Что такое дата-центр (ЦОД): назначение, преимущества и уровни классификации Tier
13.08.2024, в 13:56
Внешний вид дата-центра изнутри. Источник: on
Содержание:
- Введение
- Что такое центр обработки данных (ЦОД)?
- Серверы
- Хранение данных
- Сетевое оборудование
- Питание
- Охлаждение
- Безопасность
- Для чего нужен центр обработки данных?
- Хранение данных
- Обработка данных
- Хостинг веб-сайтов
- Облачные вычисления
- Резервное копирование
- Поддержка IT-инфраструктуры
- Уровни сертификации центров обработки данных
- Схемы резервирования данных в ЦОД
- В чем плюсы размещения оборудования в ЦОД?
Введение
Ежегодно количество данных, которые непрерывно создаются, хранятся и обрабатываются, растет в геометрической прогрессии. Компании, правительственные организации и даже частные лица все больше зависят от мощных серверов, облачных сервисов и систем, предназначенных для хранения данных.
Далее мы рассмотрим, что такое центр обработки данных (он же дата-центр), для чего используется ЦОД, какова классификация таких структур и в чем плюсы размещения в них своего оборудования.
Что такое центр обработки данных (ЦОД)?
Центр обработки данных — это отдельное помещение или комплекс из помещений внутри здания для установки серверов, устройств для долговременного размещения информации, сетевого и электрического оборудования и прочих IT-ресурсов, которые используются для таких операций с данными, как их получение, обработка, хранение, передача и восстановление.
Дата-центр — это структура, содержащая в себе не только непосредственно сервера с данными, но и разветвленную инфраструктуру для их обслуживания. Ниже изучим основные элементы и системы, из которых выстраивается современный центр обработки данных.
Внешний вид размещения оборудования в дата-центре. Источник: .
Серверы
Серверы — это основа вычислительных ресурсов любого дата-центра. Они представляют собой мощные компьютеры, собранные под выполнение ряда специфических задач по типу обработки данных, обеспечения работы веб-приложений, управления базами с информацией и вычислений.
В зависимости от исполнения серверы в составе современного ЦОД могут быть представлены следующими категориями:
- Физические. Это компьютеры с материнскими платами, процессорами, блоками питания и оперативной памятью с прочими комплектующими. Все это собрано в серверных стойках.
- Виртуальные. Программные среды, которые работают на базе физических серверов в виде виртуальных машин. Виртуализация распределяет ресурсы одного ПК на несколько сред.
В зависимости от предназначения в конкретном дата-центре, физические и виртуальные серверы могут быть оптимизированы для конкретных задач, таких как работа с большими объемами данных (также известная как Big Data), поддержка облачных сервисов или выполнение научных расчетов.
ЦОД часто выбирают 1U сервера для работы в продакшене, это связано с минимальными издержками на размещение сервера. Компактный форм-фактор дает возможность увеличить плотность компоновки мощностей и тем самым увеличить число вычислительных узлов на квадратный метр.
Хранение данных
Для сохранения клиентских данных используются как отдельные жесткие диски, так и целые системы по типу NAS и SAN. К этой части ЦОД предъявляются особо строгие требования, и это обусловлено тем, что от скорости и надежности доступа к информации зависит эффективность дата-центра.
В ЦОД могут эксплуатироваться следующие виды систем хранения:
- HDD. Механические устройства большого объема по относительно низкой цене. Применяются для хранения крупных объемов данных с низкими требованиями по части скорости доступа к ним.
- SSD. Быстрые твердотельные накопители, основанные на flash-памяти. Они демонстрируют гораздо более высокую скорость чтения и записи по сравнению с HDD, но имеют меньшую емкость и более высокую стоимость.
- Сетевые системы хранения (NAS, SAN). Открывают централизованный доступ к данным для серверов и пользователей. NAS использует традиционные сетевые протоколы для доступа к файлам, SAN предоставляет путь к блокам данных через высокоскоростные сети.
Для создания гибкого и производительного хранилища в ЦОД используются различные виды твердотельных накопителей и HDD.
В зависимости от потребностей, дата-центры могут использовать различные комбинации типов устройств и систем хранения для оптимального баланса между стоимостью, скоростью и емкостью.
Сетевое оборудование
Берет на себя передачу информации как внутри центра обработки данных, так и между ЦОД и внешними сетями. Оно может включать в себя следующие разновидности устройств:
- Маршрутизаторы. Управляют передачей данных между сетями, включая внешние уровни, такие как интернет, и внутренние сети ЦОД.
- Коммутаторы. Соединяют устройства внутри сети центра обработки данных, управляя потоками информации между серверами и системами.
- Брандмауэры. Отвечают за безопасность сети, контролируют входящие и исходящие потоки данных и блокируют несанкционированный доступ.
- Балансировщики нагрузки. Распределяют сетевой трафик между несколькими серверами, тем самым оптимизируют использование ресурсов и снижают риск перегрузки.
Надежная и высокопроизводительная сеть необходима для поддержания стабильности бизнес-процессов, ведь даже небольшие задержки или сбои могут привести к значительным потерям.
Для работы большого числа серверов используются коммутаторы промышленного уровня с портами QSFP+, QSFP28 и QSFP56. Использование производительного сетевого оборудования позволяет эффективно масштабировать вычислительные мощности.
Питание
Инфраструктура электропитания остается крайне важной частью современного ЦОД, которая обеспечивает стабильное и бесперебойное питание всех систем и оборудования. Это особенно необходимо с тем учетом, что подавляющее большинство дата-центров работают в режиме 24/7.
В основу инфраструктуры электрического питания ЦОД входят следующие виды оборудования:
- Источники резервного питания. ИБП обеспечивают временное электропитание при отключении основного источника, что дает время для переключения на резервные системы.
- Генераторы. Автономные электростанции включаются в работу при длительных перебоях в электроснабжении. Могут поддерживать работу несколько часов и даже дней.
- Электрические распределительные системы. Это трансформаторы, панели, электрокабели, которые соединяют отдельные элементы ЦОД и подают на них электрическую энергию.
В современных дата-центрах используется многократное резервирование электрических систем, и это позволяет значительно минимизировать риск простоев и обеспечить бесперебойную работу.
Охлаждение
Серверы и другое оборудование в составе дата-центра выделяют в процессе эксплуатации тепло, и без надлежащего охлаждения есть риск перегрева, сбоя в работе и даже выхода оборудования и строя.
В зависимости от размеров, мощности ЦОД и других факторов используются следующие системы:
- Жидкостное охлаждение. Для отвода лишнего тепла от серверов такая система использует жидкости, такие как вода или специальные хладагенты. Широко применяется для плотных серверных ферм.
- Воздушное охлаждение. Включает системы вентиляции и кондиционирования, которые поддерживают циркуляцию холодного и удаление горячего воздуха. Часто используется в сочетании с горячими и холодными серверными коридорами.
Кроме того, могут использоваться отдельные кондиционеры. Такое оборудование поддерживает постоянную температуру и влажность в серверных помещениях. Применяются специальные модели типа CRAC и CRAH, созданные для обслуживания компьютерного оборудования.
Охлаждение серверного оборудования по принципу “горячий и холодный коридор”. Охлажденный воздух попадает подается из напольных отверстий и устремляется в серверное оборудование. Горячий воздух по специальному коридору направляется в прецизионный кондиционер, где он снова обретает исходную температуру и может быть использован повторно. Источник: .
Безопасность
Безопасность является приоритетом для всех дата-центров, так как на базе ЦОД часто хранят и обрабатывают критически важную информацию. Используются следующие системы безопасности:
- Физическая безопасность. Подразумевает контроль доступа непосредственно к объекту, где установлено серверное оборудование и прочие системы, а также такие меры, как видеонаблюдение и защита периметра от несанкционированного проникновения.
- Кибербезопасность. Включает брандмауэры, а также ряд систем, предназначенных для своевременного обнаружения и упреждения хакерских вторжений. Дополняется использованием антивирусного ПО и шифрованием критически важной информации.
- Резервное копирование и восстановление. Гарантирует защиту от потери данных и быстрое восстановление работы в случае инцидентов с утратой хранимой информации.
Кроме того, в современных дата-центрах ведется постоянное отслеживание событий и аудит логов, предназначенных для выявления подозрительной активности и предотвращения возможных угроз.
Для чего нужен центр обработки данных?
Дата-центры выступают фундаментальной инфраструктурой для множества отраслей и выполняют ряд важных задач. Ниже рассмотрим основные направления, в которых они широко используются.
Хранение данных
ЦОД нужны для хранения огромных объемов данных, включая базы, документы, мультимедийные файлы, резервные копии и другие типы информации. Появляется возможность длительного и безопасного хранения, систематизации, кластеризации и оперативного доступа к данным при такой необходимости, причем совершенно безопасно за счет четкого разграничения прав пользователей.
Обработка данных
Категория включает в себя выполнение сложных вычислительных задач, анализ данных, машинное обучение и другие процессы, которые требуют значительных вычислительных ресурсов. Центры обработки данных могут одновременно выполнять большой ряд задач в том числе благодаря ранее описанной виртуализации, тем самым оптимизируя бизнес-процессы и повышая их эффективность.
Хостинг веб-сайтов
Благодаря мощной серверной инфраструктуре, ЦОД обеспечивают высокую производительность, быстрый отклик и стабильную работу сайтов, интернет-магазинов, социальных сетей и других онлайн-сервисов и веб-приложений. Это особенно важно для организаций, прибыль которых очень крепко завязана на возможность постоянного доступа пользователей к корпоративным ресурсам.
Облачные вычисления
Дата-центры представляют огромные вычислительные мощности, хранилища данных и сетевые ресурсы для облачных платформ (включая IaaS, PaaS, SaaS). Компании могут использовать облачные решения для масштабирования ресурсов в зависимости от корпоративных потребностей, бюджета.
Резервное копирование
На базе ЦОД возможно создание и хранение копий критически важных данных. Такой подход дает компаниям возможность в значительной степени минимизировать потенциально высокие риски потери важной информации в случае сбоев или кибератак. Услуги по резервному копированию и восстановлению данных популярны как у небольших, так и у крупных компаний.
Поддержка IT-инфраструктуры
ЦОД предоставляют инфраструктуру, которая критически важна для работы корпоративных систем, включая ERP-системы, CRM, финансовые и аналитические системы. Дата-центр гарантирует непрерывность работы любых бизнес-процессов, и это особенно важно для крупных корпораций.
Уровни сертификации центров обработки данных
Уровень сертификации ЦОД – это характеристика, по которой можно понять степень надежности и отказоустойчивости оборудования в конкретном дата-центре. Существуют четыре уровня (тира):
- Tier 1. Гарантия безотказной работы в течение 99,67% времени на протяжении одного года. Простой – не более 28,8 часов за 365 дней. Вариант для компаний начального уровня.
- Tier 2. За счет более продвинутой инфраструктуры (включая системы питания и охлаждения) безотказность составляет 99,75%, а это не более 22 часов простоя в течение одного года.
- Tier 3. ЦОД с таким уровнем сертификации бесперебойно работает до 99,98% времени, что составляет всего 1,6 часа простоя в год. Оптимальный выбор для серьезных компаний.
- Tier 4. На максимальном уровне отказоустойчивость дата-центра составляет 99,995% либо около 25 минут простоя в год. ЦОД для обслуживания критически важной инфраструктуры.
Соответственно, с уровнем растет не только надежность и отказоустойчивость, но еще и стоимость обслуживания клиентов. В связи с этим при выборе тира нужно опираться на потребности бизнеса.
Отличия разных уровней Tier в виде таблицы. Несмотря на превосходство Tier 4, такой стандарт как Tier 3 является конкурентоспособным ввиду сравнительно низкого время простоя в год. Также стоит отметить, что Тир 3 ЦОД могут быть значительно дешевле их усовершенствованных аналогов, поэтому выбирать уровень дата-центра нужно в соответствии с финансовыми возможностями.
Схемы резервирования данных в ЦОД
Для увеличения надежности хранения информации современные дата-центры используют разные схемы резервирования данных. Следующие варианты встречаются на практике наиболее часто:
- N. Резервирование как таковое отсутствует, поэтому надежность всей системы для хранения информации определяется уровнем надежности каждого отдельного ее элемента.
- N+1. Используется один резервный элемент. Если одна из основных систем выйдет из строя, резерв полностью берет на себя ее нагрузку до тех пор, пока ЦОД не остановят на ремонт.
- 2N. Схема с двумя системами хранения данных, соединенными параллельно и делящими нагрузку пополам. Если одна из них выйдет из строя, вторая берет на себя 100% нагрузку.
- 2N+1. Аналог схемы 2N, однако здесь используется дополнительный резервный элемент. Принцип работы такой же, как в случае с N+1, однако уровень надежности несколько выше.
- 2(N+1). Комплекс из двух систем хранения данных, которые выполнены по схеме N+1. На фоне предыдущих вариантов это наиболее отказоустойчивый вариант, так как здесь идет дублирование не только самих систем, но и самих резервных элементов на случай отказа.
- 3/2N. Более производительный и менее требовательный к питанию вариант системы 2N. В этом случае каждый элемент берет не 50% нагрузки, а около 75%, что повышает отдачу.
Чем сложнее система, тем она надежнее, но в то же время дороже, что надо учесть при выборе.
В чем плюсы размещения оборудования в ЦОД?
Популярность услуг дата-центров в России и за ее пределами обусловлена большим рядом плюсов:
- высокая надежность и отказоустойчивость серверного оборудования;
- возможность масштабирования в практически неограниченном объеме;
- экономия на обустройстве собственных вычислительных мощностей;
- высокий уровень безопасности от физических и кибернетических угроз;
- доступ к передовым технологиям, так как ЦОД постоянно их обновляют;
- гибкость и адаптивность, что важно для развивающихся сфер бизнеса.
Крайне важно правильно выбрать дата-центр, опираясь не только на рекламные описания самого ЦОД, но и на отзывы реальных клиентов, репутацию компании, на собственный бюджет и запросы.