什麼是數據中心？完整新手入門指南

什麼是數據中心？全面入門指南

在當今數碼世界中，數據中心是幾乎所有網上活動背後的核心基礎設施，無論是發送電郵、進行銀行轉帳，還是觀看串流電影，背後均依賴數據中心運作。儘管大部分人每天都在使用這些系統，但真正了解其幕後運作的人卻寥寥可數。

本指南將為您介紹什麼是數據中心、其主要組成部分，以及不同行業如何利用數據中心支援其日常營運。閱讀完畢後，您將更深入了解這些關鍵設施及其在我們日常生活中所扮演的重要角色。

1. 什麼是數據中心？

數據中心是一個設施，用於安置運算及網絡設備，以儲存、處理及分發用於各種應用程式、網站及服務的數據。簡而言之，數據中心是一個高度受控的環境，專為支援企業的 IT 基礎設施而設計。

可以將數據中心想像為互聯網及企業營運的「數碼骨幹」。無論是串流播放電影、即時處理股票交易，還是管理大量客戶數據，這一切其實都是在某個數據中心內進行。

2. 數據中心的主要組成部分

數據中心包含多種專業硬件及基礎設施，專為處理及管理龐大數據而設。以下是構成數據中心的核心組成部分：

伺服器

在每個數據中心的核心位置都是伺服器——這些是專為儲存、處理及管理數據而設的高效能電腦。伺服器負責運行應用程式、管理數據庫以及承載網站。在數據中心內，通常會排列數以百計甚至數千部伺服器，以提升運作效率。這些機器就是整個設施的「工作引擎」。

伺服器可處理的工作包括：

• 執行業務應用程式（例如 SAP 或 Oracle 等 ERP 系統）
• 管理企業數據庫
• 承載網站或雲端應用程式（如 Gmail、Netflix 或 Salesforce）

機架與機櫃

數據中心的機架（有時亦稱為機櫃）用於安置伺服器、網絡設備及儲存裝置。這些機架有助於善用空間，同時提升氣流流通，改善冷卻效果。機架通常採用標準尺寸設計，可垂直堆疊多個設備，以最大化空間運用效率。

• 熱／冷通道設計：許多數據中心採用「熱／冷通道配置」策略，將機架排列成行，使冷空氣由伺服器前方導入，熱空氣則由後方排出。此配置有助管理機房溫度，降低設備過熱的風險。

儲存系統

數據中心亦設有大型儲存系統，用以保存所有數碼資料。這些儲存系統可以是網絡附加儲存裝置（NAS）、儲存區域網絡（SAN），或雲端儲存平台。這些儲存方案具備可擴展性、高可靠性及高速存取能力，能讓數據在多部設備之間輕鬆讀取或備份。

數據中心常用的一種儲存技術是 RAID（獨立磁碟冗餘陣列），它會將數據複製至多個硬碟中，確保即使其中一個硬碟發生故障，資料亦可完整保留，避免資料遺失。

佈線與跳線管理

在數據中心內，伺服器、儲存裝置與網絡設備之間的連接，主要依賴大量的佈線與跳線系統來實現。

• 佈線：數據中心使用高品質的銅線及光纖電纜，讓數據能以極高速在設備之間及與外部網絡之間傳輸。數據中心技術人員會細心管理電纜的佈線路徑，以確保訊號效能並盡量減少干擾。

• 跳線管理：跳線板（Patch Panel）用於連接伺服器與網絡設備，方便日後進行重新配置及故障排查。良好的跳線管理有助保持設備之間的物理連接整齊有序，提升系統擴充與維護的效率。

網絡設備

為了連接數據中心內各部伺服器與儲存裝置，並確保與外部網絡的順暢通訊，必須配備專業的網絡設備。

• 路由器與交換器：路由器負責將數據由數據中心傳送至互聯網其他部分，或從外部接收資料；而交換器則讓數據中心內不同設備之間能夠互相通訊。
• 防火牆：防火牆是一種安全設備，根據預設的安全規則監控及控制進出數據中心的網絡流量，從而保護系統免受網絡攻擊。

電力基礎設施

數據中心的電力基礎設施專為提供不間斷供電而設，即使遇上停電亦能確保系統持續運作。這一點極為關鍵，因為任何停機都可能導致網上服務中斷，造成高昂損失。

• 不間斷電源系統（UPS）：UPS 系統可在停電時即時提供備用電力，確保伺服器及其他關鍵設備在主電源恢復期間仍能持續運作，避免服務中斷。
• 備用發電機：這些是大型工業級發電機，當出現長時間停電時會自動啟動，為數據中心提供長期電力支援，直至市電恢復。

冷卻系統

伺服器及數據中心內的其他設備在運作期間會產生大量熱能。若沒有適當的冷卻措施，這些設備將會過熱並導致故障。因此，數據中心必須依賴先進的冷卻系統來維持理想的運作溫度。

• CRAC 單元（電腦機房空調系統）：這些是專為數據中心而設的空調設備，用以調節機房內的溫度與濕度，確保設備在最佳環境下穩定運作。
• 液冷系統：部分數據中心採用液冷技術，透過循環冷水來吸收熱量，其散熱效能遠高於單靠空氣冷卻。此技術在高效能運算（HPC）環境中越來越受歡迎。

保安系統

在數據中心中，實體與網絡安全同樣至關重要。確保設施內所儲存及處理的敏感資料受到妥善保護，是企業及其客戶維護信任與合規的關鍵。

• 實體保安：數據中心設有先進的實體保安措施，包括生物識別掃描器、門禁卡系統及全天候閉路電視監控，以防止未經授權人士進入。只有獲授權人員方可接近如伺服器機房等敏感區域，確保設施及數據安全。
• 網絡保安：數據中心採用防火牆、加密技術及入侵偵測系統（IDS）等多重保護機制，以防止網絡攻擊及資料外洩，確保系統與數據安全無虞。

3. 數據中心的類型

並非所有數據中心都是一樣的。根據企業的實際需求，可選用不同類型的數據中心。以下是主要的幾種類型：

企業級數據中心

這類數據中心由大型企業自行建設、擁有及營運，專供公司內部使用。例如 JPMorgan Chase 就營運自家數據中心，以管理敏感金融數據、確保符合監管要求，並保持對基礎設施的全面控制。企業級數據中心通常設於公司總部附近，以方便管理及支援業務運作。

共置數據中心

對於不希望自行建設及管理數據中心的企業而言，共置數據中心（Colocation，簡稱 Colo）提供可租用的空間、電力及冷卻基礎設施。客戶自備伺服器及網絡設備，而共置服務供應商則負責設施本身的管理，包括建築物、供電及冷卻系統的日常維護。

• 例子：Equinix 是全球最大的共置數據中心供應商之一，為有需要的企業提供安全、高效能的 IT 設備託管空間，讓客戶毋須承擔建設自有數據中心的高昂資本開支。

雲端數據中心

Amazon Web Services（AWS）、Microsoft Azure 和 Google Cloud 等公司均營運大型雲端數據中心。這些設施讓企業可按需租用運算資源，如儲存空間、處理能力及網絡功能，無需自行購置實體硬件。雲端數據中心具備極高的可擴展性，能靈活滿足各類規模企業的運算需求。

• 例子：Netflix 作為全球串流媒體服務的領導品牌，每天向數以百萬計用戶提供內容，極度依賴 AWS 的雲端數據中心來儲存及傳送其媒體內容。AWS 讓 Netflix 能根據實時需求靈活調整基礎設施，特別是在高峰時段，確保服務穩定不中斷。

邊緣數據中心

邊緣數據中心是規模較小且分散式的設施，設置位置更貼近最終用戶。其主要用途是降低延遲，提升即時應用程式（如遊戲、影音串流或自動駕駛系統）的服務表現。透過邊緣運算，數據可於本地處理，毋須傳送至遠端數據中心，從而大大縮短資料傳輸所需的時間。

4. 數據中心在不同行業中的角色

雖然數據中心對各類型企業而言都是不可或缺的基礎設施，但不同行業對其的依賴方式各有不同。以下將簡介各行各業如何運用數據中心來支援其業務運作：

金融機構

銀行、證券交易所及保險公司等金融機構使用數據中心來管理客戶資料、處理交易，並確保符合監管要求。這些數據中心通常須遵守嚴格的合規標準，例如 PCI DSS（支付卡行業數據安全標準），以確保支付資訊的處理安全可靠。

• 例子：紐約證券交易所（NYSE）營運自家數據中心以處理每日數十億筆交易。即使只是短短幾秒的延遲，亦可能造成可觀的財務損失。

醫療保健行業

Hospitals and healthcare providers rely on data centers to store and manage sensitive patient data. With the rise of electronic health records (EHRs), data centers are critical for ensuring that patient data is secure and accessible to healthcare professionals at any time.

• 例子：Mayo Clinic（梅約診所）利用數據中心儲存病人資料，確保醫生能快速而安全地存取所需資訊。醫療行業亦必須嚴格遵守如 HIPAA（健康保險流通與責任法案）等法規，以保障病人的私隱權。

科技公司

對科技公司而言，數據中心是其業務營運的核心。Google、Apple 和 Facebook 等企業利用數據中心來儲存及處理用戶所產生的龐大數據量。這類公司通常興建超大規模（Hyperscale）數據中心，設施內配置數十萬部伺服器，以應付龐大的數據處理需求。

• 例子：Google 在全球各地設有數據中心，確保用戶無論身處何地，都能以最低延遲存取其服務，包括 Gmail、Google Cloud 及 YouTube 等。

電子商務

電子商務平台高度依賴數據中心來處理網上交易、儲存客戶資料，以及提供個人化的購物體驗。若沒有數據中心支援，這些企業將無法即時處理訂單、管理庫存，或應對大量同時發生的用戶互動。

• 作為全球最大的網上零售商之一，Amazon.com 透過其旗下的 Amazon Web Services（AWS）營運自家數據中心，以處理每日數以百萬計的交易、用戶資料及訂單流程。AWS 讓 Amazon 及其他電子商務平台在黑色星期五等高峰銷售時期亦能迅速擴展資源，確保即使面對龐大流量，服務依然穩定不中斷。

政府及公共部門

政府機構及公共部門組織利用數據中心來儲存敏感資訊、管理市民服務，以及確保公共基礎設施的正常運作。數據中心有助於處理龐大的資料集，包括國家安全、公共醫療、稅務紀錄等各類關鍵資訊。

• 例子：美國國防部依賴高度保安的數據中心來管理機密資訊、支援軍事行動，並確保政府各部門之間的通訊安全。這些數據中心必須嚴格遵守保安規範，以防止未經授權人士接觸敏感資料。

能源及公用事業

能源及公用事業部門依賴數據中心來監控及控制關鍵基礎設施，例如電網、水處理設施及石油輸送管道。這些數據中心負責管理即時數據，確保系統運作高效、穩定且可靠。

• 例子：像 Exelon 這類公用電力公司會營運自家數據中心，用以實時監控電網運作，確保電力高效地供應予數以百萬計的用戶，同時維持電網穩定。數據中心亦支援預測性維修及即時能源使用監控，從而優化營運效率。

5. 常見數據中心術語

數據中心擁有一套專屬的技術術語，用以描述不同的組件與功能。以下是一些常見用語，助您更深入了解數據中心的運作方式：

• 伺服器（Server）：用以儲存及處理數據的電腦，負責為用戶運行各類應用程式及服務。

• RAID（獨立磁碟冗餘陣列）：一種將數據分散儲存在多個硬碟上的方式，用以提升效能及提供資料冗餘。即使其中一個硬碟損壞，資料仍可於其他硬碟中安全保留。

• UPS（不間斷電源系統）：提供備用電力的系統，確保伺服器及其他設備在短暫停電期間繼續運作。UPS 可即時供電，直至主電源恢復或轉接至發電機。

• CRAC 單元（電腦機房空調系統）：專為數據中心設計的空調系統，用以維持理想的溫度及濕度，避免伺服器過熱。

• 雲端運算（Cloud Computing）：透過互聯網提供運算資源（如儲存空間及處理能力）的一種模式。企業無需擁有實體硬件，可向如 AWS、Microsoft Azure 或 Google Cloud 等供應商租用資源。

• 跳線板（Patch Panel）：用於組織及連接伺服器、儲存設備及網絡裝置的配線板，使網絡配置更易於管理、更方便進行修改與故障排查。

• 共置服務（Colocation / Colo）：企業租用數據中心內的空間、電力及冷卻設施，自行擁有及管理伺服器設備，由共置服務供應商負責提供基礎設施管理。

• 熱／冷通道配置（Hot/Cold Aisle）：一種數據中心機架佈局策略，將伺服器排列成冷氣進風通道與熱氣排風通道交替分布，有效管理氣流，降低過熱風險。

6. 數據中心在現代世界中日益重要的角色

隨着企業持續推動數碼轉型，對數據中心的需求亦正迅速增長。數據中心正由傳統的實體設施，逐步演變為以雲端及邊緣運算為核心的解決方案，以應對即時數據處理日益增長的需求。

向雲端及混合型數據中心的轉型

許多企業正逐步轉向雲端數據中心，以降低成本並提升可擴展性。相比自行興建及維護實體數據中心，越來越多企業選擇採用如 Amazon Web Services（AWS）、Microsoft Azure 及 Google Cloud 等服務。這些雲端服務供應商提供按需付費模式，讓企業可根據實際需要靈活擴展或縮減其 IT 基礎設施。

部分企業採用混合型數據中心模式，結合本地的實體基礎設施與雲端服務。此模式提供更大靈活性，企業可將部分關鍵系統保留於內部，同時利用雲端平台處理其他工作負載。

邊緣運算的崛起

隨着物聯網（IoT）設備、5G 網絡及即時應用（如自動駕駛車輛及虛擬實境）的迅速發展，邊緣運算的重要性日益提升。邊緣數據中心是設於更貼近終端用戶位置的較小型設施，旨在就近處理數據，以降低延遲並提升服務速度與反應效率。

例子：Verizon 正在美國各地建設邊緣數據中心網絡，以支援其 5G 網絡對低延遲的要求。這些邊緣數據中心將使智慧城市、自動駕駛車輛及虛擬實境等即時應用得以更高效地運作。

總結

數據中心是驅動現代世界運作的隱形引擎，支援着從日常應用程式以至全球金融市場的一切。正如您所了解的，數據中心遠不止於一個擺滿電腦的倉庫，而是一個高度先進的設施，專為高效且安全地儲存、處理及傳輸龐大數據而設。

深入了解數據中心的組成部分、其運作方式，以及各行各業如何依賴這些基礎設施，有助您更全面認識數據中心在當今數碼生態中的關鍵角色。無論是透過雲端服務、共置託管，或企業自設基礎設施，數據中心已成為企業成功及我們日常所倚賴服務無縫運作的核心。

隨着企業持續邁向雲端運算及邊緣數據中心，這些設施的重要性只會與日俱增，推動創新發展，並塑造未來科技的面貌。