IDC數據機房設計探討

呂瑩亮

（中國聯合網絡通信有限公司中山市分公司，廣東 中山 528400）

0 引 言

基于互聯網技術衍生出的互聯網數據中心（IDC），能夠以此數據網絡進行數據的收集、整理、存儲以及傳輸，完成互聯網的相關服務。其中，IDC數據機房是IDC的核心，也是數據存儲的中心機房，能夠給客戶提供私有云組網、企業專線、虛擬主機、遠程備份以及主機租用等網絡服務，同時能夠提供安全訪問控制管理、防火墻等增值服務。在互聯網不斷發展和行業需求不斷增加的基礎上，IDC技術已經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市場現狀分析

2014—2019年5年時間，我國互聯網用戶規模不斷擴張，我國網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網的發展進一步推進了IDC市場完善，呈現出巨大的市場潛力。就2014—2019年我國IDC產業發展現狀來看，我國IDC市場規模由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市場的發展，而節能數據中心、綠色數據中心等要求相繼提出，在未來5年內IDC市場規模將進一步擴大。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數據機房包括供電系統、網絡設備以及空調系統等，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，保證各個系統設計滿足標準要求和安全設計要求，從源頭避免IDC數據機房可能出現的安全事故。IDC一般應用于政府和企業的專業化服務，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。

2.2 靈活擴充原則

當前互聯網技術的發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 經濟實惠原則

IDC機房建設規模大、投資大，因此在進行建設中必須要考慮經濟成本因素。根據市場行情、客戶需求進行產品和設備選購，在滿足客戶需求、保證設備性能的同時，盡可能降低IDC數據機房建設成本。

2.4 節能減排原則

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能減排技術，在確保運行安排穩定的前提下，盡可能降低IDC數據機房運行用電成本。

3 IDC中心機房網絡建設的關鍵技術

3.1 IDC中心機房基本要求

因IDC數據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數據機房運行，溫度一般需要保持在20～25 ℃，相對濕度保持在40%～70%。IDC數據機房涵蓋輔助區、支持區以及主機房，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數據機房支持區的主要作用是為信息處理提供支持，輔助區能夠實現機房的全面監控，還負責機房的運維和管理。

3.2 IDC數據網絡的要求

IDC數據機房中數據網絡是核心，主要負責數據交換，因此必須為數據網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數據機房建設的原則及要求，必須保證IDC數據機房建設滿足經濟實惠、安全使用、靈活擴充的具體要求。因此，進行IDC數據機房設計建議采用模塊化方法，涵蓋互聯網互聯層、核心層、匯聚層和接入層[3-4]。

3.3 IDC中心機房UPS供電系統建設

IDC數據機房的主要功能是進行信息資源和數據的實時采集、處理及傳輸。因此，為保證其實時性，必須保證其穩定供電。IDC數據機房中的設備，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數據機房的網絡癱瘓，恢復網絡需要耗費數小時的時間，不僅影響IDC數據機房運行，而且影響用戶的體驗，給用戶造成嚴重損失。因此，在IDC數據機房建設中必須注重UPS供電系統建設，保證其能夠365×24 h連續不斷可靠供電。IDC中心機房UPS供電系統圖，如圖1所示。

圖1 IDC中心機房UPS供電系統圖

（1）IDC數據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、無失真的連續穩定供電，在保證IDC數據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數據機房的UPS供電系統設計中，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，會導致出現低質量電源供電情況，無法保障關鍵性負載的安全運行，同時可能引發安全隱患導致故障的發生。

（3）在UPS供電系統中，為保證其供電質量和容錯功能，一般采用閉環式冗余并機技術或N+1型冗余并機系統。在IDC數據機房供電系統出現故障時，UPS逆變器電源能夠為IT設備供電。

（4）在電源供電系統中建議采用雙總線輸入、輸出，以此規避單點“瓶頸”故障。

（5）供電系統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下進行。

（6）在UPS供電系統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數據網絡的整體網絡系統架構圖

4 IDC數據網絡的整體網絡系統

IDC數據網絡采用扁平化網絡結構方式，相比傳統的網絡結構取消了匯聚層，如圖2所示。

4.1 核心層

核心層是整個IDC數據機房網絡的樞紐，實現中心機房和外部網絡的聯通，保證中心機房能夠快速訪問外部互聯網。同時，核心層對IDC數據機房本身的數據網絡具有重要作用，能夠保證其交換機匯聚，實現對外網路由和內網路由的維護與轉換。

目前，IDC數據機房的出口設置一般可以通過核心路由器上聯互聯網骨干網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網骨干網絡的方式實現。其中，第一種方式主要應用于大型IDC數據機房，第二種方式主要應用于小型IDC數據機房，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數據機房的安全等級，為客戶提供安全服務。

在扁平化結構下，核心層實現了傳統結構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故障會導致整個IDC數據機房網絡癱瘓，影響數據處理和轉發。

扁平化結構方式在取消了匯聚層的同時實現了數據匯聚，能有效降低IDC數據機房的設備成本和投資，減少不必要的電力資源占用；數據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數據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絡支持，采用單鏈路或雙聯路實現與核心層雙機之間的互聯。設備之間的信息共享通過靜態路由或動態路由方式實現，同時針對不同用戶系統、不同用戶需求提供不同的接入層策略。

接入層的網絡構架主要由兩種方式。一種是在IDC數據機房的每個分區或多個機柜配備一臺接入交換機，通過關纖直趨方式實現核心交換機的聯接。這種方式具有更強的接入靈活性，可以根據需要快速調整設備拓撲聯接。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，且機柜間的網線聯接較多。另一種是在IDC數據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核心交換機的聯接，適合機柜空間使用率高的場景。此方式下機柜內部網線聯接較多，對機柜內布線規劃要求更高[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數據機房的各個業務區按業務量情況配備接入交換機，由該交換機為用戶提供網絡服務。這種方式一般應用于數據流量較少的IDC數據機房，且其單一業務適用性較好。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境。一般這種方式應用于VIP客戶或者是數據流量需求較大的企業。

5 結 論

針對IDC數據機房的建設進行研究分析，主要從IDC數據機房的建設原則與要求入手，分析IDC機房的UPS供電系統的信息安全、數據網絡以及UPS供電系統，最后構建了IDC數據網絡的整體網絡系統，以期打造一個可靠穩定、高品質的IDC數據機房。