什么是数据中心？
数据中心是一个物理机房、建筑物或设施，它容纳用于构建、运行和交付应用程序和服务的IT基础设施，以及存储和管理与这些应用程序和服务相关的数据。
近年来，数据中心已经从私有的、严格控制的本地设施（包含一家公司专用的传统IT基础设施）发展到云服务提供商拥有的远程设施或设施网络，这些设施包含虚拟化IT基础设施，供多家公司和客户共享使用。
数据中心的类型
有不同类型的数据中心设施，一家公司可能会使用多种类型，具体取决于工作负载和业务需求。
企业（本地）数据中心
在此数据中心模型中，所有IT基础结构和数据都托管在本地。许多公司选择拥有自己的本地数据中心，因为他们觉得自己对信息安全有更多的控制权，并且可以更轻松地遵守欧盟通用数据保护条例（GDPR）或美国健康保险流通与责任法案（HIPAA）等法规。在企业数据中心，公司负责所有部署、监视和管理任务。
公有云数据中心
云数据中心（也称为云计算数据中心）容纳IT基础架构资源，供多个客户（从数十个客户到数百万个客户）通过互联网连接共享使用。
许多最大的云数据中心（称为超大规模数据中心）由主要的云服务提供商运行，如AmazonWebServices（AWS），GoogleCloudPlatform，IBMCloud，MicrosoftAzure和OracleCloudInfrastructure。事实上，大多数领先的云提供商都在全球运行着多个超大规模数据中心。通常，云服务提供商维护较小的边缘数据中心，这些数据中心位于更靠近云客户（和云客户的客户）的位置。对于实时、数据密集型工作负载，例如大数据分析、人工智能（AI）和内容交付应用程序，边缘数据中心可以帮助最大限度地减少延迟，提高整体应用程序性能和客户体验。
托管数据中心和托管设施
托管数据中心和托管设施是没有空间、员工或专业知识在本地部署和管理部分或全部IT基础架构的组织的选项，但不希望使用公共云数据中心的共享资源托管该基础架构。
在托管数据中心中，客户公司从数据中心提供商租用专用服务器、存储和网络硬件，数据中心提供商处理客户公司的管理、监控和管理。
在托管设施中，客户公司拥有所有基础设施，并租用专用空间在设施内托管。在传统的托管模型中，客户公司可以单独访问硬件并全权负责管理硬件;这是隐私和安全的理想选择，但通常不切实际，尤其是在中断或紧急情况下。如今，大多数托管服务提供商都为需要它们的客户提供管理和监控服务。
托管数据中心和托管设施通常用于容纳中小型企业（SMB）的远程数据备份和灾难恢复技术。
数据中心架构
大多数现代数据中心（甚至是内部本地数据中心）已经从传统的IT架构（其中每个应用程序或工作负载都在其自己的专用硬件上运行）发展到云架构（其中物理硬件资源（CPU、存储、网络）是虚拟化的。虚拟化使这些资源能够从其物理限制中抽象出来，并汇集到可以在多个应用程序和工作负载之间以所需的任何数量分配的容量。
虚拟化还支持软件定义的基础架构（SDI），这些基础架构能够以编程方式进行配置、配置、运行、维护和“降速”，无需人工干预。
云架构和SDI的结合为数据中心及其用户提供了许多优势，包括：
- 优化计算、存储和网络资源的利用率。虚拟化使公司或云能够使用最少的硬件以及最少的未使用或闲置容量为大多数用户提供服务。
- 快速部署应用程序和服务。SDI自动化使配置新基础设施变得像通过自助服务门户提出请求一样简单。
- 可扩展性。虚拟化IT基础架构比传统IT基础架构更容易扩展。即使是使用本地数据中心的公司也可以在必要时通过将工作负载突增到云来按需添加容量。
- 各种服务和数据中心解决方案。公司和云可以为用户提供一系列使用和交付IT的方式，所有这些都来自相同的基础架构。根据工作负载需求做出选择，包括基础结构即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。这些服务可以在私有数据中心提供，也可以在私有云、公共云、混合云或多云环境中作为云解决方案提供。
- 云原生开发。容器化和无服务器计算以及强大的开源生态系统支持并加速DevOps周期和应用程序现代化，并支持一次开发、随处部署的应用。
数据中心基础架构组件
服务器
服务器是功能强大的计算机，可向最终用户设备提供应用程序、服务和数据。数据中心服务器具有多种外形规格：
- 机架式服务器是宽大、扁平的独立服务器（小披萨盒大小），设计为在机架中相互堆叠，以节省空间（与塔式或台式机服务器相比）。每个机架安装服务器都有自己的电源、冷却风扇、网络交换机和端口，以及常用的处理器、内存和存储。
- 刀片服务器旨在节省更多空间。每个刀片都包含处理器、网络控制器、内存和有时的存储;它们适合容纳多个刀片式服务器的机箱，并包含机箱中所有刀片式服务器的电源、网络管理和其他资源。
- 大型机是具有多个处理器的高性能计算机，可以完成整个机架式或刀片式服务器的工作。作为第一台可虚拟化的计算机，大型机可以实时处理数十亿次计算和事务。
外形规格的选择取决于许多因素，包括数据中心的可用空间、服务器上运行的工作负载、可用电源和成本。
存储系统
大多数服务器都包含一些本地存储功能（称为直连存储（DAS），以使最常用的数据（热数据）保持在CPU附近。
另外两种数据中心存储配置包括网络连接存储（NAS）和存储区域网络（SAN）。
NAS通过标准以太网连接提供对多个服务器的数据存储和数据访问。NAS设备通常是具有多个存储介质（硬盘驱动器（HDD）和/或固态驱动器（SSD））的专用服务器。
与NAS一样，SAN支持共享存储，但SAN对数据使用单独的网络，并且由多个存储服务器、应用程序服务器和存储管理软件的更复杂的组合组成。
单个数据中心可以使用所有三种存储配置（DAS、NAS和SAN）以及文件存储、块存储和对象存储类型。
联网
数据中心网络由各种类型的交换机、路由器和光纤组成，在服务器之间传输网络流量（称为东/西流量），以及往返于服务器到客户端的网络流量（称为北/南流量）。
如上所述，数据中心的网络服务通常是虚拟化的。这样就可以创建构建在网络物理基础设施之上的软件定义覆盖网络，以适应特定的安全控制或服务级别协议（SLA）。
电源和电缆管理
数据中心需要在各个层面始终保持在线。大多数服务器具有双电源。电池供电的不间断电源（UPS）可防止电涌和短暂停电。如果发生更严重的停电，强大的发电机可以启动。
由于数以千计的服务器通过各种电缆连接，电缆管理是一个重要的数据中心设计问题。如果电缆彼此靠得太近，它们会导致串扰，从而对数据传输速率和信号传输产生负面影响。此外，如果将太多电缆挤在一起，它们会产生过多的热量。数据中心的建设和扩建必须考虑建筑规范和行业标准，以确保布线高效和安全。
冗余和灾难恢复
数据中心停机对数据中心提供商及其客户来说代价高昂，数据中心运营商和架构师不遗余力地提高其系统的弹性。这些措施包括从独立磁盘冗余阵列（RAID）到备份数据中心冷却基础设施（即使主冷却系统发生故障，也能保持服务器在最佳温度下运行）的所有内容。
许多大型数据中心提供商的数据中心位于地理上不同的区域，因此，如果一个区域发生自然灾害或政治中断，可以将操作故障转移到另一个区域以获得不间断的服务。
正常运行时间研究所（链接位于ibm.com外部）使用四层系统来评估数据中心的冗余和弹性：
- 第一层—提供基本的冗余容量组件，例如不间断电源（UPS）和24/7全天候冷却，以支持办公室环境或其他环境的IT运营。
- 第二层—添加额外的冗余电源和冷却子系统，例如发电机和储能设备，以提高防止中断的安全性。
- 第三层—添加冗余组件作为与其他数据中心的关键区别。当设备需要维护或更换时，III级设施不需要停机。
- 第四层—通过实施多个独立的、物理隔离的冗余容量组件来增加容错能力，以便在一台设备发生故障时不会影响IT运营。
环境控制
数据中心的设计和装备必须能够控制环境因素（其中大多数是相互关联的），这些因素可能会损坏或破坏硬件，并导致代价高昂或灾难性的停机时间。
- 温度：大多数数据中心采用空气冷却和液体冷却的某种组合，以保持服务器和其他硬件在适当的温度范围内运行。空气冷却基本上是空调，特别是针对整个服务器机房或特定行或机架的服务器的计算机机房空调（CRAC）。液体冷却技术将液体直接泵送到处理器，或者在某些情况下将服务器浸入冷却液中。数据中心提供商越来越多地转向液体冷却，以提高能源效率和可持续性-与空气冷却相比，它需要更少的电力和水。
- 湿度：高湿度会导致设备生锈;低湿度会增加静电浪涌的风险（见下文）。湿度控制设备包括上述CRAC系统，适当的通风和湿度传感器。
- 静电：低至25伏的静电放电即可损坏设备或损坏数据。数据中心设施配备了监测静电并安全放电的设备。
- 火灾：出于显而易见的原因，数据中心必须配备防火设备，并且必须定期进行测试。
