數據中心網絡系統和布線系統設計分析

祖 研

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

近年來，新興數據應用模式發展快速，如虛擬化技術和云計算應用。隨著網絡需求的不斷增加，對數據中心服務器的規模要求也越來越大，因此涌現出越來越多的新型網絡結構。

數據中心是由網絡系統和布線系統組成的。網絡系統是決定數據中心物理架構和邏輯架構的關鍵部分；布線系統負責支撐整個網絡的聯接、互通及運行，是數據中心的核心部分。網絡系統的設計形成了數據中心總體網絡拓撲和相應層面的接入拓撲，合理的布線系統可提高網絡傳輸速度。因此，需充分重視數據中心的網絡系統和布線系統。

1 數據中心網絡系統設計分析

數據中心網絡系統設計的主要原則是以用戶需求為出發點，結合數據中心的網絡容量和網絡系統的性能及功能。需融合網絡系統的新模型、新技術及新標準，設計更符合用戶需求的應用系統、服務器及存儲設備。

1.1 數據中心常見的網絡系統架構

數據中心常見的網絡系統架構主要包括兩種。第一，包含核心層、匯聚層及接入層的三層架構；第二，可為任意兩個交換機節點提供低延遲和高寬帶通信的二層架構，也稱為矩陣架構，可配合高擴展性模塊化子集設計。根據數據中心用戶的不同特點，網絡系統架構需具備較高的靈活性和可擴展性[1]。

1.2 模塊化設計

模塊化設計是數據中心基礎設施設計的重要理念和基本策論。模塊化設計和標準化設計不僅簡化了數據中心網絡系統設計流程，還改善了數據中心的可用性、適應性及總運營成本。模塊化設計有利于數據中心網絡系統的規劃設計、工程實施以及生產運營。模塊化設計的優勢主要體現在以下方面。（1）可擴展性。模塊化設計可使數據中心網絡系統各項目按照分模塊分期實施，并且各模塊之間互不影響，顯著減少了初期投資成本。（2）可更改性。模塊化系統可根據需求進行適時調整，并通過重新配置靈活滿足不斷變化的IT需求。（3）可移植性。模塊化系統具備獨立組件和標準接口，可在安裝、升級、重新配置或者移動時節約時間和資金。

1.3 多數據中心互聯網絡設計

多數據中心互聯網絡設計較多地要求可用性，即能提供搜索、社交、視頻傳播、在線市場及云服務等服務。需構建能覆蓋全球的多數據中心，以提高網絡可用性。多數據中心互聯網絡設計常出現網絡故障，主要包括數據層故障、管理層故障及控制層故障。數據層故障主要是指硬件故障，或者是由于設備和操作系統的限制而導致的故障；管理層故障是在管理中發生的故障；控制層故障是指控制層組件之間由于發生了某些不確定的狀態傳輸和一些不需要的交互而造成的故障[2]。

對于網絡故障，可采取以下解決方案。（1）將故障檢測、緩解或者避免構建到數據網絡中的深度防御方法。（2）保證數據中心的控制層和數據層具有一致性，同時保證控制層和管理層的網絡不變量的一致性。（3）制定相應的預防措施，如持續的風險評估和測試等。（4）制定故障開放策略和快速恢復的方法。（5）持續升級網絡的方法。

2 數據中心布線系統設計分析

數據中心的布線系統和網絡系統是密不可分的整體。設計布線系統時，需參考網絡系統的架構，并根據用戶需求，按照高標準的開放系統和高性能的擴容來設計。該設計方式可保證速率達到10 Gb/s（萬兆）以上，且存儲設備達到高容量和高密度。因此，布線系統的特點是系統較靈活安全，可靠性較高，且持續性較好。

2.1 常見的布線系統方案和特點

常見布線系統一般采用星型拓撲結構，包括主配線區、中間配線區、水平配線區及設備配線區。其中，較靈活的是中間配線區，可根據網絡系統架構和用戶需求進行選擇性設計。

實際應用中，布線系統具有可靠性、兼容性、獨立性及擴展性的優勢[3]。通常布線系統的信息通道是由高品質的材料組成的。可借助專用儀器來檢測系統信息通道的線路是否衰減、是否串音及信噪比大小等。此外，如果布線系統的信息通道采用了星形拓撲結構，當部分線路出現故障時，仍可保證線路不受影響，大大降低了布線系統的線路維護難度。

2.2 布線系統的設計流程

2.2.1 需求分析

需求分析是布線系統設計的第一步，關系到整個布線系統設計流程，影響著后續工作的開展和工程最終造價。布線系統需求分析的主要目的是掌握用戶的當前用途和未來擴展需求。

首先，對設計對象進行分類處理，如寫字樓、辦公室及生產車間等，以便明確今后的設計方向和重點。其次，需求分析的分類應建立在充分了解整棟建筑物用途和每個樓層工作區用途的基礎上。明確需求后，再科學合理地規劃工作區的信息點位置和數量。最后，由擁有豐富工作經驗的系統分析員根據實際選擇適當配置的布線系統產品。

2.2.2 技術交流

技術交流是需求分析的一部分。需求分析中，需了解用戶對各方面的需求，如對帶寬、安全性、可靠性及伸縮性等的要求。為明確需求，需與建設單位負責信息建設的部門或者相關技術人員進行溝通，如果建設單位缺乏相關技術人員，還需對用戶指定工作人員進行網絡布線系統的專業培訓。

2.2.3 研究建筑物設計圖紙

設計布線系統前，設計人員要了解和研究建筑物的結構，以便更好地設計布線途徑、管線安裝及強電配合等。布線系統的施工圖紙主要是根據建筑物設計圖紙設計的，需深入研究建筑物設計圖紙[3]。

2.2.4 初步設計

初步設計主要包括產品方案、建設項目規模、工藝流程及具體操作方案等。

2.2.5 概算、方案審定、正式設計及工程預算

完成布線系統初步設計后，還要進行概算、審定方案、正式設計及工程預算等工作。具體地，（1）根據初步設計的文件，參照概算數值進行計算，以確定和控制項目投資額。（2）確定初步設計方案可行性后，可進行方案審定，即確定最終設計方案。（3）正式設計是設計出具體詳細的施工圖紙。（4）工程預算是確定工程造價的重要依據，也是銀行撥款的依據。因此，工程預算必須做到真實有效，不虛報。

2.3 電子監控系統布線

一般情況下，電子監控系統布線主要是攝像頭的設置。為保證監控圖像清晰，視頻線的選擇要根據前端監控攝像機到監控室的距離，如果距離不足300 m，就選用SYV-75-596型同軸視頻電纜；如果距離在300～600 m，就選用SYV-75-7型的視頻線；如果距離大于700 m，就選擇光纜傳輸模式。網絡布線系統中，配線子系統也是重要的參考項目，主要包括電信室配線裝置和信息插座模塊。此外，配線子系統的設計安裝必須在同一樓層內。

3 結 論

本文簡單闡述了數據中心網絡系統和布線系統的設計，詳細列舉了網絡系統和布線系統的設計流程和故障解決方案，為相關人員提供了參考。