IDC數(shù)據(jù)機房設(shè)計探討

呂瑩亮

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司中山市分公司，廣東 中山 528400）

0 引 言

基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)衍生出的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC），能夠以此數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、整理、存儲以及傳輸，完成互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)。其中，IDC數(shù)據(jù)機房是IDC的核心，也是數(shù)據(jù)存儲的中心機房，能夠給客戶提供私有云組網(wǎng)、企業(yè)專線、虛擬主機、遠(yuǎn)程備份以及主機租用等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，同時能夠提供安全訪問控制管理、防火墻等增值服務(wù)。在互聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展和行業(yè)需求不斷增加的基礎(chǔ)上，IDC技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于各個領(lǐng)域并開始進(jìn)入家庭。針對IDC實際需求進(jìn)行機房設(shè)計具有重要意義，成為研究者及電信運營商們關(guān)注的熱點問題[1]。

1 IDC市場現(xiàn)狀分析

2014—2019年5年時間，我國互聯(lián)網(wǎng)用戶規(guī)模不斷擴張，我國網(wǎng)絡(luò)寬帶和移動通信服務(wù)不斷完善，而智能終端、電子商務(wù)以及移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)一步推進(jìn)了IDC市場完善，呈現(xiàn)出巨大的市場潛力。就2014—2019年我國IDC產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，我國IDC市場規(guī)模由2014年的372.2億元增長至500億元，同比增長超過50%，復(fù)合增長率超過40%。近5年我國的IDC市場處于高速增長階段，年增速超過40%。在這一階段我國也不斷加強政策引導(dǎo)，希望通過政府支持進(jìn)一步促進(jìn)IDC市場的發(fā)展，而節(jié)能數(shù)據(jù)中心、綠色數(shù)據(jù)中心等要求相繼提出，在未來5年內(nèi)IDC市場規(guī)模將進(jìn)一步擴大。在此背景下，加強IDC機房設(shè)計與建設(shè)變得尤為關(guān)鍵[2]。

2 IDC中心機房建設(shè)遵循的原則

2.1 安全實用原則

IDC數(shù)據(jù)機房包括供電系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及空調(diào)系統(tǒng)等，因此在中心機房建設(shè)中必須綜合考慮其組成并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，保證各個系統(tǒng)設(shè)計滿足標(biāo)準(zhǔn)要求和安全設(shè)計要求，從源頭避免IDC數(shù)據(jù)機房可能出現(xiàn)的安全事故。IDC一般應(yīng)用于政府和企業(yè)的專業(yè)化服務(wù)，因此必須在IDC機房建設(shè)中考慮其實用性因素，保證其建設(shè)能真正服務(wù)于政府和企業(yè)。

2.2 靈活擴充原則

當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及客戶需求的增多，要求IDC機房必須在設(shè)計中預(yù)留擴容空間，以保證能快速響應(yīng)客戶訂制需求，同時針對IDC機房的各個組成部分進(jìn)行靈活設(shè)計以便擴容升級。

2.3 經(jīng)濟(jì)實惠原則

IDC機房建設(shè)規(guī)模大、投資大，因此在進(jìn)行建設(shè)中必須要考慮經(jīng)濟(jì)成本因素。根據(jù)市場行情、客戶需求進(jìn)行產(chǎn)品和設(shè)備選購，在滿足客戶需求、保證設(shè)備性能的同時，盡可能降低IDC數(shù)據(jù)機房建設(shè)成本。

2.4 節(jié)能減排原則

IDC機房設(shè)備集中，運行負(fù)荷大、能耗大，因此設(shè)計中需考慮引入節(jié)能減排技術(shù)，在確保運行安排穩(wěn)定的前提下，盡可能降低IDC數(shù)據(jù)機房運行用電成本。

3 IDC中心機房網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 IDC中心機房基本要求

因IDC數(shù)據(jù)機房服務(wù)及運行需求，需要保證其高度＞4.2 m，且其對地面負(fù)荷力也具有明確要求，一般要求超過8 kN/m2。為保證IDC數(shù)據(jù)機房運行，溫度一般需要保持在20～25 ℃，相對濕度保持在40%～70%。IDC數(shù)據(jù)機房涵蓋輔助區(qū)、支持區(qū)以及主機房，其中核心是主機房，能夠進(jìn)行信息的采集、傳輸及分析處理。IDC數(shù)據(jù)機房支持區(qū)的主要作用是為信息處理提供支持，輔助區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)機房的全面監(jiān)控，還負(fù)責(zé)機房的運維和管理。

3.2 IDC數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的要求

IDC數(shù)據(jù)機房中數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是核心，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換，因此必須為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)配備相應(yīng)的硬件設(shè)備和寬帶資源，同時需要保證其具有完善的增值服務(wù)能力和網(wǎng)絡(luò)管理能力。IDC建設(shè)的最主要目的是希望能夠給寬帶帶來更多的增值服務(wù)價值，基于IDC數(shù)據(jù)機房建設(shè)的原則及要求，必須保證IDC數(shù)據(jù)機房建設(shè)滿足經(jīng)濟(jì)實惠、安全使用、靈活擴充的具體要求。因此，進(jìn)行IDC數(shù)據(jù)機房設(shè)計建議采用模塊化方法，涵蓋互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)層、核心層、匯聚層和接入層[3-4]。

3.3 IDC中心機房UPS供電系統(tǒng)建設(shè)

IDC數(shù)據(jù)機房的主要功能是進(jìn)行信息資源和數(shù)據(jù)的實時采集、處理及傳輸。因此，為保證其實時性，必須保證其穩(wěn)定供電。IDC數(shù)據(jù)機房中的設(shè)備，要求瞬時電力中斷時間不能超過0.02 s，超過該值可能會導(dǎo)致IDC數(shù)據(jù)機房的網(wǎng)絡(luò)癱瘓，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)需要耗費數(shù)小時的時間，不僅影響IDC數(shù)據(jù)機房運行，而且影響用戶的體驗，給用戶造成嚴(yán)重?fù)p失。因此，在IDC數(shù)據(jù)機房建設(shè)中必須注重UPS供電系統(tǒng)建設(shè)，保證其能夠365×24 h連續(xù)不斷可靠供電。IDC中心機房UPS供電系統(tǒng)圖，如圖1所示。

圖1 IDC中心機房UPS供電系統(tǒng)圖

（1）IDC數(shù)據(jù)機房中的逆變器電源采用在線式、雙變換UPS電源（帶輸出隔離壓器），該種型號的UPS電源能夠保證無頻率突變、無干擾、無失真的連續(xù)穩(wěn)定供電，在保證IDC數(shù)據(jù)機房中設(shè)備安全運行的同時，保證高速、可靠地提供服務(wù)。

（2）在IDC數(shù)據(jù)機房的UPS供電系統(tǒng)設(shè)計中，還需要保證旁路供電中不能使用普通市電電源。如果市電電源進(jìn)入旁路供電，會導(dǎo)致出現(xiàn)低質(zhì)量電源供電情況，無法保障關(guān)鍵性負(fù)載的安全運行，同時可能引發(fā)安全隱患導(dǎo)致故障的發(fā)生。

（3）在UPS供電系統(tǒng)中，為保證其供電質(zhì)量和容錯功能，一般采用閉環(huán)式冗余并機技術(shù)或N+1型冗余并機系統(tǒng)。在IDC數(shù)據(jù)機房供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，UPS逆變器電源能夠為IT設(shè)備供電。

（4）在電源供電系統(tǒng)中建議采用雙總線輸入、輸出，以此規(guī)避單點“瓶頸”故障。

（5）供電系統(tǒng)建設(shè)中需要保證運維工作人員的運維工作能夠在逆變器帶電狀態(tài)下進(jìn)行。

（6）在UPS供電系統(tǒng)中引入負(fù)載切換開關(guān)，以保證用戶負(fù)載短路能夠進(jìn)行UPS逆變器切換，保證99.9%的IT設(shè)備電源可用率。

圖2 IDC數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的整體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)圖

4 IDC數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的整體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

IDC數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)采用扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方式，相比傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)取消了匯聚層，如圖2所示。

4.1 核心層

核心層是整個IDC數(shù)據(jù)機房網(wǎng)絡(luò)的樞紐，實現(xiàn)中心機房和外部網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通，保證中心機房能夠快速訪問外部互聯(lián)網(wǎng)。同時，核心層對IDC數(shù)據(jù)機房本身的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)具有重要作用，能夠保證其交換機匯聚，實現(xiàn)對外網(wǎng)路由和內(nèi)網(wǎng)路由的維護(hù)與轉(zhuǎn)換。

目前，IDC數(shù)據(jù)機房的出口設(shè)置一般可以通過核心路由器上聯(lián)互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)或匯聚路由器匯聚多個IDC機房的核心路由器再連接外部互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)的方式實現(xiàn)。其中，第一種方式主要應(yīng)用于大型IDC數(shù)據(jù)機房，第二種方式主要應(yīng)用于小型IDC數(shù)據(jù)機房，但其安全可靠性欠佳。同時，核心層往往還設(shè)置負(fù)載均衡設(shè)備、防火墻等安全設(shè)備，以提升IDC數(shù)據(jù)機房的安全等級，為客戶提供安全服務(wù)。

在扁平化結(jié)構(gòu)下，核心層實現(xiàn)了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式中的匯聚層功能，同時部署多臺物理設(shè)備，采用虛擬技術(shù)生成一臺邏輯核心虛擬交換機（Virtual Device Context，VDC），以便解決物理交換機交換能力、擴展槽位不足等問題。但是，VDC方式也存在一定的缺點，典型代表是安全可靠性低，一旦匯聚交換機出現(xiàn)故障會導(dǎo)致整個IDC數(shù)據(jù)機房網(wǎng)絡(luò)癱瘓，影響數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

扁平化結(jié)構(gòu)方式在取消了匯聚層的同時實現(xiàn)了數(shù)據(jù)匯聚，能有效降低IDC數(shù)據(jù)機房的設(shè)備成本和投資，減少不必要的電力資源占用；數(shù)據(jù)傳輸過程減少了一條路由，效率更高，時延更少。

4.2 接入層

IDC數(shù)據(jù)機房接入層的主要作用是為用戶設(shè)備、機房主機以及存儲設(shè)備等提供網(wǎng)絡(luò)支持，采用單鏈路或雙聯(lián)路實現(xiàn)與核心層雙機之間的互聯(lián)。設(shè)備之間的信息共享通過靜態(tài)路由或動態(tài)路由方式實現(xiàn)，同時針對不同用戶系統(tǒng)、不同用戶需求提供不同的接入層策略。

接入層的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架主要由兩種方式。一種是在IDC數(shù)據(jù)機房的每個分區(qū)或多個機柜配備一臺接入交換機，通過關(guān)纖直趨方式實現(xiàn)核心交換機的聯(lián)接。這種方式具有更強的接入靈活性，可以根據(jù)需要快速調(diào)整設(shè)備拓?fù)渎?lián)接。這種方式存在一定缺陷，尤其是需要較多的接入交換機位置，且機柜間的網(wǎng)線聯(lián)接較多。另一種是在IDC數(shù)據(jù)機房中每一個機柜配備一臺接入交換機，通過關(guān)纖直趨方式實現(xiàn)核心交換機的聯(lián)接，適合機柜空間使用率高的場景。此方式下機柜內(nèi)部網(wǎng)線聯(lián)接較多，對機柜內(nèi)布線規(guī)劃要求更高[5]。

接入層的部署方式主要有兩種。一種是IDC運營商直接提供接入交換機，在IDC數(shù)據(jù)機房的各個業(yè)務(wù)區(qū)按業(yè)務(wù)量情況配備接入交換機，由該交換機為用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這種方式一般應(yīng)用于數(shù)據(jù)流量較少的IDC數(shù)據(jù)機房，且其單一業(yè)務(wù)適用性較好。另一種是接入層中心機房按照用戶實際需求布置用戶自己準(zhǔn)備的交換機，運營商僅僅為用戶和接入層提供機房環(huán)境。一般這種方式應(yīng)用于VIP客戶或者是數(shù)據(jù)流量需求較大的企業(yè)。

5 結(jié) 論

針對IDC數(shù)據(jù)機房的建設(shè)進(jìn)行研究分析，主要從IDC數(shù)據(jù)機房的建設(shè)原則與要求入手，分析IDC機房的UPS供電系統(tǒng)的信息安全、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)以及UPS供電系統(tǒng)，最后構(gòu)建了IDC數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的整體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以期打造一個可靠穩(wěn)定、高品質(zhì)的IDC數(shù)據(jù)機房。