5 моделей центров обработки данных: дизайн, кейсы и примеры

Центр обработки данных (ЦОД, data center) — физическое сооружение, которое частные компании и правительства используют для хранения и обмена приложениями и данными. Большинство бизнесов зависят от надежности и безопасности ЦОД для оптимальной работы IT-операций.

Однако не все центры обработки данных одинаковы: их дизайн основан на хранилище и сети вычислительных ресурсов, обеспечивающих доставку общих приложений и информации.

Ранние ЦОД 1940-х (ENIAC) требовали много энергии и особой среды. Были дорогими и в основном использовались для военных целей.

Число ЦОД во всем мире резко выросло в 1990-х. Для присутствия в интернете организации строили крупные объекты — Internal Data Centers с продвинутыми возможностями вроде кросс-бэкапа.

Современные ЦОД кардинально отличаются: технологии сдвинулись от обычных физических серверов к виртуальным сетям, поддерживающим приложения и нагрузки на разных уровнях.

Текущая инфраструктура позволяет приложениям и данным существовать и связываться через множество ЦОД и приватные/публичные облака. Когда сайт/приложение хостится в облаке, оно использует ресурсы ЦОД облачного провайдера.

Ключевые компоненты ЦОД

ЦОД включает множество ключевых компонентов: разные типы серверов, системы хранения, коммутаторы, маршрутизаторы, контроллеры доставки приложений. При правильной установке и внедрении они предоставляют вычислительные ресурсы, инфраструктуру хранения и сетевую инфраструктуру, движущие приложения.

Базовые стандарты инфраструктуры ЦОД

ANSI/TIA-942-A — широко принятый стандарт инфраструктуры ЦОД. Соответствует четырем уровням (tier) стандарта Uptime Institute:

• Tier I. Базовая емкость: включает ИБП для просадок, скачков и отключений питания. Защищает от ошибок людей, но не от неожиданных сбоев.
• Tier II. Избыточная емкость: лучшая защита от сбоев и возможности обслуживания. Избыточные компоненты питания и охлаждения можно снимать без выключения.
• Tier III. Одновременное обслуживание: обеспечивает избыточные пути распределения для критической среды. Любые части можно отключать и снимать без влияния на IT-операции.
• Tier IV. Отказоустойчивость: позволяет изолировать любую производственную емкость от почти всех типов сбоев. Система не страдает от плановых или неplanовых нарушений. С нулевыми едиными точками отказа гарантирует высший аптайм (99,995%).

Для лучшего понимания технологии рассмотрим разные типы ЦОД и их назначение. У каждого свои плюсы, ограничения и требования.

5. ЦОД колокации (Colocation Data Center)

China Unicom — один из крупнейших ритейл-ЦОД колокации

Пример: Глобальный ЦОД China Unicom в Гонконге
Кто использует: Средние и крупные предприятия

Также называется просто «colo». ЦОД колокации — крупное сооружение, сдающее в аренду стойку (rack) для серверов и сетевого оборудования бизнеса. Один из самых популярных сервисов для организаций, у которых нет ресурсов на собственный ЦОД, но хотят всех его преимуществ.

Колокация предоставляет пространство, питание, охлаждение, физическую безопасность для сервера. Отвечает за эффективное подключение разного сетевого оборудования к разным телеком- и сетевым провайдерам.

Компании с большой географией могут размещать железо в нескольких местах. Одна организация может иметь серверы в 5–6 разных ЦОД колокации.

Преимущества:

• Масштабируемость: при расширении охвата быстро добавляете новые серверы и оборудование.
• Выбор локации: можете выбрать ЦОД ближе к клиентам.
• Предсказуемые и низкие затраты: аренда колокации дешевле стройки своего. Квартальные или годовые контракты по бюджету.
• Надежность: колокации проектируются с высокой спецификацией избыточности — крайне надежны.
• Спокойствие: технический персонал заботится о рутине: питание, монтаж, прокладка кабелей, технические процессы. Вам не нужно волноваться о серверном обслуживании.

Часто путают ЦОД колокации и стойку колокации (colocation server rack). Используют термины взаимозаменяемо, но это разные сущности.

ЦОД колокации — компания, сдающая в аренду всё сооружение другой компании. Стойка колокации — компания, сдающая место в стойке внутри ЦОД нескольким организациям.

4. Управляемый ЦОД (Managed Data Center)

Пример: Полностью управляемые IBM Cloud Services
Кто использует: Средние и крупные предприятия

Эта модель ЦОД развертывается, управляется и мониторится сторонним провайдером сервисов. Предлагает все необходимые фичи через управляемую сервисную платформу.

ЦОД может быть полностью или частично управляемым. В первом случае все технические детали и бэкенд-данные обрабатываются провайдером. Во втором — бизнес сохраняет определенный уровень административного контроля над внедрением и сервисом.

В общем, провайдер выполняет обслуживание всех сетевых компонентов и сервисов, обновляет ОС и системные программы, восстанавливает данные/сервисы при сбоях.

Управляемые сервисы можно получить от фиксированного хостинг-сайта, колокаций или облачного ЦОД.

Например, ЦОД IBM предлагает широкий спектр управляемых сервисов клиентам: управляемая безопасность, управляемые сетевые сервисы, управляемые сервисы мобильности и информации.

3. Корпоративный ЦОД (Enterprise Data Center)

Google ЦОД в Эймшавене, Нидерланды | Image credit: Google

Пример: Forest City Data Center Facebook в Северной Каролине
Кто использует: Крупные предприятия

Корпоративный ЦОД — частное сооружение для единственной цели: поддержка одной компании. Может быть on-premises или off-premises по удобству клиента.

Например, если вы ведете сайт из Канады, а аудитория — студенты в США, вы построите ЦОД в США для снижения времени загрузки.

Корпоративный объект определяется владением и целью, а не размером и емкостью. Подходит организациям с уникальными сетевыми требованиями или достаточной выручкой для экономии масштаба.

Обычно содержит несколько ЦОД, каждый для поддержки ключевых функций. Под-ЦОД делятся на три группы:

• Internet data center: поддерживает устройства и серверы, критичные для веб-приложений.
• Extranet: поддерживает B2B-транзакции в сети корпоративного ЦОД. Обычно доступны через приватные WAN или защищенные VPN.
• Intranet: хранит приложения и данные внутри корпоративного ЦОД. Данные используются для R&D, производства, маркетинга и других базовых функций.

Главное преимущество — легко отслеживать ключевые параметры (пропускную способность, потребление энергии) и держать софт (мониторинг) обновленным. Упрощает прогноз потребностей и масштабирование.

Но есть цена: разработка корпоративных ЦОД требует крупных капитальных вложений, труда, обслуживания оборудования, текущих затрат времени.

2. Облачный ЦОД (Cloud Data Center)

Пример: Облачные сервисы Google, IBM, Amazon (AWS), Microsoft (Azure) и др.
Кто использует: Большинство организаций любого размера

В облачном ЦОД реальное железо запускает и управляет облачная компания, часто с помощью стороннего управляемого сервиса. Позволяет клиентам запускать сайты/приложения и управлять данными в виртуальной инфраструктуре на облачных серверах.

Данные фрагментируются и дублируются по множеству локаций сразу после загрузки в облако. При непредвиденных событиях провайдер гарантирует бэкап вашего бэкапа.

Некоторые облачные компании предлагают кастомные облака — единственный доступ к собственному облачному окружению (private clouds). Публичные облачные провайдеры делают ресурсы доступными публично через интернет. AWS, Azure — популярные публичные игроки.

Облачные сервисы имеют преимущества над on-premises ЦОД. В облаке компания платит только за используемые железные ресурсы. Не нужно беспокоиться о регулярных обновлениях серверов, безопасности, затратах на охлаждение. Включены в месячную подписку.

1. Edge ЦОД (Edge Data Center)

Все еще в фазе разработки

Edge ЦОД — небольшие объекты, расположенные близко к обслуживаемому населению. Характеризуются размером и связностью, позволяют организациям доставлять контент и сервисы локальным пользователям с минимальной задержкой.

Играют ключевую роль в архитектуре edge computing, сближающей хранение данных и вычисления с местом их потребности. Исследования показывают: edge ЦОД будут поддерживать IoT и автономные транспортные средства, давая дополнительную вычислительную мощность и улучшая пользовательский опыт.

Большая часть данных, собранных IoT и автономными авто, будет обрабатываться локально, часть — передаваться обратно в ЦОД. Edge-объекты подключены к другим ЦОД или к крупному центральному ЦОД.

По сравнению с корпоративными ЦОД на полной мощности, множественные мелкие edge ЦОД эффективнее распределяют тяжелые трафиковые нагрузки. Кэшируют высоконагруженный контент, минимизируя задержку между запросом пользователя и ответом сервера. Распределение нагрузок также повышает надежность сети.

Для организаций, стремящихся улучшить региональную сетевую производительность или проникнуть на локальный рынок, эти объекты бесценны.

Рынок

На данный момент ~70% энтерпрайз-нагрузок работают в корпоративных ЦОД, колокации хостят 20%, ~9% — в облаке.

По Global Market Insights, размер рынка edge ЦОД в 2019 г. составил $5,5 млрд. Ожидается CAGR 23% в 2020–2026 гг. Растущий спрос на высокие вычислительные ресурсы побуждает провайдеров размещать ЦОД на edge-локациях для низкой задержки и надежных соединений.

Часто задаваемые вопросы

Что такое Software-Defined Data Center (SDDC)?

SDDC — объект хранения данных, где все элементы инфраструктуры (CPU, хранилище, сеть, безопасность) виртуализируются и предоставляются как сервис.

SDDC — результат лет развития серверной виртуализации. Расширяет концепции виртуализации (абстракция, пулинг, автоматизация) на все ресурсы и сервисы для снижения затрат, повышения масштабируемости и бизнес-гибкости.

Как обычные ЦОД, SDDC могут размещаться on-premise, у управляемого провайдера, в публичных, приватных или гибридных облаках.

Что такое операции ЦОД?

Операции ЦОД — широкий термин, включающий четыре основных процесса:

• Установка и обслуживание сетевых ресурсов
• Создание, принуждение и мониторинг политик и процедур внутри ЦОД
• Инструменты и техники для обеспечения безопасности ЦОД
• Мониторинг систем заботящихся об энергии и охлаждении

Поскольку многие бизнесы переходят к облачным решениям, автоматизация операций ЦОД стала критичнее. Цель — оптимизировать процессы и системы для производительности, стоимостной эффективности и масштабируемости.

Что такое зеленый ЦОД (green data center)?

Зеленый ЦОД — объект хранения, управления и распространения данных, работающий на энергоэффективных технологиях. Проектируется для максимизации энергоэффективности и минимизации экологического воздействия.

Два основных параметра измерения энергоэффективности ЦОД:

• Power Usage Effectiveness (PUE)
• Carbon Usage Effectiveness (CUE)

Оба разработаны Green Grid — ведущей торговою ассоциацией, работающей над повышением энергоэффективности IT и ЦОД и эко-дизайном.

Эти объекты набирают популярность в разных отраслях и привлекли внимание многих компаний для внедрения green ЦОД решений. По MarketandMarkets, размер рынка green ЦОД достигнет $140 млрд к 2026 г.