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什么是数据中心

数据中心(Data Center)是一整套复杂的设施,用来实现对数据信息的集中处理、存储、传输、交换和管理。它包括服务器、存储设备、交换机路由器、防火墙等设施。

为什么数据中心很重要?

在商业领域,数据中心是企业运营不可或缺的一部分。它们支持关键业务应用程序,如客户关系管理、企业资源规划和供应链管理系统。此外,数据中心也是推动数字化转型、大数据分析和物联网等现代技术趋势的基石。

在技术层面上,数据中心是云计算服务的基础,它们使得软件即服务、平台即服务和基础设施即服务等模式成为可能。随着移动设备的普及和5G网络的部署,数据中心在处理和分发海量数据方面的作用愈发凸显。

数据中心还对科学研究至关重要,它们为复杂的模拟和计算提供所需的大规模计算能力,从而推动了医学、天文学和气候科学等领域的进步。

总而言之,数据中心是现代信息技术的心脏,它们支撑着全球数字经济的脉动。随着技术的不断进步,数据中心的角色和重要性只会愈发增强。

数据中心的演进

数据中心的演进历程分为四个大的阶段:大型机时代、小型机时代、互联网时代和云时代。

数据中心发展历程
数据中心发展历程
  • 大型机时代(1945年~1971年):

    计算机的主要器件还是由电子管、晶体管组成,它们的体积庞大、耗电量高、成本昂贵,多用于国防军事、科学研究等领域。由于涉及的数据非常敏感,当时价格昂贵的不间断电源和精密空调也成为必备选项,这时的数据机房倾向于基于大型机的数据计算,因此也称为数据计算机房。

  • 小型机时代(1971年~1995年):

    大规模集成电路飞速发展的年代,大型机和巨型机还是主要支撑,但是另一股力量同时开启了小型机和微型机的发展。技术的改进、性能的提升、成本的大幅下降使得小型机领域发展迅猛,中小型数据机房也呈现爆炸式增长。这时也是操作系统飞速发展的阶段,美国AT&T公司在PDP-11上运行的Unix和微软公司的Windows操作系统,也为小型机的发展推波助澜。

  • 互联网时代(1995年~2005年):

    1995年以前,很多小型的、大型的数据中心基本上算是单兵作战,即便有一些数据传输也只是小范围、低速率的领域。随着互联网的出现,分散在各地的数据资源被有效地整合到一起,并通过互联网这个大的平台分散给人类社会。为了满足数据增长的需求,IDC(Internet Data Center,互联网数据中心)应运而生,它集中收集和处理数据,可以提供主机托管、资源出租、系统维护、流量分析负载均衡、入侵检测等服务。这十年不仅是互联网高速发展的十年,也是IDC高速发展的十年。

  • 云时代(2005年~至今):

    随着TB(1TB=1024 GB)级到PB(1PB=1024 TB)级,乃至EB(1EB=1024 PB)级的数据相继出现,数据中心的承载压力越来越大。1U或者数U的机架式服务器、刀片式服务器已成为硬件发展趋势,虚拟化、海量数据存储作为技术保障,分布式、模块化数据中心正逐渐接管市场。

其中大型机时代和小型机时代,更多地称为“数据机房”,随着数据的膨胀、技术的变革,数据机房逐渐演变为数据中心,这不仅仅是概念上的变化,在功能性、规范性、规模性都与互联网数据中心和云数据中心有着巨大的差别。

数据中心有哪些类型?

数据中心有两种维度的分类方式:根据所有性质或服务对象、规格容量进行分类。

根据所有性质或服务对象分类

根据所有性质或服务对象不同,数据中心可以分为IDC(Internet Data Center,互联网数据中心)、EDC(Enterprise Data Center,企业数据中心)、NSC(National Supercomputing Center,国家超级计算中心)

  • IDC:是电信业务经营者利用已有的互联网通信线路、带宽资源,建立标准化的电信专业级机房环境,通过互联网向客户提供服务器托管、租用以及相关增值等方面的全方位服务。它可以为各类应用和客户提供大规模、高质量、安全可靠的专业化服务器托管、空间租用、网络批发带宽以及ASP(Application Service Provider,应用服务提供商)、EC(Electronic Communication,电子通信)等服务业务。通过使用IDC服务,企业或政府单位不需要再建立自己的专门机房、铺设昂贵的通信线路,也无需建立专门的网络工程师队伍。
  • EDC:是指由企业或机构构建并所有,服务于企业或机构自身业务的数据中心,是一个企业数据运算、存储和交换的核心计算环境,它为企业、客户及合作伙伴提供数据处理、数据访问等信息,应用支持服务。同时,对于信息系统,数据安全,保密或者其他特殊要求的行业或企业,会建设自己管理运行的数据中心,比如银行、保险、政府、大型企业等。
  • NSC:是指由国家兴建、部署有千万亿次高效能计算机的超级计算中心。与IDC、EDC不同,国家超级计算中心由国家兴建和运营,对外提供的是运算能力。主要服务于一些对运算能力需求大的项目,例如动画影视特效渲染,气象预测和国家大型科研项目等工作。同时,超算中心还肩负着开发高效可信的超级计算机系统、新一代服务器系统的责任。

根据规模容量分类

根据规模容量不同,数据中心可以分为超大型数据中心、大型数据中心和中小型数据中心。

  • 超大型数据中心:规模大于10000个标准机架的数据中心,用于为全球范围内的大型企业和互联网服务提供商提供高容量和高性能的数据存储和处理服务,为企业和科研机构提供数据挖掘、机器学习和人工智能等领域的支持。
  • 大型数据中心:规模介于3000~10000个标准机架的数据中心,用于为大型企业或者互联网公司提供数据存储和处理服务。
  • 中小型数据中心:规模小于3000个标准机架的数据中心,用于为中小型企业提供数据存储和处理服务。

数据中心的基础设施有哪些?

数据中心的基础设施是确保数据存储、处理和分发高效、安全、可靠运行的基石。它包括硬件组件、软件系统以及物理基础设施等多个层面,每一个层面都对数据中心的整体性能和稳定性起着至关重要的作用。

硬件组件
  • 服务器:数据中心的计算核心,负责运行应用程序和处理数据。现代数据中心通常采用高性能、多核处理器的服务器,以满足日益增长的计算需求。
  • 存储设备:用于数据存储的硬件,包括硬盘驱动器、固态驱动器和磁带库等。存储设备的选择取决于数据访问频率、存储容量和性能要求。
  • 网络设备:包括路由器交换机、防火墙等,它们负责数据中心内外的数据传输和网络安全。高速网络设备支持数据中心与互联网及其他数据中心之间的高速数据交换。
软件系统
  • 操作系统:服务器的软件基础,提供硬件资源管理和进程控制功能。常见的数据中心操作系统包括Windows Server、Linux和Unix等。
  • 虚拟化技术:允许单个物理服务器上运行多个虚拟机,每个虚拟机都可以独立运行不同的操作系统和应用程序。虚拟化技术提高了硬件资源的利用率并简化了数据中心的管理。
  • 数据中心管理软件:用于监控和管理数据中心的硬件和软件资源。这类软件包括DCIM(Data Center Infrastructure Management,数据中心基础设施管理)系统、服务器管理工具和网络监控系统等。
物理基础设施
  • 电力供应:数据中心需要稳定且充足的电力供应来维持不间断运行。通常包括不间断电源系统和备用发电机,以防止电力中断导致的服务中断。
  • 冷却系统:由于数据中心的设备会产生大量热量,有效的冷却系统对于维持设备正常运行和延长硬件寿命至关重要。冷却系统包括空气冷却系统、水冷却系统、冷热通道隔离、热交换器、液体冷却系统、自然冷却等。比如谷歌将数据中心建在海底,阿里巴巴将数据中心建在千岛湖湖底,均采用自然河水/海水冷却,减少能源消耗。
  • 安全系统:保护数据中心免受未授权访问和各种安全威胁。包括实体安全措施(如门禁系统、监控摄像头)和网络安全措施(如防火墙、入侵检测系统)。

在选择冷却系统时,数据中心的规模、位置、能源成本和效率等因素都会影响冷却系统的选择。目标是在保持设备运行温度范围内的同时,尽量减少能源消耗,确保数据中心的可靠性和性能。

数据中心的设计标准是什么?

数据中心受到由电源子系统、不间断电源、备用发电机、通风和冷却设备、灭火系统和楼宇安全系统组成的强大而可靠的支持基础设施的保护。TIA(Telecommunications Industry Association,电信行业协会)和Uptime Institute等组织制定了行业标准,以协助设计、建造和维护数据中心设施。Uptime Institute定义了以下四个层级:

  • Tier1数据中心:提供基本的可用性和服务。它们通常适用于一些非关键性的应用,但在Tier1数据中心中,业务中断的可能性较高,因为它们缺乏冗余和备份系统。
  • Tier2数据中心:相对于Tier1提供了更多的可用性,包括部分冗余。它们适用于一些关键性但不是最关键的应用,可以接受较少的停机时间。
  • Tier3数据中心:相对于Tier2提供更高的可用性,通常包括冗余的电力和冷却系统。它们适用于大多数商业应用,需要较高的可用性,但不需要极高的稳定性。
  • Tier4数据中心:是最高级别的数据中心,提供最高的可用性和稳定性。它们具有最严格的冗余和备份系统,适用于最关键的业务应用,如金融交易和医疗服务。
表1-1 数据中心的层级特点

数据中心层级

可用性

带宽和容量

可维护性

Tier1数据中心

可用性较低,通常没有冗余的电力供应和网络连接,因此可能存在单点故障的风险。一般来说,Tier1数据中心的可用性达到了99.671%。

带宽和容量相对较低,无法满足高需求的应用程序和服务。

维护和升级可能需要停机时间,对业务连续性有一定影响。

Tier2数据中心

具备冗余的电源和网络连接,以减少单点故障的风险。但仍然可能存在计划维护期间的停机时间。一般来说,Tier2数据中心的可用性达到了99.749%。

在Tier1的基础上带宽和容量更高,可以满足中等规模的应用程序和服务。

维护和升级操作可能需要一定的停机时间,但较Tier1数据中心更可预测和可控。

Tier3数据中心

具备多重冗余的电力和网络连接,可以实现计划和非计划维护的同时保持运行。一般来说,Tier3数据中心的可用性达到了99.982%。

在Tier2的基础上具有更高的带宽和容量。它们能够满足中大型应用程序和服务的需求,支持更多的用户和数据流量。

维护和升级操作可以在不中断运行的情况下进行,但在意外事件发生时,仍然面临潜在的停机风险。

Tier4数据中心

具备高度冗余的电力和网络连接,并采用了多路径冗余和双重容错设计,以实现几乎无中断的运行。一般来说,Tier4数据中心的可用性达到了99.995%。

在Tier3的基础上提供最高级别的带宽和容量,能够处理大规模的应用程序和服务需求。

在维护和升级操作、意外停机或设备故障时,数据中心仍能够稳定运行。冗余系统会在中断期间接管,确保持续运行,这使得用户几乎不会察觉到问题的存在。

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