五大数据中心模型详解：设计架构、适用场景与典型案例

数据中心是私营公司和政府用于存储和共享应用及数据的物理设施。大多数企业依赖数据中心的可靠性和安全性以最佳状态运行IT业务。

然而并非所有数据中心相同：其设计基于存储和计算资源网络，以实现共享信息和应用的交付。

1940年代最早的数据中心（如ENIAC）需要巨大功率和特殊环境才能正常运行。它们昂贵且主要用于军事目的。

1990年代全球数据中心数量剧增。为建立互联网形象，多个组织建设具备跨站备份等先进能力的大型设施——内部数据中心。

今天的数据中心截然不同：技术已从传统物理服务器转向支持不同层级应用和工作负载的虚拟网络。

当前基础设施允许应用和数据跨多个数据中心及私有/公有云存在和链接。当网站/应用托管在云端时，使用云提供商的数据中心资源。

数据中心关键组件

数据中心包含多种关键组件：不同类型服务器、存储系统、交换机、路由器、应用交付控制器。正确安装实施后，它们提供计算资源、存储基础设施、网络基础设施驱动应用。

数据中心基础设施基本标准

ANSI/TIA-942-A是广泛采用的数据中心基础设施标准。符合正常运行时间研究所定义的四个等级：

Tier I. 基础容量：含不间断电源应对电压骤降、骤升、停电。防人为错误导致的中断，但不防意外故障或失效。

Tier II. 冗余容量：提供更好的抗干扰和维护机会。电源和制冷的冗余容量组件可在不关闭的情况下移除。

Tier III. 可并发维护：为关键环境提供冗余分布路径。任何部件可关闭移除而不影响IT运行。

Tier IV. 容错：允许任何生产容量几乎免疫所有类型故障。系统不受计划或非计划事件干扰影响。零单点故障，保证最高正常运行时间（99.995%）。

为更好理解这项技术，需探索不同类型数据中心及其用途。各有优势、局限和要求。

5. 托管数据中心

中国联通，最大零售托管数据中心之一

案例：中国联通香港环球数据中心
用户：中大型企业

托管数据中心（简称colo）是向企业出租机架空间放置服务器和网络设备的大型设施。是资源不足以维护自有数据中心但仍想享受所有权益的组织最热门服务之一。

托管设施提供空间、电力、制冷、物理安全。负责高效连接各类网络设备至不同电信和网络服务提供商。

地理覆盖大的公司可在多地放置硬件。如单一组织可能在五六个不同托管数据中心放置服务器。

使用托管数据中心的几大优势：

• 可扩展：公司业务扩展时可快速在设施增设新服务器和关键设备。
• 位置偏好：可选离客户最近的数据中心位置。
• 可预测且更低成本：租赁托管数据中心成本远低于自建。可按季度或年度签约按预算付费。
• 可靠：托管数据中心按高冗余规格设计，极其可靠。
• 安心：技术人员处理电源管理、设备安装、布线等繁琐技术任务。你无需担心服务器维护。

人们常混淆托管数据中心和托管服务器机架，常互换使用。但它们是两个不同实体。

托管数据中心指将整个设施租给另一公司的公司；托管机架指在数据中心内将机架空间租给多个组织的公司。

4. 托管服务数据中心

案例：全托管IBM云服务
用户：中大型企业

此类数据中心模型由第三方服务提供商部署、管理、监控。通过托管服务平台提供所有必要功能。

数据中心可完全或部分托管。前者所有技术细节和后端数据由提供商处理/管理；后者允许企业对数据中心实施和服务保留一定管理控制权。

通常服务商执行所有网络组件和服务维护、升级操作系统和其他系统级程序、在破坏性事件时恢复数据/服务。

可从固定数据中心托管站点、托管设施、或基于云的数据中心获取这些托管服务。

例如，IBM数据中心直接向客户提供广泛托管服务：托管安全服务、托管网络服务、托管移动和信息服务。

3. 企业数据中心

Google荷兰Eemshaven数据中心 | 图片来源：Google

案例：Facebook北卡罗来纳Forest City数据中心
用户：大型企业

企业数据中心是为支持单一公司而专门设计的私有设施。可按客户便利设在内部或外部站点。

例如，你在加拿大运行网站，目标受众是美国学生，你会倾向在美国建数据中心以减少页面加载时间。

企业设施更多由所有权和用途定义，而非规模和容量。适合有独特网络需求或营收足以利用规模经济的组织。

企业数据中心通常包含多个数据中心，各自维持关键功能。这些子数据中心可进一步分三类：

• 互联网数据中心：支持Web应用所需设备和服务器。
• 外联网：支持企业数据中心网络内企业间（B2B）交易。通常通过专用WAN链路或安全VPN连接访问。
• 内联网：在企业数据中心内保存应用和数据。用于研发、制造、营销等核心业务功能。

此类数据中心主要优势：公司易于追踪关键参数（如带宽和电力使用）并保持软件（如监控工具）更新。这使预估未来需求和适当扩容更简单。

但代价高昂：建设企业数据中心设施需巨额资本投入、人力、设备维护、持续时间支出。

2. 云数据中心

案例：Google、IBM、Amazon（AWS）、Microsoft（Azure）等提供的云服务
用户：各规模大多数组织

云数据中心中实际硬件由云公司运行管理，常借助第三方托管服务提供商。允许客户在云服务器上运行的虚拟基础设施中运行网站/应用、管理数据。

数据上传云服务器即刻碎片化并跨多地复制。遇意外事件，云提供商确保有备份的备份。

少数云服务公司提供定制云，给客户单一访问自有云环境（私有云）。公有云提供商则通过互联网向公众提供资源。Amazon Web Services、Microsoft Azure是最热门公有云玩家。

云服务比内部部署数据中心有诸多优势。用云时公司仅为所用硬件资源付费。无需担心定期服务器更新、安全、制冷成本等。这些价格包含在月度订阅费结构中。

1. 边缘数据中心

仍处开发阶段

边缘数据中心是靠近服务人群的小型设施。以规模和连接性为特征，允许组织以最低延迟向本地用户交付内容和服务。

它们在边缘计算架构中扮演关键角色，将数据存储和计算更靠近需求发生地。研究显示边缘数据中心将支持物联网（IoT）和自动驾驶汽车提供额外处理能力、改善客户体验。

虽然物联网和自动驾驶汽车收集的大部分数据将在本地处理，但部分会回传至数据中心。边缘设施连接各种其他数据中心或更大的中心数据中心。

相比满负荷运行的企业数据中心，多个较小边缘数据中心能更高效分发重流量负载。可缓存高需求内容，最小化用户请求与服务器响应间延迟。此外分发流量负载也提高网络可靠性。

对于试图提升区域网络性能或渗透本地市场的组织，这些设施极具价值。

市场

目前近70%企业工作负载运行在企业数据中心，托管数据中心占20%，约9%在云端。

据Global Market Insights，边缘数据中心市场规模2019年达55亿美元。预计2020-2026年CAGR 23%增长。对高计算资源日益增长的需求鼓励服务商在边缘位置部署数据中心以实现低延迟和可靠连接。

常见问题解答

什么是软件定义数据中心？

软件定义数据中心（SDDC）是将所有基础设施元素（含CPU、存储、网络、安全）虚拟化并作为服务交付的数据存储设施。

SDDC是服务器虚拟化多年进步的成果。将虚拟化概念（抽象、池化、自动化）扩展到所有资源和服务，以降低成本、提高可扩展性、增强业务敏捷性。

像传统数据中心，SDDC可部署在内部、托管服务提供商、公有/私有/混合云中。

什么是数据中心运营？

数据中心运营是广义术语，包含四大主要流程和操作：

• 网络资源安装和维护
• 数据中心内策略和程序的制定、执行、监控
• 确保数据中心安全的工具和技术
• 负责电源和制冷的监控系统

随着许多企业转向云计算解决方案，数据中心运营自动化比以往更关键。目标：优化流程和系统以实现性能、成本效率、可扩展性。

什么是绿色数据中心？

绿色数据中心是运行在节能技术上的数据存储、管理、传播设施。设计目标：最大化能效、最小化环境影响。

衡量数据中心能效的两大常用参数：

• 电源使用效率（PUE）
• 碳使用效率（CUE）

均由Green Grid（致力于提升IT和数据中心能效及生态设计的首要行业协会）开发。

这些设施在各行业获关注，许多公司瞄准部署绿色数据中心方案。据MarketandMarkets报告，绿色数据中心市场规模预计2026年达1400亿美元。