5G来临,我们该如何打造自己的家庭数据中心基础篇

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本文是家庭数据中心系列的基础篇,欢迎扫码关注“ABC实验室”微信公众号(二维码见文末),订阅本系列实战篇介绍。

编者语

5G来临,在信息化大行其道的今天,如何进行家庭数字化升级,构建我们自己的家庭数据中心,是本文探讨的话题。

如何搭建和优化家庭宽带网络、如何安全存储个人数据、如何构建丰富的家庭娱乐中心、如何利用家庭数据平台促进个人成长,一直是困扰当下很多年轻朋友特别是开发者的问题,本文作者尝试通过系列文章回答这些问题。

导引

最近中国移动客服给作者电话,说只要在原有套餐基础上每个月多加20元,百兆宽带就可以升级为千兆宽带。 这听起来很诱人,不是吗?家庭带宽都可以这么低价格升级到千兆啦(总共30元/月,坐标苏州),真是不敢想象。

这几年国内都在加快电信的基础设施建设和改造升级(PS: 疫情期间启动的新基建,数据中心建设也摆在了重点方向)。以前对中国移动宽带速度慢、体验不好的刻板印象,在近两年作者亲身对比使用中(作者家中也安装了电信宽带)得到了很大改观。中国移动这几年在主干网建设和宽带新开户方面,的确是一枝独秀!

今天引入中移动宽带千兆升级这个话题,主要想说说在这个光纤入户、5G商用、万物互联的时代,各行各业都在巨大的时代浪潮推动下进行数字化改造和升级,我们私人数据将会呈爆炸式增长而愈发重要,谁先管理并利用好这些宝贵的数据资产,将决定着个人持续成长和家庭的宝贵数字财富累积。因此结合个人的体验,和大家初步探讨下如何构建家庭数据中心这个话题。

概述

目标

首先,我们这里所指的家挺数据中心概念,既不是指成千上万台服务器的大规模互联网数据中心,也不是大家所说的有几十台或上百台服务器的电信机房,我们这里所说的家庭数据中心,更多的目标在于“家用”,对家庭进行数字化并对其数据进行系统管理和利用。网上也有家庭数据中心的这个提法,更多集中在数据存储和媒体中心的功能上。这篇文章也将数据存储为家庭数据平台的核心,但会以家庭数字化升级为目标,来做做进一步的扩充和增强。

数据中心

价值

关于构建家庭数据中心,大家第一个想到的问题肯定会问它会带来哪些好处呢,作者做如下简要分析:

  1. 保护好个人和家庭数据,例如:家庭相册、珍贵视频、重要文件、娱乐媒体等,这些都是重要的数字资产。举例来说,等你老了的时候再看看过往的珍贵照片和视频,回忆一下以前那些峥嵘岁月,那体验一定很美好! 虽然云存储也能做到这些,但在隐私安全性、网络速度和扩容成本上都要差一些。
  2. 提供更丰富的媒体娱乐服务,例如:家庭媒体中心,可以便捷观看下载的电影、摄影图片等。
  3. 扩大信息获取,这个很好理解,这是墙的消极面。例如:Github网站是我们开发人员需要经常访问的,但由于墙的原因不是一直能访问,这是一个敏感话题不便展开,但却是一个普遍痛点。
  4. 增强智能家居,现在智能家居设备有很多,什么智能摄像头、可视门铃、智能音响等等,这些设备都需要联网、联动和数据管理这些基础支撑。
  5. 促进个人成长,如果你是一个IT爱好者,你知道我说什么。 如果有自己的IT设施和平台,岂不是比云服务更可控、成本更低、更具成长性和创新性。即使你不是IT成业人员,只是一个普普通通的网民,你依然可以借助家庭数据平台,Own一个,利用它的独有性、持续性和托管能力,孵化你的数字资产,促进个人、家庭和事业的进步。

挑战

构建家庭数据中心会如下挑战:

  1. 低成本,我相信很多人都不可能投入太多,否则就直接用云服务了。成本控制在1~2万元以下是大家还能接受的幅度。
  2. 低功耗,毕竟平台一直在线,如果功耗很高,一年电费都伤不起啊!
  3. 体积小,太大的设备在家里也没地方放的。虽然网上也看到国外家庭数据中心规模也不小,但毕竟那只少数人的个例。
  4. 低噪音,设备太吵会影响家庭成员学习和休息,那就适得其反了。
  5. 按需性能,性能不是追求的目标,毕竟家庭使用场景,负载还是很小的。
  6. 稳定可靠,这点在网上常见的家用方案中比较容易被忽视,但其实只有稳定可靠才有更大意义和价值,否则只是个玩具而已。

框架

虽然家庭数据中心没有真正数据中心规模,目标也完全不同,但却涉及到相同的IT领域。我们知道IT基本内容包括计算、存储和网络,家庭数据中心也会涉及到这些方面。因此我们会从家庭的网络、家用的设备、数据存储和支撑系统等四个方面给与介绍,整体框架如下图所示:

家庭数据中心框架图

需求

结合个人体验,我觉得家庭数字化常见需求主要包括:宽带上网、文件存储、家庭云盘和媒体中心等几个部分。

1.宽带上网

一般家庭基本上都有10个以上的数字终端,而随着5G和智能家居的推广和普及,家庭智能化设备会更多。宽带上网应该是这些家庭设备的基本需求。同时,移动设备还需要无线覆盖。因此家庭上网普遍存在两个痛点,一个是无线覆盖范围和稳定性不足,另外一个就是上网速度慢了。所以我们在选择方案的时需要解决这两个核心问题。

2.文件存储

文件存储需求应该是构建家庭数据中心的核心目标了。不管你有没有意识到,无论是大的高清视频,还是一个小小合同模板或儿子生日照片,这些数字化的数据都是以文件的形式保存。只是没有统一可靠的存储之前,他们在各处散列着。可能在你好久没打开的旧电脑里面(不知道还能不能打开);也可能在你移动优盘里(不知道丢在哪个抽屉的角落里);也可能存在公网云盘里面被小心翼翼的保护着,但5G存储配额好像岌岌可危了。这些散列在各处的个人数字资产,四处割裂着。对待他们,你就像猴子下山一样的态度,边走变丢,仅此而已! 当时间流逝,我们再回头查找的时候,他们早已消失不见了。

因此,构建家庭数据中心核心,要解决好这些家庭成员数字资产便捷、可靠和可扩展的统一存储问题。

3.家庭云盘

家用私有云盘,是文件存储的便捷服务。我想大家都有用过各种网盘进行电脑、手机和平板的文件保存和同步,例如国外知名的有Dropbox、Google Driver、OneDriver,国内有百度云盘、腾讯微盘、苹果的iCloud、电信家庭云盘等等,这些云端网盘服务,普遍存在四个核心问题:隐私安全问题、容量限制问题、资费问题和同步速度体验问题。如果我们自己能够结合家庭网络,打造私人云盘,这些问题都可以迎刃而解。

4.媒体中心

家庭媒体中心主要通过构建媒体服务器提供相应服务,例如媒体服务器支持 iTunes 和 UPnP服务,从而手机或平板可以播放媒体服务器存储的图片、音乐或视频等多媒体内容。通过构建自动离线下载服务,增强媒体娱乐功能。坦白说,这块我用的比较少,但却是不少4k/8k 发烧友构建家庭数据中心的主要目的。

媒体中心这块可能还包括多媒体制作,这块是比较大的专业领域,我们暂时不展开!

选型

接下来谈谈技术选型,我们从硬件、网络和系统,三个方面谈谈技术选型需要考虑的点,以及初步推荐。具体相关详细操作,我会单独写一篇案例来分享实际操作经验。

硬件

路由器

家用路由器常用的品牌有 NETGEAR 和TP-LINK, 选择路由器要考虑如下几点:

  1. 带宽,家用核心路由器一般需要有1~3个千兆WAN,4~10个千兆LAN口,支持无线的路由器2.5G/4G融合带宽在1500M以上。
  2. 稳定性,路由器应该是家用设备中在线时间最长的核心设备,一般都是7*24 不间断工作,因此稳定性非常关键,品牌品质和散热性设计是影响稳定性关键指标。
  3. 性能,路由器的性能是另外一个关键指标,主要看内存大小和CPU相关指标。
  4. 可扩展性,体现在LAN口数量、可扩展的WAN数量、系统可定制型(例如支持梅林固件)

家庭住房面积不大可以直接用一台无线路由器即可,推荐NETGEAR路由器,例如 NETGEAR R7000,NETGEAR 夜莺路由器价格也不贵、可靠性比TP-LINK无线路由器好。这款NETGEAR R7000还支持刷梅林固件,软件扩展性比较强。

如果家庭住房面积较大,建议用TP-LINK TL-R479G+加NETGEAR R7000配合使用。TPLINK TL-R479G+是企业级的千兆路由器,非常稳定,功能丰富且价格不贵,总共9个端口,WAN口可以扩展4个,可以做入户主路由器,进行拨号和核心路由。而NETGEAR R7000可作为侧路由,通过AP模式上联到主路由,主要提供WiFi热点和家庭媒体服务器功能。如果WiFi覆盖不足可以加一个迷你AP作为补充。

存储设备

存储设备选型也有比较多的方案,例如: 路由器外挂移动硬盘方案、迷你主机加大硬盘方案、迷你主机外挂磁盘柜、独立NAS存储等,不同方案优缺点比较如下:

以上四个方案中,方案1成本最低,基本上有NETGEAR路由器,配置一个移动硬盘就可以了。

方案2和方案3类似,需要一定的IT动手能力,方案3在存储容量上更大。针对大量的冷数据(例如下载的高清电影),方案3有其优势。

方案4是是NAS网络存储方案,除了性价比不高之外,属于更专业的解决方案。但没有方案2/3那样多用途。

主机

主机是家庭数据中心重要的扩展。如果说在家庭数据中心中,网络是基础,数据存储是核心,那么主机就是灵魂。 有了主机大大扩展了家庭数据平台的能力。

这些能力包括:

  1. 可靠的私有家庭云盘
  2. 可靠的Web服务托管
  3. 软路由和科学的上网
  4. 网络爬虫和资源采集
  5. 微型技术预演平台
  6. 等等其他可部署的IT能力(此处省略1万言)

在主机硬件和软件选型方面,结合“家用”的特点,选择体积小、低功耗、无噪音的迷你主机即可。而系统平台考虑主机服务特性,可用带桌面的Linux系统。

在主机硬件选择方面。高端的可以选择苹果公司的Mac Mini、扩展性好的可以选择Intel公司的NUC、性价比高的可以选择华硕或华擎的迷你主机。

主机推荐配置,建议内存32G,硬盘 512 SSD系统盘 外加 1T SSD存储盘(基于Intel NUC   NUC8i5BEH 推荐),主机系统采用Ubuntu Desktop 18.0.4 LTS版本

网络

网络是家庭数据中心最重要一环,需要解决“速度”和“可靠性”这两个关键问题。

网络速度

网络速度包括家庭运营商出口带宽和内网速度。其中出口带宽主要受限于宽带套餐,而家庭内网速度主要取决于路由器、网线和无线WiFi带宽。家庭内网速度,只要使用合适千兆路由器,基本上很容易做到千兆网速。所以下面说说出口带宽选型。

出口带宽最低百兆,这个比较容易达到。基本上电信、联通和移动提供的宽带套餐都是百兆起步,但这三家宽带选择,对家庭网络有不小的影响。如下是三家宽带运营商优缺点比较,供大家参考。

综上,如果需要构建家庭托管服务,优选电信或者联通。

可靠性

为了保障家庭网络的可靠性,特别是托管服务的可靠性,需要单根宽带PPPoE多拨或路由器多WAN口融合,这两个方案都能支持同时获取多个外网IP地址,以便访问家庭托管的私有云盘和Web服务,这也是推荐使用电信宽带和TP-LINK 多WAN口路由器的原因。

系统

有了可靠的网络、支持的主机和存储设备后,我们可以构建哪些系统服务呢? 为了构建这些系统服务又需要哪些技术支撑,接下来简单说说这个话题。

外网访问

家中构建的大部分服务,都系统提供外网访问的能力,这样随时随地通过手机或电脑获取家庭数据。所以外网访问,是基本的前置条件。

要提供外网能力,第一步要有外网IP(这里是指IPv4, IPv6还没全面支持),目前家庭宽带能提供外网IP的只有部分地区电信和联通才能提供。如果家庭宽带不提供外网IP的用户,只能采用外网穿透方案,不管是购买类似花生壳的内网穿透服务也好,还是自己购买云主机基于FRP软件自己搭建也罢,也都能达到外网访问的目标。只是内网穿透受限于穿透服务提供商的带宽和付费价位(一般单线穿透带宽都在1M左右),不是特别经济的方案。

如果你家宽带正好提供外网IP,虽然不是固定IP(固定IP属于企业套餐,需要单独购买,而且价格不菲),那依然恭喜你:基本上就可以搭建托管服务了。但你需要解决如下2个问题:

  1. 外网IP不停切换问题,电信宽带拨号基本上都是48小时重新拨号(可投诉改为一个月),所以IP在不断切换,你需要DDNS进行绑定,绑定后会提供一个固定的域名,在宽带外网IP变化时,DDNS客户端会把最新的IP更新到固定域名中,而且DDNS服务一般路由器都可以免费提供(例如本文推荐的两款路由器)。
  2. 80/443端口不能访问问题,电信运营商依照国家政策,为防止个人恶意搭建Web服务,对所有家庭宽带都屏蔽了80/443对外端口服务。因此,我们托管的Web服务,只能通过第三方进行转接。这里必选提到第三方CDN服务的好处,大家可以试试腾讯云的CDN服务,每月提供10G的免费流量,可以使用非443/80端口进行回源,而且支持回源的主备切换,大大提高了服务的可用性,如果10G流量不够,可以再对接下不限流量的360CDN或Cloudflare,做进一步增强。这个原本提供的web内容服务,本身就需要CDN加速,使用腾讯CDN还解决80/443端口不能访问问题,一举两得。但这里作者还是提醒大家,自己搭建的网站还是要做好备案,不做非法业务。

家庭云盘

解决好外网访问问题后,我们来聊聊如何搭建家庭云盘,构建家庭云盘的软件比较多。比较流行的有NextCloud、ownCloud、Seafile 和Syncthing等。其中 ownCloud最为知名,NextCloud是其完善版本,从后台、网页、客户端到各种Office集成,功能都很丰富。而Seafile是中国人开源的软件,用Python写的,性能很好,也有App支持。Syncthing比较专一,主要是文件同步。作者家庭云存储选择的是Seafile,备份手机的相册和同步电脑重要文件,感觉还可以,感谢这些开源项目和开发者。

媒体中心服务

这个功能可以基于NETGEAR路由器或者梅林固件就可以了。可以提供在线播放多媒体内容的服务。后续文章我们再展开!

监控存储

这个需求不是特别多,可能那些大House用户吧,哈哈。基本上路由器上集成商业的NVR存储就可以,如果自己搭建,也可以基于开源软件来搭。

Web托管

这个也是刚才提到比较多的内网,做好外网访问的方案后,使用一套WordPress或其他内容管理系统都可以。WordPress基于插件机制,在内容管理这块功能非常丰富,值得大家做一个尝试,据统计互联网上30%以上的内容网站都使用这WordPress构建。

上网更科学

这个不做展开,你懂得。 用梅林固件或虚拟机跑软路由(Openwrt/Lede)就可以了。

小结

本文主要介绍了构建家庭数据中心的目标、意义、需求及具体技术选型,接下来会结合具体案例介绍如何构建一个真正的家庭数据平台,敬请期待!

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