呂瑩亮

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡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)絡進行數(shù)據(jù)的收集、整理、存儲以及傳輸，完成互聯(lián)網(wǎng)的相關服務。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、遠程備份以及主機租用等網(wǎng)絡服務，同時能夠提供安全訪問控制管理、防火墻等增值服務。在互聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展和行業(yè)需求不斷增加的基礎上，IDC技術已經(jīng)應用于各個領域并開始進入家庭。針對IDC實際需求進行機房設計具有重要意義，成為研究者及電信運營商們關注的熱點問題[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)絡寬帶和移動通信服務不斷完善，而智能終端、電子商務以及移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進一步推進了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，希望通過政府支持進一步促進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)模將進一步擴大。在此背景下，加強IDC機房設計與建設變得尤為關鍵[2]。

2 IDC中心機房建設遵循的原則

2.1 安全實用原則

IDC數(shù)據(jù)機房包括供電系統(tǒng)、網(wǎng)絡設備以及空調(diào)系統(tǒng)等，因此在中心機房建設中必須綜合考慮其組成并按照相關標準進行，保證各個系統(tǒng)設計滿足標準要求和安全設計要求，從源頭避免IDC數(shù)據(jù)機房可能出現(xiàn)的安全事故。IDC一般應用于政府和企業(yè)的專業(yè)化服務，因此必須在IDC機房建設中考慮其實用性因素，保證其建設能真正服務于政府和企業(yè)。

2.2 靈活擴充原則

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

2.3 經(jīng)濟實惠原則

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

2.4 節(jié)能減排原則

IDC機房設備集中，運行負荷大、能耗大，因此設計中需考慮引入節(jié)能減排技術，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)絡建設的關鍵技術

3.1 IDC中心機房基本要求

因IDC數(shù)據(jù)機房服務及運行需求，需要保證其高度＞4.2 m，且其對地面負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，還負責機房的運維和管理。

3.2 IDC數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的要求

IDC數(shù)據(jù)機房中數(shù)據(jù)網(wǎng)絡是核心，主要負責數(shù)據(jù)交換，因此必須為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡配備相應的硬件設備和寬帶資源，同時需要保證其具有完善的增值服務能力和網(wǎng)絡管理能力。IDC建設的最主要目的是希望能夠給寬帶帶來更多的增值服務價值，基于IDC數(shù)據(jù)機房建設的原則及要求，必須保證IDC數(shù)據(jù)機房建設滿足經(jīng)濟實惠、安全使用、靈活擴充的具體要求。因此，進行IDC數(shù)據(jù)機房設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

IDC數(shù)據(jù)機房的主要功能是進行信息資源和數(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，超過該值可能會導致IDC數(shù)據(jù)機房的網(wǎng)絡癱瘓，恢復網(wǎng)絡需要耗費數(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，給用戶造成嚴重損失。因此，在IDC數(shù)據(jù)機房建設中必須注重UPS供電系統(tǒng)建設，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)機房中設備安全運行的同時，保證高速、可靠地提供服務。

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

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

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

4 IDC數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的整體網(wǎng)絡系統(tǒng)

IDC數(shù)據(jù)網(wǎng)絡采用扁平化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)方式，相比傳統(tǒng)的網(wǎng)絡結(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)絡的樞紐，實現(xiàn)中心機房和外部網(wǎng)絡的聯(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)路由的維護與轉(zhuǎn)換。

目前，IDC數(shù)據(jù)機房的出口設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)絡的方式實現(xiàn)。其中，第一種方式主要應用于大型IDC數(shù)據(jù)機房，第二種方式主要應用于小型IDC數(shù)據(jù)機房，但其安全可靠性欠佳。同時，核心層往往還設置負載均衡設備、防火墻等安全設備，以提升IDC數(shù)據(jù)機房的安全等級，為客戶提供安全服務。

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備，采用虛擬技術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)故障會導致整個IDC數(shù)據(jù)機房網(wǎng)絡癱瘓，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備、機房主機以及存儲設備等提供網(wǎng)絡支持，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)整設備拓撲聯(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)務區(qū)按業(yè)務量情況配備接入交換機，由該交換機為用戶提供網(wǎng)絡服務。這種方式一般應用于數(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)機房的建設進行研究分析，主要從IDC數(shù)據(jù)機房的建設原則與要求入手，分析IDC機房的UPS供電系統(tǒng)的信息安全、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡以及UPS供電系統(tǒng)，最后構(gòu)建了IDC數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的整體網(wǎng)絡系統(tǒng)，以期打造一個可靠穩(wěn)定、高品質(zhì)的IDC數(shù)據(jù)機房。