钢筒里面,由触变胶作为缓垫。铠装电缆内部有同样的排列,不过裹以一层或多层镀锌钢丝,它们包裹在整条电缆上。

如果没有铜导体,就不会有海底电缆。光纤技术速度快,似乎能够提供无限的带宽,但要是没有一点帮助,它无法长距离传输。需要中继器(实际上是信号放大器)来增强光在整条光缆上的传播。这在陆地上很容易用本地电源来实现,而在海床上,放大器收到来自电缆铜导体的直流电压。这个电力来自何处?电缆任何一头的电缆着陆点。

虽然客户不会知道,但TGN-A实际上是两根走不同的路径横跨大西洋的电缆。如果一条电缆出现故障,另一条就能保证连续性。替代的TGN-A着陆于约70英里开外(相距三只陆地放大器)的不同着陆点,也从那里收到电力。这些大西洋海底电缆有148只放大器,而另一条稍长的路径需要149只放大器。

着陆点管理人员往往不喜欢抛头露面,于是我们请来电缆着陆点的向导John,他来详细介绍这种配置。

“为了从这一头给电缆供电,我们有一个正电压,而在新泽西州,电缆上有负电压。我们设法保持电流――电压总是会找到电缆的电阻。电压大约是9000伏,我们在电缆两头共享电压。这被称为是两头馈电,所以我们每头有约4500伏。在正常情况下,我们可以为这里到新泽西州的电缆供电,不需要美国方面的任何支持。”

不用说,放大器设计成25年无需维护,因为你不会派潜水员下去更换保险丝。不过看一下电缆样品本身,里面只有八股光纤,你忍不住觉得:尽管付出了种种努力,还是应该有更多股光纤。

John说:“受限制的是放大器的尺寸。如果是八路光纤对,放大器的尺寸需要大一倍。”放大器尺寸变大,对电力的要求也随之加大。

在着陆点,构成TGN-A的八条光纤形成四对,每一对包括一条独特的发送光纤和接收光纤。每股纤维束标以颜色,那样如果它坏了,需要海底维修,技术人员知道如何重新拼回去。同样,陆地上的技术人员接入海底线路终端设备(SLTE)后,知道哪一路的去向。

图6:工作中的电缆铺设船。图中,中间是放大器的海底电缆被吊到船上。

图7:将海底电缆装入电缆柜。太棒了。

图8:摆放在轮船甲板上的中继器。

修复海底电缆

参观着陆点后,我采访了维珍媒体公司的光纤网络支持专家彼得·贾米森(Peter Jamieson),深入了解海底电缆维修方面的几个细节。他说:“一旦找到电缆并返回到电缆修理船,就连接上一段新的未损坏电缆。然后,遥控潜水器(ROV)回到海底,找到电缆的另一头,进行第二次连接。然后,它使用高压水射流,将电缆埋在海底下深达1.5米的地方。”

“从电缆维修船开动算起,维修通常需要10天左右,电缆断裂处要花四五天。幸好,这种事很罕见:在过去七年,维珍媒体也就处理了两起。”

QAM、DWDM、QPSK ...

如果电缆和放大器安装到位,可能几十年都不需要在海洋做更多的工作。带宽、延迟和服务质量这些都在着陆点加以处理。

奥斯本说:“前向纠错用于了解发送的信号;沿信号传送的流量增加后,调制技术随之发生了变化。正交相移键控(QPSK)和二进制相移键控(BPSK),有时也叫反相键控(PRK)或2PSK,这些是长距离调制技术。16QAM (正交幅度调制)将用在长度较短的海底电缆系统上,它们引入了介于16QAM和BPSK之间的8QAM技术。”

DWDM(密集波分复用)技术用于结合各个数据信道,并通过沿着光缆传输使用不同波长的这些信号――特定的频谱里面不同的标色光,实际上形成了多个虚拟光纤信道。这么一来,光纤的承载能力显著增加。

目前,每四对光纤的承载能力达到每秒10兆兆位(10 Tbps),相当于TGN-A电缆上总共40Tbps。当时,8Tbps的数字是这条塔塔网络电缆上的当前点亮容量。随着新客户陆续加入,他们会不断蚕食闲置容量,但我们不会用完:仍有80%的可用容量,另一种编码或复用技术方面的改进极有可能在未来几年增加吞吐能力。

影响光电子通信这种应用的主要问题之一是光纤的光色散。这是设计师在电缆施工时考虑的因素之一,光纤的一些部分具有正色散特性,另一些部分则有负色散特性。如果你需要修复,就得确保船上有正确色散类型的电缆。回到陆地上,电子色散补偿是日益完善的一个方面,可容忍衰退更严重的信号。

John说:“过去,我们经常使用光纤卷轴用于色散补偿,而如今,全部以电子方式来完成。结果要精确得多,因而增加了带宽。”

所以现在不是起初向客户提供1G、10G或40G光纤连接,近几年的技术改进意味着着陆点可以准备“投放”100G。

图14:粗粗的TGN-A和TGN-WER海底电缆在这里从海里冒出来。对于一些世界上最大最快的光纤连接而言,这有点小儿科。

电缆伪装

虽然亮黄色的干线很显眼,但乍一看,大楼里面的大西洋海底电缆和西欧海底电缆很容易被误认为是某种配电系统。这套设施安装在角落墙壁上,不需要捣鼓,但如果需要铺设一条新的光缆,它将直接从盒子里面的海底光纤拼接起来。从着陆点的地面上来,红黑相间的标签注明“TGN大西洋光纤”,而右边是TGN-WER电缆,它采用了不同的排列,光纤对在接线盒进行分离。

两只盒子的左边是金属管道里面的电源线。较粗的两根用于TGN-A,较细的两根用于TGN-WER。后者还有两条海底电缆路径,一条在西班牙的毕尔巴鄂着陆,另一路在葡萄牙里斯本附近着陆。由于这些国家到英国比较近,所需的电力大大降低,因而电力电缆相当细。

图16:馈入TGN-A和TGN-WER的电力线。

奥斯本提到着陆点的配置时说,“从海滩上来的电缆有三个核心部分:承载流量的光纤、电源部分和接地部分。承载流量的光纤是通过那只盒子延长的。电源部分被划分到着陆点的另一个地方。”

黄色光纤干线在网上到上方的机架,机架将执行各种任务,包括多路分解输入信号,分离出不同的频带。这些是潜在的“落点”,每一个信道可能在着陆点终结于此,接入地面网络。

正如John所说,“100G信道进来,你的客户享受10G:10x10G。我们还提供纯粹的100G。”

奥斯本补充道:“这取决于客户想要什么。如果客户想要从其中一只盒子出来的单一的100G线路,它可以直接移交给客户。如果客户想要较低的速度,那么好,它就得移交给进一步的装备,将它分成较低速度。有客户会购买100G直接链路,但为数不多。比如说,较低层的ISP想从我们这里购买传输容量,就会选择10G电路。

“海底电缆提供了数千兆位的传输能力,可用于两个公司办事处之间的专用线路。它可以承载语音呼叫。所有这一切传输可以补充到互联网骨干网服务层。而那些产品平台每个都有单独监控的不同设备。

“电缆上的传输主要用于我们自己的互联网,或作为传输电路卖给其他互联网批发运营商――像BT、韦里逊及其他国际运营商没有自己的海底电缆,就向我们购买传输电路。”

图17:塔塔着陆点/数据中心的一只配线架。

高高的配线架支撑着各条光缆,这些光缆为客户分配10G连接。如果你想升级容量,那么很简单:只要订购板卡,将它们塞入到架子上――这个术语用来描述大型设备机箱中的排列。

John指出,一个客户现有的560Gbps系统(基于40G技术)最近进行了另外的1.6Tbps升级。使用两只800Gbps机架获得了额外容量,这两只机架都采用100G技术,带宽问题超过2.1Tbps。他在谈论这项任务时,听者会觉得整个过程中最漫长的部分是等新板卡送来。

塔塔的所有现场网络基础设施都被复制,所以有两个机房:SLT1和SLT2。内部被称为S1的一套大西洋系统在SLT1左边,被称为C1的西欧葡萄牙电缆则在右边。而在大楼的另一侧是SLT2,除了太平洋S2系统外,还有连接到西班牙的C2。

在附近单独区域的是地面机房,除了其他任务外,该机房处理通向塔塔在伦敦的数据中心的流量。其中一个跨大西洋光纤对实际上根本不在着陆点落位。它是一条“特快光纤对”,从新泽西一路抵达塔塔伦敦数据中心,尽量缩短了延迟。说到这,John查看了两条大西洋电缆的延迟;延迟较短的那一路往返延迟(RTD)为66.5ms,而延迟较长的那一条耗时66.9ms。所以,你在数据以大约每小时437295816英里的速度传输。对你来说,速度够快吗?

谈到这个话题,他描述了主要问题:“每当我们由光转换成电,然后转回成光,就会增加延迟。借助高质量的光学器件和功率更大的放大器,如今尽量减少了对再生信号的需要。其他因素包括多少电力可沿着海底电缆发送等方面的限制。越洋信号在整条路径上仍然是光信号。”

图18:EXFO测试设备。请注意缺失的频带(10)。

图20:这个EXFO已安装了光模块。

测试海底电缆

一头是测试设备试验台;眼见为实,一名技术人员将光缆接入到EXFO FTB-500。这配备了FTB-5240S频谱分析仪模块。EXFO设备本身在Windows XP Pro Embedded上运行,并配有触摸屏界面。它在启动后显示了已安装的模块。选择一个模块,从主菜单上的列表中,你选择一个诊断程序来执行。

图21:一只大大的老式瞻博骨干IP路由器。

技术人员解释:“你所做的工作是从电缆系统抽出10%的光。你可以制作频谱分析仪接入点,那样你可以回过头来分析信号。”

我们观看了通向渠道的信道,由于这一路即将被停用,你能看到,显示屏上显示的是未使用频谱。频谱分析仪无法明确告知某个频带的数据速率是多少,你得在数据库中查询频率,才能找到答案。

他补充道:“如果你看一下海底系统,还有好多边带之类的东西,所以你能看到它如何工作。你会碰到的问题之一是漂移。你能看到它是否实际上漂移到了另一个频带,那将降低性能。”

图22:ADVA FSP 3000将着陆点连接到其他地面客户和数据中心。

瞻博MX960通用边缘路由器向来处理数据通信的繁重任务,它在这里充当IP骨干网。实际上,John证实现场有两只:“我们有越洋电缆进来,然后我们可以测试STM-1(同步传输模块,1级)、GigE或10GigE客户,所以这会做某种复用操作,为各个客户部署IP网络。”

陆地DWDM平台上所用设备占用的空间比海底电缆系统少得多。很显然,ADVA FSP 3000设备与Ciena 6500套件几乎一模一样,但由于它在地面,电子设备的质量没必要同样可靠。实际上,所用的ADVA设备是比较便宜的款式,因为涉及的距离短得多。至于海底电缆系统,距离越长,带来的干扰信号就越多,所以更加依赖部署在着陆点的Ciena光电系统,以补偿干扰。

其中一个机架放置三个独立的DWDM系统。其中两个使用单独的电缆连接到伦敦(每个通过三个放大器),另外一个进入到白金汉郡的数据中心。

着陆点还放置西非电缆系统(WACS)。该系统由十几家电信公司组成的联盟建造,它从这里一路延伸到开普敦。海底分路器让电缆能够拆分,在非洲南大西洋海岸线的多个地区着陆。

图23:如果主电源出现故障,许许多多的电池提供足够电力,为海底电缆供电几小时。

图24:塔塔提供的同一机房的新闻照片。

图27:显示TGN-A S1电缆的设备输出的画面。

图28:显示TGN-WER C1电缆的设备输出的另一个画面,电压低得多,因为电缆长度短得多。

图29:两只2兆伏安柴油发电机(它们在箱子内)。

图30:这是箱子里面的样子。

噩梦的力量

参观哪个着陆点或数据中心,总会注意到需要电力,不仅机架需要电力,冷却器也需要:冷却系统要确保服务器和交换机没有过热。由于海底电缆着陆点对海底中继器有着不同寻常的电力要求,它同样拥有不同寻常的备用系统。

步入两间电池房中的一间,你看到的更像是医学实验环境。房间里是一排放在透明箱里的巨大铅酸电池,就像放在罐子里的外星人大脑。这组2V电池50年不用维护,总电量达到1600Ah,可独立提供四小时的电力。

图31:你在左边的蓝色机柜上能看到PFE。

电池充电器基本上是整流器,提供浮动电压,以便维护电池。它们还为大楼提供直流电压,供机架所用。房间里面有两套PFE(馈电设备),它们都放在相当大的蓝色机柜内。一套负责为大西洋S1电缆供电,另一套为葡萄牙C1供电。数字屏幕显示大西洋PFE的读数为4100伏、约600毫安,另一个显示C1 PFE的读数为1500多伏、约650毫安。

John介绍这一配置:“PFE有两个独立转换器。每个转换器有三级功率。每一个可提供3000伏直流电。所以,这一个机柜实际上就能满足整条电缆,我们还有n+1冗余机制,因为现场有两套设备。然而,它更像n+3,因为如果新泽西州的两个转换器都失效,这里的一个转换器也失效,我们照样可以为电缆馈电。”

图32:两只2兆伏安柴油发电机中的一只。

John介绍一些相当复杂的交换机制时介绍了控制系统:“我们基本上只要打开和关闭。如果存在电缆故障,我们就要与负责维修的船只合作。我们要完成一大堆的程序,在船员开工维修之前确保安全。很显然,那么高的电压是致命的,所以我们得发布电力安全须知。我们将发布电缆接地的通知,他们会作出回应。这一切互为配套,那样才能确保安全。”

该站点还有两只2兆伏安柴油发电机。当然,由于一切都重复,第二只是备用发电机。还有三只巨大的冷却器,但显然只需要一只。备用发电机每月无负载测试一次,整个大楼每年有负载测试两次。由于该站点还兼作数据中心,它需要服务级别协议(SLA)和ISO认证。

在平常的一个月,该站点的电费轻松达到五位数。

图33:其中一个数据中心大厅。你需要相应的钥匙/通行证才能进入上锁的笼柜(每一只笼柜归属不同客户)。

图34:远程工作的技术员

图35:这是相当大的数据中心。

图36:数据中心内部的配线架。

下一站:数据中心

在白金汉郡数据中心,也有类似的冗余要求,只是规模不一样,有两个巨大的代管和主机托管大厅(S110和S120),各占地1万平方英尺。暗光纤将S110连接到伦敦,而S120连接到西海岸着陆点。这里有两套网络架构――自主系统6453和4755:多协议标签交换(MPLS)和互联网协议(IP)网络端口。

顾名思义,MPLS使用标签,并分配给数据包。数据包内容不需要受到检查。根据标签里面所含的内容来执行数据包转换决策。如果你很想了解MPLS的细节,MPLSTutorial.com是个不错的网站。

同样,查尔斯·M·科齐勒克(Charles M. Kozierok)所写的《TCP/IP指南》(http://www.tcpipguide.com/free/t_toc.htm)是份翔实的在线资源,谁想要了解TCP/IP及其各个层和OSI(开放系统互连)模型及更多知识,都应该读一读。

从某些方面来看,MPLS网络是塔塔通信公司最重要的系统。由于数据包被赋予优先级标签,这种交换技术让使用这种可扩展传输系统的公司得以提供有保障的客户服务。标签技术还让数据能够沿特定的路线传送,而不是沿动态分配的路径,这样可以满足服务质量要求,或者甚至避免某些地区征收的流量关税。

同样,顾名思义,由于是多协议,MPLS网络可支持不同的通信方法。所以,如果一个企业客户想要虚拟专用网(VPN)、私有互联网、云应用程序或特定类型的加密,这些服务交付起来相当简单。

就这次参观,我们请来了白金汉郡向导Paul及其现场NOC同事George。

Paul说:“借助MPLS,我们可以提供任何烧录地址(BIA)或互联网――你喜欢的任何服务,这取决于客户的需求。MPLS支持我们的主机托管网络,这是英国最大的主机托管系统。因此,我们覆盖400个地方,多个设备连接成一个庞大网络,这是一套自主系统。它为我们的客户提供IP、互联网和点对点服务。由于它采用网状拓扑结构(400个互连设备)――任何一路连接将走不同的路线通向MPLS云。我们还提供网络服务――网上和网下服务。像维珍媒体和NetApp这些服务提供商终结进入大楼的服务。”

图38:ADVA设备,客户连接在这里连入到塔塔网络。

在宽敞的数据大厅110,塔塔的主机托管和云服务在一边,代管客户在另一边。数据大厅120大同小异。一些客户将机架放在笼柜里,规定只有自己的工作人员才能进入。由于在这里,他们可获得场地、电源和环境。默认情况下,所有机架都有A UPS和B UPS的两路电源。每一路走不同的电网进入,并且走替代的路线进入大楼。

Paul说:“所以我们的光纤从SLTE和伦敦过来,终结于此。”他在指出Ciena 6500套件机架时补充道:“你可能在着陆点看到过诸如此类的设备。这里,接到进入大楼的主暗光纤后,分配给DWDM设备。暗光纤信号被分入到不同频谱,然后它进入到ADVA,再由ADVA分配给实际客户。我们不允许客户直接连接到我们的网络,所以所有网络设备都终结于此。而从这里,我们将网络连接扩展到客户。”

数据浪潮的变化

图39:数据中心里面的许多设备是戴尔或惠普品牌。

对Paul及其远程操作同事来说,典型的一天主要是这个过程:加入新用户,处理远程操作任务,比如换掉普通硬盘和固态硬盘。这并不涉及特别深入的故障排除。比如说,如果客户无法连接到任何设备,其团队就会提供支持,检查物理层的连接是否正常;如果需要的话,会更改网络适配器之类的设备,确保设备或平台连得上。

不过,他注意到近些年来的几个变化。尺寸是1U或2U的机架堆叠式服务器换成了可支持众多不同板卡的8U或9U机箱,包括刀片服务器。因而,安装单台网络服务器的任务变成了一种很少见的请求。过去的四五年还出现了其他变化。

The NOC area looks just like an office.

The monitor provides a feed of an even larger NOC in India.

“在塔塔,它提供的许多是惠普和戴尔,我们目前使用这些产品用于主机托管和云架构。之前常用Sun品牌,而现在我们很少见到Sun。就存储和备份而言,我们过去使用NetApp作为标准产品,而现在我看到EMC也在使用,最近频频看到日立存储产品。另外,许多客户需要专用的存储备份解决方案,而不是托管或共享存储。”

图40:网络运营中心(NOC)区域看起来就像个办公室。

图41:监视器显示了印度一个更大的NOC的画面。

NOC中的NOC

网络运营中心(NOC)区域的布局与普通办公室几乎一模一样,只不过将英国办公室连接到印度金奈的NOC工作人员的大尺寸电视屏幕和摄像头让人有点惊讶。不过,它称得上是网络测试:如果该屏幕出现故障,两边都知道有问题。在这里,它实际上是一级支持。网络在纽约受到监控,托管主机是金奈受到监控。所以,要是确实发生严重情况,这些远程位置会先了解情况。

George描述这套系统:“作为一个运营中心,我们派人关注问题。我们支持50大客户,它们都是知名金融客户,每当它们有问题,这确实是优先级很高的事情。我们拥有的问题是个共享基础设施,所以要是有重大问题,那么许多客户会受到影响。如果有问题,我们需要能够及时地告知它们。我们向一些客户承诺每小时通报情况,向一些客户承诺每半小时通报。在重大事件场合下,我们会在整个事件的过程中不断通报情况。这种支持是全天候不间断的。

ISP中的ISP的服务级别协议(SLA)

作为一个国际电缆系统,比较典型的问题对各个地方的通信提供商一样:陆地电缆受到损坏,这在监管不太严的地区的施工现场最为常见。当然,还有海底飘忽不定的锚。另外就是分布式拒绝服务(DDoS)攻击,系统遭到攻击后,所有可用带宽被潮水般的流量吞噬。当然,工作队伍装备完善,以应对这类威胁。

图42:也许貌不惊人,但那是一级方程式(Formula One)机架。

“部署这些工具是为了监控在一天当中应有的通常流量模式。它可以监控上周四下午4点的流量,然后监控今天同一时间的流量。如果监控发现任何异常情况,就可以主动处理入侵,并通过不同的防火墙为流量重新安排路由,这能过滤掉任何入侵。这是主动缓解DDoS的方法。另一种是被动方法,顾客可能告诉我们:‘OK,我这一天遇到了威胁。我希望你引起关注。’即便那样,我们仍可以主动进行一番过滤。还有我们会接到通知的合法活动,比如格拉斯顿伯里音乐节,那样门票开始销售时,这些大量的活动不会受到阻止。”

还得为思杰这样的客户积极监控承诺的延迟,思杰的产品组合(包括虚拟化服务和云应用程序)对过长的网络延迟很敏感。注重速度的另一个客户就是一级方程式赛车(Formula One)。塔塔通信为所有车队和各个广播公司处理这一赛事的网络基础设施。

“我们负责整个F1生态系统,包括现场的比赛工程师,他们也是车队的一部分。我们在每个比赛地点构建了入网点(POP)――安装POP,延伸所有电缆,为所有客户做好配置工作。我们为装备区及其他每个地方安装了不同的Wi-Fi互联网突破点。现场工程师负责所有工作,他确保比赛日的所有网络连接正常。我们从这里使用PRTG软件来监控,那样就能检查关键绩效指标(KPI)的状态。我们从这里提供全天候不间断的支持。”

这类活跃的客户一年到头都经常举办活动,意味着设施管理团队必须谈妥测试备用系统的日期。如果是F1比赛周,那么周二到下周一,这些人就得双手插在口袋里,无法开始在数据中心测试电路。即便在参观期间,Paul指出F1设备机架时,他为了稳妥起见,也没有打开机柜让我们细看一下。

图43:航运集装箱里面的发电机。

图44:冷却器,每个数据中心大厅有三只。另外三只在大楼的另一头,图中未标示。

图45:从发电机出来的耐磨电缆。

哦,如果你对这里的备用设施很好奇,每个UPS有360只电池,共有八个UPS。电池数量超过2800只,每只电池都重32千克,相当于大楼里面有约96吨的电池。这些电池有10年的寿命,它们每只受到全天候的监控,观测温度、湿度、电阻和电流。满负荷状态下,它们可以让数据中心正常运行约8分钟,因而让发电机有足够的时间来启动。

有六只发电机――每个数据中心大厅各三只。每只发电机标称支持满负荷的数据中心,功率达到1.6兆伏安。每只可发电1280千瓦。为站点提供的总功率是6兆伏安,这么大的电力也许足以供半个城镇所需。还有第七只发电机处理业主服务。该站点贮存约8000升的燃油,足以在满负荷状态下用上24多个小时。在高峰期,每小时耗用220升柴油。

图49:维珍媒体的英国网络基础设施的概况图。

2011年的一张幻灯片,显示了Openreach最初的FTTC和FTTP部署计划。不妨看看2012年的FTTP目标。

Openreach的铜缆接入网络。

最后一英里

最后一步(从输入端或NOC到你家的最后几英里)似乎不是很复杂,我们将看一下通信基础设施这个楔状结构的细端。

不过出现了变化,维珍媒体和Openreach分别将DOCSIS和VDSL2引入到越来越多的家庭和企业。

VDSL2

Openreach新的VDSL2机柜里面是DSLAM(按BT的说法,是指数字用户线接入模块)。以较有年头的ADSL和ADSL2为例,DSLAM套件的位置往往离交换中心比较远,但它用在街道,旨在放大连接到交换中心的光缆信号,从而能够为最终用户提升宽带速度。

使用双股电缆,电源供电的DSLAM机柜连接到现有的街道机柜,这种组合被称为主交叉连接点(PCP)。接入到最终用户场地的铜缆仍然保持不变,而VDSL2用来从常规的街道机柜将宽带接入到用户场地。

图52:Openreach VDSL2机柜内部结构。

然而,要是工程师不到场,这种升级无法完成,因为家庭里面的网络终接设备(NTE5)套接字也需要升级。不过,这向前迈进了一步,让这家公司得以向数百万户家庭提供38Mbps的入门级下载速度和78Mbps的最高速度,不必煞费苦心地实现FTTH。

DOCSIS

这与维珍媒体的HFC网络大相径庭,HFC网络目前为家庭提供200Mbps的连接速度,为企业提供300Mbps的连接速度。虽然用来获得这些速度的方法依赖DOCSIS 3(有线电缆数据服务接口规范),而不是VDSL2,不过有相似之处。维珍媒体使用光缆,将服务提供到街边机柜,街边机柜通过单单一条同轴铜缆分发宽带和电视信号(双绞线仍用于语音服务)。

另外值得一提的是,DOCSIS 3.0在美国是领先的最后一英里网络技术,9000万条固定线路宽带连接中约5500万条使用同轴电缆。ADSL位居次席,约2000万条,随后是FTTP,约1000万条。很难获得美国到底部署了多少VDSL2,不过似乎零星地用在一些城市地区。

DOCSIS 3方面仍有大量的发展空间,让有线ISP可以根据需要,提供400Mbps、500Mbps或600Mbps不等的下游连接速度,之后还有DOCSIS 3.1时刻准备着。

DOCSIS 3.1规范表示,下游速度有望超过10Gbps,最终上游速度达到1Gbps。能获得这样的传输能力,得益于使用正交幅度调制技术――短距离海底电缆使用了同样的技术。然而,这里的陆地速率高出一大截,达到4096QAM,结合正交频分复用(OFDM)副载波,与DWDM一样,在有限频谱内的不同频率上扩展传输信道。ODFM还用于ADSL/VDSL变体和G.fast。

最后一百米

虽然FTTC和DOCSIS至少在接下来几年势必会主导英国消费者有线互联网接入市场,但如果我们完全忽视最后一英里(或最后100米)的另一个方面:移动设备和无线连接,那未免也太粗心大意了。

我们很快会刊登另一篇深度文章,介绍管理和部署蜂窝网络的复杂性,所以现在我们就看一下Wi-Fi,它基本上是现有的FTTC和DOCSIS互联网接入的一种延伸。一个典型例子就是:最近城市地区出现了几乎全面的Wi-Fi热点覆盖范围。

首先是几家大胆的咖啡馆和酒吧,然后BT使用其“BT with Fon”服务,将客户的路由器变成开放的Wi-Fi热点。现在,我们进入到重大的基础设施计划,比如覆盖伦敦地铁的Wi-Fi和维珍在白金汉郡切舍姆的“智能人行道”。

就这个项目而言,维珍媒体基本上把一堆Wi-Fi接入点埋在井盖下面,这些井盖用对无线信号来说透明的特制树脂做成。维珍在英国运营着一个庞大的管道和机柜网络,它们连接到互联网,那么何不添加几个Wi-Fi接入点、与公众共享这一连接呢?

图53:切舍姆的一只维珍媒体“智能人行道”井盖。

与维珍媒体公司的高级技术专家西蒙·克莱门特(Simon Clement)交谈的话,就会觉得他们预计智能人行道铺设起来比实际上来得困难。

克莱门特说:“原以为会在地方当局那里碰到问题,但其实没有出现。切舍姆市议会一直非常积极主动地与我们一起搞这个试点项目,大家普遍认为,整个地方当局已开始乐于为居民提供通信服务,并且了解提供这些服务要开展的工作。”

大部分困难似乎是自己强加的或来自监管方面。

他说:“最大的问题往往具有挑战性的传统思维。比如说,传统的无线项目需要安装允许高度的无线电设备,并且以法规允许的功率来发射。我们曾试着把无线电设备安装到地下,并在家庭Wi-Fi允许的传统功率水平范围内工作。”

“我们在开展这个项目时得评估所有风险。与所有创新项目一样,只有项目范围保持不变,正式的风险评估才有效。这种情况非常罕见,于是我们不得不非常频繁地进行动态风险评估。有一些关键基础是我们尽量遵守的,尤其是无线项目。我们始终保持在监管等效全向辐射功率(EIRP)的限制范围内,始终遵守无线电方面的安全工作实践。我们宁可在无线电辐射方面保守点。”

回到有线互联网的未来

图54:灰白色盒子是埋在人行道下面的DSLAM,来自英国G.fast试点项目。

按计划,Openreach的POTS网络上的下一项技术就是G.fast,将它称为光纤到分配点(FTTdp)配置再贴切不过了。同样,这是一种光纤到铜缆方案,但DSLAM将装在离用户场地更近的地方,装在电线杆上,装在人行道下,最后几十米使用常规的铜质双绞线。

其想法是,让光纤尽可能接近客户,而同时,尽量缩短铜缆长度,理论上支持从500Mbps到 800Mbps的连接速度。G.fast支持的工作频谱比VDSL2广得多,所以较长的电缆长度对效率会有较大的影响。然而,有人怀疑BT Openreach是否会以这种方式来优化速度,因为由于成本因素,它可能会继续使用绿色机柜来提供这些服务,但速度受到影响,速度可能会降到300Mbps。

再有就是FTTH。Openreach最初搁置了FTTH,因为它在考虑用哪种方式来交付服务最好(成本最低),但最近又表示定下了“宏伟目标”,开始广泛地部署FTTH。FTTC或FTTdp更可能是大多数消费者的一种中短期方案,而这些消费者的ISP是一个Openreach批发客户。

另一方面,维珍媒体似乎并不满足于同轴电缆:维珍一直在稳步交付光纤到户,已经覆盖了25万客户,争取今年覆盖50万客户。Project Lightning将包括100万新的FTTH连接,该项目将在今后几年,把另外400万家庭和办公室连接到维珍的网络。

维珍目前部署的FTTH使用玻璃射频(RFOG),那样可以使用标准的同轴路由器和TiVo,但是客户的带宽需求增加后,在英国提供广泛的FTTH服务让这家公司在未来多了几个选择。

图55:一些海底电缆部分的最后一张照片。

过去几年对于小型独立提供商来说也令人兴奋,比如Hyperoptic和Gigaclear,它们在部署各自的光纤基础设施。它们的覆盖范围仍然高度专注于几千个市中心公寓楼(Hyperoptic)和农村(Gigaclear),不过竞争加剧和基础设施投入加大从来不是一件坏事。

好长的旅行

好了,下一次你点击一段YouTube视频,就知道它是如何从云端服务器传输到你的计算机。整个过程似乎绝对毫不费力,但现在你知道了真相:有致命的4000伏直流电海底电缆、96吨重的电池、上千升柴油、数百万英里的最后一英里电缆和大量的冗余系统。

整个系统也只会变得更庞大、更疯狂。智能家居、可穿戴设备和点播电视及电影都势必需要更多的带宽、更高的可靠性和更多的电池。

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