第1章 数据中心概述

人类社会的追求是什么？答案可能层出不穷。

但是有一点可以肯定的是：人类社会一直追求着体力（四肢）、智力（大脑）的无限发展。

著名经济学家、中国人民大学黄卫平教授形象地比喻：追求“时间的无穷小或无穷大”和“空间的无穷小或无穷大”，是我们人类社会的终极目标。

（1）时间的无穷小，比如相隔几万公里的面对面的沟通、快速穿越太空的宇宙飞船等。

（2）时间的无穷大，就是持续的追求长生不老，从2000多年前的秦始皇到今天的基因技术。

（3）空间的无穷小，地球已经是一个村庄，大洋彼岸的事件瞬时传到全世界。

（4）空间的无穷大，地球已经远不够人类住居，从而出现登月、火星计划、外太空探索等。

为了实现人类的终极目标，人类不断地繁衍，并不断地创造新的技术与科技，从自然中获取物质，并去征服自然。

近代自18世纪以来，已有三次工业革命（或科技革命），让人类社会获得空前的发展，帮助人类社会逐步地接近终极目标。

第一次工业革命于18世纪起源于英国，即蒸汽机革命。人们通过广泛应用蒸汽技术，极大地解放了人类的体力劳动，极大地提高了劳动生产率。

19世纪末，以电的应用为标志发展起来的电机、电信及汽车等技术，推动了人类第二次工业革命，即电力与大工业革命。

第二次世界大战后期开始启动，到20世纪70年代广泛应用，再到1995年前后的大规模互联网与信息化应用，是人类的第三次工业革命，即信息革命。

三次工业革命把人类社会从农业社会带入工业社会，又从工业社会带入信息化社会。如果说第一次工业革命（蒸汽机革命）、第二次工业革命（电力革命）是极大地提升了人类体力极限，那么第三次工业革命（信息革命）则极大地扩大了人类的脑力和智力。

信息革命作为第三次工业革命，提升并扩大人类的脑力和智力，必然将伴随人类社会持续发展。

数据中心是信息社会的大脑与中枢。

1.1 数据中心起源与定义

在开始数据中心的设计与研究之前，先了解第三次工业革命——信息革命的基石：电话、计算机、互联网等发明历程。

1.1.1 电报与电话的发明

人类历史上最早的通信手段和现在一样是“无线”的，如利用以火光传递信息的烽火台（如图1-1所示），通常大家认为这是最早的传递消息方式。事实上不是，在我国和非洲古代，击鼓传信是最早、最方便的办法，非洲人用圆木特制的大鼓可传声至3～4km处，再通过“鼓声接力”和专门的“击鼓语言”，可在很短的时间内把消息准确地传到50km以外的另一个部落。

1832年，美国画家莫尔斯在旅欧学习途中，开始对这种新生的电磁感应技术发生了兴趣，他经过3年的钻研之后，在1835年使第一台电报机问世。1843年，莫尔斯获得了3万美元的资助，他用这笔款修建成了从华盛顿到巴尔的摩的电报线路，全长为64.4km。

1844年5月24日，在座无虚席的美国国会大厦里，莫尔斯用他那激动得有些颤抖的双手，操纵着他倾十余年心血研制成功的电报机，向巴尔的摩发出了人类历史上的第一份电报：“上帝创造了何等奇迹！”莫尔斯与他发出第一份电报的设备复制品如图1-2所示。

电报的发明，拉开了电信时代的序幕，开创了人类利用电来传递信息的历史。从此，新的信息革命开始了。

1875年6月2日，贝尔通过送话机喊道：“沃森先生，请过来！我有事找你！”在实验室里的沃森助手听到召唤，像发疯一样，冲出实验室，奔向贝尔喊话的寝室。他一路大叫着：“我听到了贝尔在叫我！我听到了贝尔在叫我！”…… 这样，人类有了最初的电话，揭开了一页崭新的交往史。

1877年，第一份用电话发出的新闻电讯稿被发送到波士顿《世界报》，标志着电话为公众所采用。

1878年，贝尔电话公司正式成立。

1965年5月，美国贝尔系统的1号电子交换机问世，它是世界上第一部开通使用的程控电话交换机。程控电话交换机的出现标志着电话大规模进入家庭，成为人们生活与工作必备的通信工具。

1.1.2 计算机的发明

第一部真正可以称得上计算机的机器，则诞生于1946年的美国，毛琪利与爱克特发明了名为ENIAC的机器（如图1-3所示）。因为这部计算机使用真空管来处理信号，所以体积庞大（占满一个房间）、耗电量高（使用时，全镇的人都知道，因为家家户户的电灯都变暗了！），而且记忆容量又非常低（只有100多个字）。但是，它却已经是人类科技的一大进展。通常把这种使用真空管的计算机称为第一代计算机。

1950年，美国费城艾克特-莫奇里电脑公司率先大规模生产通用电子计算机。

1953年，IBM生产的第一种商用计算机（701型）正式投放市场，机体内采用的是电子管。

1960年，美国数字设备公司首次在商用计算机中用晶体管代替了电子管。

1971年，研制了袖珍电子计算机。

1981年，IBM公司成功研制的PC（人个计算机），是最早的微型计算机。从此，PC广泛进入人们的工作和生活。

1.1.3 互联网的发明

1969年，美国国防部国防高级研究计划署（DOD/DARPA）资助建立了一个名为阿帕网（ARPANET）的网络，这个网络把位于洛杉矶的加利福尼亚大学、位于圣巴巴拉的加利福尼亚大学、斯坦福大学，以及位于盐湖城的犹他州州立大学的计算机主机连接起来，位于各个节点的大型计算机采用分组交换技术，通过专门的通信交换机（IMP）和专门的通信线路相互连接。这个阿帕网就是Internet的最早雏形。网络设备联网示意图如图1-4所示。

1972年，ARPANET上的网点数已经达到40个，这40个网点之间可以发送小文本文件（当时称这种文件为电子邮件，也就是现在的E-mail）和利用文件传输协议发送大文本文件，包括数据文件（即现在Internet中的FTP），同时也发现了通过把一台计算机模拟成另一台远程计算机的一个终端而使用远程计算机上的资源的方法，这种方法称为Telnet。E-mail、FTP和Telnet是在Internet上较早出现的重要工具，特别是E-mail仍然是目前In-ternet上的最主要应用。

1989年，伯纳斯·李为了设计一个供同事们交换资料的线上工作空间，提出了一个称为“World Wide Web”的全球超文本项目计划，目的是能够将各自的信息通过超文本传输实现网络共享。一年以后，伯纳斯·李开发出架构起全球资讯网的三大基本技术：HTTP/HTML/URL。

1991的新年刚过，伯纳斯·李把自己开发的全球资讯网放到网际网路上。于是，一个划时代的奇迹诞生了，这就是今天风靡世界的互联网。

1.1.4 数据中心的兴起

通信、计算机、互联网的先后发明与规模应用，标志着近代社会人类第三次工业革命——信息革命的大规模兴起与应用。在由通信技术、计算机、网络组成的IT基础设施中，数据中心（Data Center）则成为“集大成者”。数据中心及与之对应的客户端/服务器（Cli-ent/Server）模式的出现，对整个IT的革命意义，类似猿人直立解放双手，是在信息化阶段中，公认为从计算机时代跨越到信息时代的关键一步。

集中和分散是两个在计算机、通信与网络技术中至关重要的概念。从第一台计算机发明以来，就是一道永远无法避开的选择题。犹如我国古人所云“天下分久必合，合久必分”，在信息革命中一次又一次地演绎。

从发明计算机到目前网络盛行的横跨60余年的时间大尺度来看，人类社会的计算方式经历了从集中主机—分散运算—再次集中的过程。这个过程当然不是简单的往复的过程，分为如下阶段。

第一阶段：1945—1971年。计算机器件组成主要以电子管、晶体管为主，体积大，耗电大，主要用于国防机构、科学研究等军事或者准军事机构。由于计算消耗的资源过大，成本过高，因此计算的各种资源集中也就是必然的选择。同时，也诞生了与之配套的第一代的数据机房。UPS/机房精密空调就是在这个时代诞生的。

第二阶段：1971—1995年。随着大规模集成电路的迅速发展，计算机除了向巨型机方向发展外，更多地朝着小型机和微型机方向快速演进。1971年年末，世界上第一台微型计算机在美国旧金山南部的硅谷应运而生，它开创了微型计算机的新时代。在这个时代，计算的形态总的来说是以分散为主，分散与集中并存。因此，数据机房的形态也就必然是各种小型、中型、大型机房并存的态势，特别是中、小型机房得到了爆炸式的发展。

第三阶段：1995年至今，互联网的兴起被视为计算行业自发明计算机之后的第二个里程碑。互联网的兴起在本质上是对计算资源的优化与整合。对人类社会分散计算资源的整合是计算发展本身的内在的要求与趋势。本阶段计算资源再次集中的过程绝不是对第一阶段的简单复制，具有两个典型的特点：

（1）分散的个体计算资源本身的计算能力急速发展，比如摩尔定律和其后的多核技术就是典型的应用。

（2）个体计算资源被互联网整合。这种整合现在也成了一个关键环节，因此也会不断地演进。

按照上述两条思路看现今的热点：Intel和AMD的白热化竞争、刀片服务器、互联网宽带、IPv6、虚拟化、云计算等均在上述思路覆盖之中。

在具备网络基础之后，历史又回到了集中的模式上，数据机房在这个阶段呈现出一种新的形态：数据中心以及与之对应的Client/Server模式的出现。数据中心的出现，是IT世界从第一个“集中—分布”轮回走向第二个“集中—分布”轮回的标志。

数据中心通过实现统一的数据定义与命名规范、集中的数据环境，从而达到数据共享与利用的目标，其机房建设的理念在发展的里程中也更加成熟和理性，不断地超越原来“机房”的范畴，日益演进为组织内部的支撑平台以及对外营运的业务平台。数据中心及其C/S体系的出现，是信息革命的第二次高峰，为信息革命纵深发展奠定了基石。计算与数据机房的演进路线示意图如图1-5所示。