ЦОД: структура, функции и принципы мониторинга инженерной инфраструктуры

Что такое ЦОД

Центр обработки данных (ЦОД) — централизованный объект для обработки и хранения данных. Он состоит из инфраструктуры и структуры, обеспечивающих обработку и передачу данных. ЦОД принимает и обрабатывает данные от разных источников. Инфраструктура ЦОД включает здания, оборудование и устройства. Мониторинг обеспечивает контроль за работой устройств. ЦОД — основа эффективной обработки данных, требующая правильной организации и обеспечения безопасности данных.

Классификация дата-центров 

По целям:

Корпоративные Эти центры обработки данных принадлежат компаниям и используются для внутренних целей, например, для хранения информации о своей продукции на собственных серверах.

Коммерческие Эти центры обработки данных эксплуатируются для получения прибыли. Они предлагают услуги хостинга и облачные проекты, сдают в аренду серверы и предоставляют помещения для оборудования других компаний.

Большинство веб-сайтов и внутренних информационных систем полагаются на коммерческие центры обработки данных и услуги хостинга. Корпоративные центры обработки данных, как правило, предназначены только для крупных компаний.

По назначению:

Основные Эти центры обработки данных выполняют передачу данных, обработку информации и вычисления в качестве своих основных функций.

Резервные Центры данных служат в качестве резервных или замещающих, когда основной центр данных выходит из строя или требует планового обслуживания.

По размеру:

Малые Эти центры обработки данных могут размещаться в одном помещении, обеспечивая при этом необходимую функциональность.

Большие Эти центры обработки данных занимают обширные комплексы зданий и обладают значительной мощностью. Они могут выполнять широкий спектр задач по обработке и хранению данных.

Компактные В таких решениях используются мобильные модули, и они спроектированы таким образом, чтобы занимать мало места, сохраняя при этом необходимое оборудование и возможности.

Преимущества использования ЦОДов

Размещение серверов в центре обработки данных дает компании множество преимуществ:

• центры обработки данных обеспечивают экономическую эффективность и устраняют необходимость в создании собственной серверной комнаты; 
• они обеспечивают постоянный доступ к данным, снижая риски, связанные с перебоями в работе, проблемами подключения и отказами оборудования; 
• обладая надежной и высокопроизводительной ИТ-инфраструктурой, центры обработки данных включают в себя различные компоненты, такие как маршрутизаторы, коммутаторы, устройства безопасности, системы хранения данных, серверы, контроллеры доставки приложений и системы охлаждения; 
• постоянное совершенствование способствует внедрению новейших технологий и лучших практик для достижения оптимальной производительности.

Структура центров обработки данных

Структура ЦОД может варьироваться в зависимости от потребностей и требований организации. Обычно ЦОД состоит из здания, в котором размещается оборудование, и основных функциональных блоков. В структуре ЦОД могут присутствовать следующие элементы:

1. Сетевое оборудование, маршрутизаторы, коммутаторы, которые обеспечивают связь между различными устройствами в ЦОД и передачу данных.
2. Серверы, рабочие станции, хранилища данных, используемые для обработки и хранения информации.
3. Электропитание и системы охлаждения, обеспечивающие бесперебойную работу оборудования и поддержание оптимальной температуры в ЦОД.
4. Системы контроля доступа, видеонаблюдение, пожарная сигнализация и другие меры безопасности, обеспечивающие защиту данных и оборудования.

ЦОД работает по принципу централизованной обработки данных. Он принимает информацию из различных источников, после происходит обработка полученных данных. После обработки данные могут быть сохранены в ЦОДе или переданы обратно в источники для дальнейшего использования.

Организация ЦОДа требует постоянного мониторинга инженерной инфраструктуры. Мониторинг позволяет контролировать работу оборудования, отслеживать производительность и обнаруживать возможные проблемы. Для этого используются специальные системы мониторинга, которые следят за состоянием оборудования, температурой, энергопотреблением и другими параметрами.

Требования к ЦОДам

• Центры обработки данных обеспечивают бесперебойную работу и бесперебойное функционирование оборудования. 
• Серверы обеспечивают быструю и надежную передачу данных. 
• Системы имеют высокую отказоустойчивость с дублированием критически важных узлов и резервным копированием. 
• Инфраструктура устойчива к катастрофам и имеет механизмы восстановления. 
• Центры обработки данных отвечают требованиям бизнеса, минимизируя время простоя и балансируя между экономичностью и безопасностью.

Инженерные системы ЦОД

Основой центра обработки данных являются его инженерные системы, которые жизненно важны для его успешной работы. Эти системы состоят из специализированного оборудования, которое зачастую сложно приобрести для локальной серверной комнаты.

Как правило, в центрах обработки данных имеется пять ключевых инженерных систем.

• Электропитание имеет решающее значение для центров обработки данных. Они подключены к электросети через независимые источники питания и поддерживаются генераторами для бесперебойного снабжения. 
• Системы охлаждения предотвращают перегрев, используя прецизионные кондиционеры и передовые методы охлаждения. 
• Меры безопасности включают контроль доступа, видеонаблюдение, а также системы обнаружения и подавления пожара. 
• Надежная передача данных зависит от выделенных каналов и надежных сетей. Постоянный мониторинг обеспечивает стабильность и оперативное решение проблем.

Благодаря эффективному внедрению этих инженерных систем центры обработки данных могут работать эффективно и предоставлять надежные услуги своим клиентам.

Основные схемы резервирования инженерных систем ЦОД

Помимо эффективной организации центра обработки данных, внедрение схем резервирования необходимо для повышения надежности. Эти схемы представлены символом N, образованным от термина «необходимость». Различные схемы резервирования могут применяться в зависимости от количества критических компонентов в системе, каждый из которых имеет решающее значение для ее работы. Давайте рассмотрим основные схемы избыточности:

N 

Эта схема не предполагает никакого дополнительного резервирования. Надежность системы зависит исключительно от качества исполнения каждого структурного элемента. Если один компонент выходит из строя, вся система перестает функционировать. Однако эта схема устарела и больше не используется в современных центрах обработки данных.

N+1

Эта схема предусматривает наличие одного запасного элемента, который остается неактивным, пока в системе не возникнет проблема. Когда критически важный компонент выходит из строя, резервный элемент плавно берет на себя его функции, не влияя на работу системы. Единственным недостатком является необходимость полной остановки системы для проведения ремонтных работ.

2N 

В этой схеме в каждую систему включаются два параллельно работающих элемента. Рабочая нагрузка равномерно распределяется между этими элементами, предотвращая перегрузку какого-либо одного элемента. Даже если один элемент полностью выходит из строя, другой продолжает функционировать, обеспечивая доступность системы.

2N+1

Эта схема похожа на 2N, но включает один дополнительный запасной элемент. Преимущество этой схемы в том, что ремонтные работы можно проводить без нарушения работы системы.

2(N+1)

Эта схема аналогична предыдущей с добавлением резервирования для дополнительного запасного элемента.

3/2N

Эта схема резервирования является высокоэффективной, поскольку распределяет нагрузку на 2/3 вместо 1/2, что приводит к улучшению производительности системы и снижению износа.

Внедряя соответствующую схему резервирования, центры обработки данных могут повысить надежность и доступность своих систем, обеспечивая бесперебойную работу и минимизируя последствия отказов компонентов.

Сертификация

Для оценки эффективности центра обработки данных с точки зрения размещения вычислительного оборудования с учетом надежности и избыточности системы, Uptime Institute разработали систему сертификации, известную как Tiers.

Уровни сертификации следующие:

Tier 1

Это самый низкий уровень сертификации, представляющий собой базовую надежность с реализацией схемы N. Однако эта сертификация считается устаревшей и не используется в течение последних 50 лет. Ее требования даже не предусматривают наличие источника бесперебойного питания. При таком уровне доступность центра обработки данных составляет примерно 99,671%, что приводит к примерно 30 часам простоя в год.

Tier 2

Этот уровень сертификации может быть достигнут путем внедрения схемы резервирования N+1. Хотя необходимость отключения системы во время проверок или ремонта все еще существует, значительный уровень резервирования присутствует. Сертификация уровня 2 накладывает определенные требования на систему охлаждения и электропитания, а фальшпол становится обязательным. Годовое время простоя для центра обработки данных уровня 2 составляет примерно 22 часа.

Tier 3

На этом уровне центр обработки данных не требует отключения системы для ремонта или обслуживания. Все основные компоненты резервируются, а для распределения электроэнергии имеется два канала, причем постоянно используется только один канал. Время простоя центра обработки данных уровня 3 составляет примерно 1,6 часа в год.

Tier 4 

Центры обработки данных уровня 4 достигают наивысшего уровня надежности благодаря усовершенствованным схемам резервирования. Каждая инженерная система имеет резервные основные узлы и резервные копии, в результате чего время простоя составляет примерно 0,8 часа в год. Сертификация демонстрирует соответствие лучшим отраслевым практикам резервирования, безотказной работы и технического обслуживания.

Услуги дата-центров

При эксплуатации центра обработки данных значительные затраты направляются на обеспечение надежности, безопасности и отказоустойчивости инфраструктуры. Основная цель — обеспечить стабильную среду для вычислительных систем клиентов.

Центры обработки данных часто имеют собственное вычислительное оборудование, служащее основой для облачных услуг и выступающее в качестве хостинг-провайдера.

Дополнительные услуги включают:

• аренду VPS, когда клиенты управляют виртуальными серверами с помощью панели управления;
• аренду выделенного сервера для эксклюзивного использования;
• IaaS, предоставляющий клиентам надежную виртуальную инфраструктуру.

Хотя центры обработки данных предлагают целый ряд услуг, внедрение IaaS требует значительных инвестиций в оборудование, программное обеспечение и квалифицированный персонал для удовлетворения разнообразных потребностей клиентов.