数据中心布线系统的整体规划

浙江广信智能建筑研究院有限公司    潘秀青
浙江建达科技股份有限公司    黄  锴

 

    本文通过对一个政府部门基于“三网一库”应用环境的数据中心布线系统项目讨论，指出数据中心布线系统的规划，首先依赖于企业IT规划和场地设备布局，再是依据数据中心布线系统工程建设标准和建设特点，并根据具体项目的特定需求，结合技术与产品的发展与应用，整体规划数据中心的布线系统。
1 企业IT规划
    企业IT规划（是指数据中心的建设方和使用方。其核心内容是要从组织目标和信息化战略中抽取信息和功能需求，形成企业总体的信息化框架和系统整体模型。企业将信息技术手段应用到相应的生产、运营和管理中，并利用信息技术来改造和提升自身的综合能力，因此IT规划是企业信息化建设的基本纲领和总体指向。
    由企业IT规划而产生的信息资源规划，将明确企业在（近期与远期）一定时期内，对IT系统整体的需求计划，包括为实现企业信息化目标所需确定的IT系统定位、IT系统规模、IT系统架构、IT系统配置。
    其中：
    ◆ IT系统定位决定了数据中心的建设等级；
    ◆ IT系统规模决定了数据中心的建筑空间；
    ◆ IT系统架构决定了数据中心的信息路由；
    ◆ IT系统配置决定了数据中心的场地布局。
    由此可见，企业IT规划是数据中心建设（规划设计）的前提与依据。

2  场地设备布局
    数据中心的场地设备布局是依据IT系统的规模与发展以及可提供建筑物的场地与空间，依据数据中心的组成性质、任务、业务量，根据数据中心特定的工艺流程、各区域用房的功能用途、IT设备的配置类型及设备之间的相互联接关系、操作运维与管理体制而确定。对数据中心的场地与空间的平面划分和系统构成必须根据数据中心的建筑特性、IT特性以及场地的功能指标，遵循适用性和先进性的原则来进行合理的总体规划。
    在数据中心的场地与空间规划中，机房场地是以“设备”为关注与满足对象；而建筑空间是以“人”为关注与满足对象。根据有关的工程规范，数据中心的场地空间一般由主机房、辅助区、支持区和行政管理区等组成。而主机房包括服务器机房、网络机房、存储机房等功能区域。数据中心的场地与空间规划将确定场地设备布局。在这过程中主要关注与涉及以下几个主要方面：
    ◆ 依据IT系统的规模与发展确定场地规划；
    ◆ 符合信息数据处理的工艺流程和工作路线；
    ◆ 遵循数据中心场地建设的工程规范和标准；
    ◆ 满足数据中心场地的技术物理指标和要求；
    ◆ 采取数据中心场地规划所必要的技术措施；
    ◆ 合理优化限定条件下的建筑物场地与空间。

3 数据中心布线系统的整体规划
    数据中心布线系统的整体规划，需要了解布线系统在数据中心中的作用。布线系统要为数据中心的关键IT设备提供可靠的连接，需提供适应网络运营的传输带宽,支持网络7×24小时的不间断运行。同时，对安全性、可用性和灵活性有着较高的要求。另外，需要直观、有效、方便的网络与布线的管理方式和工具。数据中心布线系统的整体规划，也要了解数据中心布线系统工程的建设特点：
     ◆ 机房内信息点密集；
     ◆ 网络数据传输为主；
     ◆ 铜缆光纤类型繁多；
     ◆ 传输链路稳定可靠；
     ◆ 变更设备连接频繁；
     ◆ 动态智能链路管理。
     数据中心布线系统的整体规划，还要关注数据中心的布线系统所涉及到的技术与产品的发展趋势：
     ◆ 端到端的整体解决方案；
     ◆ 高速网络――万兆器材；
     ◆ 高密度预端接器件产品；
     ◆ 抗电磁干扰的屏蔽布线；
     ◆ 低烟无卤/阻燃防火线缆；
     ◆ 电子配线架的智能维护；
    2005年颁布的美国《数据中心的电信基础设施标准》TIA-942和中国C•TEAM新近颁发的《数据中心布线系统的设计与施工技术白皮书》。为数据中心布线系统的整体规划提供了许多有益的技术建议与工程指导。其建议数据中心的项目建设者和规划设计师，在涉及数据中心的设施规划、布线结构和网络设计时，能够对数据中心的建设要求有个整体的了解，也希望能够较早地、全面地考虑与建筑物之间的关联与作用。
    数据中心的三种布线系统的拓扑结构（如表1所示）：
    表1

    场地可用性分类等级（如表2所示）：
    表2

3  基于项目的案例讨论
    下面通过一个实际的项目案例，讨论数据中心布线系统的整体规划。
    项目背景：某市政府机关新建大楼，配套建设的数据中心设在主楼内二层。数据中心的建筑面积在建筑设计时被框定在380平方米的一个区域内。数据中心的建设对整个政府办公机关的业务至关重要。该数据中心政府办公机关的数据和通讯枢纽，是保证整个政府电子政务系统和有关信息系统（三网一库）正常工作的关键重要部分之一，对安全性、可靠性要求较高。机房内放置的通讯设备、网络设备、计算机设备、服务器设备、存储设备。
    其中三网即为：内网（政府内部的办公业务网，与外网隔离）、专网（政府上下级部门间和相关部门间的信息交换专网，与外网隔离）、外网（政府的电子门户或公众服务网，与内网和专网隔离）；一库为电子政务系统综合信息数据库。
    3.1 对数据中心布线系统整体规划的分析讨论
    首先是基于项目业主方所提供的基本信息与要求，该项目是在已制定的《某市电子政务建设实施纲要》的情况下实施的，所以已具有“IT规划”的结果，同时，新大楼的建筑设计已经完成，数据中心的“场地与空间”已经被划定。
基于前章节所论述的“IT规划”和“场地设备布局”的有关要点：
    （1）IT系统定位决定了数据中心的建设等级。本项目中，政府的电子政务系统和有关信息系统（三网一库），有内网与专网要求作逻辑隔离，内网和专网与外网作物理隔离的要求，对各网络和数据库都有信息安全的等级要求，同时，根据政府办公的不可中断性。因此，数据中心的建设等级应该设定在至少等级 II（或B级）以上。
    （2）IT系统规模决定了数据中心的建筑空间。数据中心的建筑面积被框定在380平方米的一个区域内。（经过评估）可以满足现在与将来一段时间内，IT系统规模对场地空间的需求。
    （3）IT系统架构决定了数据中心的信息路由。数据中心需要接入外网和专网的租用的电信运营商线路和专有线路，同时，要接入大楼内的各楼层的接入层交换机的主干数据线路和副楼的汇聚层交换机的主干数据线路。另外，在数据中心内，由于三网隔离和安全冗余的要求，将形成“独立”与“多重”的复合信息路由结构。
    （4）IT系统配置决定了数据中心的场地布局。政府的电子政务系统和有关信息系统所配置的通讯设备、网络设备、计算机设备、服务器设备、存储设备等设备在主机房内将形成接入区、主配线区、网络交换区、服务器区、存储器区、留扩设备区等区域，以及相关的基础设施配套区域等。
    3.2 对数据中心布线系统整体规划设计的讨论
    （1）确定IT关键设备连接方式。本项目中，由于有内网与专网要求作逻辑隔离，内网和专网与外网作物理隔离的要求，使通讯设备、网络设备、计算机设备、服务器设备、存储设备的连接方式形成“独立”与“多重”的复合信息连接方式。即将内网与专网划归为一组，外网为划归另一组，对这两组相关的通讯设备、网络设备、计算机设备、服务器设备、存储设备进行独立的连接。同时，考虑灵活性和冗余性，对内网与专网、外网又进行多重连接和三网的备线连接。
    （2）平面区域规划。将数据中心的平面区域规划为：中心机房、机电设备机房、介质室、备品室、缓冲区等。并使数据中心内各功能区域用房性质相似的或关联的进行相邻布局，以减低实际的路由连线距离。
    （3）设备布局。中心机房中的设备布局是以标准IT机柜、布线列头柜、电源列头柜和专用空调机为主要布置对象。IT机柜的布局形成“冷热端”通道。
    网络配线机房中，设置两列800×800（42U）网络配线机柜，每列8只，A（A1-A8）、B（B1-B8）列机柜。机柜用于安置光缆与铜缆配线架、光缆与铜缆主干线缆、路由器、核心交换机、KVM主交换机等，成为中心机房中的“总配线区”。
    服务器机房中，设置600×1100（42U）服务器设备机柜，每列8只，C（C1-C8）、D（D1-D8）列机柜。用于安置光缆与铜缆配线架、光缆与铜缆水平线缆、服务器、存储器、网络交换机、KVM转接器等设备，成为中心机房中的“设备配线区”。
    服务器机房中，设置800×800（42U）布线列头柜（C0、D0），用于安置光缆与铜缆配线架、光缆与铜缆主干线缆和水平线缆、网络交换机、KVM交换机等，成为中心机房中的“水平配线区”。
    留扩机房中，规划两列机柜空间（E、F），设置两个布线列头柜（E0、F0），暂时不配置设备机柜等。规划的功能与服务器机房相同。
    （4）规划布线系统的拓扑结构。本项目的数据中心布线系统拓扑结构，是一种特殊的拓扑结构，它的形式基于“基本型拓扑结构”与“分布型拓扑结构”之间。原因是为满足“内网与专网划归为一组，外网为划归另一组”的网络隔离要求，故将设置两组对应的总配线区、水平配线区和设备配线区（EDAs）。即在本项目中，规划了两个总配线区、四个水平配线区、两个设备配线区。但在配线时，并不采取“内网与专网”A列柜-C0柜-C列柜和“外网”B列柜-D0柜-D列柜，即总配线区→水平配线区→设备配线区直接按分组单一配线方式。而是采取各水平配线区（四个）向两个总配线区的四个总配线柜（A3/A4/B3/B4柜）进行各25%～50%主干线缆的配线方式，即采取多重连接和三网的备线连接的方式。主要是基于这样的考虑：①首先是能够满足“内网与专网”和“外网”单一分组配线功能，在不进行其他链路“垮接挑线”的情况下，实现“内网与专网”和“外网”的隔离。②在“内网、专网、外网”任意一个网络设备扩充时，并启用“留扩机房”的两列机柜（E、F）时，只通过改变水平配线区和总配线区“垮接挑线”，就可以方便灵活地迁移和重组网络服务器等设备，而不需要搬迁网络服务器设备等设备，同样可以实现新“组合”的“内网与专网”和“外网”的隔离。③为各网的水平配线区和总配线区间提供冗余链路。④留扩机房中，在设备配置不明确或暂不配置的前提下，可以先完成由主干线缆连接总配线区至留扩机房的水平配线区的列头柜布线端接安装。
本项目中，数据线缆的走线方式规划在机柜顶上采用网格式桥架走线方式。
    （5）确定技术等级与应用特性。本项目中，数据中心的布线系统规划采用万兆传输等级。布线传输介质为光缆，铜缆，并配置相应等级的布线配套器件。
    每个设备配线区机柜按一个24口屏蔽铜缆配线架和一个12芯光纤配线架配置。水平配线区的列头柜按本列设备配线区各机柜内配线总计量配置配线架和光缆铜缆水平线缆，并按其总量配置（主配侧）配线架和按主干线缆的25%～50%分别接至总配线区的A3/A4/B3/B4柜。
    在总配线区中，以内网为例，四个标准机柜实现由大楼内的各楼层的接入层交换机的主干数据线路和副楼的汇聚层交换机的主干数据线路与外线接入（A1/A2柜）、内网路由器与内网核心网络交换机实现信息交换（A3柜）、与机房内布线列头柜和设备区连接的内网总配线（A4柜）构成整个内网数据信息的传输路由。

4  结束语
    数据中心布线系统的整体规划作为一项实践型的工作，通过项目有助于对相关理论知识的掌握和实际问题的解决。本文通过对政府部门一个基于“三网一库”应用与环境的数据中心项目讨论，对具有网络（逻辑/物理）隔离这一特殊要求的布线系统的分析和规划，提出了一般性步骤和要点以及特殊布线拓扑结构的思路特点，为解决此类项目问题提供参考。

参考文献
1  潘秀青.信息中心场地空间的环境艺术设计[J].机房技术与管理.2008.7
2  黄锴，钱杰.潘秀青. 绿色数据中心 由概念到实现[J].智能建筑.2008.7
3  黄锴.新一代数据中心基础设施建设的理念与策略[J]. 机房技术与管理.2006.5
4  黄锴，董卫兴.基于TIA-942标准的数据中心工程设计[J].布线安装与维护.007.2