下一代数据中心布线说

网络 布线接入
在高速网络传输需求的推动下,网络服务能力在数据中心规划及建设过程中逐渐成为越来越重要的考量指标。在数据中心建设标准的变化中,对布线系统的要求已经出现了巨大变化。

云计算、虚拟化、流媒体、物联网……今天,几乎所有IT技术的演进都离不开对高速网络传输的需求。在这种需求的推动下,网络服务能力在数据中心规划及建设过程中逐渐成为越来越重要的考量指标。可以看到,在数据中心建设标准的变化中,对布线系统的要求已经出现了巨大变化。

下一代数据中心布线说

看清三大趋势

数据中心的发展总要受制于物理空间的限制,想要提高网络服务能力只有两个途径:或者提高传输速率,或者增加空间的使用效率。对于数据中心的设计与建设,业内一直遵循着TIA-942《数据中心电信基础设施标准》。不容忽视的是,今年刚颁布的***一版TIA-942-A标准却对数据中心的基础设施部分做出了较大更新。在新版标准中,线缆选型标准已变为6类及6类以上双绞线和OM3及OM3以上多模光缆,同时LC和MPO光纤连接硬件规范也被纳入新标准。

透过标准的变化不难发现,当前数据中心的传输速率底线已变成千兆。事实上,TIA-942-A标准体现的只是业内的主流应用。作为信息通信的基础设施, 随着40G/100G时代的临近,目前数据中心对万兆铜缆的需求也在逐年增加。业内专家告诉记者,在国内外的一些标准中,如ANSI/TIA942、EN50173-5、ISO/IEC24764、GB50174-2008,已经对采用满足万兆网络带宽需要的6类与万兆铜缆布线系统做出了相关规定,估计在不久的将来,万兆铜缆的应用占有比例就会快速增长。此外,在“光进铜退”因素的影响下,光纤的使用量也会有所上升。不仅如此,由于单位机房面积变大且功能区增加,导致主干子系统线缆的传输距离变大,也会让数据中心对光纤产生更多的需求。

在新标准中,连接硬件的规范无疑显示了当前数据中心高密度的设计理念。专家指出,在以太网标准IEEE802.3ba获批后,带宽提速将带动云计算、流媒体、物联网应用的快速发展,数据中心通过高密度部署降低成本的诉求还会更为突出。从布线产品的发展来看,美国康普公司技术总监吴健认为高密度将形成两大发展趋势:线缆的密度提高和配线管理的密度提高。目前,光缆提高密度的能力很强,因为光纤本身就很细,且光纤接头的发展也呈现多样性,如LC的发展、MPO的大量使用。从配线密度来看,主流布线系统目前已经可以实现1U48口铜缆或1U 144芯光纤的密度了。未来,高密度带来的管理问题也会成为布线系统急需解决的问题。

新标准除了对布线产品的选型做出新规定外,还对基础设施布线的管理标准进行了更新,提出了要满足数据中心所有管理需求的目标,特别是明确了之前标准中,标签管理并不涉及的数据中心设计和安装的一些特殊需求。新颁布的TIA-606-B电信设施管理标准对管理需求作出了四个等级的划分,不仅增加了对机柜、机架、配线箱、配线架、面板、端口和线缆的管理,还对智能配线架的使用也作出了规定,使数据中心的标签管理更加规范化了。过去,数据中心基础设施的线缆管理,普遍采用手动拖拽、检测仪检测和标签管理等手段。很明显,运维人员用手动的操作来实现线缆管理既不可靠也没效率。同时,利用检测仪来检测,设备和检测人员的费用也是一项支出,而且检测仪的效率较低,使用范围也局限于铜缆布线系统。为了解决这些问题,近两年来智能布线管理系统的呼声似乎很高。但业内的一些系统集成商却曾对记者表示,智能布线管理系统宣传过火,在实际应用中其性价比却并不高,成本高、稳定性差等问题一直困扰着用户,所以当前大多用户还是呼吁采用综合管理手段。鉴于标签管理具有标识和记录等功能,这种方式对于实现数据中心的高效管理依旧是高可用的。

 

在吴健看来,数据中心未来发展的需求主要包括三个方面:一是传输性能和可靠性,二是高密度的发展,三是模块化灵活部署。这三大需求都对应着IT设备的发展趋势。但是,目前一些国内用户依旧对布线规划重视不足,缺乏长期的IT规划眼光,这种状况无疑会制约数据中心未来的发展。#p#

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预端接与高密度光纤

数据中心高密度的实现,与预端接系统、MPO(多光纤连接器)是紧密相关的,后者是前者很好的实现方式。据吴健介绍,国外市场中预端接光纤和MPO连接器的使用在高密度环境非常受欢迎。但是,由于预端接系统是由工厂端接、测试的符合标准的模块式连接解决方案,用户往往会因为“担心设计无法细化出精确的长度”而放弃这种方案,所以在国内其应用局面一直没有完全打开。

拥有十年布线工程施工经验的王先生告诉记者,从市场发展的整体需求来看,预端接系统必将受到越来越多的关注,特别是随着大型云计算数据中心建设的兴起。因为这类方案可以大幅缩短高密度数据中心的部署时间,在未来的运营和管理中其成本及稳定性优势也非常明显,能够很好地满足下一代数据中心的建设、发展需求。国外采用预端接方案的数据中心很多,初期用户也存在疑虑,但在专业布线厂商解决了服务的问题后,这类方案就会被数据中心广泛接受。

赛科电子销售总监聂松林告诉记者:“预端接方案过去难以被用户接受的主要原因,是设计上的不确定性,由于厂商很少愿意提供贴身服务,所以只有专业能力很强的用户才敢于尝试这类方案。在国外,厂商一般会通过提供专业的设计服务并承担风险的方式排除用户的疑虑。赛科电子目前正在将‘管家式’的布线服务引入中国市场,从数据中心的前期设计到产品交付、施工及最终的验收,一支赛科的专业团队会全程为用户和系统集成商提供服务。”

布线对施工的要求其实非常高,特别是如何保证最终交付的质量,这也是目前一些预端接厂商提供的前期专业服务难以见效的原因。目前,一般厂商只是把产品生产出来,施工商想怎么安装就怎么安装,只要能通过验收就OK。但不规范的施工,往往在产品交付后半年到一年的使用过程中,就会暴露出问题。“在数据中心建设的过程中,线缆被专业厂商生产,但由非专业队伍施工的现象非常普遍,布线阶段所造成的大量损失和工期延误也因此而来。”聂松林表示,为了减少这种损失,赛科电子的理念是从产品设计制造到安装交付的整个过程都要严格依据施工质量控制体系,避免预端接方案在施工交付的过程中给用户造成困扰。“降低综合安装成本的方式不是通过降低性能或者损失功能,而是通过合理的系统设计和精密的流程控制。在系统的设计和安装过程中如果严格遵循赛科质量控制体系,高效、规范化、低错误率施工能让项目经理完全摆脱施工中的各种困扰。”

“很多用户会惯性地认为,采用预端接方案在施工阶段造成的麻烦比采用标准线缆多,成本也更高。其实,这种认识有一定的偏差。”聂松林告诉记者,用户在选择预端接方案的供应商时,一定不能只关心线缆而不注重与之相配套的施工及管理服务。比如,在产品设计和工厂预制的过程中,预端接方案完全有能力做到“傻瓜化”的施工要求,将现场施工错误率降到***。以赛科的RED-LINE产品为例,在工厂预制时就会为用户贴上UUID管理标签,以免在现场再贴标签,将标签管理的错误率降到***。而且,定制化的产品正是为了降低系统的总体造价。从赛科以往的案例来看,工厂化预制完全可以有效降低综合安装成本。而通过专业服务帮助客户合理选择适合其数据中心应用级别的产品,同样能为用户节约施工的综合成本。

作为实现高密度的有效手段,MPO已成为数据中心光纤系统的热点话题。但是,光纤接头也在经历“由大变小,由少变多”的阶段。聂松林指出,高密度光纤解决方案并不是什么新鲜事物,早在主机时代,为了适应高速并行光互连的需求,就出现了高密度解决方案,现在比较流行的MPO/MTP实际正是那个时代的产物。但是,随着新一代数据中心对绿色环保、超高密度部署需求的进一步增强,传统的高密度解决方案已经很难满足超高密度IDC的需求,其中遇到的主要瓶颈就是管理问题。可以看到,MPO/MTP的密度正从12芯到72芯不断翻番,用传统方案模型已经无法对配线系统进行基本的管理了。这个问题不仅体现在光传输上,市场同样需要完善的可管理的铜缆高密度解决方案。#p#

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不可忽视的线缆插拔问题

超高密度的线缆部署,对人工插拔、移动、管理线缆将造成巨大的困扰。特别是在采用树形网络架构的数据中心里,高密度线缆管理、跳接难的问题还会更突出。

目前,赛科提出了一种新的高密度部署方案——CIRCLENET ARRAY系统模型。和传统管理模式不同的是,这个方案能够通过分组管理和特殊定制实现在一个42U的核心机架中轻松完成设备的管理和跳接。在传统解决方案中,在交换机端实现1500芯光纤的密度已经很难下手插拔线缆了。但通过ARRAY模型将管理密度分散到各个分部式子管理中心后,就能将原本不可能的管理任务变为可能,还能降低在网络核心区域因误操作造成的风险。另外,如果某个区域需要高密度的光纤链接,该方案还能从周边子系统中调用冗余资源。这种方案对于解决目前主流的采用ATTREE网络架构的中型数据中心的高密度困扰很有帮助。

数据中心高密度的趋势还带动了高密度配线架的大量应用。除了水平配线架外,异型配线架在数据中心的高密度部署中也开始发挥越来越大的作用。

数据中心的高密度部署,对布线系统而言其实是个非常严峻的挑战。泛达大中国区技术经理梁俊告诉记者,高密度并不是简单地把许多端口和设备集中在一起。如果没有配套设备的话,数据中心的高密度部署所带来管理和使用上的问题会非常多。在他看来,应对高密度部署需求,配线架的变化就是一种趋势。以泛达的角型配线架为例,其***的优势就是不再需要水平理线器。“传统的做法是一个水平配线架配合一个水平理线器,但在6类和6A系统中,使用者往往会发现1U的理线器不能顺利装进24根跳线。而且,要在1U的理线器中进行移动、增加或变更(MAC)等,维护工作也会变得非常困难。所以,在很多项目中,用户只能使用2U的理线器配合1U的配线架,但这样50%-66%的空间都会被浪费了。在使用角形配线架后,配合垂直理线器,就不再需要水平理线器了,如果再选用1U48口的角配,就能获得4 倍于传统方案的密度。不仅如此,角形的设计还能让线缆自然向两边弯曲,看上去所有的线缆形成一个平面,也非常美观,还更容易插拔。”

数据中心设备的高密度部署也意味着端口和线缆的高密度,会给线缆的管理带来很多麻烦。在机房中,我们常看到这样的情景:机柜中的线缆塞得非常紧密,想要移动、增加和变更一根线都会非常费力。很多厂商都在尽力解决这一问题,比如美国西蒙公司就推出了一种被称为BladePatch刀锋快接跳线的方式。这种跳线的插头具有独特的定位锁设计,锁定与解锁可通过对活动护套的推拉来控制。这种新跳线方式的优势是,它去掉了RJ45接头的搭扣,从而减少了手指压低搭扣的空间,可使跳线更快地移动、增加和变更,让高密度端口环境下的跳线更为方便。

吴健指出,在人工维护跳线的操作方面,高密度会带来一些挑战,现在的许多厂商都提出了相当好的方案,提高操作的便利性,比如采用滑轨式配线架,或采用一些辅助工具来解决这一问题,电子配线架的发展,也会有助于解决一些管理问题。但在国内,管理流程方面的问题才是中国用户的***挑战。

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他表示,无论用户如何选择,都应该在产品选型时更多地考虑高密度带来的线缆移动、增加和变更等管理问题要如何解决。在考虑性价比的同时,用户必须关注相应产品的操作便捷性。否则,部署过程及未来的扩展很可能会变成一场噩梦。#p#

线缆管理的细节决定成败

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数据中心的云化发展,让大型数据中心的建设出现了一个新的高峰。在互联网行业,数据中心服务器及交换、路由设备的数量呈现出指数级的增长度。谷歌数据中心的服务器数量已达到***,其下一步还要实现千万台服务器的目标。可以想象,伴随大中型数据中心的快速发展,线缆管理将会为数据中心带来怎样的压力。

吴健告诉记者,线缆的管理通常会通过下面几个手段来处理:跳线整理、标准命名和管理 、文档管理以及智能化电子化管理。在智能化电子化管理方面,国外的数据中心大多做得很好,主要因为其管理能够与前三个手段综合,形成流程化的管理。事实上,如果缺乏流程化的管理,前三个做得再好,也会带来后期管理维护的被动。

可见,数据中心管理是需要制造商、承包商、安装商、工程师和行业专家技术人员多年的工作经验来共同完善的,即使是管理标准也会有很多需要改进的地方,但起码要有一个相对完整的规范来指导数据中心的管理,并且能随着数据中心的建设不断发展和更新。目前,国内数据中心的线缆管理规范本身就存在很多误区,比如线缆扎带这样的“小问题”就会带来很多管理压力。

聂松林告诉记者,在美国,正规化管理的数据中心基本上是不用尼龙扎带来进行弱电线缆捆扎的,但尼龙扎带在国内数据中心的应用却非常普遍。国内的一些机房管理人员在参观美国的数据中心时,也认为其线缆理得没有国内的“好看”,还好心建议他们用尼龙扎带来捆扎。其实,国外数据中心更重视如何在施工中保证线缆在捆扎过程中受力不超过设计范围,虽然用尼龙扎带可以将线缆绑得更紧,貌似很好看,但线缆的受力状况却往往很糟糕,有时甚至可能把线缆内部的个别线芯扎断,造成事故。在理线的过程中,扎带的卡齿设计也容易让线缆受力过度而无法恢复,造成线缆的***性伤害。而且,尼龙扎带绑扎属一次性方案,在线缆维护时不得不使用工具全部卸下,拆卸费劲,容易伤到线缆。所以,可以看到,一些数据中心在建成初期,理线和绑扎都非常***且漂亮,运行几个月后,便会出现单根走线的情况,再之后线缆就会相互穿插,形成一片混乱的局面。

“为了追求运营的稳定性,美国的数据中心行业多年来形成了很多细化的管理规范。在弱电捆扎时,他们大多采用魔术贴类的产品来控制线缆径向受力,如果需要使用尼龙扎带也会在扎带和线缆之间增加缓冲保护材料。”据聂松林介绍,为了保证工程的规范,在赛科施工质量保证体系中一直要求强制使用VELCRO和CIRCLENET 联合开发的拉力控制扎带系统,以便精确控制拉力,一旦超过安全值,扎带就会被拉断以保护线缆安全。

在数据中心的运营过程中,线缆也经常会出现调整的需求,扎带是否方便拆除都会影响到管理的效率。“现在很多尼龙扎带捆扎得非常紧,拆卸起来非常不便,甚至在调整时还要用工具割断,扎带的复用率其实非常低。VELCRO CIRCLENET拉力控制扎带系统之所以能在美国数据中心的施工中被广泛使用,也是因为它能方便拆卸,复用率高,能对降低数据中心线缆管理的工作量起到关键作用。”聂松林坦言,对比国外的一些数据中心,我们在管理细节方面的差距还很大,一些用户还没有意识到这些细节对管理效率提升带来的价值。之所以国外数据中心智能化管理的效果普遍比国内强,正是因为他们每一个细节都做到了管理的优化。#p#

非规范化的标签管理足以制造灾难

数据中心内除了管理线缆,还需要对IT资产进行管理。不同种类、型号的交换机、服务器都有不同的作用,在大型数据中心里,如果没有合理的标识方案就会影响数据中心的基本运行。新标准***提出了资产管理标签的规范,反映出数据中心的高密度需求还将对标识系统产生更高的要求。

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合理制定线缆的标签管理规范能对高密度数据中心的资产管理带来很多好处。在线缆的管理上,赛科电子提出的一种方案就很值得推广。这种管理方案将线缆视作一个多端口设备,利用各端口的子标签系统,就能区分并记录交换机端和服务器端连接状况,方便线缆的安装和连接路由管理。在赛科的RED-LINE产品中,这种标签管理规范在工厂预制时就实现了。

高密度数据中心运行的时间越久,非规范化的管理模式所带来的危害也越大,线缆测试和跟踪耗费的时间延长,花费的成本就会增高。桥架和地板下堵塞着众多线缆还会影响通风制冷,造成安全隐患。标签如果设计不合理或寿命太短,都会为管理造成危害。梁俊表示,在数据中心运维的过程中,维护人员经常会发现线缆标签方向朝下,他们不得不将线缆扭曲来看标签,但这样很容易伤害线缆的物理结构。为此,泛达发明了自旋转标签,只需要旋转标签套管就可以轻松地看到标签,线缆也不会发生任何扭动,保护了电气性能。标签同时还采用了自覆膜技术,标签外的镀膜有效保护了印字,不会发生由于磨损而导致印字模糊的情况。

聂松林介绍,美国很多数据中心的标签管理规范是非常严格的,特别是设备标签的寿命,包括耐高温特性、是否会脱胶脱色、是否能够防水、防腐蚀特性等都要经过严格测试。赛科目前在施工体系中所使用的标签系统就使用了BRADY CIRCLENET联合开发的针对IDC行业专用标签管理方案,在数据中心的高温环境中,能保证10年不脱胶脱色。过去,对于标签管理,国内的一些数据中心并不十分重视,但在高密度部署环境中,做好标签管理就等于随时有能力“大海捞针”,确保数据中心的管理能顺利开展。

“云计算基础设备的管理重心虽然已经从以前的实体设备管理转变成对虚拟设备的管理,但是对基础设备的管理依旧需要有准确标识。在解决故障时,虚拟设备的管理更多的是依赖管理软件的记录,但最终还是要对应到实体设备的标识上。面对更密集的设备、更复杂的链路,没有科学的标识管理方案,排除故障的困难必然会更大。传统的管理方式已经不能满足管理虚拟设备的需要,BRADY CIRCLENET的方案在管理标识系统的设计中除了针对传统应用的标识方式外,还特别针对虚拟设备的管理留有相关接口。”他谈到。#p#

不可小视 机柜对高密度部署的技术支撑

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实现线缆与IT设备的密集部署,并不是一件简单的事情。因为排线与设备的密集,往往会造成散热不畅,影响设备的稳定运行。而散热所需要的物理空间,又会降低数据中心单位空间的设备容积率,造成运营成本的增加。为了达到二者的平衡,在数据中心布线系统的设计中,对机柜的选择也是一门学问。

CPI亚太区资深技术总监张愚告诉记者,要想降低数据中心的高密度部署成本,一个很关键的指标就是提高机柜的利用率。但是,目前国内大多数据中心的机柜利用率都很低。英特尔位于北美的数据中心,其单机柜的电能负载可实现32kW,但国内数据中心为了解决散热问题,每机柜的平均电能负载只能做到8kW。也就是说,国内数据中心需要四个机柜才能支持对同等数量设备的部署。这种状况直接导致国内建造出一些低效能的数据中心,运营成本远比国外数据中心大,但创造的效能却趋同。造成这种问题的主要原因,正是因为数据中心建设者忽略了机柜的散热能力以及对高密度部署的支撑技术。

机柜是否具备科学的散热设计,所带来的高密度部署效果是完全不同的。以CPI的机柜为例,由于采用了特殊气流管理技术及垂直排风管系统,它甚至可以支撑单机柜超过30kW热密度的高密度数据中心应用,让一个机柜中部署的设备密度达到普通机柜的四倍以上的同时,还能保证设备运行稳定。这也让其在微软、英特尔的数据中心中被广泛采用。

除此之外,机柜的设计对于高密度线缆部署和安装的便捷性、稳定性也有很大影响,而传统的标准机柜很难满足超高密度光纤传输的管理要求。在赛科、西蒙等厂商新近推出的配线方案中,机柜已经成为关键设备。

“在CIRCLENET ARRAY 和CIRCLENET MATRIX架构的数据中心模型中,赛科在核心配线区所使用的是与CPI联合研发的机架系统。除了标准的垂直布线系统外,我们还特别研发了特殊的水平理线和冷热通道阻隔系统,就是为了能适应高密度光纤互联的管理需求。这样的机柜系统能够达到单45U机架管理10000芯光纤的目标,如果使用传统机柜就无法做到如此高的可管理性。”聂松林表示,在国外的数据中心建设中,按机柜交付已经渐渐形成趋势。赛科的按机柜交付解决方案中采用CIRCLENET机柜模组,只需要一根MPO缆连接就可以保证在机柜内72芯光纤的链接,通过在机柜内采用CIRCLENET 集束铜缆就能使机柜内的布线密度提高一倍,而无多余线缆需要整理,且不影响设备通风散热。和过去***的不同是,合理安装和设计的集束线缆在超高密度机柜内不仅不会影响散热,还能起到部分冷热通道隔离的作用。而实现这一切的基础,正是设计合理的机柜系统。

在节约安装空间方面,机柜所起到的作用也不可小视。美国西蒙推出的VERSA-POD机柜凭借其独特的ZERO-U垂直布线/理线系统,在高密度安装环境里能比传统机柜节省6U的水平安装空间,以用于安装网络、服务器、存储设备,为数据中心节省了宝贵的占地空间,也为日后发展留下更多的扩容空间。

高密度部署的发展趋势,传递出数据中心建设越来越追求成本效益的发展诉求。但是,国内的一些数据中心在建设的过程中,似乎还没有认识到进行过科学规划的布线系统可以让数据中心控制成本的诉求事半功倍。面对高密度、节能等发展诉求,国内的数据中心建设者应该更重视对布线系统的投入与规划,让这个基础设施转化为数据中心未来的运营、管理和扩展的成本控制因子。

责任编辑:蓝雨泪 来源: 中国计算机报
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