第1章 數據中心概述

人類社會的追求是什么？答案可能層出不窮。

但是有一點可以肯定的是：人類社會一直追求著體力（四肢）、智力（大腦）的無限發展。

著名經濟學家、中國人民大學黃衛平教授形象地比喻：追求“時間的無窮小或無窮大”和“空間的無窮小或無窮大”，是我們人類社會的終極目標。

（1）時間的無窮小，比如相隔幾萬公里的面對面的溝通、快速穿越太空的宇宙飛船等。

（2）時間的無窮大，就是持續的追求長生不老，從2000多年前的秦始皇到今天的基因技術。

（3）空間的無窮小，地球已經是一個村莊，大洋彼岸的事件瞬時傳到全世界。

（4）空間的無窮大，地球已經遠不夠人類住居，從而出現登月、火星計劃、外太空探索等。

為了實現人類的終極目標，人類不斷地繁衍，并不斷地創造新的技術與科技，從自然中獲取物質，并去征服自然。

近代自18世紀以來，已有三次工業革命（或科技革命），讓人類社會獲得空前的發展，幫助人類社會逐步地接近終極目標。

第一次工業革命于18世紀起源于英國，即蒸汽機革命。人們通過廣泛應用蒸汽技術，極大地解放了人類的體力勞動，極大地提高了勞動生產率。

19世紀末，以電的應用為標志發展起來的電機、電信及汽車等技術，推動了人類第二次工業革命，即電力與大工業革命。

第二次世界大戰后期開始啟動，到20世紀70年代廣泛應用，再到1995年前后的大規模互聯網與信息化應用，是人類的第三次工業革命，即信息革命。

三次工業革命把人類社會從農業社會帶入工業社會，又從工業社會帶入信息化社會。如果說第一次工業革命（蒸汽機革命）、第二次工業革命（電力革命）是極大地提升了人類體力極限，那么第三次工業革命（信息革命）則極大地擴大了人類的腦力和智力。

信息革命作為第三次工業革命，提升并擴大人類的腦力和智力，必然將伴隨人類社會持續發展。

數據中心是信息社會的大腦與中樞。

1.1 數據中心起源與定義

在開始數據中心的設計與研究之前，先了解第三次工業革命——信息革命的基石：電話、計算機、互聯網等發明歷程。

1.1.1 電報與電話的發明

人類歷史上最早的通信手段和現在一樣是“無線”的，如利用以火光傳遞信息的烽火臺（如圖1-1所示），通常大家認為這是最早的傳遞消息方式。事實上不是，在我國和非洲古代，擊鼓傳信是最早、最方便的辦法，非洲人用圓木特制的大鼓可傳聲至3～4km處，再通過“鼓聲接力”和專門的“擊鼓語言”，可在很短的時間內把消息準確地傳到50km以外的另一個部落。

1832年，美國畫家莫爾斯在旅歐學習途中，開始對這種新生的電磁感應技術發生了興趣，他經過3年的鉆研之后，在1835年使第一臺電報機問世。1843年，莫爾斯獲得了3萬美元的資助，他用這筆款修建成了從華盛頓到巴爾的摩的電報線路，全長為64.4km。

1844年5月24日，在座無虛席的美國國會大廈里，莫爾斯用他那激動得有些顫抖的雙手，操縱著他傾十余年心血研制成功的電報機，向巴爾的摩發出了人類歷史上的第一份電報：“上帝創造了何等奇跡！”莫爾斯與他發出第一份電報的設備復制品如圖1-2所示。

電報的發明，拉開了電信時代的序幕，開創了人類利用電來傳遞信息的歷史。從此，新的信息革命開始了。

1875年6月2日，貝爾通過送話機喊道：“沃森先生，請過來！我有事找你！”在實驗室里的沃森助手聽到召喚，像發瘋一樣，沖出實驗室，奔向貝爾喊話的寢室。他一路大叫著：“我聽到了貝爾在叫我！我聽到了貝爾在叫我！”…… 這樣，人類有了最初的電話，揭開了一頁嶄新的交往史。

1877年，第一份用電話發出的新聞電訊稿被發送到波士頓《世界報》，標志著電話為公眾所采用。

1878年，貝爾電話公司正式成立。

1965年5月，美國貝爾系統的1號電子交換機問世，它是世界上第一部開通使用的程控電話交換機。程控電話交換機的出現標志著電話大規模進入家庭，成為人們生活與工作必備的通信工具。

1.1.2 計算機的發明

第一部真正可以稱得上計算機的機器，則誕生于1946年的美國，毛琪利與愛克特發明了名為ENIAC的機器（如圖1-3所示）。因為這部計算機使用真空管來處理信號，所以體積龐大（占滿一個房間）、耗電量高（使用時，全鎮的人都知道，因為家家戶戶的電燈都變暗了！），而且記憶容量又非常低（只有100多個字）。但是，它卻已經是人類科技的一大進展。通常把這種使用真空管的計算機稱為第一代計算機。

1950年，美國費城艾克特-莫奇里電腦公司率先大規模生產通用電子計算機。

1953年，IBM生產的第一種商用計算機（701型）正式投放市場，機體內采用的是電子管。

1960年，美國數字設備公司首次在商用計算機中用晶體管代替了電子管。

1971年，研制了袖珍電子計算機。

1981年，IBM公司成功研制的PC（人個計算機），是最早的微型計算機。從此，PC廣泛進入人們的工作和生活。

1.1.3 互聯網的發明

1969年，美國國防部國防高級研究計劃署（DOD/DARPA）資助建立了一個名為阿帕網（ARPANET）的網絡，這個網絡把位于洛杉磯的加利福尼亞大學、位于圣巴巴拉的加利福尼亞大學、斯坦福大學，以及位于鹽湖城的猶他州州立大學的計算機主機連接起來，位于各個節點的大型計算機采用分組交換技術，通過專門的通信交換機（IMP）和專門的通信線路相互連接。這個阿帕網就是Internet的最早雛形。網絡設備聯網示意圖如圖1-4所示。

1972年，ARPANET上的網點數已經達到40個，這40個網點之間可以發送小文本文件（當時稱這種文件為電子郵件，也就是現在的E-mail）和利用文件傳輸協議發送大文本文件，包括數據文件（即現在Internet中的FTP），同時也發現了通過把一臺計算機模擬成另一臺遠程計算機的一個終端而使用遠程計算機上的資源的方法，這種方法稱為Telnet。E-mail、FTP和Telnet是在Internet上較早出現的重要工具，特別是E-mail仍然是目前In-ternet上的最主要應用。

1989年，伯納斯·李為了設計一個供同事們交換資料的線上工作空間，提出了一個稱為“World Wide Web”的全球超文本項目計劃，目的是能夠將各自的信息通過超文本傳輸實現網絡共享。一年以后，伯納斯·李開發出架構起全球資訊網的三大基本技術：HTTP/HTML/URL。

1991的新年剛過，伯納斯·李把自己開發的全球資訊網放到網際網路上。于是，一個劃時代的奇跡誕生了，這就是今天風靡世界的互聯網。

1.1.4 數據中心的興起

通信、計算機、互聯網的先后發明與規模應用，標志著近代社會人類第三次工業革命——信息革命的大規模興起與應用。在由通信技術、計算機、網絡組成的IT基礎設施中，數據中心（Data Center）則成為“集大成者”。數據中心及與之對應的客戶端/服務器（Cli-ent/Server）模式的出現，對整個IT的革命意義，類似猿人直立解放雙手，是在信息化階段中，公認為從計算機時代跨越到信息時代的關鍵一步。

集中和分散是兩個在計算機、通信與網絡技術中至關重要的概念。從第一臺計算機發明以來，就是一道永遠無法避開的選擇題。猶如我國古人所云“天下分久必合，合久必分”，在信息革命中一次又一次地演繹。

從發明計算機到目前網絡盛行的橫跨60余年的時間大尺度來看，人類社會的計算方式經歷了從集中主機—分散運算—再次集中的過程。這個過程當然不是簡單的往復的過程，分為如下階段。

第一階段：1945—1971年。計算機器件組成主要以電子管、晶體管為主，體積大，耗電大，主要用于國防機構、科學研究等軍事或者準軍事機構。由于計算消耗的資源過大，成本過高，因此計算的各種資源集中也就是必然的選擇。同時，也誕生了與之配套的第一代的數據機房。UPS/機房精密空調就是在這個時代誕生的。

第二階段：1971—1995年。隨著大規模集成電路的迅速發展，計算機除了向巨型機方向發展外，更多地朝著小型機和微型機方向快速演進。1971年年末，世界上第一臺微型計算機在美國舊金山南部的硅谷應運而生，它開創了微型計算機的新時代。在這個時代，計算的形態總的來說是以分散為主，分散與集中并存。因此，數據機房的形態也就必然是各種小型、中型、大型機房并存的態勢，特別是中、小型機房得到了爆炸式的發展。

第三階段：1995年至今，互聯網的興起被視為計算行業自發明計算機之后的第二個里程碑。互聯網的興起在本質上是對計算資源的優化與整合。對人類社會分散計算資源的整合是計算發展本身的內在的要求與趨勢。本階段計算資源再次集中的過程絕不是對第一階段的簡單復制，具有兩個典型的特點：

（1）分散的個體計算資源本身的計算能力急速發展，比如摩爾定律和其后的多核技術就是典型的應用。

（2）個體計算資源被互聯網整合。這種整合現在也成了一個關鍵環節，因此也會不斷地演進。

按照上述兩條思路看現今的熱點：Intel和AMD的白熱化競爭、刀片服務器、互聯網寬帶、IPv6、虛擬化、云計算等均在上述思路覆蓋之中。

在具備網絡基礎之后，歷史又回到了集中的模式上，數據機房在這個階段呈現出一種新的形態：數據中心以及與之對應的Client/Server模式的出現。數據中心的出現，是IT世界從第一個“集中—分布”輪回走向第二個“集中—分布”輪回的標志。

數據中心通過實現統一的數據定義與命名規范、集中的數據環境，從而達到數據共享與利用的目標，其機房建設的理念在發展的里程中也更加成熟和理性，不斷地超越原來“機房”的范疇，日益演進為組織內部的支撐平臺以及對外營運的業務平臺。數據中心及其C/S體系的出現，是信息革命的第二次高峰，為信息革命縱深發展奠定了基石。計算與數據機房的演進路線示意圖如圖1-5所示。