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思科艾伦数据中心:多面的魅力

[日期:2013-07-11] 来源:网界网  作者: [字体: ]

有这样一个数据中心,它就像一个三好学生或一个全能选手,在设计建造、运营管理和绿色节能等诸多方面都表现出色。更重要的是,它可并非一个仅供参观的“样板间”工程,而是一个真正承载了一个跨国公司的日常运营的主数据中心。它,就是思科位于德克萨斯州艾伦市(Allen)的艾伦数据中心。

幸运的是,《网络世界》记者近日得以亲赴思科艾伦数据中心,实实在在地参观、体验到了这个融多项先进技术于一身的数据中心。

艾伦数据中心之前世今生

在介绍艾伦数据中心本身之前,我们不得不首先介绍思科IT全球数据中心战略。因为没有该战略,大概就没有今天的艾伦数据中心,而艾伦数据中心本身也是思科IT全球数据中心战略中最重要的一环。

据悉,2007年,思科已经明显地感受到其数据中心容量与IT灵活性难以应付高速发展的思科业务。同时,当时思科主要的生产型数据中心位于属于地震高发区的加州,隐忧始终高悬。因此,思科在2008 年成立了一个 IT 特别小组,制定了一个为期六年的思科IT全球数据中心战略。

此战略为思科在数据中心建设上定下了四个明确目标:一是解决该公司在数据中心容量、业务灵活性和地理风险上所面临的问题;二是将思科 IT 部门改造成推动业务向前发展的服务部门;三是充分展示思科在虚拟化云计算、数据中心基础设施方面的技术与产品;四是将 50 多个数据中心整合到20个以内,减少数据中心的总体占用空间。

为落实这个战略,思科计划在全球新建三座数据中心。在新建的三座数据中心里,有一座将是思科旗舰型数据中心,因为它要承载思科90%的关键业务。当然,现在我们知道,它就是艾伦数据中心。

艾伦数据中心系统工程师Tony Fazckarly表示,当时选择在艾伦市建设这座最重要的数据中心其实多方因素权衡的结果:首先思科当时已经在德克萨斯州理查森市(Richardson)有一个生产型数据中心,就叫思科理查森数据中心,两个数据中心之间相距13英里左右,便于做双活数据中心;其次,如今艾伦数据中心所在地以前就是思科的地产,面积又大,足足有34英亩,这意味着可以节约一大笔初始投入。不过,艾伦或者说整个德克萨斯州有一个明显的缺点,就是有飓风。但相比起地震,飓风破坏力毕竟小得多,而且更易于预测与防范。

定址艾伦后,2009年1月,思科着手进行艾伦数据中心规划。同年8月,破土动工。2010年12月,新数据中心移交给思科 IT 部门。2011年4月思科正式启用艾伦数据中心。需要说明的是,这个总占地面积为16.2万平方英尺(机房面积3.8万平方英尺)、总额定功率为10 兆瓦(IT设备额定功率5.25 兆瓦)的Tier3等级的数据中心完全由思科自行设计、开发和建造。

记者第一眼看到艾伦数据中心时,感觉就像一座普通的二层办公楼(记者后来得知,艾伦数据中心主体的确由一座办公楼翻建而成),但只要稍微细心点就能体会出不同之处。

首先,园区围栏配备的是高等级的高科技防护系统,大门口的路障足以让一辆时速40迈的6吨载重卡车在1米内停下来。其次,整个数据中心窗户极少(应该是出于安全与节能目的)。此外,Fazckarly还告诉记者,如果俯瞰艾伦数据中心,就会发现整个数据中心其实被一圈土堤所围住。这种看似普通但实际经过科学设计与建造的土堤可使爆炸冲击波偏转,也有助于建筑物抵御飓风——艾伦数据中心的坚固程度足以抵挡风速175英里/每小时的飓风。

以上还只是些有趣的初始印象,随着采访的深入,记者逐渐发现,这真的是一个拥有多种特色,以至于无法被简单定义的数据中心。

它是一个双活数据中心

所谓“双活”数据中心,是指区别于一个数据中心、一个灾备中心的模式,两个数据中心同时运行用户的业务,互为备份,因此被形象称之为“双活”。

未来十年,我国银行业在IT建设上的一个最重要的趋势就是建设“两地三中心”,并构建同城双活数据中心,只不过目前国内还少有银行用户真正达到这个目标。而这次我们来到艾伦数据中心却惊喜地发现,这就是一个真正的双活数据中心。

据Fazckarly介绍,艾伦数据中心与理查森数据中心共同实现了真正的双活数据中心物理基础架构,思科称之为城域虚拟数据中心(Metro Virtual Data Center,MVDC)。这两座双活数据中心在两个地点同步运行思科关键应用,例如 Cisco.com 和 Oracle ERP等,从而提供卓越的弹性与高可靠性。如果其中某个站点发生故障,另一个站点也可以保证数据与应用的正常运行和可用性。

面对活生生的双活数据中心,我们产生了一个疑问,即两个双活数据中心之间最远可以相距多远?

Fazckarly表示,思科艾伦数据中心与理查森数据中心相距约13英里,不过这个数字没有指导意义,因为两个地点是一开始定下来的,思科没有可选的余地。如果是完全新建两个双活数据中心,那么这两个双活数据中心在不超过50英里的范围里最好尽可能地远,“但是也不宜超出这个距离,因为需要使用磁盘同步写技术,而且太远了,应用时延会变得明显。”Fazckarly说。同时,出于成本考虑,Fazckarly并不建议所有的应用都走双活模式。此外,为支持双活数据中心模式,思科在理查森和艾伦数据中心之间铺设了一条裸光纤环路。

客观地说,这两个双活数据中心相距得有点近,因此为避免两个数据中心同受攻击——虽然这样的可能性微乎其微,思科还是在距艾伦数据中心2575公里之外的北卡罗莱纳州建设了一个灾备中心。

它是一个云数据中心

如果艾伦数据中心只是做到了数据中心双活,其实就已经很不错,但是该数据中心还是一个云数据中心落地的典范。

在介绍艾伦数据中心云计算实践之前,有必要介绍思科一种颇为有名的企业文化——“吃自己的狗粮”,当然,思科通常会更委婉地称之为 “喝自酿的香槟”。说法虽不同,意思都一样,指的是在自己的IT建设中使用自己的产品。

艾伦数据中心就是“吃自己狗粮”文化淋漓尽致的体现,因为该数据中心在IT基础设施层面上使用的基本都是自家的产品,包括思科统一计算系统UCS、全线Nexus交换机和MDS存储网络产品。

据介绍,在启用之初,艾伦数据中心共配备了10 个思科UCS 种集群(总共约 400 台服务器)。集计算、网络、虚拟化于一体的UCS具有快速配置、易于管理、随需扩容等特点。思科Cisco on Cisco部门IT架构师Douglas Algar则着重强调,UCS帮助艾伦数据中心将布线成本降低了60%。UCS集群中的每个机箱都用一根10Gbps FCoE双芯线缆连到一台架顶接入交换机上,该线缆可同时支持存储流量和网络流量。

从架顶交换机开始,存储流量通过16Gbps的连接送往思科 MDS SAN交换机,而网络流量则通过40Gbps LAN连接转发至思科Nexus 7000交换机。未来还有可能采用FCoE携带集成的存储/LAN流量给Nexus。

在UCS、交换机等IT基础设施之上,艾伦数据中心还部署了思科自家的IaaS平台CITEIS(Cisco IT Elastic Infrastructure Services ,思科 IT 弹性基础架构服务),从而晋升为一个真正的云数据中心。

思科艾伦数据中心私有云平台

CITEIS是思科2009年就推出的云计算平台,它由思科UCS、Nexus交换机、云智能自动化工具CIAC平台等构成。不过,此次艾伦数据中心使用的是思科第二代云计算平台CITEIS Gen2。

思科云计算领域的系统工程师Lawrence Cross表示,CITEIS的部署不仅显著提高IT资源利用率,更重要的是让思科IT能够快速响应业务需求。在艾伦市数据中心上线之前,IT应用的所有者要想获得新服务,从提出申请到在数据中心中完成部署,需要等待6-8周的时间。而现在,思科IT部门可以在1小时甚至15分钟内完成新服务的部署。

“应该说,我们已经成功将艾伦数据中心变成了整合的、虚拟化和自动化的高效 IT 资源中心,现阶段的任务是设计和管理这些资源,同时继续对组织和业务流程进行调整,从而充分利用云计算来进一步提高 IT 部门的效率和业务灵活性。”Cross说。

它是一个绿色数据中心

像艾伦这样一个PUE值为1.35,并且已经通过美国领先能源与环境设计(LEED)金牌认证的数据中心,用绿色数据中心形容它丝毫不为过。事实上,从非石油基变压器油到节水景观绿化,从无化学制剂的水处理到地源热泵,从再生材料的选择到LED照明和太阳能电池板的使用,艾伦数据中心每项建设都充分考虑到环境因素的影响。

在种种节能环保举措中,Algar表示对减少二氧化碳排放、节约能源和水源,以及降低数据中心PUE值最有效的主要是以下几种。

1.飞轮UPS的使用。

当前,大多数数据中心都采用静态 UPS 系统。这种静态UPS系统一般都包含数排铅酸电池,用来存储能源以便在电源扰动期间为网络设备提供线路调节和备用电源。不过,这种UPS的主要弊端也就在电池。铅酸电池的生产和管理都对环境不利。在使用方面,铅酸电池的使用寿命会不断缩短,因此用户每隔几年都要支付大量的电池更换费用。

艾伦数据中心所采用的飞轮UPS是不需要电池的,不含有毒化学物质,十分有利于环保。而且由于它没有使用电池,也就不需要具备与电池相同的散热条件,对散热和温湿度的要求大大低于普通UPS,不需要像普通UPS那样要配备专门的冷却系统。

飞轮UPS。银色管道内装有飞轮UPS和发电机,柴油机则在蓝色管道内。

“飞轮UPS初始投资成本比较高,但是设备的使用寿命更长。而且,飞轮UPS的维护需求极低,每年只需进行 3 次检修,10 年后才需要进行彻底检修,因此其,长期拥有成本更低。”Algar说。

目前,艾伦数据中心共配备了两个UPS房间,每个房间都有4组巨大的飞轮UPS、发电机和柴油发电机组合。如果出现供电中断,飞轮UPS便会驱动发电机保持提供10到15秒的电力,直到柴油发电机启动。每4组飞轮UPS联动可生成15兆瓦的电力。

2.免费自然空气冷却。

或许是因为位于美国南部,德克萨斯州经常被人认为是个气候炎热的地方,但该地区其实四季分明。因此,艾伦数据中心部署了免费自然空气冷却系统后,全年竟然有50%~60%的时间可以实现免费冷却。

Algar表示,只要当外界温度低于77华氏度(约25摄氏度)时,就会关掉冷气机,将新鲜冷空气进行过滤、加湿或除湿后送入数据中心,即节约又环保。

上图右侧这一排灰色柜子其实是空气处理机,总共13台。它们将吸收进来的新鲜冷空气进行过滤、加湿或除湿,再送入数据大厅。

当温度高于77华氏度后,艾伦数据中心就得启用机械制冷了。该数据中心一共配备了3台1000吨的冷却塔(均安装在数据中心楼顶)和5台冷水机(3台1000吨和2台500吨冷水机)。为了保证冗余设计,冷却塔可以和任何一台冷却机相连接。同时,所有这些冷水机不使用含氟制冷剂,且都是变频转动的,在需求较低时可以低速运转,从而降低了能耗。

机柜上面装“烟囱”,隔离冷热风。从图中还可看出该数据中心未使用高架地板。

 

艾伦数据中心其他一些值得借鉴的节能设计还包括:机柜上安装烟囱架热风隔离系统,将冷热风通道有效隔离;机房里放弃高架地板,不仅节省了大量成本,而且利于更高效地解决空气分布问题。

结语

近年来,思科一直致力于转型,并将重点聚焦在五个方面,即核心网络与服务、云计算与数据中心、视频、协作以及业务转型架构。而艾伦数据中心意义在于,它不仅承担了思科自身业务的高效运转,更重要的是让世人切实体会到了思科在整个数据中心、云计算层面的能力和潜力。

 

【附录1】艾伦市数据中心时间线

● 2009 年 1 月:开始规划

● 2009 年 8 月:破土动工

● 2010 年 1 月:安装设备

● 2010 年 7 月:开始调试建筑系统

● 2010 年 12 月:转交给思科 IT 部门

● 2011 年 4 月:正式启用

【附录2】艾伦市数据中心技术

● 骨干核心网络

● 桌面网络

● DMZ 网络

● 结构化电缆室,可支持 40 GB吞吐量

● MVDC 暗光纤

● 10 UCS B 系列种群集

● Nexus 2000、Nexus 5000、Nexus 7000

● ACE

● EMC VMAX 种数据存储

● MDS 存储网络

● Quantum 磁带库

● AVAMAR 存储设备

● CSPO 系统





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