数据中心,英文缩写叫IDC,也就是Internet Data Center(互联网数据中心)。
之所以不太直接称之为“DC”,主要是为了避免和直流电(Direct Current)混淆。而且,现在的数据中心普遍都接入互联网,以互联网业务为主,所以,叫“IDC”也更准确。
从作用上来看,数据中心就是一个超大号的机房,里面有很多很多的服务器,专门对数据进行集中管理(存储、计算、交换)。
根据业界机构统计,2020年全球经数据中心处理的数据流量高达15.3ZB(1ZB≈10亿TB),占全球总流量的99.35%。也就是说,几乎所有的互联网数据,都离不开数据中心的处理,由此可见其重要性。
按现在比较流行的说法,数据中心是像水厂、电厂一样的重要基础设施,是数字经济的动力引擎,也是国家和社会发展的支撑底座。
数据中心的发展历史。
上世纪60年代的时候,人类还处于大型机时代。那时,为了存放计算机系统、存储系统和电力设备,人们修建了机房,并将其称为“服务器农场”(Server farm)。
这个“服务器农场”,被认为是数据中心的最早原型。
到了90年代,随着互联网的诞生和蓬勃发展,很多公司开始推行信息化。他们建设自己的网站,还搭建了大量的邮件、FTP、OA办公自动化等服务器。
有些公司将服务器放在企业内部的机房。也有些公司,因为服务器不多,但又不愿意放在办公室(噪音大、容易断电、安全性低),于是,就“托管”在运营商机房,租用运营商的场地、电力、网络带宽,让对方代为管理和维护。
数据中心的早期阶段(第一阶段)
于是,数据中心的概念开始逐渐形成。1996年。一家美国公司(专门从事机房设施建设和带宽服务),最早提出了“IDC”这个叫法。
这就是IDC数据中心发展的早期阶段。
虚拟机软件,为数据中心的演进打下了基础。
随着时间推移,第一代数据中心的托管服务开始精细化,从完整的服务器主机托管,延伸出了网站托管,出现了虚拟主机服务。
也就是说,在某一台服务器上,通过虚拟主机软件,虚拟出N个网站主机,出租给N个客户使用。
除了网站之外,还出现了数据存储空间租用等多样化的服务。这就是IDC数据中心的第二个阶段。
数据中心的第二阶段
再往后,到了21世纪初,云计算将数据中心带入了第三个阶段(云计算阶段),持续至今。
云计算阶段,是第二阶段的升级演进。它通过虚拟化技术、容器技术,彻底实现了数据中心服务器算力资源的池化。所有的CPU、内存、硬盘等资源,都由更为强大的虚拟化软件管理,然后分配给用户使用。
从物理硬件出租,进化为虚拟硬件出租,甚至软件平台出租、服务出租。IaaS、PaaS、SaaS,就这样出现在我们面前。
数据中心的第三阶段(云计算阶段)
数据中心的组成结构
数据中心就是一个大机房。所以,从硬件种类上来说,数据中心和以前经常看到的企业内部机房差不多,只不过规格、档次和管理级别更high level一点。
数据中心内部
整体来看,数据中心的硬件分为两类,分别是主设备和配套设备。
主设备,是真正实现计算和通信功能的设备,也就是以服务器、存储为代表的IT算力设备,以及以交换机、路由器、防火墙为代表的通信设备。
配套设备,则是为了保证主设备正常运转而存在的底层基础支撑设备(也包括一些设施)。
底层基础支撑设备设施,又分为多种,主要是供配电系统和散热制冷系统,另外还有消防系统、监控系统、楼宇管理系统等。
主设备
数据中心最基础的主设备当然是服务器。服务器其实也就是个高性能计算机,大家应该都见过,里面和台式机一样,是CPU、内存、主板、硬盘、显卡(GPU)、电源等。
以前,服务器基本上都是Intel架构(更早的时候,还有PowerPC、SPARC等)。如今,随着国家政策变化,国产CPU崛起,占据越来越多的份额。这些国产CPU采用ARM架构,性价比更高,成本更低。
服务器,一般都摆放在机架(也叫机柜)上。
服务器机架
一个常见标准机架,高度尺寸通常是42U。U是一种表示服务器外部尺寸的单位,是unit的缩略语,1U等于4.445cm。机架宽度的话,有600mm或800mm。
机架的深度有很多种,包括600mm、800mm、900mm、1000mm、1200mm等。通常来说,IT设备(服务器)机架的深度更深(1100mm或1200mm),而通信设备的深度会浅一些(600mm)。
IT设备和通信设备的机架深度对比
机架里面的IT设备,除了服务器之外,还有磁盘阵列这样的专业存储设备。
现在到处都讲大数据,人类产生的数据量每年都在激增,也就增加了对存储设备的数量和性能要求。
大家应该都知道,现在主流的计算机存储硬盘分为HDD和SSD两种。HDD就是传统的机械硬盘,而SSD是逐渐开始普及的固态硬盘。
SSD属于半导体存储器,存储速率快,体积小,非常受欢迎。但是,它的价格昂贵。对于数据中心来说,出于性价比考虑,HDD仍然是主流选择。而SSD,目前主要用于高端客户、高性能需求业务。
除了IT算力设备之外,就是交换机、路由器、防火墙等数据通信设备了。
说到交换机,就要提到一个名词——TOR,Top of Rack。
TOR交换机,是数据中心领域的常见名词。顾名思义,就是机架顶部交换机的意思。这类交换机,是数据中心最底层的网络交换设备,负责连接本机架内部的服务器,以及与上层交换机相连。
TOR交换机的位置
事实上,机架交换机并没有说一定要放在机架顶部。它既可以在机架顶部,也可以在机架的中部或底部。之所以通常放在顶部,只是因为这样最有利于内部布线。
机架再往上,就是一排机架、N排机架。将这些机架和服务器连接起来,就需要数据中心组网技术。
现在最流行的数据中心组网架构,就是叶脊网络(Spine-Leaf)。
叶脊网络架构
值得一提的是,现在数据中心为了高带宽传输数据,普遍使用光纤替代网线。所以,光纤、光模块和光通信设备(OTN等),成为数据中心重要的组成部分。
尤其是光模块,高速率光模块(例如400G)价格很昂贵,占了数据中心很大一块成本,制约了发展。
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