什么是数据中心设计？

数据中心设计是指物理数据中心设施的架构。数据中心包含大量计算基础设施，并为多个租户在靠近其业务所在地的位置提供托管服务。此类数据中心的设计重点在于确保计算基础设施时刻保持高可用性。设计考量因素包括电力供应、散热冷却、网络连接和物理安全。组织常将现代数据中心作为其混合云环境的组成部分。

数据中心基础设施管理的首要目标是构建一个能够确保计算基础设施始终保持可用和安全的设施。这一过程通常涉及对多种不同建筑系统的配置与使用进行管理。

物理安全

应该严格控制对数据中心的物理访问，因为网络访问是关键基础设施的重要考量因素。大型数据中心通常采取的访问控制措施包括：在出入口设置生物识别设备、部署视频监控系统以及配备现场安保人员。

环境安全系统

数据中心还应配备旨在更好地保护计算资源的“洁净气体”灭火系统。现代方案包括哈龙（Halon）及其他非导电气体灭火剂，以及细水雾灭火系统；后者通过吸收热量并迅速蒸发来发挥作用，从而避免设备受损。根据数据中心所在的地理位置，可能还需要采取其他安全措施，例如在地震多发区安装抗震支撑结构，或在易涝地区实施防水加固。

计算基础设施

数据中心依靠数量和类型各异的服务器来运行应用程序并处理数据。服务器种类繁多，旨在满足各种性能与空间需求。多台服务器可堆叠安装在机架上，以优化地面空间利用率。服务器机架通常具备多种功能特性，例如利于气流流通的网状门、滑动式托盘、专用的线缆与散热区域，以及容纳其他数据中心设备的空间。

在数据中心的高密度计算场景中，常可见到紧凑型模块化刀片服务器的身影。刀片服务器可插入名为“机箱”的共享外壳中，由机箱统一提供电源、散热及网络连接功能。这种设计将各类支持系统与线缆整合为单一单元，既能节省空间，又能提高能效。

存储基础设施

数据中心采用高度可扩展的存储解决方案来管理现代计算中产生的大量数据。块存储设备，如硬盘驱动器（HDD）和固态硬盘（SSD），以固定大小的数据块形式存储数据。这些驱动器可组合构建成存储区域网络（SAN），从而实现对跨多台服务器分布的数据集进行高性能、低延迟的访问。视具体应用场景而定，也可采用网络附加存储（NAS）设备来实现可扩展的文件级存储。

网络基础设施

数据中心的关键网络设备包括交换机、路由器、防火墙和结构化布线系统。

电力和供电系统

传统数据中心通常需要为所有主要计算基础设施配备冗余电源、备用发电机和不间断电源（UPS），以确保系统在停电期间仍能保持可用状态。

温度控制系统

大多数数据中心在设计时都会纳入环境或温度控制系统，因为计算和网络基础设施会产生大量热量。常见的方案包括暖通空调（HVAC）系统、气流遏制系统以及环境监控工具，这些工具有助于维持最佳运行温度。

联网

工程师在设计现代数据中心组件时，通常会着重考虑实现高速且具有弹性的网络连接。其网络设计目标是确保数据中心能够维持低延迟的通信，无论是内部通信，还是与外部用户及系统之间的通信。

数据中心设计标准为构建可靠且安全的数据中心设施提供了框架。其中获得最广泛认可的标准之一是 Uptime Institute 的等级分类系统。该系统定义了四个级别的设计标准，根据预期的性能水平对数据中心进行分类。

Uptime Institute 等级

I 级（基础容量）：如果数据中心配备了专用冷却系统、不间断电源（UPS）和备用发电机等关键组件，即符合此标准。该级别的数据中心能够防范因人为操作失误引发的中断，但无法应对意外故障、停电或维护过程中的人为失误。

II 级（冗余容量）：该级别在 I 级标准的基础上增加了冗余电源和冷却设备，从而提供更好的维护条件。虽然仍可能需要停机进行系统维护，但此类情况的发生频率已大幅降低。

III 级（可并行维护）：该级别的数据中心部署了冗余组件，因此工程师在进行维护或更换设备时无需关闭系统。

IV 级（隔离且可并行维护）：IV 级数据中心采用多个独立、物理隔离且冗余的系统，以确保实现尽可能高的正常运行时间。所有设备必须具备容错电源设计才能符合此标准。

其他主要数据中心标准

还有其他几项全球标准也指导着数据中心设计的最佳实践：

ANSI/BICSI 002：该标准涵盖了数据中心设计的各个方面，从选址和电气系统到安防、消防、布线及能效。它适用于传统数据中心、模块化数据中心和边缘数据中心。

EN 50600（DC）：这是一项欧洲标准，定义了数据中心物理基础设施的相关要求，包括可用性、安全性和运营可持续性。

即使是设计单个数据中心，也需要周密的规划，以确保设施具备可靠性、高效性以及面向未来的可扩展性。采用遵循行业最佳实践构建的数据中心服务有助于满足您当前及未来的业务需求。

弹性设计理念

数据中心应具备抵御各种潜在中断的能力，无论是停电还是自然灾害。重要的设计考量因素包括采用容错数据中心架构以及冗余电源（如备用发电机和 UPS 系统）。

监控与自动化

您可以监控设施的温度、湿度、能耗及系统健康状况等指标，从而优化数据中心的稳定性和性能。在可能的情况下，应利用现代化的自动化检测系统来识别高优先级问题，例如设备过热或硬件故障。

能源效率

数据中心的设计应注重能效，通过采用高效配电、现代冷却技术与方法以及节能硬件来降低对环境的影响。液冷系统和气流管理策略（如冷热通道封闭）有助于最大限度地降低能耗。

可扩展性

可扩展的设计使您能够更迅速地适应不断变化的工作负载和技术需求。一个设计合理、能够支持业务增长的数据中心，必须预留足够的空间、电力和冷却能力，以便在需求增加时能够增设新的服务器机架。

配置文档

保持清晰的记录有助于您应对问题并简化升级流程，否则这些过程可能会导致不必要的停机时间。记录数据中心内的所有关键配置。这应当涵盖布线、服务器软硬件配置、网络拓扑结构以及控制系统设置等内容。

混合云结合了两种或多种独立的计算环境（例如本地数据中心与公有云），使其作为一个统一且灵活的 IT 基础设施协同运行。通过整合这些环境，您可以将工作负载部署在最适宜的位置。

扩大现有网络

您可以利用公有云的全球网络，在地理位置分散的数据中心之间安全地传输敏感数据。

管理大数据集

混合云环境有助于您可靠且大规模地迁移海量数据集。

应用程序迁移和现代化

如果遗留系统依赖与本地数据库或硬件的低延迟连接，将其迁移至云端可能会面临挑战。混合云环境可以帮助您将迁移任务拆分为较小的部分，从而逐一进行处理。

本地数据处理和归档

对于在网络边缘（如物联网设备或医学影像系统）产生的大规模数据集，将所有数据传输至云端往往并不切合实际。混合云环境支持您在本地进行数据处理和分析。经过处理后，只有必要的数据会被发送至云端的长期存储系统，或用于分析及机器学习模型训练。

随着越来越多的组织采用混合云模式，数据中心的设计也必须随之演进。成功与否往往取决于在三个关键领域实现物理基础设施与云能力的协同。

专用连接

为了确保混合云可靠运行，保持数据中心与公有云之间低延迟的连接至关重要。为此，许多组织不依赖公共互联网连接，而是使用 AWS Direct Connect 等专用连接来提高应用程序的性能和安全性。

云兼容硬件

要在本地运行云原生工作负载，您可以维护能够支持在所有相关环境中进行数据中心运维的硬件。这包括能够托管容器化应用程序、自动化工具以及云端所用管理平台的系统。

协同一致的安全标准

数据中心采用的安全策略也应与云环境中的系统保持一致。这包括统一的身份管理、网络分段、加密实践以及监控工具。通过在本地和云端应用相同的安全模型，您可以最大限度地减少攻击者可能利用的安全缺口。

AWS 支持混合云配置，可帮助您创建更集成的云和数据中心环境。

• AWS Direct Connect 允许您将 AWS 和现代数据中心关联起来，从而构建跨环境的应用程序，而不影响性能。

• AWS Local Zones 是一种基础设施部署方式，它将计算、存储、数据库和其他选定的 AWS 服务部署在靠近人口密集地区的区域。这些本地区域靠近您的本地数据中心或最终用户，可提供低延迟的混合云。

• AWS Outposts 是一系列完全托管的解决方案，向几乎任何本地或边缘站点提供 AWS 基础架构和服务，以提供真正一致的混合体验。使用 Outposts，您可以在自己的数据中心运行 AWS 服务。

• AWS Wavelength 使您能够在 AWS 电信合作伙伴的数据中心使用 AWS 基础设施和服务运行应用程序，从而满足您对低延迟、数据驻留和弹性的需求。

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