大型科技園區(qū)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)劃

郭瑞平 / 胡建軍

s(1.中國(guó)惠普有限公司，北京 100022； 2.中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院有限公司(原中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院)智能工程中心，北京 100044)

1 概述

為了能全面了解大型科技園區(qū)所涉及到的各種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，文章結(jié)合最近完成的某大型國(guó)企高新技術(shù)科技園區(qū)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行論述。該大型科技園區(qū)包括科研大樓、高新計(jì)算機(jī)房、介質(zhì)存儲(chǔ)中心、動(dòng)力站樓等多棟建筑。項(xiàng)目前期通過(guò)大量調(diào)研及對(duì)客戶需求進(jìn)行深入詳細(xì)的了解，完成了對(duì)科技園區(qū)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)。具體網(wǎng)絡(luò)設(shè)置包含了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)、辦公網(wǎng)、園區(qū)無(wú)線網(wǎng)、生產(chǎn)/研發(fā)網(wǎng)、園區(qū)智能化專(zhuān)網(wǎng)、企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃原則

1)前瞻性：充分考慮科技園區(qū)的發(fā)展趨勢(shì)和未來(lái)需求，既能滿足園區(qū)近期實(shí)際需求，又能滿足未來(lái)十年系統(tǒng)的發(fā)展需求，規(guī)劃應(yīng)能支持未來(lái)可能出現(xiàn)大規(guī)模擴(kuò)容的需要。

2)可靠性、實(shí)用性和可維護(hù)性：規(guī)劃應(yīng)采用成熟的技術(shù)，充分考慮未來(lái)技術(shù)發(fā)展的路線，貼合運(yùn)維管理的應(yīng)用需求。

3)靈活性和擴(kuò)展性：規(guī)劃分層的模塊化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在功能、容量、覆蓋能力等各方面具有易擴(kuò)展能力。

3 模塊化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)劃

科技園區(qū)內(nèi)的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要包括以下網(wǎng)絡(luò)模塊。

1)大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(Mainframe Network)：承載園區(qū)生產(chǎn)/科研業(yè)務(wù)，屬于國(guó)家涉密網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，位于高性能計(jì)算中心。

園區(qū)辦公網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(OA Network)：承載整個(gè)園區(qū)內(nèi)OA、ERP、Mail、Web、視頻會(huì)議等系統(tǒng)的信息傳輸，滿足整個(gè)園區(qū)Internet接入需求。

2)生產(chǎn)/開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(Products/Development Network)：承載園區(qū)生產(chǎn)業(yè)務(wù)，屬于國(guó)家涉密網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，涉及數(shù)據(jù)中心、科技大樓。生產(chǎn)與開(kāi)發(fā)網(wǎng)相互隔離，但網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相同。生產(chǎn)開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)由位于高性能計(jì)算中心的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)和位于科技大樓的控制操作終端接入部分組成。

3)園區(qū)智能化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(Campus Intelligence Network):定位于園區(qū)智能化信息傳輸控制平臺(tái)，承載園區(qū)內(nèi)諸如綜合安防、樓宇自控、高性能計(jì)算中心環(huán)境監(jiān)控等信息的傳輸。

4)企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)(Enterprise Network):承載園區(qū)生產(chǎn)業(yè)務(wù)，屬于國(guó)家涉密網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，位于高性能計(jì)算中心與科技大樓。

5)帶外管理網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(OOB Network: Out of Band Network):通過(guò)帶外方式管理監(jiān)控高性能計(jì)算中心IT設(shè)備的管理平臺(tái)，覆蓋高性能計(jì)算中心。

另外，由于本企業(yè)集團(tuán)總部數(shù)據(jù)中心的建設(shè)場(chǎng)地與該科技園區(qū)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)場(chǎng)地物理位置分別位于兩個(gè)屬地，文章對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)也做了簡(jiǎn)單介紹。上述各網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)相互物理隔離，各網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)均采用高可靠的分層結(jié)構(gòu)，各網(wǎng)絡(luò)元素及其分布如圖1所示。

4 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

在當(dāng)前“大數(shù)據(jù)、大集中”的前提下，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)合一、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的蓬勃興起，數(shù)據(jù)中心已由以往簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備托管及維護(hù)功能，演變成為目前多業(yè)務(wù)、多應(yīng)用的分析和處理功能為主。網(wǎng)絡(luò)及綜合布線系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心承載業(yè)務(wù)及應(yīng)用的基礎(chǔ)，對(duì)其要求也日益提高，可以說(shuō)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)劃及設(shè)計(jì)的成功與否決定了整個(gè)數(shù)據(jù)中心的成敗。

通常來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與結(jié)構(gòu)化布線相互支持又相互影響，就整體結(jié)構(gòu)而言，可以分為三種布置方式：分散式、集中式、列頭式。

三種布置方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

通過(guò)表1的比較，可以看出各種方式的優(yōu)劣，綜合評(píng)價(jià)各種方式后，結(jié)合科技園區(qū)各網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的實(shí)際需求，建議不同的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)采用不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以最大程度滿足業(yè)務(wù)需求。

5 園區(qū)辦公網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

園區(qū)辦公網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃覆蓋整個(gè)園區(qū)所有區(qū)域，園區(qū)辦公網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建議采用兩層架構(gòu)，核心層與接入層。核心層采用雙核心，并采用N∶1方式進(jìn)行虛擬化，核心交換機(jī)之間采用兩條(或四條)10G連接。為節(jié)省成本，雙核心交換機(jī)均采用單引擎板，但需采用雙電源；接入層IDF間的交換機(jī)采用N∶1的方式虛擬成一臺(tái)邏輯交換機(jī)，避免STP環(huán)路問(wèn)題；聚合后的虛擬交換機(jī)邏輯組與核心交換機(jī)之間采用萬(wàn)兆雙上聯(lián)方式；桌面接入采用1 000M接入；依據(jù)實(shí)際需求，每個(gè)樓層需要一個(gè)或多個(gè)POE交換機(jī)，用于無(wú)線AP的接入。

園區(qū)辦公網(wǎng)(即整個(gè)園區(qū)局域網(wǎng))的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)參見(jiàn)圖2。

由于構(gòu)成辦公系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的服務(wù)器大多為X86服務(wù)器,因而建議采用ToR方式。整個(gè)辦公系統(tǒng)占用一個(gè)機(jī)房模塊，如圖3所示。

1)物理架構(gòu):核心層采用雙核心，并采用N∶1方式進(jìn)行虛擬化，核心交換機(jī)之間采用四條10G連接；為節(jié)省成本，雙核心交換機(jī)均采用單引擎板，但需采用雙電源；匯聚層采用雙核心，并采用N∶1方式進(jìn)行虛擬化，設(shè)備之間采用2條10G連接，向上鏈路帶寬合計(jì)需要達(dá)到40G，與接入層設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)量相比，線速比為200∶40=5∶1。匯聚層設(shè)備可以依據(jù)應(yīng)用的需求，插接LB/FW/IDS等服務(wù)板塊。

2)接入層：每個(gè)機(jī)柜內(nèi)(或頂端)放置一臺(tái)24口千兆(或萬(wàn)兆)以太網(wǎng)交換機(jī)，與相鄰機(jī)柜的交換機(jī)進(jìn)行N∶1虛擬化(或單獨(dú))；聚合后的虛擬交換機(jī)邏輯組與匯聚交換機(jī)之間采用40G雙上聯(lián)方式(或者單臺(tái)交換機(jī)20G雙上聯(lián)方式)，線速比為24∶20=6∶5，每20個(gè)機(jī)柜組成一組，形成一個(gè)POD。

圖2 園區(qū)辦公網(wǎng)架構(gòu)圖

圖3 園區(qū)辦公網(wǎng)物理拓?fù)鋱D

3)外部接入?yún)^(qū)域：外部接入?yún)^(qū)由第三方接入?yún)^(qū)、Internet接入?yún)^(qū)、廣域網(wǎng)接入?yún)^(qū)組成。第三方接入?yún)^(qū)，主要用于辦公數(shù)據(jù)中心內(nèi)與第三方進(jìn)行安全的數(shù)據(jù)交換，采用前置機(jī)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的推送與交換。Internet接入?yún)^(qū)承擔(dān)整個(gè)園區(qū)的Internet接入，建議采用雙Internet出口方式進(jìn)行建設(shè)。廣域網(wǎng)接入?yún)^(qū)采用雙路由方式與企業(yè)(園區(qū))廣域網(wǎng)連接，確保連接的可靠性。

數(shù)據(jù)中心采用標(biāo)準(zhǔn)三層架構(gòu)，高速匯聚層作為整個(gè)數(shù)據(jù)中心的高速包交換通道。匯聚層不僅需要承載對(duì)接入層的匯聚，還需要提供各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如負(fù)載均衡、防火墻安全、入侵檢測(cè)等。接入層提供物理服務(wù)器的接入，依據(jù)實(shí)際需要采用千兆或萬(wàn)兆接入，而交換機(jī)則可以依據(jù)實(shí)際需要選擇不同的端口配備和端口類(lèi)型(光口或電口)。

位于動(dòng)力配套、介質(zhì)存儲(chǔ)中心、高性能數(shù)據(jù)中心的OA網(wǎng)絡(luò)接入層，需要通過(guò)光纖與位于科技大樓的核心層交換機(jī)進(jìn)行直接連接，在整個(gè)建筑區(qū)內(nèi)不再設(shè)置匯聚層。

6 園區(qū)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入是整個(gè)園區(qū)辦公網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的重要組成部分，需要覆蓋科技大樓的動(dòng)力配套、辦公區(qū)域、介質(zhì)存儲(chǔ)中心辦公區(qū)域、職工食堂，將來(lái)根據(jù)需要可以覆蓋整個(gè)園區(qū)。

在科技園區(qū)建設(shè)全覆蓋無(wú)線終端，以滿足園區(qū)工作人員的移動(dòng)終端能隨時(shí)隨地接入園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行移動(dòng)辦公。其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 園區(qū)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

整個(gè)無(wú)線系統(tǒng)采用Thin AP結(jié)構(gòu)，AP通過(guò)L3/L2方式與無(wú)線控制器連接。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三層漫游。

7 生產(chǎn)/開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

科技園區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)/開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)用于承載高性能計(jì)算集群I/O節(jié)點(diǎn)、頭節(jié)點(diǎn)與操控終端之間的數(shù)據(jù)傳輸，屬于涉密網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，覆蓋高性能計(jì)算中心、科技大樓，由高性能計(jì)算中心各集群節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與科技大樓操控終端接入網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)組成(如圖5所示)。

開(kāi)發(fā)/生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用兩層架構(gòu)，分為核心層與接入層。

1)核心層：位于高性能計(jì)算中心網(wǎng)絡(luò)區(qū)，由高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成雙核心，連接多個(gè)機(jī)房模塊內(nèi)的接入交換機(jī)和科技樓內(nèi)用于連接操作終端的交換機(jī)。為高性能計(jì)算中心和不同機(jī)房模塊之間的數(shù)據(jù)流量提供高速包交換通道。

2)接入層：生產(chǎn)/開(kāi)發(fā)系統(tǒng)合計(jì)占用6個(gè)機(jī)房模塊，在各機(jī)房模塊內(nèi)建議采用直連方式(Direct Connect)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署，即在每個(gè)機(jī)房模塊內(nèi)設(shè)置一對(duì)高性能核心機(jī)提供萬(wàn)兆方式承載各類(lèi)節(jié)點(diǎn)(I/O節(jié)點(diǎn)、頭節(jié)點(diǎn))的接入。

8 園區(qū)智能化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

圖5 生產(chǎn)/開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖6 園區(qū)智能化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

科技園區(qū)內(nèi)智能化信息傳輸控制平臺(tái)，用于承載園區(qū)內(nèi)諸如綜合安防、樓宇自控、園區(qū)監(jiān)控，動(dòng)力監(jiān)控、高性能計(jì)算中心環(huán)境監(jiān)控等信息的傳輸。通常園區(qū)內(nèi)不同的系統(tǒng)是由集成商建設(shè)的。為此，建議在科技園內(nèi)建設(shè)統(tǒng)一的園區(qū)智能化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(Campus Intelligence Network)。同時(shí)，通過(guò)統(tǒng)一的園區(qū)智能化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建立，使得在整個(gè)園區(qū)內(nèi)進(jìn)行信息共享成為可能(比如遠(yuǎn)端能耗監(jiān)控等)。

園區(qū)智能化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖6所示。園區(qū)智能化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)采用兩層結(jié)構(gòu)。

1)核心層：采用雙核心，并采用N∶1方式進(jìn)行虛擬化，核心交換機(jī)之間采用兩條10G連接。為節(jié)省成本，雙核心交換機(jī)均采用單引擎板，但需采用雙電源。

2)接入層：接入層交換機(jī)采用N∶1的方式虛擬成一臺(tái)邏輯交換機(jī)，聚合后的虛擬交換機(jī)邏輯組與核心交換機(jī)之間，采用萬(wàn)兆雙上聯(lián)方式。網(wǎng)絡(luò)邏輯，VLAN按照業(yè)務(wù)類(lèi)型進(jìn)行劃分，使得系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)潔方便。

圖7 企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)拓?fù)鋱D

9 企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)

科技園區(qū)的整體網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需要考慮辦公專(zhuān)網(wǎng)的特殊安全需要。所有單位的辦公專(zhuān)網(wǎng)通過(guò)園區(qū)內(nèi)專(zhuān)線光纖鏈路，一一匯聚至數(shù)據(jù)中心的屏蔽機(jī)房，并通過(guò)安全的網(wǎng)絡(luò)出口上聯(lián)到集團(tuán)辦公專(zhuān)網(wǎng)。企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖7所示。

網(wǎng)絡(luò)層次：園區(qū)LAN采用兩層結(jié)構(gòu)，核心層采用雙核心，并采用N∶1方式進(jìn)行虛擬化，核心交換機(jī)之間采用兩條10G或千兆連接；為節(jié)省成本，雙核心交換機(jī)均采用單引擎板，但需采用雙電源。接入層采用1 000M接入；網(wǎng)絡(luò)邏輯，VLAN按照樓層/部門(mén)進(jìn)行劃分，以達(dá)到系統(tǒng)維護(hù)的簡(jiǎn)潔方便。

10 帶外管理網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

帶外管理是目前數(shù)據(jù)中心必須具備的一種管理方式，通過(guò)帶外管理可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心設(shè)備的遠(yuǎn)程管理，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)中心的管理模式，節(jié)省管理成本。帶外管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖8所示。

圖8 帶外管理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

網(wǎng)絡(luò)層次：網(wǎng)絡(luò)采用兩層結(jié)構(gòu)，核心層采用單核心；均采用雙引擎板、雙電源；接入層接入交換機(jī)采用單連接，核心交換機(jī)之間采用千兆方式上聯(lián)；網(wǎng)絡(luò)邏輯，VLAN按照所管理的業(yè)務(wù)類(lèi)型進(jìn)行劃分，以達(dá)到系統(tǒng)維護(hù)的簡(jiǎn)潔方便。

11 數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)

科技園區(qū)的數(shù)據(jù)中心與總部數(shù)據(jù)中心之間通過(guò)DWDM互聯(lián)，通過(guò)DWDM鏈路確保兩個(gè)數(shù)據(jù)中心之間FC與IP連通具備可靠性、高效性?？偛繑?shù)據(jù)中心與科技園區(qū)數(shù)據(jù)中心之間DWDM架構(gòu)如圖9所示。

12 結(jié)束語(yǔ)

圖9 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)互連拓?fù)鋱D

科技園區(qū)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)劃，需要充分考慮未來(lái)信息系統(tǒng)的整合，確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以靈活應(yīng)用；充分考慮未來(lái)新技術(shù)的發(fā)展，合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)，以支持未來(lái)云計(jì)算、云存儲(chǔ)和虛擬化技術(shù)的部署。為科技園區(qū)數(shù)據(jù)中心及園區(qū)未來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)規(guī)劃提供前瞻性構(gòu)想，為科技園區(qū)數(shù)據(jù)中心及園區(qū)綜合布線的規(guī)劃提供依據(jù)。