大型綜合布線系統(tǒng)的災難備份思考

文｜德特威勒電纜系統(tǒng)（上海）有限公司 曾松鳴

綜合布線系統(tǒng)自出世以來，一直是以高可靠性為核心焦點，它不惜為每一臺電腦敷設一根雙絞線這樣的星型結(jié)構取代廉價的同軸電纜構成的總線型結(jié)構，使一根線發(fā)生故障所造成的信息中斷僅限于一臺電腦，而其他電腦依然能夠正常工作。從這一角度來看，綜合布線系統(tǒng)的最大亮點之一就是解決了總線型網(wǎng)絡結(jié)構中始終無法回避的故障環(huán)境下的信息傳輸問題。隨著智能建筑的規(guī)模越來越大，數(shù)據(jù)主干的星型結(jié)構就成為抵御故障的最大難點，為了解決這一問題，在近幾年頒布的各種綜合布線標準中，冗余型布線系統(tǒng)的拓撲結(jié)構已經(jīng)成為基本的拓撲結(jié)構之一。

在軟件系統(tǒng)結(jié)構部分，國家已經(jīng)出臺了大量災備方面的標準，但在綜合布線方面，至今能看到的僅僅是歐洲綜合布線標準中有關線路冗余的相關內(nèi)容，而對于線路的外部保護則沒有配套的介紹。本文將使用冗余型布線技術，對災難來臨時面對強烈沖擊破壞，伴隨著火災的環(huán)境，依然要保證部分乃至大部分信息傳輸正常工作，提出自己的思考和觀點。

假設：某一建筑物高8層，總建筑面積為48萬平方米，其中有1個核心層交換機機房、3個匯聚層交換機房，而接入層機房則呈菱形結(jié)構分布，共有36個弱電間，每個弱電間管轄800個6類信息點，其中500個為數(shù)據(jù)點，使用1U 48口網(wǎng)絡交換機。該建筑對外有2個進線間，同時在同城的另一個地方，有一個異地備份機房，必要時可以承擔核心層交換機房的功能。進一步假定是：各匯聚層機房可以通過橋架貫通、每層樓的各FD之間因同處一個樓層，也可以使用橋架貫通。

按正常的綜合布線設計方法，它的拓撲結(jié)構如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)綜合布線系統(tǒng)拓撲圖

作為傳統(tǒng)的布線設計，到這一步拓撲結(jié)構的設計已經(jīng)完成，后續(xù)所需的僅僅是計算具體的參數(shù)。但作為面向災難備份的布線系統(tǒng)，規(guī)劃才剛剛開始。

常規(guī)的綜合布線系統(tǒng)結(jié)構對由人為災難引起的整棟建筑物或建筑群危害是無能為力的。綜合布線系統(tǒng)的災備設計所需要考慮的主要問題是：因災難原因引起的電源斷電、爆炸引起的沖擊波和局部火災、橋架斷裂等對信息傳輸?shù)木植课：Α?/p>

為了解決這個問題，就需要從信息傳輸?shù)耐負浣Y(jié)構和外部保護兩方面共同進行。其中，拓撲結(jié)構應采用冗余備份結(jié)構，而外部保護在從關鍵纜線的路徑上予以保護。

線路冗余：作為一棟大型建筑的正常信息傳輸而言，綜合布線系統(tǒng)的多級星型結(jié)構和冗余結(jié)構已足以滿足其安全性要求。當然，對于誰都不希望出現(xiàn)的天災人禍降臨在CD主機房或BD機房，則現(xiàn)有布線結(jié)構還是難以抵擋的。

在2007年頒布的歐洲綜合布線標準：《信息技術：綜合布線系統(tǒng)第2部分：辦公建筑》（EN 50173.2-2007）第4.7節(jié)中，提供了冗余布線的拓撲示意圖，如圖2所示。

圖2 冗余結(jié)構的布線拓撲示意圖（引自EN 50173.2-2007圖8）

對于線路安全而言，冗余是一種非常理想的方案，同時也是在許多中、高等級的綜合布線系統(tǒng)中經(jīng)常采用（或部分采用）的方案。

外部保護：借助于橋架種類、多路徑、安裝位置、纜線的護套材料、場地等方式對信息傳輸纜線進行保護。

1 每個樓層配線架FD通往匯聚機房BD的光纜橋架損壞

每個樓層配線架FD通往匯聚機房BD的光纜橋架可能會損壞，導致其中的光纜損壞，造成相應的樓層配線架對外傳輸中斷。

從冗余角度看，如果采用兩根橋架，經(jīng)過兩個不同的路徑通往兩個匯聚機房BD是最佳的選擇（如圖3所示）。如果做不到，那采用兩根光纜取代一根光纜也是一個可以選擇的構思（如圖4所示）。

圖3 綜合布線拓撲結(jié)構示意圖（FD至BD之間為雙路徑冗余）

圖4 綜合布線拓撲結(jié)構示意圖（FD至BD之間為單路徑冗余）

圖3和圖4的差異有兩個，一是圖3的兩根光纜分別進入兩個匯聚層機房BD，圖4的兩根光纜則全部進入同一根匯聚層機房BD，所以一旦其中一個匯聚層機房發(fā)生故障，在圖3依然能夠保持工作，圖4將陷于癱瘓；二是圖3的兩個路徑是分開的，其中任何一路發(fā)生故障，都不會影響信息傳輸，而圖4是在同一個橋架中敷設兩根首尾相同的光纜，所以它屬于最簡單、最低等級的冗余設計。如果條件允許，可以在圖3和圖4的兩個極端冗余設計中選擇一個性能價格比、符合現(xiàn)場實際情況的冗余方案。這些方案中包括：

（1）兩根光纜沿兩個橋架敷設至兩個不同位置的上級機房。

（2）兩根光纜沿兩個橋架敷設至兩個不同位置的上級機房，并在這兩個不同位置的上級機房之間敷設光纜，最終將兩根光纜的末端延伸至同一個上級機房（如圖5所示）。

圖5 綜合布線拓撲結(jié)構示意圖（FD至BD之間為單路徑冗余）

（3）兩根光纜先合并沿一個橋架，然后分開兩個橋架敷設至兩個不同位置的上級機房。

（4）兩根光纜分別經(jīng)兩個橋架敷設至同一個上級機房。

（5）兩根光纜沿一個橋架敷設至同一個上級機房。

2 匯聚機房BD、進線間至核心機房CD之間的光纜橋架損壞

當匯聚機房BD和進線間至核心機房CD之間的光纜一旦損壞，所造成的該匯聚機房所屬的所有FD都將失去信息傳輸，或是使本身已經(jīng)形成的雙冗余系統(tǒng)被破壞。所以這些光纜的重要性遠高于FD至匯聚機房BD之間的光纜。

典型的匯聚機房、進線間至核心機房之間冗余光纜的拓撲結(jié)構可以參見圖2，對于圖5反映的系統(tǒng)邏輯圖，要構成冗余結(jié)構，則只能選擇兩根光纜分別走兩個橋架到達核心機房CD的方式（如圖6所示）。

圖6 匯聚機房、進線間至核心機房的綜合布線拓撲結(jié)構示意圖

3 匯聚機房BD損壞

匯聚層機房在大型建筑物中是最基本的信息機房之一，它一旦發(fā)生故障，可能會導致FD至匯聚機房、匯聚機房至核心機房之間的信息傳輸全部中斷或部分中斷。

在圖6中，如果在常規(guī)拓撲結(jié)構下BD2損毀，將導致BD2所屬的12個弱電間（FD13～FD24）信息傳輸中斷。比較理想的解決方法是采用冗余方案：12個弱電間分設2根光纜，途徑兩個橋架，敷設到兩個匯聚機房中（參見圖3、圖5和圖6）。

作為一間機房，還需要從光纜的外部保護角度分析光纜在受到外力所損傷的程度，我們希望的是盡量保持光纜不被破壞。為此，可以列舉幾種保護光纜的方法：

（1）使用全封閉金屬橋架。全封閉金屬橋架可以全方位的保護光纜不受外力的打擊，耐火內(nèi)膽可以有效防止因外力造成的損壞所引發(fā)的火焰和高溫破壞光纜。

（2）使用耐火光纜。在災難來臨時，往往會伴隨著火災，這是需要考慮的問題就引伸到火場附近、沒有被火焰吞噬的網(wǎng)絡設備和服務器是否還能夠進行工作，對于不重要的機房而言，火災發(fā)生的同時，外部供電系統(tǒng)將立即切斷，而UPS供電則根據(jù)業(yè)主方的要求分別有切斷和不切斷兩種方案。對于重要的服務器而言，它將工作到“生命”的最后一刻。另外，機房內(nèi)的災備機柜內(nèi)也用于保護服務器和網(wǎng)絡設備，但它對外的信息傳輸和供電則依然暴露在火場中。如果要求保證這些沒有被燒著的服務器和網(wǎng)絡設備繼續(xù)工作，則需要使用耐火光纜。中國的耐火光纜可以在750℃的火場中持續(xù)工作1.5小時，歐洲的耐火光纜可以在850℃的火場中持續(xù)工作3小時。如果選用耐火光纜，則可以防范因外部損壞導致局部火災時仍然能夠保持信息傳輸。當然如果采用耐火光纜，則有必要同步引入耐火電纜。

（3）水平主干橋架不采用架空，而是安裝在墻邊的地面附近，因為萬一發(fā)生爆炸時，架空橋架將首先損壞，而墻邊地面附近則是受影響最小的地方。當然，這里所指的墻不是靠近走廊的玻璃墻和石膏板墻，而是比較堅固的墻，這與防地震的原理是相近的。

（4）在匯聚機房中往往會有垂直進線橋架，對于這部分橋架同樣一個選擇全封閉耐火橋架。只是這些橋架應該固定在堅固的墻面上，并延伸到地面附近與水平主干橋架連接。如果在機房內(nèi)的墻面上有突出的柱子，則能將橋架隱藏在柱子旁的拐角內(nèi)是比較理想的。

4 核心機房CD損壞

核心機房CD是整棟建筑的信息傳輸中樞。就傳統(tǒng)的傳輸結(jié)構來說，如果它因局部的不可抗力被毀，同時引發(fā)部分機房起火。如果起火的機房是網(wǎng)絡設備和主配線架所在的區(qū)域，那就有可能導致整棟建筑的信息傳輸全部中斷，即使有災難備份機房也難以發(fā)揮作用。可以說從信息災備角度來看，核心主機房成為該建筑物信息系統(tǒng)中的“命門”。

基于圖1拓撲結(jié)構的綜合布線系統(tǒng)的冗余結(jié)構依然可以參考圖6，光纜的外部保護也可以參考匯聚機房BD中的外部保護方式，但還需要考慮以下問題：

（1）核心機房的網(wǎng)絡區(qū)往往只有一個，如果它一旦收到不可抗力的損毀，則通常會造成電源系統(tǒng)斷電，導致防火區(qū)域內(nèi)停電，這時如果外部災備機房與該建筑物連接的光纜及網(wǎng)絡設備也在主干區(qū)域內(nèi)，那外部災備機房形同虛設。為了避免以上問題，需根據(jù)圖2的思路，在核心機房內(nèi)尋找第2個防火分區(qū)，并在第2個防火分區(qū)中再設一套冗余的網(wǎng)絡設備和主配線架。

（2）萬一網(wǎng)絡區(qū)徹底毀損，上述的方法將全部失效。這時，可以考慮將部分匯聚機房作為核心機房的備份，使用光纜直接連接到各進線間，形成更為復雜的冗余拓撲結(jié)構（如圖7所示)。

圖7 防核心機房徹底毀損的布線拓撲結(jié)構示意圖

（3）當核心機房CD被損毀時，火勢可能會蔓延到機房以外。這時，鄰近的防火分區(qū)內(nèi)也會起火，當某一匯聚機房BD在通往進線間的通路經(jīng)過已經(jīng)起火的防火分區(qū)時，如果所用光纜為普通的阻燃/低煙無鹵光纜，則該光纜會被火焰燒毀，導致相應匯聚機房BD至進線間的光纜損壞，造成即使核心機房CD損毀仍然無法讓匯聚機房BD通過光纜連接到進線間。隨著防火纜線技術的發(fā)展，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了阻燃耐火/低煙無鹵光纜，它可以在850℃的火場中持續(xù)傳輸時間可以達到3個小時，其工作溫度遠高于CMP所能達到的工作溫度，而它的阻燃/低煙無鹵特性，有保證了火勢不會順著光纜蔓延、火場中煙霧少和毒氣少、利于火場中的人們逃生的特性，可以說它兼得了高阻燃纜線和低煙無鹵纜線的雙重優(yōu)勢，并有超越這兩大類纜線的優(yōu)越之處。至于耐火光纜的溫度為850℃，則根據(jù)2008年頒布的《民用建筑電氣設計規(guī)范》（JGJ 16-2008），民用火災的溫度通常小于1000℃，這樣的耐火光纜可以保證在經(jīng)過起火的防火分區(qū)時仍然能夠正常工作。

5 進線間損毀

在圖1所示的結(jié)構中，進線間有兩個，而且不在同一個地方，從災備角度看，除非整棟建筑全部倒塌，否則兩個進線間同時損毀的概率是非常低的，幾乎可以不用考慮。

從圖1演變到圖7，利用了各種方法，其中包含外部災備機房、光纜冗余、全封閉金屬橋架、耐火橋架、耐火光纜、安裝位置、雙防火分區(qū)等，借助于多重保護的方法使盡量多的信息傳輸依然能夠保持正常的工作狀態(tài)，這是災備綜合布線系統(tǒng)與常規(guī)冗余綜合布線系統(tǒng)所不同的所在。

對于一個實用的災備布線系統(tǒng)，不是說越復雜越好，而是根據(jù)工程的實際情況，確定發(fā)生問題的幾個可能性，針對這些可能性進行有效的災備設計，以求具有實效性，而不是追求面面俱到。

本文章的一系列解決方案是在一個業(yè)主問了一個問題：“萬一我的主機房被炸時，怎樣保證信息傳輸”后逐漸形成的。由于目前的各種標準中都沒有這方面的描述，所以本文僅僅只希望能夠發(fā)揮“拋磚引玉”的作用，為今后完善的災備綜合布線系統(tǒng)做出鋪墊，希望在不久的未來，災備綜合布線系統(tǒng)能夠進入標準，像冗余布線系統(tǒng)一樣，成為有據(jù)可查的、規(guī)范化的綜合布線系統(tǒng)。