（上海银欣高新技术发展股份有限公司，200233）
【摘 要】大数据、云计算的快速发展正迫使数据中心作出改变，传统的数据中心结构已无法满足日益增长的计算要求。本文论述了大数据、云计算下金融数据中心综合布线系统设计趋势，如何建立最具成本效益，面向未来的快速高效的连接性基础设施。
【关键词】云数据中心；综合布线；系统设计；资源池
一、概述
近年来，以移动互联网、大数据、云计算为特征的新一代IT技术架构呈井喷式发展，互联网的移动化、信息处理的集中化和大数据化、信息服务的智能化和个性化等，使得新一代的IT架构不再局限于本领域各个分支技术的纵向升级，而是横向融合到制造、金融、医疗、环保等其他行业，IT技术发展从技术导向转变为服务导向。这种改变使企业愈来愈依赖数据的采集、存储、提取和分析，数据中心建设也需要作出改变，适应大数据与云计算要求，特别是处于数据中心基础设施底层的综合布线系统。
二、数据中心发展趋势对综合布线系统的要求
金融行业早在数年前就开始部署全国性的数据中心，实现数据大集中与数据灾备。因此，相比其他行业，金融系统在大数据、云计算应用上具有得天独厚的优势和基础。区别传统数据中心，大数据、云计算数据中心具有以下特征：
1．更高速的以太网通信：万兆以太网应用将成为数据中心的标配，40G/100G以太网、FCoE/CEE等技术应用是未来数据中心布线趋势。
2．资源的池化和优化：采用服务器、存储虚拟化技术，构建IT支撑资源池。“池”的含义就是一个资源集合，在这个集合中的每个资源都具有相同的服务能力和服务品质。针对一个运行任务，资源池可以随机挑选一个资源为当前请求服务，需求完成后资源可以被池回收。资源池模式具有资源相对集中、资源共享、按需分配、动态扩展、服务标准化等特点，可以有效利用闲置资源，大大提高设备的利用率。
3．模块化扩展能力：传统数据中心的扩展能力受限于建设完成后很难变更的布线结构、空间排布、用电和制冷系统。而资源池的建设方式，可以在总体空间和电力供给不变的情况下提高单机架的容纳能力及降低PUE等方式实现扩容。
4．管理自动化：资源池高度集中化、虚拟化需要较少人工干预下的高度智能管理，一方面能降低数据中心的人工维护成本，另一方面能提高管理效率，提升客户体验。
5．绿色节能：资源池模式提高了设备利用率从而降低了闲置资源的能源耗费，同时资源池这种相对集中的模式，可以根据散热强度分区规划数据中心气流组织，降低PUE值。
三、金融数据中心综合布线系统架构选择
目前常见的数据中心网络布线架构，主要三种：区域分布式（Zone-Distribution）、置顶式ToR（Top-Of-Rack）和直连式（Direct-Connect）。
1．直联式
直连式即所有的服务器、存储直接连接到主配线区MDA或头柜HDA，中间不经过配线架转接。这种结构适用设备和线缆量不大、线缆连接后很少变化的小型数据中心。直联式的缺点也很明显：缺乏扩展性；大量线缆堆积在机柜和桥架中；电缆路由桥架空间设计困难；电缆管理困难等。
2．置顶式ToR
ToR架构，是将1RU高的接入层交换机放在机架顶，而机架上的所有服务器直接连接到交换机。ToR架构通常部署在密集的服务器环境下，例如集群环境、负载均衡应用、Web搜索引擎或虚拟化应用。
ToR的优点是可以在单个机柜中实现共享不同服务器的处理器，同时用体积较少的光缆连到汇聚层，铜缆主要集中在机架里，避免了在列头柜与服务器柜间大量的铜缆走线。缺点是可能没有足够的服务器连接到交换机的端口，造成设备的浪费。同时，在T3或T4数据中心内，交换机是需要左右备份的，不但增加冗余接入交换机造成成本成倍上涨，同时互联布线也会令到每一个机架都需要个别的管理，跳线添加、移动、变更管理上很复杂。
3．区域分布式
区域式布线架构是TIA-942数据中心标准中所推荐的架构。这种架构的特点是：模块化，灵活，在电缆数量成本、管理性、有源设备利用率之间性价比最佳的选择，适合于中大型数据中心。
区域分布式架构主要有三种：端列头（End-of-Row）、中间列头（Middle-of-Row）以及独立网络机柜或机架（Standalone network cabinets or racks/Network POD)。
EoR是最常用的方法，列头柜分布在每列机柜的两端。因为网口集中，这种方法通常能有较高的性价比。EoR的主要缺点是需要大量的跳线连到交换机。布线的成本会提高，机柜内大量的数据跳线以及到列头柜的固定布线也会降低冷却的通风量。
MoR与EoR本质相同，只是将列头柜放置在每列机柜的中间位置，可以在一定程度上节省线缆，同时提供比EoR较好的跳线管理。
POD设置独立的区域放置布线和网络设备，简单理解就是区域布线，类似于TIA-942的ZDA布线区的概念。对于大型的机房，或者区域机房，选择其中的一列或者独立的几个机柜作为区域的配线管理区。按数据中心常规设计，一般8~10台机柜两边要增加走道，所以单列设置列头柜不一定是最佳的选择。POD考虑在几列或者功能区中集中选择一些机柜/机架作为配线区，从而增加管理维护的便利性。
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4．金融数据中心综合布线系统架构选择
云数据中心究竟是采用ToR布线结构，还是选择基于TIA942的分区分层结构，还是存在诸多争议。
网络设备厂商倾向于ToR结构，认为ToR更适合虚拟化建设，同时提高了单机柜的扩展能力，而随着接入交换机成本的下降，每个机柜配置置顶交换机在建设成本上也似乎并不是很难以接受。
综合布线厂商更推崇POD结构。EoR/MoR已不能很好满足虚拟化的要求，POD即具备了EoR/MoR的优点，同时又更为符合资源池的建设模式（存储、服务器、网络设备池化）。
ToR与基于TIA-942的分区结构各有优缺点，还是需要根据数据中心的特点、使用需求以及投资预算综合选择，以适用不同的需求。
从维护管理角度，数据中心通常将交换机与服务器分为两个专业。ToR对交换机和服务器的维护都在一个柜内进行，安全得不到有效保障。POD单独设立配线柜的方法，可以有效保证维护管理的安全性，服务器、网络设备、配线管理均在各自的机柜内完成。
从能耗角度，ToR需要配置更多的交换机，且即使端口处于空闲状态，ToR交换机仍然产生能耗。POD还是属于区域化布线范畴，配线为无源设备，即使是智能配线系统，也需要少得多的电力供给。同时，集中部署交换机也能提高端口利用率，减少交换机部署，降低能耗要求。
从制冷和故障率角度，ToR交换机通常部署在机柜顶部，机柜中温度更低的区域需要用于制冷要求更高的服务器。Uptime Institute的一项调查显示，放置于机柜上部1/3部位的设备故障率是放置在中下部设备的3倍。POD采用独立机柜部署，对制冷要求高的资源池（网络设备池、服务器池、存储池）可以布置在冷量充足的机房区域（精密空调送风近端）。
四、金融数据中心综合布线系统设计要点
数据中心综合布线系统规划应根据我国的《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008），同时参考TIA/EIA-942数据中心机房标准来进行规划。根据GB50174和TIA942标准，对于金融数据中心一般按照A类机房标准（T3/ T4级机房标准），其规划应考虑以下要素：
1．高可靠性
A类数据中心应具备多路径与多设备备份，可实现在任何基础设施停机时维持正常运作的高容错性的数据中心。所有设备均具有不同路由的冗余的数据与电源线缆。
2．高带宽
云计算已改变了传统的流量模型，由于服务器之间的互动，造成80%的流量来自于服务器之间的流通，在关键的核心层需要更高速的数据链路，因此底层综合布线系统必须选择支持更高带宽的铜缆和光纤，比如6A类、7A类铜缆；OM4、OS2光缆等。
3．高密度
云数据中心资源池的集中部署，要求数据中心空间利用率最大化。其中的每种设备应尽量节约空间。作为数据中心的基础设施，布线系统采用小尺寸高密度的解决方案，可以为数据中心节省宝贵的空间，从而提高整个数据中心的使用效率。
4．高安全性
由于设备摆放集中，数据中心的线缆放置也非常密集，所以线缆的防火等级与性能就显得非常紧要。在金融数据中心中，更为推荐采用PLENUM等级（CMP或OFNP）的数据线缆，因PLENUM等级线缆不会传导火势到其它部分。
5．智能化管理
数据中心布线的基础架构也可以进行电子监控。可采用电子配线架管理系统为管理员提供交互式的、实时的铜缆与光缆连接管理。
电子配线架联接系统中，交联双配（Cross-connect）系统比直联（Inter-connect）系统更适合资源池这种高密度端口配置。直联系统采用单配线架结构，直接连接网络设备和水平配线架。直连系统缺点在于配线架端口状态必须依赖于交换机端口是否已启用并顺利发送SNMP信息，同时高端口密度也给跳线管理带来不便。交联双配采用双配线架结构，在网络设备端增加了一个配线架，配线架与网络设备端口通过永久性链路一一对应，交换机端配线架与水平配线架间通过智能跳线管理。交联双配系统可以反应真实的链路跳接状态，并且跳线管理可以在独立的布线柜内完成而不需要在交换机端操作，实现有效的安全隔离。
6．即插即用、快速部署
传统光纤连接采用现场熔接尾纤，对施工现场洁净度要求高，施工时间比较长，链路性能受施工人员技术水平影响也比较大，且无法支持40G/100G的应用升级，熔接显然已不能满足实际需求。
预连接系统采用符合通用标准的12芯、24芯MPO接头，该接头支持并行技术，可方便升级40G/100G以太网传输。工厂按长度预制并通过测试，保证了链路性能。预连接系统在现场安装时，更像光纤跳线在插接，但强度要远高于普通光纤跳线，在密度和可靠性上有很大提升。
7．链路长度考量
不管采用何种布线结构，铜缆水平链路的传输距离不能够超过90米，水平信道的最大距离不能超过100米。如果使用 OM4 多模光缆，传输10G时最大传输距离550米，传输40G/100G时，最大传输距离150米。
如果在配线区使用过长的跳线和设备线缆，则水平线缆的最大距离应适当减小。由于跳线是软线，基于补偿插入损耗对于传输指标的影响的考虑，在计算信道长度时，还应根据跳线类型选取降级因子折算，通常24AWG线规取0.2，26AWG线规取0.5。
五、结束语
云计算已从概念转入实施，金融行业数据中心在原数据大集中的基础上，转型成云结构是必然的趋势。顺应这一趋势，作为金融数据中心最重要的底层基础设施，综合布线系统也将应用更多新技术，以适应这种改变。
参考文献：
[1]电子信息系统机房设计规范 中华人民共和国国家标准GB50174-2008
[2]TIA-942 Revision A, March 2014, TELECOMMUNICATIONS INFRASTRUCTURE STANDARD FOR DATA CENTERS
[3] Data Center Top-of-Rack Architecture Design. White paper. Cisco Systems. April 18, 2011. Retrieved July 10, 2013.
论文作者:相铭
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年1月供稿
论文发表时间:2016/4/20
标签：数据中心论文; 机柜论文; 交换机论文; 配线架论文; 跳线论文; 资源论文; 数据论文; 《工程建设标准化》2016年1月供稿论文;