Как устроен центр обработки данных

Разбираемся, как устроен центр обработки данных (ЦОД), в чем суть его работы и какую роль он играет в облачных вычислениях.

Центр обработки данных, или, как его еще называют, дата-центр, представляет собой отдельное здание, предназначенное для размещения и эксплуатации производительного вычислительного оборудования. ЦОД создает благоприятные условия для вашего «железа» и персонала, который его обслуживает.

Помещение ЦОД чаще всего размещают рядом с магистральной точкой обмена трафиком, так как доступ к вычислительному оборудованию дата-центра чаще всего осуществляется через интернет. И оснащают его современными эффективными инженерными системами — это залог стабильного функционирования.

В ЦОДе используются разные схемы резервирования инженерных систем, уровень которых подтверждается сертификатом, а качество и объем предоставляемых услуг могут быть очень разными.

Инженерные системы ЦОД

Основа любого дата-центра — это инженерные системы, которые представляют собой сложное профессиональное оборудование, которое недоступно для покупки в локальную серверную. То, как будет работать ЦОД, зависит от правильной реализации инженерных систем. Всего можно выделить 5 главных инженерных систем дата-центров:

• Электроснабжение. Главный источник жизни ЦОДа. От того, насколько правильно и бесперебойно осуществляется электропитание дата-центра, зависит стабильность работы размещенного в нем оборудования. Поэтому ЦОД подключают к электросети по нескольким независимым «вводам», устанавливают системы бесперебойного питания, а также подключают дополнительный дизельный генератор на случай полного отключения.
• Кондиционирование. Так как перегрев оборудования недопустим, а любая вычислительная система потребляет много энергии и выделяет большое количество тепла, помещение машинного зала должно очень хорошо охлаждаться. Для охлаждения ЦОД используют профессиональные прецизионные кондиционеры, а также различные современные системы, такие как фрикулинг.
• Безопасность. Важно не только разместить оборудование заказчика в здании ЦОД, но и обеспечить его полную безопасность и конфиденциальность хранимых данных. Системы безопасности ЦОД включают систему контроля доступа, видеонаблюдение, пожарную сигнализацию, систему экстренного пожаротушения и другие. Важно превентивно устранять проблемы. Так, например, использование специальных датчиков раннего обнаружения пожара позволяют избежать масштабных катастроф. Также в ЦОД строго регламентируется физический доступ к размещенному оборудованию — за это отвечает собственная служба безопасности.
• Передача данных. Стабильный и бесперебойный процесс передачи данных важен для любого дата-центра. Для его обеспечения используют как выделенные каналы, так и общедоступные интернет-сети с широкой полосой пропускания. Каналы обязательно резервируются.
• Диспетчеризация. Обеспечение стабильной работы всего ЦОД невозможно без системы мониторинга и диспетчеризации. За всеми системами ведется круглосуточное наблюдение, а устранение обнаруженных проблем происходит по заранее разработанным алгоритмам. Это исключает ошибки и позволяет решать проблемы максимально быстро.

Основные схемы резервирования инженерных систем ЦОД

Кроме правильной организации работы дата-центра необходимо организовать резервирование всех систем для повышения надежности. Все схемы резервирования обозначают символом N, происходящим от слова «need» (необходимость).

Любая система состоит из различного количества критичных компонентов, каждый из которых является необходимым для ее функционирования. Рассмотрим основные схемы резервирования:

• N. В этом варианте отсутствует дополнительное резервирование. Надежность системы напрямую зависит от качества реализации каждого структурного элемента. Соответственно, если один компонент перестает работать, то и вся система прекращает функционировать. Данная схема устаревшая и сегодня не используется.
• N+1. Подразумевает наличие одного запасного элемента, который не используется до возникновения проблемы в работе системы. Как только один из критических компонентов выйдет из строя — резервный его заменит, а на работу системы это никак не влияет. Единственный недостаток схемы: для проведения ремонтных работ систему придется полностью выключить.
• 2N. Ее использование подразумевает наличие для каждой системы еще двух параллельно работающих элементов. В этом случае нагрузка будет равномерно распределяться между компонентами, и ни один элемент не будет перегружен. При таком варианте, даже если один элемент системы полностью выйдет из строя, другой все равно будет работать.
• 2N+1. Схема идентична 2N, но строится с применением еще одного дополнительного элемента. Этот вариант дает возможность проводить ремонтные работы без остановки системы.
• 2(N+1). Отличие от предыдущей схемы в том, что здесь дублируется даже дополнительный элемент.
• 3/2N. Выгодная схема резервирования, так как нагружается на 2/3, а не на ½, что довольно эффективно. Производительность системы увеличивается, а ее амортизация уменьшается.

Сертификация

Для оценки эффективности ЦОД по размещению в нем вычислительного оборудования, которая учитывает надежность и уровень резервирования систем, разработана система сертификации Tier от организации Uptime Institute.

Уровни сертификации:

• Tier 1. Самый слабый уровень, он подразумевает базовую надежность с применением схемы N. Данный сертификат уже давно устарел и последний раз применялся 50 лет назад. В его требованиях даже наличие бесперебойного питания не является обязательным. При таком подходе уровень доступности ЦОД составляет 99,671%, что соответствует около 30 часам простоя в год.
• Tier 2. Можно получить со схемой резервирования N+1. В данном случае все равно остается необходимость останавливать работу системы во время проверок или ремонта, но уже присутствует довольно значительная степень резервирования. Это сертификат предъявляет небольшие требования к системе охлаждения и энергообеспечения, но наличие фальшпола уже обязательно. Время простоя в год — 22 часа.
• Tier 3. ЦОД на данном уровне не нуждается в остановке систем для ремонта или обслуживания, резервируются все необходимые компоненты, имеется два канала распределения электропитания, но постоянно используется лишь один. Время простоя в год — 1,6 часа.
• Tier 4. Самый высокий уровень надежности работы дата-центра. Используется последняя схема резервирования, соответственно каждая инженерная система имеет дубликат основного узла и резервного. Время простоя в год — 0,8 часа.

Услуги, которые предоставляет дата-центр

Практически все финансовые и трудовые затраты при организации функционирования дата-центра приходятся на обеспечение надежности, безопасности и отказоустойчивости технических площадок. И это неудивительно, ведь главная задача ЦОДа — предоставление возможности размещения вычислительных систем заказчика и обеспечения условий для их бесперебойной работы.

Многие дата-центры имеют свое собственное вычислительное оборудование, на базе которого они оказывают ряд облачных услуг. Для клиента такой ЦОД выступает в качестве хостинг-провайдера.

Дополнительные услуги, которые предоставляют дата-центры:

• Аренда VPS (Virtual Private Server). Клиентам ЦОД предоставляется виртуальный сервер, управлять которым можно при помощи панели управления. Пользователь сам управляет работой виртуальной машины, а также вносит различные изменения на уровне операционной системы.
• Аренда сервера (Dedicated Server). Услуга, которая позволяет арендовать физический сервер целиком.
• IaaS (Infrastructure as a Service). Эту услугу предоставляют не все ЦОДы. Клиент получает полную виртуальную инфраструктуру, которая отличается надежностью и полным абстрагированием от физических ресурсов.

Посмотрев на этот список дополнительных услуг, можно подумать, что ЦОД — это универсальный поставщик решений для разных типов пользователей. В теории это верно, но на практике немного не так. Проще говоря, для предоставления услуги IaaS нужно вкладывать большие средства в парк оборудования и программного обеспечения. Также немаловажно иметь высококвалифицированный персонал, потому что такая услуга направлена на решение большого спектра задач клиентов и рядовой ИТ-специалист в одном лице с этим не справится.

Стоит отметить, что аренда VPS востребована небольшими организациями и частными лицами, соответственно, она способна заменить для них IaaS.

Так как самая главная статья расходов при эксплуатации ЦОД — это обслуживание его систем, то предоставление VPS на ограниченной аппаратной платформе целесообразно, а построение IaaS может оказаться слишком дорогой задачей.

Таким образом, становится понятно, что организация работы ЦОД подразумевает тонкую настройку множества систем, а обеспечение их непрерывной работы и безопасности — непростая задача даже для высокопрофессионального персонала.

Работа ЦОД в целом зависит от схем резервирования, которые должны быть обязательно сертифицированы. Выбирая поставщика облачных услуг, следует обратить внимание на то, в каком конкретно ЦОД размещено его оборудование, — так можно оценить уровень надежности. А проведение миграции и организацию управления виртуальной инфраструктурой следует доверить профессиональному сервис-провайдеру.

Videos