IDC数据机房设计探讨

2020-08-19吕莹亮

通信电源技术 2020年10期

吕莹亮

（中国联合网络通信有限公司中山市分公司，广东中山 528400）

0 引言

基于互联网技术衍生出的互联网数据中心（IDC），能够以此数据网络进行数据的收集、整理、存储以及传输，完成互联网的相关服务。其中，IDC数据机房是IDC的核心，也是数据存储的中心机房，能够给客户提供私有云组网、企业专线、虚拟主机、远程备份以及主机租用等网络服务，同时能够提供安全访问控制管理、防火墙等增值服务。在互联网不断发展和行业需求不断增加的基础上，IDC技术已经应用于各个领域并开始进入家庭。针对IDC实际需求进行机房设计具有重要意义，成为研究者及电信运营商们关注的热点问题[1]。

1 IDC市场现状分析

2014—2019年5年时间，我国互联网用户规模不断扩张，我国网络宽带和移动通信服务不断完善，而智能终端、电子商务以及移动互联网的发展进一步推进了IDC市场完善，呈现出巨大的市场潜力。就2014—2019年我国IDC产业发展现状来看，我国IDC市场规模由2014年的372.2亿元增长至500亿元，同比增长超过50%，复合增长率超过40%。近5年我国的IDC市场处于高速增长阶段，年增速超过40%。在这一阶段我国也不断加强政策引导，希望通过政府支持进一步促进IDC市场的发展，而节能数据中心、绿色数据中心等要求相继提出，在未来5年内IDC市场规模将进一步扩大。在此背景下，加强IDC机房设计与建设变得尤为关键[2]。

2 IDC中心机房建设遵循的原则

2.1 安全实用原则

IDC数据机房包括供电系统、网络设备以及空调系统等，因此在中心机房建设中必须综合考虑其组成并按照相关标准进行，保证各个系统设计满足标准要求和安全设计要求，从源头避免IDC数据机房可能出现的安全事故。IDC一般应用于政府和企业的专业化服务，因此必须在IDC机房建设中考虑其实用性因素，保证其建设能真正服务于政府和企业。

2.2 灵活扩充原则

当前互联网技术的发展以及客户需求的增多，要求IDC机房必须在设计中预留扩容空间，以保证能快速响应客户订制需求，同时针对IDC机房的各个组成部分进行灵活设计以便扩容升级。

2.3 经济实惠原则

IDC机房建设规模大、投资大，因此在进行建设中必须要考虑经济成本因素。根据市场行情、客户需求进行产品和设备选购，在满足客户需求、保证设备性能的同时，尽可能降低IDC数据机房建设成本。

2.4 节能减排原则

IDC机房设备集中，运行负荷大、能耗大，因此设计中需考虑引入节能减排技术，在确保运行安排稳定的前提下，尽可能降低IDC数据机房运行用电成本。

3 IDC中心机房网络建设的关键技术

3.1 IDC中心机房基本要求

因IDC数据机房服务及运行需求，需要保证其高度＞4.2 m，且其对地面负荷力也具有明确要求，一般要求超过8 kN/m2。为保证IDC数据机房运行，温度一般需要保持在20～25 ℃，相对湿度保持在40%～70%。IDC数据机房涵盖辅助区、支持区以及主机房，其中核心是主机房，能够进行信息的采集、传输及分析处理。IDC数据机房支持区的主要作用是为信息处理提供支持，辅助区能够实现机房的全面监控，还负责机房的运维和管理。

3.2 IDC数据网络的要求

IDC数据机房中数据网络是核心，主要负责数据交换，因此必须为数据网络配备相应的硬件设备和宽带资源，同时需要保证其具有完善的增值服务能力和网络管理能力。IDC建设的最主要目的是希望能够给宽带带来更多的增值服务价值，基于IDC数据机房建设的原则及要求，必须保证IDC数据机房建设满足经济实惠、安全使用、灵活扩充的具体要求。因此，进行IDC数据机房设计建议采用模块化方法，涵盖互联网互联层、核心层、汇聚层和接入层[3-4]。

3.3 IDC中心机房UPS供电系统建设

IDC数据机房的主要功能是进行信息资源和数据的实时采集、处理及传输。因此，为保证其实时性，必须保证其稳定供电。IDC数据机房中的设备，要求瞬时电力中断时间不能超过0.02 s，超过该值可能会导致IDC数据机房的网络瘫痪，恢复网络需要耗费数小时的时间，不仅影响IDC数据机房运行，而且影响用户的体验，给用户造成严重损失。因此，在IDC数据机房建设中必须注重UPS供电系统建设，保证其能够365×24 h连续不断可靠供电。IDC中心机房UPS供电系统图，如图1所示。

图1 IDC中心机房UPS供电系统图

（1）IDC数据机房中的逆变器电源采用在线式、双变换UPS电源（带输出隔离压器），该种型号的UPS电源能够保证无频率突变、无干扰、无失真的连续稳定供电，在保证IDC数据机房中设备安全运行的同时，保证高速、可靠地提供服务。

（2）在IDC数据机房的UPS供电系统设计中，还需要保证旁路供电中不能使用普通市电电源。如果市电电源进入旁路供电，会导致出现低质量电源供电情况，无法保障关键性负载的安全运行，同时可能引发安全隐患导致故障的发生。

（3）在UPS供电系统中，为保证其供电质量和容错功能，一般采用闭环式冗余并机技术或N+1型冗余并机系统。在IDC数据机房供电系统出现故障时，UPS逆变器电源能够为IT设备供电。

（4）在电源供电系统中建议采用双总线输入、输出，以此规避单点“瓶颈”故障。

（5）供电系统建设中需要保证运维工作人员的运维工作能够在逆变器带电状态下进行。

（6）在UPS供电系统中引入负载切换开关，以保证用户负载短路能够进行UPS逆变器切换，保证99.9%的IT设备电源可用率。

图2 IDC数据网络的整体网络系统架构图

4 IDC数据网络的整体网络系统

IDC数据网络采用扁平化网络结构方式，相比传统的网络结构取消了汇聚层，如图2所示。

4.1 核心层

核心层是整个IDC数据机房网络的枢纽，实现中心机房和外部网络的联通，保证中心机房能够快速访问外部互联网。同时，核心层对IDC数据机房本身的数据网络具有重要作用，能够保证其交换机汇聚，实现对外网路由和内网路由的维护与转换。

目前，IDC数据机房的出口设置一般可以通过核心路由器上联互联网骨干网或汇聚路由器汇聚多个IDC机房的核心路由器再连接外部互联网骨干网络的方式实现。其中，第一种方式主要应用于大型IDC数据机房，第二种方式主要应用于小型IDC数据机房，但其安全可靠性欠佳。同时，核心层往往还设置负载均衡设备、防火墙等安全设备，以提升IDC数据机房的安全等级，为客户提供安全服务。

在扁平化结构下，核心层实现了传统结构模式中的汇聚层功能，同时部署多台物理设备，采用虚拟技术生成一台逻辑核心虚拟交换机（Virtual Device Context，VDC），以便解决物理交换机交换能力、扩展槽位不足等问题。但是，VDC方式也存在一定的缺点，典型代表是安全可靠性低，一旦汇聚交换机出现故障会导致整个IDC数据机房网络瘫痪，影响数据处理和转发。

扁平化结构方式在取消了汇聚层的同时实现了数据汇聚，能有效降低IDC数据机房的设备成本和投资，减少不必要的电力资源占用；数据传输过程减少了一条路由，效率更高，时延更少。

4.2 接入层

IDC数据机房接入层的主要作用是为用户设备、机房主机以及存储设备等提供网络支持，采用单链路或双联路实现与核心层双机之间的互联。设备之间的信息共享通过静态路由或动态路由方式实现，同时针对不同用户系统、不同用户需求提供不同的接入层策略。

接入层的网络构架主要由两种方式。一种是在IDC数据机房的每个分区或多个机柜配备一台接入交换机，通过关纤直趋方式实现核心交换机的联接。这种方式具有更强的接入灵活性，可以根据需要快速调整设备拓扑联接。这种方式存在一定缺陷，尤其是需要较多的接入交换机位置，且机柜间的网线联接较多。另一种是在IDC数据机房中每一个机柜配备一台接入交换机，通过关纤直趋方式实现核心交换机的联接，适合机柜空间使用率高的场景。此方式下机柜内部网线联接较多，对机柜内布线规划要求更高[5]。

接入层的部署方式主要有两种。一种是IDC运营商直接提供接入交换机，在IDC数据机房的各个业务区按业务量情况配备接入交换机，由该交换机为用户提供网络服务。这种方式一般应用于数据流量较少的IDC数据机房，且其单一业务适用性较好。另一种是接入层中心机房按照用户实际需求布置用户自己准备的交换机，运营商仅仅为用户和接入层提供机房环境。一般这种方式应用于VIP客户或者是数据流量需求较大的企业。