浅谈数据中心建设规划研究

摘 要：当前，信息系统正向数据和计算能力高度集中的模式发展，正逐步成为企业、事业和机关核心业务的支撑。数据中心为信息系统提供了计算所必需的处理智能和信息存储功能，成为信息化的重要基础建设、信息处理的枢纽、信息交流的总汇。本文对通用性质的数据中心进行了总体规划，并各项要素的建设特点进行阐述。

关键词：数据中心；信息系统；建设规划

中图分类号：TP308

随着系统集成技术、数据挖掘管理技术的进一步发展，信息系统正逐步成为企业、事业和机关核心业务的支撑。数据中心是信息系统关键的核心设施，其作用和地位日益突出。数据中心提供了计算所必需的处理智能和信息存储功能，已经成为信息化的重要基础建设、信息处理的枢纽、信息交流的总汇[1]。

数据中心（Data Center）是指在一个物理空间内（可以是一幢建筑物或者建筑物的一部分）实现对数据信息的集中处理、存储、传输、交换和管理，一般含有计算机设备、服务器设备、网络设备、通信设备和存储设备等。它是以特定业务资源中的各类数据为核心，依托数据库管理、业务运行基础平台和网络系统，按照统一的标准，建立具有信息管理、数据综合分析、数据分类查询、综合统计分析及信息服务等功能的一体化业务资源数据管理体系。

1 数据中心总体规划

数据中心为企业（机构）信息化建设的各项应用服务提供高性能、高可用性、高扩展性和高安全性的硬件架构、软件平台及技术支持，以满足企业（机构）数据共享的要求。

完整的数据中心建设需要有精心的规划和设计，包括基础设施、信息资源、应用及其支撑、技术标准体系、安全防护体系、运维管理系统和容灾备份系统等内容，其中软件环境包括了支撑系统运行的信息资源层、应用支撑层和应用层三部分内容。数据中心建设总体规划图如图1所示。

2 数据中心建设规划

从数据中心规划内容可知，一个完整的、全面的数据中心不仅包括机房、主机、存储、网络通信环境等基础设施[2]，还包括数据库、应用及其支撑系统等软件环境，同时要遵循一定的安全和标准规范。因此，企业（机构）在设计数据中心时，要根据实际业务功能需求、数据量级别情况、系统安全管理要求和建設经费预算等因素，选择合适的数据中心建设内容，建设与业务相匹配的数据中心。

2.1 基础设施规划

机房、网络系统、主机和存储系统是数据中心的最基础设施，也是数据中心建设的不可或缺部分。

机房是数据中心重要的基础设施，其宗旨是确保各类设备与计算机系统稳定、可靠地运行，保障机房工作人员有良好的工作环境，而且尽可能采用最先进的技术，使数据中心高效、节能、安全地运行，主要包括主机房（包括网络交换机、服务器群、存储器、数据输入/输出配线、通信区和网络监控终端等）、基本工作间（包括办公室、缓冲间、走廊、更衣室等）、第一类辅助房间（包括维修室、仪器室、备件间、存储介质存放间、资料室）、第二类辅助房间（包括低压配电、UPS电源室、蓄电池室、精密空调系统用房、气体灭火器材间等）、第三类辅助房间（包括储藏室、一般休息室、洗手间等）等设施。其中，主机房是系统建设的重点，其中放置大量网络交换机、服务器群等，是综合布线和信息化网络设备的核心，也是信息网络系统的数据汇聚中心，其特点是网络设备24小时不间断运行，电源与空调不允许中断，对机房的洁净度、温湿度要求比较高[3]。

网络系统应通过区域化、层次化、模块化的设计理念，使网络层次更加清楚、功能更加明确；通过高性能、高可用性、高扩展性、高安全性和先进性的设计原则，建设一个高安全性、高性能、高可用性的灵活的网络平台，为各类应用的运行提供可靠稳定的支撑环境[4]。数据中心网络设计包括网络总体架构设计、拓扑结构设计、网络设备设计、网络安全设计、存储网络设计、服务器群接入设计、应用优化设计和网络管理设计等部分。在建设过程中，数据中心网络应根据业务性质或网络设备的作用进行区域划分，然后再设计网络总体框架。

主机和存储系统系统是在网络环境下提供网上客户机共享资源（包括查询、存储、计算等）的设备，具有高可靠性、高性能、高吞吐能力、大内存容量等特点。主机（host）可以根据CPU总线架构、操作系统、运算能力以及可靠性等因素分为大型机、小型机、PC服务器（Server）。由于服务器本身硬件配置复杂，不同硬件对系统的作用和影响也各有不同，因此必须总体考虑。在选择不同硬件的配置时，用户应当根据数据中心本身网络的特点和要求来做决定。

2.2 软件环境

软件环境中，包括了支撑整体运行的数据资源、应用支撑平台及应用系统。

数据资源是企业在长期信息化建设过程中积累的宝贵财富[5]，数据资源可以分为两类：业务数据和元数据。业务数据从功能上可以分为基础共享业务数据、交换业务数据以及各种服务于业务主题或统计报表的主题类业务数据；元数据是关于数据的数据，可按用途的不同分为技术元数据、业务元数据和操作元数据。结合应用部署可以将数据中心数据的部署区域从逻辑上划分为三个区域：应用区、核心存储区和交换区。因交换区会跨不同的网络，又可以细分为内部交换区和前置区。

应用支撑系统是为了更好地利用组件来开发和维护数据中心业务应用系统，并使之稳定运行而建立的一套管理环境[6]。利用应用的管理属性，建立元数据管理环境，以便于应用功能的部署和调整。实时监控数据中心当前系统正在处理的事务，防止系统异常崩溃。通过对数据中心数据服务和交换服务使用权限的设定，控制不同部门对服务越权的访问，控制系统的使用。应用支撑系统主要由系统监控、性能监控、元数据管理、备份和恢复、归档和恢复等部分组成。数据中心应用层的系统基于应用支撑系统建设，保证数据中心应用资源的可管理和可维护。

应用系统的建设内容包括数据交换平台、决策分析应用和综合信息门户系统等。

（1）搭建数据交换平台。建设ETL应用，实现ODS到数据仓库、数据仓库到数据集市的数据抽取、清洗、转换与加载；

（2）开发决策分析应用。通过报表、即席查询、多维分析、数据挖掘等多种分析技术与工具，为各级管理人员提供多角度、深层次的数据分析及前端展现，辅助经营策略和管理方针的决策；

（3）建立综合信息门户系统。实现数据和应用程序简单、统一的访问，提供用户与用户、用户与应用程序、应用程序与应用程序之间的交互平台。集成不同的应用程序和数据，以一种透明的方式提供给用户多个异构数据的一个简单访问点，并提供统一的协同工作环境，使用户能够随时在线交流。

2.3 系统管理

（1）安全防护。数据中心的安全是一项复杂的系统工程，需要从物理环境、链路与网络、计算机系统、应用系统等构成要素和人为要素的各个方面来全面考虑数据中心安全防范的问题[7]。

根据OSI信息安全体系框架和国家信息安全保障体系，数据中心安全防范体系框架结构设计如图2所示。

其中，物理环境安全包括机房环境安全和设备安全等内容；链路和网络安全包括安全区域设计、边界安全防护、入侵防护设计、内网安全设计设计、漏洞扫描设计、网络设备安全设计和桌面安全防护系统设计等内容；计算机系统安全包括操作系统安全、病毒防治系统和数据库安全等内容；应用安全包括数据传输安全、用户签到、用户权限管理、日志和审计、业务日志、业务监控、程序安全、密码管理、操作安全、身份认证和授权等内容。机构包括数据中心安全领导机构和安全工作机构；人员包括系统管理员、安全管理员、网络管理员和应用管理员等。

（2）数据备份与容灾规划。数据备份与数据恢复是保护数据的最后一种手段，也是防止主动型信息攻击的最后一道防线。容灾系统的建设涉及数据中心组织架构、业务流程、规章制度、外部协作关系、资金投入等各个方面。必须经过演练改进其不足，使容灾系统在需要时真正起到容灾的作用。

数据备份有多种方式，应根据具体情况选择最合适的方式。主要包括全备份、增量备份、差分备份、按需备份。

根据数据中心的安全要求，应对容灾系统采用的技术路线进行全面的考虑，主要包括了数据级容灾/应用级容灾、在线/离线模式、数据备份技术、同步/异步方式、存储子系统、服务器系统等。

2.4 运维管理

高效的数据中心，如果管理不规范，缺乏科学的组织与管理，数据中心的作用就不能充分发挥，本身也会陷入混乱。管理是多方面的，既包括数据中心日常的规章制度及规章制度的执行程度，还包括对数据中心中各系统运行的可靠管理。

数据中心的运维管理是对数据中心各系统及运行设备的管理，包括对基础设施、业务应用系统、数据库及业务系统运行状态的监视监测，及时发现并处理问题，对应用系统的运行进行实时控制，记录其运行状态，进行必要的修改与功能扩充；还包括与使用该设备的人员进行沟通和交流的过程。以确保數据中心安全、稳定运行，为数据中心的IT关键设备运营管理和数据信息安全，提供可持续的有力保障；为实现企业（机构）信息资源的存储、保护和应用，以及企业（机构）的核心运营提供高可用性的、持续可靠的服务支撑，使数据中心真正发挥作用。其建设内容主要包括运维管理队伍建设、管理维护制度建设、自动化管理技术选择、运维管理信息系统应用。

2.5 标准规范

数据中心的建设是一个系统工程，因此，标准规范的建设至关重要。它一般包含政策标准（依据已有的法律法规和指导性文件制定相关政策标准），软件接口标准，基础数据元标准，数据交换格式标准，文档交换格式标准，信息分类编码标准，共享数据集标准，认证、授权和访问控制标准，安全技术标准，系统管理规范等。同时，数据标准的制定是一项很宏大的工程，需要参考已有的政策法规以及用户的数据现状、应用现状和需要满足的数据共享要求及新建系统情况进行制定。

3 结束语

数据中心是一个融合了多系统的复杂系统，数据中心建设正朝着标准化、模块化的方向发展。采用结构化、层次化、模块化的规划设计方法，实现数据中心的功能分区设计，标准化数据中心架构，实现数据中心高可靠、高性能、易管理、易扩展的目标。本文从数据中心的各结构模块出发，阐述每个模块的具体内容及建设要求。探讨了如何建立与业务相匹配的数据中心，如何从技术上保障数据中心的稳定、安全、经济运行，为相关数据中心实际建设提供了借鉴意义和参考价值。

参考文献：

[1]王乔恒.数据中心建设技术概论.五洲工程设计研究院，2007.

[2]陈峰，马艳萍.网络核心机房设计与管理[M].北京：化学工业出版社，2008.

[3]张成泉等.机房工程[M].北京：中国电力出版社，2008.

[4]易建勋.计算机网络设计[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[5]高复先.信息资源规划-信息化建设基础工程[M].北京：清华大学出版社，2002.

[6]朱伟雄，王德安，蔡建华.新一代数据中心建设理论与实践[M].北京：人民邮电出版社，2009.8

[7]林烈青.企业数据中心的研究与设计[J].制造业自动化.2011（15）.

作者简介：王卫伟（1960-），男，山西人，工程师，学士学位，研究方向：信息中心建设。

作者单位：太极计算机股份有限公司，北京 100083