弱电安防-数据中心设计要求

从零开始学布线：数据中心设计要求

数据中心是各类信息的中枢，通常它是信息

系统的核心所在，因为它包括了该信息系统中的

几乎全部的信息资产。它在信息系统中占有重要

地位，因为它包括了该企业网中的几乎全部的信

息资产和大多数的物理资产。一个企业网络的主

要设备，如各种专用和通用服务器、大量的数据

资源、主干路由器、主干交换机、防火墙、UPS

等现代企业网络必不可少的设备和资产，都安置

在此。同时，它也是数据中心管理维护人员长工

作的地方。

1

数据中心有关知识

数据中心工程是一个集电工、电子、建筑装饰、暖通净

化、计算机网络、弱电控制、消防等多学科、多领域的综合

工程，并涉及网络工程，综合布线系统等专业技术的工程。

机房对供配电方式、空气净化、安全防范措施以及防静电、

防电磁辐射、抗干扰、防水、防雷、防火、防潮、防鼠诸多

方面给予高度重视，以确保计算机系统长正常运行工作。

数据中心有关知识重点讨论如下10点内容。

（1）数据中心（机房）等级

数据中心（机房）等级我国分为A、B、C三级，

ANSI/TIA分为1、2、3、4级。

我国《电子信息系统机房设计规范XGB50174-2008）,

数据中心可根据使用性质、管理要求及由于场地设备故障导

致电子信息系统运行中断在经济和社会上造成的损失或影响

程度，分为A、B、C三级。

A级为容错型，在系统需要运行间，其场地设备不应因

操作失误、设备故障、外电源中断、维护和检修而导致电子

信息系统运行中断。

B级为冗余型，在系统需要运行间，其场地设备在冗余

能力范围内，不应因设备故障而导致电子信息系统运行中

断。

C级为基本型，在场地设备正常运行情况下，应保证电

子信息系统运行不中断。

A级是最高级别，主要是涉及国计民生的机房。国家气

象台、国家级信息中心、计算中心、重要的军事指挥部门、

大中城市的机场、广播电台、电视台、应急指挥中心、银行

总行、国家和区域电力调度中心等电子信息系统机房和重要

的控制室等属A级机房。

科研院所、高等院校、三级医院、大中城市的气象台、

信息中心、疾病预防与控制中心、电力调度中心、交通（铁

路、公路、水运）指挥调度中心、国际会议中心、大型博物

馆、档案馆、会展中心、国际体育比赛场馆、省部级以上政

府办公楼、大型工矿企业等电子信息系统机房和重要的控制

室等属B级机房。

C级机房中的电子信息系统运行中断不会造成太大损

失。各单位建设机房的标准可以根据自身需求，参考机房分

级标准，确定本单位电子信息系统机房的技术要求。

ANSI/TIA数据中心（机房）分为4个等级，级别越

高，提供的可用性和安全性就越高。

1级数据中心（机房）

1级机房为基础型。机房是易受有计划的行为影响，它

有计算机的电力配电和空调装置，不一定有架空地板、UPS

或发电机。

2级数据中心（机房）

2级机房有冗余部件，对比1级机房有架空地板、UPS

和发电机，不过它们的容量设计是“基本的加一”

（N+1）,从始端到末端只有一个配电回路，关键电力回路

和场地基础设施等其他部分的维护能正常运行。

3级数据中心（机房）

口3级机房是不间断维护的，允许场地基础设施在任何

情况下的任何有计划的操作，都不会中断计算机硬件运行。

有计划的操作包括预防性和程序性的维护、修理和替换组

件，增加或移除组件，测试组件或系统等。对使用水冷方式

的大型场地，采用2套独立的水管。在维护或测试某一回路

时，另一回路必须有足够的能力和配送来提供能力。

4级数据中心（机房）

□4级机房是容错的，场地基础设施的容量和能力能够

允许任何操作而不导致关键设备破坏。容错功能性给场地基

础设施提供在一个无计划的故障或事故的最坏情况下能够不

影响重要负载的故障而维持工作的能力，这要求同时有工作

的配送回路，特别是系统+系统的配置。在电力方面意味着

2个独立的UPS系统，每个系统是N+1冗余。因为火灾和电

力的安全、火警或人为的紧急断电仍然有失效的危险。4级

要求所有电子计算机哽件有两路电源输入，遵照

Uptimeinstritute容错性的电源规范。4级的场地基础设

施和高可用度IT概念是相通的，就是使用CPU集群、

RAIDDSAD,冗余通信回路达到高可靠性、可用性和可服务

性。

（2）数据中心（机房）的布局要求

机房位置要有利于人员进出和设备搬运。机房应包括：

主机区、第一类辅助房间、第二类辅助房间及第三类辅助房

间等。

口主机区，计算机主机、网络设备、操作控制台和主要

外部设备（磁盘机、磁带机、通信控制器、监视器等）的安

装场地C

□第一类辅助房间，直接为计算机硬件维修、软件研究

服务的处所。其中包括：硬件维修室、软件分析修改室、仪

器仪表室、备件库、随机资料室、未记录磁介质库、未记录

纸介质库、硬件人员办公室、软件人员办公室、上机准备室

和外来用户工作宝等C

□第二类辅助房间，为保证机房达到各项工艺环境要求

所必需的各公用专业技术用房。其中包括：变压器室、高低

压配电室、不间断电源室、蓄电池室、发电机室、空调器

室、灭火器材室和安全保卫控制室等。

□第三类辅助房间，用于生活、卫生等目的的辅助部

分。包括：更衣室、休息室、盥洗室等。

（3）设备间内所有设备应有足够的安装空间，其中包

括计算机主机、网络连接设备等。机架前后至少留有1.2m

的空间，以方便设备的安装、调试及维护。

（4）数据中心机房工程组成

数据中心机房工程是一项复杂的系统工程。具体有：

1）机房装修工程。其中还包括机房地面工程、机房天

花工程、机房隔断工程和机房门窗工程、保温。

2）机房动力供配电系统工程。其中还包括机动力供配

电系统、UPS供配电系统、辅助供配电系统、照明系统、应

急照明系统。

3）机房空调新风系统工程。其中还包括空调、新风系

统、漏水检测。

4）消防系统工程。其中还包括气体灭火系统和火灾自

动报警系统。

5）弱电工程：其中还包括机房综合布线系统、机房监

控系统、门禁、各类动力电缆和配电电缆的敷设防雷和接地

系统。

6）屏蔽系统工程.其中还包括机房屏蔽，能够防止各

种电磁干扰对机房设备和信号的损伤，常见的屏蔽方法有：

金属网状屏蔽和金属板式屏蔽。

(5)数据中心工程技术发展趋势

近年来，随着云计算技术的发展和网络应用的普及，数

据中心由小规模、封闭式、单一功能，向大规模、开放式、

多功能方向发展，具体表现在工程技术方面和机房管理方

面。

1)工程技术方面

机房工程技术向安全、节能、高效、绿色、环保、高可

用性、高灵活性等方面迈进。

口高可用性：提高平均无故障时间(MTBF),降低平均

修复时间(MTTR),提高运维管理水平，把可用性提高到

“5个9”的可月性水平，即年停机时间仅有5分钟，达到

99.999%O

□高灵活性：要能够保证随需应变，扩展、升级容易，

并且占地面积小。

2)数据中心管理方面

第三方托管、弹性的IT资源、服务器虚拟化、开放、

易用、适用于各种规模企业业务需求；确保电子信息系统设

备安全、稳定、可靠地运行。在机房管理方面，向多样化、

开放性、大型化、智能化和强化管理的方向发展。

(6)数据中心布线的物理设计

数据中心布线的物理设计主要有以下四个因素：

1)每台服务器的多网络连接要求一一有些要用铜缆，

有些要用光纤；

2)网络交换机更高端口密度要求；

3）不同厂商和协议对存储拓扑的要求；

4）为满足更高速度需求而不断变化的网线标准，要事

先确定在每个机柜里安装多少网线；以及服务器接入整合交

换机的尺寸和价格。

（7）数据中心布线方法

数据中心网络布线是支持业务需求的基石，是数据中心

基础设施的环节之一，要数据中心网络布线。数据中心布线

系统的铜缆最低类别规定为6类，光缆类别规定为万兆多模

0M3、0M4或者单模。

从未来布线系统的发展趋势来看，它将和铜缆布线系统

相辅相成，这基于以下几点考虑：

1）全部部署光纤系统，网络整体成本远高于铜缆；

2）光纤接口的有源设备能耗较高，建议光、铜结合；

3）铜缆布线系统速度上可以满足万兆需求；

4）支持高速率传输性能，满足当前和未来需求；

5）高密度、模块化、预连接；

6）智能化管理，可远程监控；

7）优化的线缆管理。

数据中心布线的两种方法：点对点布线和网络列头柜布

线。

1）点对点布线，是数据中心采用多年的布线方法。点

对点意味着在地板下、空中（无论是否有线槽）或穿过服务

器机柜，只要有需要，就牵拉网线。线缆通常是当场制作或

直接使用已有链路。旧缆线通常不会移除或标记，导致数据

中心人员维护追踪与寻找更加困难，服务器与跳线会使线缆

分布混乱，点对点模式已无法很好服务于数据中心和基于云

计算的数据中心。

2）网络列头柜布线，是近年来数据中心常用的布线方

式，也称为区域汇聚或行尾汇聚架构的布线。网络列头柜布

线有专门用于放置配线架与汇聚交换机的地方，通常是位于

同一行的末尾机柜（也有放在中间的），便于连接整组服务

器机柜。配线架安装在网络列头柜的插槽中。网络列头柜布

线简化了添加硬件的难度，只需将服务器与所需连接的配线

架连接，再将配线架连接至对应的汇聚层交换机即可。每个

连接需要两条短跳线，这同样利于今后安装与维护。

（8）数据中心机房使用面积

机房使用面积由主机房、支持区和辅助房间等功能区组

成。

1）主机房使用面积，等同于设备间使用面积的方法来

确定。

2）支持区和辅助房间使用面积，宜等于或大于主机房

面积的2倍。

3）用户工作室、硬件及软件人员办公室使用面积，可

按每人3.5〜4m2计算。

（9）云计算的数据中心机房的要求

云计算是随着处理器技术、虚拟化技术、分布式存储技

术、宽带互联网技术和自动化管理技术的发展而产生的，云

计算应用是在网络上而不是在本机上运行，这种转变将数据

中心放在网络的核心位置，而所有的应用需要的计算能力、

存储、带宽、电力，都由数据中心提供。因此，云计算环境

下的数据中心机房提出了如下要求：

1）面积非常大。云计算数据中心机房的面积非常大。

2）高密度。云计算是一种集中化的部署方式，要在有

限空间内支持高负载、服务器等高密度。

3）灵活快速扩展。“云”的规模可以动态伸缩，满足

应用和用户规模增长的需要。其数据中心必须具有良好的伸

缩性，同时，为了节省投资，最好能边成长边投资。

4）降低运维成本。由于云计算是收费服务，必然存在

市场与竞争，如要想在市场竞争中胜出，云计算服务必须具

有良好的性价比。因此，好的云计算数据中心必须是低运维

成本的数据中心。

5）自动化资源监控和测量。云计算数据中心应是24x7

无人值守、可远程管理的，这种管理涉及整个数据中心的自

动化运营，它不仅仅是监测与修复设备的硬件故障，而是要

实现从机房风、水电环境、服务器和存储系统到应用的端到

端的基础设施统一管理。

6）高可靠性。云计算要求其提供的云服务连续不中

断，“云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等

措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机

更可靠C同样，在机房环境设施方面，也提出了对机房环境

高可靠性的要求。

云计算数据中心机房环境设计需要做一些相应的调整和

考虑，要点如表所示。

表云计算数据中心机房环境设计考虑的要点

序

号云计算要求机房规划对策

1.由于机房供电容量的巨大，

1超大规模采用高压供电和高压发电机系统

2,采用水冷中央空调设计

1.采用冷热通道封闭方案

2.抬高架空地板到

800^1000mm

2高密度

3.机柜采用液体冷却

4.采用航天制冷-就近制冷方

式

1,采用各种标准化的组件

灵活快速扩

32.机房采用模块化设计

展

3.集装箱式数据中心

1.自然冷却制冷

降低运维成2.备用机组水蓄冷，削峰填谷

4

本3.机房直流供电

4.采用智能照明系统

5.数据中心放置在低土地和能

源成本的地区

6.其他绿色节能技术

1.采用数据中心资产监控系

统，监控数据中心机房各类资源的

自动化资源情况

5

监控和测量2.机房环境和IT系统统一监

控

3.自动化应用软件

1.数据多副本容错

6高可靠性

2.计算节点同构可互换

(10)数据中心网络扁平化

现在的数据中心网络基础架构正在快速地变化，支持虚

拟化、云计算和聚合技术，以最少的过载实现灵活且有弹性

的服务。数据中心网络结构的扁平化成了热门话题。

传统的数据中心网络架构分为接入层、汇聚层和核心层

(三层架构)，层次越多，所使用的设备就越多，延迟也会

增加，当然，性能效率也会降低。在大规模采用服务器虚拟

化技术的新一代数据中心里，数据流量将主要集中在本地服

务器之间的通信，如能减少网络层级，不必再经过汇聚层交

换机，势必会大大减少交换机之间的交互次数，并减少延

迟。只要减少一层，对于应用性能的提升都将是巨大的。扁

平化就是减少层次，从三层架构迁移到两层或更少层的扁平

化架构。

如果决定采用扁平就需要购买新的数据中心交换机。要

想采用扁平就得考虑全新的设备、新的数据中心交换机，网

络必须从根本上进行变化。

数据中心网络的架构是两层、二层，还是更多层，一定

要着重成本问题。不能仓促做出决定，要认真比较各种方

案，设定合理的目标，网络要不要扁平化归结为对性价比的

评估。总体来说，当前数据中心实际组网建设中，这两种方

式谁都没占据到绝对优势，采用哪种结构完全看规划者的考

量重点是在哪个方面。网络规划师也正密切着这种变化。

数据中心的成本计算方式：

口年平均成本=（成本1+成本2+设备端口总成本

+……）/使用年限；

□成本1二服务器ABC+光纤卡+4通道+安装+设备+4交

换机端口（switchport）；

□成本2二维护+电能损耗+冷却+（升级成本x升级次

数）+停机时间成本；

口设备端口总成本二（本机架成本+管理模块+冗余供

电）/端口总数+每端口刀片成本；

□每端口服务器总成本二通道成本+成本1+（维护成本x

服务年限）C

如果不考虑整个环节、年平均成本，就决定让网络扁平

化，那就有可能不是“仓促投资，就是投错了方向”。

TomNolle说：“在考虑数据中心网络扁平化时，应根

据具体项目来决定要不要这么做，但在做决定时脱离了实际

情况。如果预计某个项目会引起性能问题，那么考虑让网络

扁平化，以解决那些问题，这也许是个合理的决定。但如果

就因为网络扁平化很时髦而贸然行事，这就好比买汽车是因

为觉得拥有汽车让你更像个成功人士一样不靠谱。”

网络扁平化需要在新设备方面有大量投入。网络主管们

必须能说清楚成本和效益方面的情况，表明网络扁平化会如

何增加收入或降低成本。TomNolle补充说：“要是无法证

明所能带来的效益，扁平网络项目就会被中止。”

JimMetzler说：“说到底，我不关心数据中心网络的

架构是两层、三层还是多少层，而一定要着重成本问

题。"RobinLayland说：“一定要记住当初为什么采用三

层架构，那是因为使用两层架构，无法得到所需的密度，而

且成本太高了，所以采用了三层。这是获得所需性能的成本

最低的办法，倒不是说三层架构天生优良。”

RobinLayland说：“如果两层网络能够带来卓越性

能，成本又比三层设计来得划算，那它就胜出，因为从理论

上来说，两层架构的延迟更低，而且可靠性更高。”

2

卡博菲桥架系统

卡博菲桥架是一种网格式桥架，是一家法国公司于

1970年发明并广网格式金属线型电缆桥架，它广泛应用于

数据中心、政务机关、金融行业、大型企业等领域。

目前主流的数据中心散热送风系统采用机房专用空调地

板下送风、上回风系统。卡博菲网格式桥架独有的网格式镂

空结构，具有90%的外露面积，上走线安装方式不占用地板

下的空间，可保证昂贵的空调设备的较高的制冷效率。网卷

式桥架的开放结构有利于空气流动，有利于电缆的散热，从

而减少电力损失，提供供电效率，且方便于日后的线缆维

护，是地板下线缆管理的理想选择。目前已经在中石油、石

油勘探院等多个数据中心项目上得到了应用，并受到了用户

的好评。

在2009年6月1日实施的中国国家标准《电子信息系

统机房设计规范》(GB50174—2008)建议采用卡博菲网格式

桥架。

卡博菲网格式桥架安装简单，灵活多变，各种角度的折

弯、三通、四通、标高变化、变径等都可以在施工现场采用

直段桥架直接加工而成，无需定制；高度的灵活性能够轻松

应对工程中出现的各种突发变化，特别是在转弯多、起伏大

的复杂安装环境中更显优势。

卡博菲桥架施工质量检验的重点是卡博菲桥架连接系

统、卡博菲桥架支撑系统、卡博菲布线辅助系统、卡博菲桥

架路由调整系统。

3

卡博菲桥架产品特点

卡博菲桥架的产品特点如下：

(1)美观

由于线缆可见，施工时线缆顺序摆放，且卡博菲桥架做

工精细，整个系统在安装完毕后显得很美观。另外，卡博菲

可以根据客户的要求提供不同颜色的桥架。

(2)整洁

卡博菲开放式线性的桥架，灰尘不容易堆积，便于清理

和打扫，可以有效防止老鼠等对线缆产生破坏的动物在桥架

上久待，感官上非常的整洁和整齐，一些对整洁度要求比较

高的厂房都会考虑采用这种桥架，著名的食品生产厂商雀巢

集团在全球的生产厂都用这种开放式线性桥架，包括中国的

生产基地。

(3)安全性能

卡博菲已申请专利特制的带弧度的光滑边缘设计，可以

使桥架的边缘成为钝角的形式，保护电缆在安装时不被划

伤。

(4)快捷、灵活

再也不会耽误工程进度，省时设计。CABLOFIL提供的

解决方案有着无与伦比的灵活性，可以减少多达50%的设计

和安装时间：CABLOFIL网格式桥架可用于各种不利情况以

及突发的变更。

(5)安全、可靠

CABLOFIL的桥架应用广泛，因为它是世界上通过测

试、获得认证最多的桥架c

(6)耐用

对于任何环境(普通或极端情况)CABLOFIL,都可以相

应提供高强度表面处理或不锈钢系列的网格式桥架及其配

件。

⑺坚固

CABLOFIL桥架其独特的结构拥有专利权，焊接牢固，

重量轻，强度高。

(8)清洁

CABLOFIL网格式桥架的开放式结构无灰尘积聚，更干

净，减轻用户的清洁卫生维护工作量。

(9)易于维护和管理

CABLOFIL桥架的开放式结构和快装配件方便维护和安

装升级。

(10)保证电缆性能

CABLOFIL桥架的结构充分保护线缆，而且具有良好的

通风性能，可以保障线缆的信号传输质量。

(11)环保

CABLOFIL产品是100%环保产品。资源消耗少、无毒副

产品。”做得更好，用得更少”。

4

卡博菲桥架系统的内容

卡博菲桥架系统由卡博菲桥架主体系统、卡博菲桥架连

接系统、卡博菲桥架支撑系统、卡博菲布线辅助系统、卡博

菲桥架路由调整系统组成，现分别叙述。

卡博菲桥架主体系统

卡博菲桥架主体系统(标准规定)的动力电缆和数据电缆

必须分开安装。例如，欧洲标准规定非屏蔽动力电缆和非屏

蔽双绞线安装的最小间隔是200mni；如果是屏蔽双绞线，则

最小间隔可到50mm；如果是屏蔽动力电缆，则最小间隔可

到30mm。动力电缆的电磁干扰会降低数据电缆的性能，特

别是影响数据传输的速度。

卡博菲桥架连接系统

为便于运输和加工，卡博菲桥架的直线段的标准长度为

3m,如果敷设的桥架的长度超过3m,就需要把几段直线段

桥架连接起来。卡博菲桥架连接系统分KITASSTR两侧连

接、CEFAS-底部连接、EDRN-两侧连接件。

DKITASSTR两侧连接,如所示。

图KITASSTR两侧连接图

注：KITASSTR=CE25+CE30+BTRCC6*20。

2)CEFAS-底部连接，如所示。

CEFAS-底部连接图

3)EDRN-两侧连接,如所示。

EDRN-两侧连接件图

采用CEFAS-底部连接和EDRN-两侧连接时，每段桥架

连接处的EDRN和CEFAS的数量严格按照卡博菲指导手册。

5

卡博菲桥架安装方式

卡博菲桥架安装方式一般分为4种：

口天花板吊装方式；

口架空地板下安装方式；

口机柜顶面吊装方式；

口墙壁安装方式。

(1)天花板吊装方式

天花板吊装方式分RCSN吊装、R41吊装、AS吊装、

SE50/100吊装。

DRCSN吊装

一般适用于高度不超过105mln,宽度不超过400nlm的桥

架，建议支撑间隔为L5nu因RCSN底部吊装孔径为

8mmx25mm,故在配置钢丝吊杆时，吊杆外径不得超出中8。

RCSN为3米/根，RCSN的实际使用长度根据卡博菲桥架的

宽度情况来切割，以满足工程需要，RCSN的长度为桥架宽

度+100mm。

另外，根据卡博菲企业标准要求，桥架与RCSN支撑必

须进行固定，其方法是将齿状牙片下按直至锁住桥架底部钢

丝。

2)R41吊装

一般使用于RCSN不能使用的重型承载情况，建议支撑

间隔为1.5m。因R41底部吊装孔径为13x30mm,故在配置

钢丝吊杆时，吊杆外径不得超出中13。R41为3米/根，

R41的实际使用长度根据卡博菲桥架的宽度情况来切割，以

满足工程需要，RCSN的长度为桥架宽度+100nunc另外，根

据卡博菲企业标准要求，桥架与R41支撑必须进行固定，其

方法是使用FASTRUT41卡锁件将桥架钢丝与R41边沿锁

定。每个支撑点配置FASTRUT41数量为：宽600nlm为5

个；宽500mm为4个；宽400mm为3个；宽300mm为2

个；宽200mm为1个。

3)卡博菲桥架AS吊装

AS吊装方式为轻型安装方式，主要适用于高度不超过

105mm。宽度不超过300mm的卡博菲桥架安装，建议支撑间

隔为L5mo

4)SF50/100吊装

SF50/100是宽50mm和100mm桥架的专用方式，尤其宽

50nlm桥架吊装一般情况下建议采用此方式！建议安装间隔

为1.5m,且承重不得超过规定数值。

(2)架空地板下安装方式

架空地板下安装方式分RCSN地面固定方式、R55地面

固定方式、UFC+RCSN方式、UFC+CSN方式。

1)RCSN地面固定方式，桥架离地高度为16nlm。

2)R55地面固定方式，桥架离地高度为16mni。

3)UFC+RCSN方式，高度可根据现场需要进行调整。

4)LFC+CSN方式，高度可根据现场需要进行调整。

(3)机柜顶面吊装方式

机柜顶面吊装方式分UFS150+RCSN方式、R55方式。

DUFS150+RCSN方式，高度可根据现场需要进行调整。

2)R55方式，桥架离机柜顶面高度为55mmc

(4)墙壁安装方式

墙壁安装方式有如下几种：

1)RCSN沿墙面安装方式(适用于宽100^600mm的桥架)

2)UC50沿墙面安装方式(专用于宽50mm的桥架)

3)CSN垂直墙面安装方式

4)CU垂直墙面安装方式

5)C41S垂直墙面安装方式

6)CM50XL垂直墙面安装方式(专用于宽50mm.100mm的

桥架)

6

卡博菲桥架布线辅助系统

(1)卡博菲桥架接地

接地是指与大地的直接连接，电气装置或电气线路带电

部分的某点与大地连接、电气装置或其他装置正常时不带目

部分某点与大地的人为连接都叫接地。接地分为正常接地、

故障接地和保护接地。

口正常接地：人为接地。

口故障接地：电气装置