數(shù)據(jù)中心分級TIA教材

1、數(shù)據(jù)中心分級隨著國內金融業(yè)全面對外開放和國內大型企業(yè)數(shù)據(jù)大集中的工作，我們已看到數(shù)據(jù)中心作 為一種物理載體在企業(yè)發(fā)展和運營中的作用越來越突出，也看到國內很多大型IT公司、金融、電信、政府等行業(yè)的數(shù)據(jù)中心在不斷地投入建設。筆者有幸參加了一些大型數(shù)據(jù)中心項目 的設計工作，根據(jù)一些項目的體會以及結合手中所掌握的國際國內有關此方面的資料，對數(shù)據(jù) 中心各等級的特性要求作一分析與匯總，供同行參考。一.關于數(shù)據(jù)中心的定義數(shù)據(jù)中心(Data Center )通常是指在一個物理空間內實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的集中處理、存 儲、傳輸、交換、管理，一般含有計算機設備、服務器設備、網(wǎng)絡設備、通訊設備、存儲設備 等關鍵設備。數(shù)據(jù)

2、中心的基礎設施(Data Center Infrastructure)是指為確保數(shù)據(jù)中心的關鍵設備和裝置能安全、穩(wěn)定和可靠運行而設計配置的基礎工程，也稱機房工程(Facility Site Engineering),數(shù)據(jù)中心機房工程的建設不僅要為數(shù)據(jù)中心中的系統(tǒng)設備運營管理和數(shù)據(jù)信息安全提 供保障環(huán)境，還要為工作人員創(chuàng)造健康適宜的工作環(huán)境。二.數(shù)據(jù)中心設計的依據(jù)和標準目前國內外與數(shù)據(jù)中心有關的工程建設標準主要有電子計算機機房設計規(guī)范(GB50174-92 )、電信專用房屋設計規(guī)范(YD/T5003-2005 )、美國通信工業(yè)協(xié)會 (TIA)發(fā)布的ANSI/TIA-942 - 2005 , Te

3、lecommunications Infrastructure Standard for Data Cente rs (數(shù)據(jù)中心的通信基礎設施標準)，它們是數(shù)據(jù)中心建設定位、功能指標、設計技術、施 工工藝、驗收標準等的具體技術要求與體現(xiàn)。其中美國通信工業(yè)協(xié)會(TIA)發(fā)布的ANSI/TIA-942 -2005 , Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers(數(shù)據(jù)中心的通信基礎設施標準)是國際上第一部較為全面地以數(shù)據(jù)中心為對象的技術規(guī)范標準，它為現(xiàn) 代的機房工程建設提出了新的設計理念、系統(tǒng)構架與技術指標，并給出了許多的技

4、術與系統(tǒng)的 工程建議與指導。TIA-942數(shù)據(jù)中心的通信基礎設施標準是由美國通信工業(yè)協(xié)會( TIA ) TR-42.2委 員分會制定，并由美國國家標準學會( ANSI )和美國通信工業(yè)協(xié)會(TIA )于2005年4月12日共同發(fā)布，這是該標準的第一版本。該標準所說的數(shù)據(jù)中心可以是政府或企業(yè)自有產權 的自有數(shù)據(jù)中心，也可以是運營商用于租賃服務的公用數(shù)據(jù)中心。該標準描述了各類數(shù)據(jù)中心 或計算機房中，對通信基礎設施的起碼的、最低的要求。三.數(shù)據(jù)中心機房的等級及其分級的依據(jù)在國內標準電子計算機機房設計規(guī)范（GB50174-92 ）中主要從機房選址、建筑結構、機房環(huán)境、安全管理及對供電電源質量要求等方面

5、對機房分級，可分為A （容錯型）、B （冗余型）、C （基本型）三個級別。在美國標準TIA-942數(shù)據(jù)中心的通信基礎設施標準中主要是根據(jù)數(shù)據(jù)中心基礎設施 的何用性（Availability ） ”、穩(wěn)定性（Stability ） ”和安全性（Security ） ”分為四個等級： Tier I , Tier II, Tier III, Tier IV 。其中這四個等級可用性的劃分是源于美國標準The Uptime Institute, Inc. 的 « Industry Standard Tier Classi?cations De?ne Site Infrastructure Pe

6、rform ance » （采用分類等級的方式定義場地基礎設施性能的工業(yè)標準），在該標準中，美國 The Uptime Institute依據(jù)工程需求與實踐，提出了場地基礎設施的分類等級的體系框架，針對數(shù)據(jù)中心的關鍵設備期望達到五個九”即99.999%的系統(tǒng)應用可用性的需求，提出了要與之相匹配的機房場地基礎設施（電源配電、暖通空調、以及其他的相關系統(tǒng)）的可用性等級指標。四.在TIA-942標準中數(shù)據(jù)中心各等級的特性及要求根據(jù)TIA-942標準，數(shù)據(jù)中心機房可分為四級：由 等級Tier I沒有冗余部件組成的系統(tǒng) （可提供99.671% 的可用性）到 等級TieNV 有冗余部件（能夠故障

7、容錯）和實現(xiàn)不間斷維 修的系統(tǒng)（可提供 99.995% 的可用性）。根據(jù)該標準場地的可用性分類等級框架分成四個層 次等級，下面將介紹該標準中每個等級的特性及其數(shù)據(jù)中心基礎設施等級的類型、要求和相關 特性：（一）等級Tier I-基本數(shù)據(jù)中心等級I的數(shù)據(jù)中心對來自有計劃和無計劃的運營中斷反映敏感（影響較大）。數(shù)據(jù)中心 配有計算機電力分配和冷卻，但是它可以或不一定有架高的活動地板，一臺UPS或者一臺發(fā)電機。在這些系統(tǒng)上的關鍵的負荷能達到N的100%。如果它確實有 UPS或者發(fā)電機，他們是單個模塊的系統(tǒng)并且有很多單個的故障點。一個年度內場地內基礎設施被完全關閉停運, 是基于進行預防性檢修和修理的需要

8、。緊急狀態(tài)下可能需要頻繁地關閉設施。場地內基礎設施組成器件故障、操作錯誤，以及自然產生地失敗將引起數(shù)據(jù)中心運營的中斷。等級I由電力和冷卻分配的一條單通路組成，沒有多余的組成部分，提供 99.671% 的可用性。（二）等級Tier II一基礎設施部件冗余等級II的數(shù)據(jù)中心采用設備部件冗余要比基本數(shù)據(jù)中心”有計劃和無計劃的運營中斷反映稍微要少（影響較小）。場地內有架高的活動地板，一臺 UPS和發(fā)電機，動力的能力設計 是N+1 ,全部有條單一的分配線路。關鍵的負荷能達到N的100% 。關鍵線路的維修和場地內其他基礎設施的維修維護將需要一次處理性關閉中斷。等級II由電力和冷卻分配的一條單通路組成，帶有

9、多余的組成部分，提供 99.749% 的可用性。（三）等級Tier III一基礎設施同時可維修等級III的數(shù)據(jù)中心具有能夠進行任何有計劃的場地基礎設施活動，而又不應使計算機 硬件系統(tǒng)運行中斷的能力。有計劃的活動包括預防性和程序性的維修，修理和替換零部件，添 加或調整部件的容量，部件和系統(tǒng)的測試。對使用冷凍水系統(tǒng)的大型場地來說，這表示兩套獨 立的管路。要有足夠的能力和分配，一定可提供在進行維修或者在其它管路上測試時，在一條 管路上同時帶負荷。無計劃的活動，例如設備基礎設施的零部件，在運行中或者自然的情況下 發(fā)生故障，引起數(shù)據(jù)中心的運行中斷。在一個系統(tǒng)上的關鍵的負荷不超過N的90%。當客戶的業(yè)務需

10、要得到正當合理的額外保護時，等級III的場地將被有計劃地設計成可升級成等級IV的場地。等級III由多條有效的電力和冷卻分配道路組成，但是只一條道路活躍，有多余 的組成部分，并且同時是可維修的，提供的 99.982% 的可用性。（四）等級Tier IV 恚礎設施故障容錯等級IV的數(shù)據(jù)中心具有能夠進行任何有計劃的的活動且不會對關鍵的負荷造成中斷的 能力，且有提供場地基礎設施容量及其能力?；A設施故障容錯的功能性為場地基礎設施的能 力提供至少維持一種最壞的情況，無計劃的故障或者事件將不影響關鍵的負荷。這需要同時活 躍的分配道路，通常在 S+S的雙電源系統(tǒng)配置里。電力系統(tǒng)供應表示為每個有N+1冗余的兩

11、個單獨的UPS系統(tǒng)。在一個系統(tǒng)上的涉及的關鍵的負荷不超過N的90% 。 “等級IV ”需要全部計算機硬件有故障容錯的雙電源輸入。嚴格的故障容錯測驗使數(shù)據(jù)中心具有維持無計劃故障或者運行錯誤時，不發(fā)生計算機機房過程中斷的能力。等級 IV由多條有效的電力和冷卻分配道路組成，有多余的組成部分，并且是故障容錯，提供的 99.995 %的可用性。綜上所述，我們可以用以下幾個對照表來總結數(shù)據(jù)中心的設計依據(jù)及其各等級的特性和要求：1 .數(shù)據(jù)中心建設相關標準類別級別具體內容國家規(guī)范電子計算機機 房設計規(guī)范（GB50174-92 ）、電信專 用房屋設計規(guī) 范（YD/T5003-2005 ）A （容錯型）、B （冗

12、余型）、C （基本型）從機房選址、建筑結構、機房環(huán)境、安全管 理及對供電電源質量要求 等方面對機房分 級，分為A、 B、 C三個級別美國標準ANSI&TIA-942數(shù)據(jù)中心通訊網(wǎng) 絡基礎設施標準美國標準ANSI&TIA-942數(shù)據(jù)中心通訊網(wǎng) 絡基礎設施標準Tier I單電源和冷卻分布，沒有冗余的構件，仍受 計劃性和非計劃性活動所帶來的中斷影響，只可提供99.671 %的可用性（基本數(shù)據(jù)中 心）Tier II單電源和冷卻分布，有冗余的構件，可輕微 減少計劃性和非計劃性活動所帶來的中斷影 響，只可提供99.749 %可用性（冗余設計 數(shù)據(jù)中心）Tier III多路可用的電源和冷卻分

13、布通道，但平時只 有一路在使用，由冗余的構件，可并行維 護，所有計劃性的基礎設施相關活動不會影 響計算機硬件的正常運行，只可提供 99.982 %的可用性（可并行維護數(shù)據(jù)中 心）Tier IV多路可用的電源和冷卻分布通道，有冗余的 構件，并支持容錯能力，只可提供99.995 %的可用性（容錯數(shù)據(jù)中心）2 .國際行業(yè)標準ANSI&TIA-942關于數(shù)據(jù)中心分級的一些主要技術指標項目第一級基本第二級具冗余單 元第三級可并行維 護第四級容錯數(shù)據(jù)中心可用性99.671 %99.749 %99.982 %99.995 %每年由于基礎設施 引起的IT服務中 斷時間28.8小時22.0小時1.6小時

14、（96分 鐘）0.4小時（24分鐘）建筑物類型租用租用，且 其它租戶 沒有危險獨立運 行，且必 須都是數(shù) 據(jù)中心或 電信運營 商（或自 有）獨立運行， 且必須都是 數(shù)據(jù)中心或 電信運營商（或自有）供電通路數(shù)量僅有一路僅有一路一路主 用，一路 備用兩路互為熱 備供電冗余措施NN+1N+1S+S 或 2(N +1)UPS電源冗余NN+1N+1S+S 或 2(N +1)發(fā)電機容量僅供計算 機及通信 系統(tǒng)設施 的用電及 其動力僅供計算 機及通信 系統(tǒng)設施 的用電及 其動力僅供計算 機及通信 系統(tǒng)設施 的用電及 其動力， 冗余一臺供大樓內所 有負載，冗 余一臺根據(jù)所安裝UPS 的容量正確選擇發(fā) 電機是是

15、是是發(fā)電機燃料供應時 間（滿負載運行）8小時（如 果UPS有8min的備 份時間可 以不設置）24小時72小時96小時UPS電池最少滿負5min10min15min15min載備份時間（后發(fā) 電機應急電源系 統(tǒng)）重要負載的自動切 換設置帶維 護旁路的ATS , 一 旦發(fā)生斷 電，ATS 自動切換 到發(fā)電機 供電回路設置帶維 護旁路的ATS , 一 旦發(fā)生斷 電，ATS 自動切換 到發(fā)電機 供電回路設置帶維 護旁路的ATS , 一 旦發(fā)生斷 電，ATS 自動切換 到發(fā)電機 供電回路設置帶維護 旁路的ATS,一旦發(fā)生 斷電，ATS 自動切換到 發(fā)電機供電 回路負載同步控制器LBS無無有有動力設備和

16、環(huán)境集 中監(jiān)控系統(tǒng)無無有有分類/分區(qū)供電不是不是不是是關鍵的負荷可用度100 % NN 的 100 %100 % NN 的 100 %90 % NN 的 90 %90 % NN 的 90 %初始的用電總量 （瓦/每平方英 尺）（典型值）20-3040-5040-6050-80最終的用電總量 （瓦/每平方英 尺）（典型值）20-3040-50100-150150+150以上連續(xù)冷卻沒有沒有或許是的場地空間架空中活 動地板的比率20%30%80%-90%100%架空活動地板的高 度（典型值）12 ”30CM18 ”45CM30 ”-36 ”75 -90CM30 ”-36 ”75 -90CM地板荷載

17、磅/每平 方英尺（典型值）85100150150并行維護能力沒有沒有有有容錯能力沒有沒有沒有有單點故障很多+人 為錯誤很多+人 為錯誤有一些+ 人為錯誤一個沒有+ 人為錯誤人員配備沒有1班超過1班7*24小時值班沒有值班1名值班1名值班+ 輪班永遠24小時值班場地的可用性99.671%99.749%99.862%99.995%（注：1平方米=10.8平方英尺，1千克=2.20磅）3 .國際行業(yè)標準ANSI&TIA-942標準對數(shù)據(jù)中心選址的技術指標要求內容Tier ITier IITier IIITier IV臨近水災區(qū)域沒有要求不能在水災 區(qū)域不在百年一遇 的水災或至少 離開50年一

18、 遇的水災區(qū)域 91米至少離開百年一 遇的水災區(qū)域91米臨近海岸或內 陸河流沒有要求沒有要求不小于91米不小于800米臨近主要的交 通要道沒有要求沒有要求不小于91米不小于800米臨近機場沒有要求沒有要求不小于1.6公 里,最好大于 48公里不小于8公里,最好大于48 公里臨近主要城市 區(qū)域沒有要求沒有要求不大于48公 里不大于16公里源自：ANSI&TIA-942Telecommunication Infrastructure Standard for Data Centers4 .國際行業(yè)標準ANSI&TIA-942標準對建筑設計的技術指標要求內容Tier ITier II

19、Tier IIITier IV在建筑物內有多個 租戶沒有限 制沒有危險的 其他租戶必須是數(shù)據(jù) 中心或電信 運營商必須是數(shù)據(jù)中 心或電信運營 商來訪人員停車場與 機房外墻的距離沒有要 求沒有要求至少離開9.1 米至少離開18.3 米，并通過物 理障礙防止車 輛靠近來訪人員和內部人 員的停車場分離沒有要 求沒有要求通過欄柵或 墻物理分離通過欄柵或墻 物理分離機房周邊沒有對外 的窗戶沒有要 求沒有要求是是公共廁所和休息室 與計算機房的分離沒有要 求沒有要求如果是直接 相鄰，需要 配備水災保 護擋板不能直接相 令并配備有 水災保護擋板防暴設計的墻、窗 戶和門沒有要 求沒有要求最小為Level 3最小為Level35 .國際行業(yè)標準 ANSI&TIA-942 標準對通信網(wǎng)絡的技術指標要求內容Tier