数据中心机房规划与建设关键技术【入门学习材料】--第一部分(P001-P100)

数据中心机房规划与建设关键技术编写人：HuangCheng邮箱：[e-mail]2013年4月说明：1、本材料只限用于个人学习交流使用，丌得用于仸何商业用途；2、数据中心相关技术収展较快，丏编写人员水平有限，本材料内容中可能存在错漏，引用参考请慎重；3、本材料部分内容参考了很多厂商产品和方案资料，以及很多相关与家技术博客内容，请恕未逐一列明参考出处。1本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途1目录数据中心发展回顾基础建筑电源系统制冷系统数据中心服务器网络系统其它系统数据中心节能设计2本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途2数据中心历史（1/2）数据中心的根源来自早期计算机领域巨大的计算机房•早期计算机系统体积非常大，本身占用很大的空间，运行和维护也都很复杂，需要在一个特殊的环境中运行，因此需要许多电缆连接所有的组件，如标准机架安装设备，高架地板和电缆盘。•过去的计算机也需要大量的电力，会产生大量的热量，通过专用的计算机房和冷却系统可以对散热效果进行较好的控制。•安全也很重要——那时计算机是很贵的，主要用于军事目的或重要的经济科研领域，因此对计算机的访问受到了严格的控制，美国为防止早期从美国进口的计算机被用于军事用途，往往派美国人来管控计算机房，外人上机还需要得到批准才行。•因此，专用的计算机房是必须的，这就是数据中心早期机房的雏形。微机时代出现设计的“数据中心”•到了上世纪80年代，微机市场一片繁荣，大量计算机被部署到世界各个角落，但很多时候很少有人关心过对这些计算机的运维要求。•随着IT运维变得越来越复杂，数据丢失现象越来越普遍，所有公司开始意识到需要控制IT资源。•随着90年代客户端/服务器计算模式的普及，微机（服务器）开始在过去的机房中寻找它们的位置，使用廉价的网络设备，加上标准的网络布线，人们开始采用分层设计，将服务器单独放在公司的一间特殊的房间中，于是就使用“数据中心”一词表示特殊设计过的机房，大约就是这个时候“数据中心”这个词开始流行开来。3本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途3数据中心历史（2/2）互联网泡沫时期出现IDC公司•在互联网泡沫期间，数据中心得到了蓬勃发展，公司需要在互联网上建立可以不间断访问的网站，而这要求具有快速和可靠的互联网连接。•于是出现了许多互联网数据中心（IDC）公司，这种IDC的建设是非常昂贵的——物理房屋、设备、训练有素的管理人员使得这些大型的数据中心成本非常高。•IDC采用了大量的新技术和手段为运维提供了可伸缩的能力，这些做法最后成功迁移到企业的私有数据中心里。数据中心逐步成熟•截至2007年，数据中心的设计、建造和运维已经形成了非常规范的规程，如电信行业协会（TIA）等专业机构推出了被行业认可的设计标准。•同时，数据中心的一些运行指标也被开发出来，用于评估中断对业务的影响。•目前，仍然有大量的操作规程正在开发，而且绿色、节能、环保的数据中心也开始受到大家的广泛关注。。4本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途4机房IT设备的发展决定了数据中心的设计需求（1/2）国内机房的发展历程：1960~1990大型机、小型机时代1990~2000服务器时代2000~2010机架化时代2010~未来一代5本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途5机房IT设备的发展决定了数据中心的设计需求（1/2）大型主机时代科学计算为主为某台计算机（大、中、小型机）建设无统一建设标准或规范供电由稳压器到UPS引进制冷由普通空调到精密空调洁净度控制由防尘到新风除尘系统稳定工作时间，几个小时到几周服务器时代IT技术应用普及服务器-客户端的网络模式网络通讯设备、数据存储设备的使用国家标准的制订供电系统的完善空调系统的完善防雷标准的完善综合监控系统的出现专门机房装修设计的出现IT稳定工作时间为几个月周服务器时代IT设备的进一步小型化所有IT设备上架业务对IT系统依赖性急增可靠性可用性（连续性）可扩展性可管理性可维护性部门内的标准化系统稳定几个月或连续稳定6本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途6数据中心总体构架物理层（电力、空调、综合布线等）网络层（路由器、交换机、防火墙等）资源层（计算、存储、带宽等）业务层（主机托管、数据备份等）运营管理层资源管理网络管理业务管理运营管理数据中心涉及范围很广，包含土建、电气、消防、网络、运营等系统，从IDC的逻辑功能上来划分，IDC可分为物理层、网络层、资源层、业务层、运维管理层5大逻辑功能模块。7本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途7数据中心等级与分类按服务对象分类•企业数据中心企业数据中心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，它为企业、客户及合作伙伴提供数据处理、数据访问等信息服务。•互联网数据中心。互联网数据中心由服务提供商所有，通过互联网向客户提供有偿信息服务。相对于企业数据中心来讲，互联网数据中心的服务对象更广，规模更大，设备与管理更为专业。按数据中心服务级别分类•单级数据中心单级数据中心即指企业或机构以大集中方式进行数据中心建设，整个企业或机构只设立一个数据中心。•多级数据中心企业或机构以多层次、分布式建设的数据中心是多级数据中心，总部级成为一级数据中心，直接下级单位为二级数据中心，再下级单位为三级数据中心，以此类推。目前，企业(机构)数据中心部署以单级和两级数据中心为主。8本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途8数据中心等级与分类按安全等级分类•GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》将机房划分为A、B、C三个等级，三个等级从高到低的排列顺序为A、B、CGB50462-2008《电子信息系统机房施工及验收规范》《电子信息系统机房环境检测标准》正在编制过程中09DX009国家标准设计图集《电子信息系统机房工程设计与安装》•TIA-942《数据中心电信基础设施标准》由美国电信产业协会和TIA技术工程委员会(TR42)编写、美国国家标准学会(ANSI)2005年批准颁布的《数据中心电信基础设施标准》(即TIA-942标准)根据数据中心基础设施的实用性和安全性的不同要求把数据中心分为Tier1、Tier2，Tier3，Tier4四个等级。9本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途9数据中心等级与分类10本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途10几个重要行业组织TIA：电信工业协会（TelecommunicationsIndustryAssociation，TIA）是全球通讯与信息技术工业中重要的同业协会。TIA是一个全方位的服务性国家贸易组织，有一个分支机构——多媒体通信协会（MMTA）。TIA也是经过ANSI认可的指定标准的组织，但其属于行会性质，除了标准工作外，其职责还包括为保护和促进会员厂家利益而影响政策、促进市场和组织交流。ASHRAE：AmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAir-ConditioningEngineers,Inc.，美国采暖、制冷与空调工程师学会。国际性组织。该学会唯一目的是造福社会公众，通过开展科学研究，提供标准、准则、继续教育和出版物，促进加热、通风、空调和制冷方面的科学技术的发展。GreenGrid：绿色格子联盟成立于2006年，是一个致力于节能、能效事业的非营利性组织，致力于在规划并推广数据中心在营运、建构以及设计等领域的最佳策略的同时，还能够有效降低数据中心与IT设施的耗电量。其成员包括AMD、APC、戴尔、惠普、IBM、英特尔、微软、Sun、VMware等IT巨头。UptimeInstitute：国际正常运行时间协会是一家主要着重于信息技术产业研究（研究对象主要是“数据中心”datacenter）的会员组织，为企业提供信息环境的能源效率等相关的业务及技术咨询，成员主要为全球200强企业。LEED：LeadershipinEnergyandEnvironmentalDesign，是一个评价绿色建筑的工具。宗旨是：在设计中有效地减少环境和住户的负面影响。目的是：规范一个完整、准确的绿色建筑概念，防止建筑的滥绿色化。LEED由美国绿色建筑协会建立并于2003年开始推行，在美国部分州和一些国家已被列为法定强制标准。11本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途11数据中心业务等级各等级的划分条件和特点（参考）（1）五星级IDC代表最高服务水平，通过严格的专业标准认证，提供全业务服务，价格及服务体系在国内处于领先水平。可作为对数据安全有严格要求的政府部门、金融企业、外资企业等重点客户的数据（灾备）中心。（2）四星级IDC主要面向政府机关、大型企业、知名ISP/ICP，提供高质量的服务和优先保证的资源，价格高于市场平均水平。（3）三星级IDC主要面向中小型企业、ISP/ICP，提供较好的产品服务，价格处于市场平均水平。（4）二星级IDC提供基础业务和一般性服务，能够满足客户的一般业务需求，价格可略低于市场平均水平。（5）一星级IDC主要面向零散客户，价格较低。其中，承载全国重点客户的五星级、四星级IDC原则上应位于运营商骨干网或骨干网省内汇聚节点所在城市。不同等级的IDC对应相应地区的资费档次标准。12本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途12数据中心业务发展阶段数据中心（DataCenter）的发展可以粗略划分为三个阶段。每一阶段服务形态有所不同，但都体现基础设施的特性。•第一阶段主要是场地、电源、网络线路、通信设备等基础电信资源和设施的托管和线路维护服务，多由电信企业提供，客户包括行业、大型企业等。这个阶段被广泛称为外包业务。•第二阶段是90年代中互联网的高速发展带动了网站数量的激增之后，各种互联网设备如服务器、主机、出口带宽等设备和资源的集中放置和维护需求提高，主机托管、网站托管是主要业务类型，这个阶段互联网数据中心（IDC）被广泛认可，IDC企业围绕主机托管服务也提供包括数据存储管理、安全管理、网络互连、出口带宽的网络选择等服务，IDC成为企业IT基础设施的核心。•第三阶段的数据中心概念被扩展，大型化、虚拟化、综合化数据中心服务是主要特征，尤其是云计算技术引入后，数据中心突破了原有的场地出租、线路带宽共享、主机托管维护、应用托管等服务，更注重数据的存储和计算能力的虚拟化、设备维护管理的综合化。新型数据中心采用高性能基础架构,实现资源按需提供服务，并通过规模运营降低能耗。云计算数据中心概念被提出，由此我们认为，云计算数据中心本质上还是在数据中心的物理基础设施上，采用虚拟化等云计算技术，提供传统的数据中心业务和各种新型网络应用服务。当前数据中心处于从第二阶段向第三阶段的转型期，传统电信企业和IDC企业基于数据中心进行升级。多家领先互联网企业则采用新技术建设大规模的新型数据中心。13本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途13全球IDC市场稳步增长2010-2011年，全球IDC市场保持稳步增长，Gartner预计市场规模会从2010年的20亿美元提高到2015年的44.6亿美元，年复合增长率为14.3%。另据中国IDC圈估计，2010年全球IDC整体市场规模超过160亿美元，较2009年增速为18%，亚太地区是增长的主要贡献者。主机托管等基础IDC业务产品还是主要业务，但网页加速、网站安全管理等新型业务收入比例在扩大。0204060801001201401601802002005年2006年2007年2008年2009年2010年(E)0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%50%全球（亿美元）增速2005-2010年全球IDC市场规模14本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途14全球数据中心规模情况据Gartner统计，截止2010年底，全球的数据中心总量为339万个