اجزای اصلی در ساختار مرکز داده
در هر یک از انواع مرکز داده سه زیرساخت حیاتی با هم کار میکنند تا مرکز بتواند بصورت مؤثر و کارآمد به نیازهای پردازشی، ارتباطی و ذخیرهسازی کسبوکارها پاسخ دهد. در ادامه به این سه زیرساخت اصلی مراکز داده میپردازیم.1. زیرساخت شبکه
زیرساخت شبکه مسئول ارتباط بین سرورها، تجهیزات ذخیرهسازی و سایر اجزای مرکز داده است. این زیرساخت شامل اجزای مختلفی است. یکی از این اجزا سوئیچها و روترها است که ارتباطات بین دستگاهها را مدیریت میکنند و بستههای داده را به مقصد صحیح هدایت میکنند. یکی دیگر از اجزای این زیرساخت نیز اتصالات شبکهای است، شامل کابلهای اترنت، فیبر نوری و سایر تکنولوژیهای انتقال داده با سرعت بالا که برای ایجاد ارتباطات سریع و پایدار استفاده میشوند. تجهیزات امنیت شبکه و فایروال از دیگر اجزای مهم زیرساخت شبکه هستند که برای حفاظت از شبکه در برابر تهدیدات خارجی و داخلی بکار میروند. زیرساخت شبکه باید توانایی ایجاد شبکههای محلی (LAN) و ارتباط با شبکههای عمومی (WAN و اینترنت) را داشته باشد.2. زیرساخت ذخیرهسازی
زیرساخت ذخیرهسازی در مرکز داده مسئول نگهداری، مدیریت و دسترسی به دادهها است. این زیرساخت شامل دستگاههای ذخیرهسازی مانند هارد دیسکها (HDD)، درایوهای حالت جامد (SSD)، و دستگاههای ذخیرهسازی نوار مغناطیسی برای نگهداری بلندمدت دادههاست. شبکههای ذخیرهسازی (SAN) سیستمهای شبکهای هستند که برای دسترسی به دستگاههای ذخیرهسازی متمرکز و با کارایی بالا طراحی شدهاند و سیستمهای ذخیرهسازی متصل به شبکه (NAS) دستگاههایی هستند که به شبکه متصل میشوند و این امکان را برای کاربران فراهم میکنند که از طریق شبکه به فایلها و دادهها دسترسی داشته باشند. مرکز داده باید همچنین مجهز به راهکارهای پشتیبانی و بازیابی باشد، یعنی سیستمهایی برای پشتیبانگیری منظم از دادهها و بازیابی سریع در صورت بروز خرابی یا از دست رفتن دادهها.3. منابع پردازشی
منابع پردازشی که وظیفه اجرای برنامهها، پردازش دادهها و ارائه سرویسها را در مرکز داده بر عهده دارند زیرساخت محاسباتی آن را تشکیل میدهند. سرورها واحدهای اصلی پردازش در یک مرکز داده هستند که ممکن است بصورت فیزیکی یا مجازی باشند. پلتفرمهای مجازیسازی در مراکز داده نقش مهمی ایفا میکنند؛ نرمافزارهایی مانند VMware، Hyper-V و KVM که به کمک آنها چند ماشین مجازی بر روی یک سرور فیزیکی اجرا میشوند، بهرهوری را افزایش میدهند و مدیریت منابع را بهبود میبخشند. منابع پردازشی مورد استفاده در زیرساخت محاسباتی مراکز داده شامل GPUها وFPGAها هستند که میتوانند وظایف خاصی را با کارایی بیشتر از پردازندههای CPU که کاربرد عمومی دارند، صورت دهند. GPUها پردازندههای گرافیکی با قابلیت انجام وظایف متعدد بطور موازی هستند که افزون بر کارهای گرافیکی، برای محاسبات سنگینی مانند شبیهسازیهای علمی یا یادگیری ماشین مناسباند و FGPAها تراشههای فابل برنامهریزی برای انجام وظایف مشخص هستند. از اجزای دیگر این زیرساخت، سیستمهای مدیریت منابع مانند Kubernetes هستند که برای مدیریت خودکار منابع محاسباتی، توزیع بار کاری و مقیاسپذیری استفاده میشوند.تجهیزات فنی در ساختار مرکز داده
هر مرکز داده شامل مجموعه گستردهای از تجهیزات فنی است با اجزای متعدد که هر یک با عملکرد خود، فعالیت کارامد مرکز داده را ممکن میکنند. شاید اولین چیزی که با تجسم مرکز داده به ذهن خطور میکند، سرورها یا همان رایانههایی باشد که بار مسئولیت امور محاسباتی و پردازشی مرکز را به دوش میکشند. اما سرورها فقط یکی از اجزای مرکز داده هستند. بدیهی است که مرکز داده باید زیرساختی برای اتصال مناسب سرورها به یکدیگر، به دستگاههای دیگر داخل مرکز و به دنیای خارج از آن داشته باشد، مجهز به دستگاههایی برای ذخیرهسازی دادهها و مدیریت این ذخیرهسازی باشد، شامل تاسیساتی باشد که فعالیت صحیح و ایمن اجزای نام برده شده را ممکن کنند و زیرساختهایی نیز داشته باشد که کار پشتیبانی از بخشهای مختلف مرکز را به نحو احسن به انجام برسانند. در ادامه این تجهیزات فنی مراکز داده به اختصار بررسی خواهد شد.محاسبات
یکی از اجزای مشترک در ساختار مرکز داده کلاسترها (خوشههایی) از سرورهای متصل به هم است. سرورها رایانههای قدرتمندی برای ارائه نرمافزارهای کاربردی، سرویسها و دادهها به کاربران نهایی هستند. این سرورها ممکن است بسیار مشابه هم باشند و بطور منظم در رکهای باز یا بسته با ابعاد مشابه قرار داده شده باشند یا ممکن است بصورت انواع مختلف دستگاههای جدید و قدیمی با ابعاد گوناگون در کنار هم باشند. هر سرور رایانهای است دارای حافظه، فضای ذخیرهسازی، یک یا چند پردازنده و ورودی و خروجی. در واقع مانند نوعی رایانه شخصی با کارایی بالا است که پردازندهای قویتر و حافظه بسیار بیشتری دارد و معمولا فاقد نمایشگر، صفحه کلید و سایر تجهیزات جانبی مورد استفاده در منزل است. ممکن است نمایشگرهایی در یک محل در همان نزدیکی یا اتاق کنترل جداگانهای موجود باشند و برای پایش گروهی از سرورها و تجهیزات مرتبط بکار روند. یک سرور مشخص یا تعدادی سرور ممکن است برای انجام وظیفه واحدی اختصاص یافته باشند یا نرمافزارهای کاربردی مختلفی را اجرا کنند. برخی از این سرورها مجازی هستند. روند جدید استفاده از سرورهای مجازی، تعداد سرورهای فیزیکی لازم را کاهش میدهد. انواع مختلفی از سرورها در مراکز داده بکار میروند:- سرورهای رک یا رکمونت (Rackmount) سرورهای مستقل (standalone) تختی هستند با ابعاد یک جعبه پیتزای کوچک. آنها طوری طراحی شدهاند که در یک رک به حالت طبقه طبقه قرار بگیرند تا در فضای اشغال شده صرفهجویی شود. هر سرور علاوه بر پردازنده، حافظه و فضای ذخیره دارای منبع تغذیه، فن خنککننده، سوئیچهای شبکه و پورتها (درگاههای) خاص خود است.
- سرورهای تیغهای یا بلید (Blade) برای صرفهجویی بیشتر در فضای اشغال شده طراحی شدهاند. هر بلید دارای پردازندهها، کنترلرهای شبکه، حافظه و مقداری فضای ذخیرهسازی داده است. آنها طوری ساخته شدهاند که در یک شاسی قرار بگیرند که چندین بلید را نگه میدارد و شامل منابعی مانند منبع تغذیه، فنهای خنککننده و تجهیزات شبکه برای همه بلیدهای داخل شاسی است.
- مینفریمها (Mainframes) رایانههایی با کارایی بالا و دارای چند پردازنده هستند که هر یک میتوانند عملکردی معادل یک اتاق سرور رک یا بلید داشته باشند. مینفریمها قادرند میلیاردها محاسبه و تراکنش را در لحظه انجام دهند. انتخاب شکل سرورها بستگی به عوامل مختلفی دارد، مانند فضای موجود در مرکز داده، بار کاری سرورها، هزینه و برق موجود.
ذخیرهسازی در ساختار مرکز داده
زیرساخت ذخیرهسازی در ساختار مرکز داده، نقشی مهم و ضروری در شرکتهای بزرگ امروزی ایفا میکند و تقاضا برای آن پیوسته و به سرعت در حال افزایش است. کسبوکارها باید حجم روبه رشد دادههایی را که نرمافزارهای کاربردی تولید میکنند مدیریت کنند و با استفاده از تکنولوژیهای ذخیرهسازی مناسب، از سرعت انتقال بالا و دسترسی با تاخیر کم بهره ببرند. آنها همچنین باید مسائل مربوط به افزونگی، آپتایم و انعطافپذیری در برابر بروز انواع مشکلات را حل و فصل کنند. انواع دادهها در مرکز داده ذخیره میشوند، از محتوای وب تا دادههای کسبوکارها، ایمیلها و ارتباطات الکترونیکی، دادههای کاربران و نرمافزارهای کاربردی، کلاندادهها و تحلیل آنها. سامانه ذخیرهسازی مراکز داده شامل سختافزارها، نرمافزارها و فرایندهایی است که در ذخیرهسازی، مدیریت و توزیع دادههای دیجیتال در این مراکز بکار میروند، از جمله دستگاههای ذخیرهسازی مانند HDDها، SSDها و درایوهای نوار مغناطیسی (tape) که برای کارایی و عملکرد بهینه در رکها و کلاسترهایی ساماندهی شدهاند و همچنین نرمافزارهایی برای مدیریت و پشتیبانی دادهها. سه روش عمده برای دسترسی سرورها به دستگاههای ذخیرهسازی وجود دارد:- ذخیرهسازی با اتصال مستقیم (DAS) که در آن دستگاه ذخیرهسازی بطور مستقیم به سرور متصل است. در این روش سرور بدون نیاز به شبکه به فضای دخیرهسازی دسترسی خواهد داشت.
- ذخیرهسازی تحت شبکه (NAS) که در آن دستگاههای NAS به یک شبکه استاندارد اترنت TCP/IP متصل هستند و به این ترتیب دادهها برای چندین سرور قابل دسترسی هستند. ذخیرهسازهای تحت شبکه (NAS) میتوانند حجم بزرگی از فایلها را ذخیره کنند. از آنها میتوان برای ایجاد بایگانیهای عکس و ویدیو استفاده کرد.
- شبکه ذخیرهسازی (SAN) که در آن شبکهای اختصاصی با کارایی بالا فقط برای دخیرهسازی به کار میرود و به چندین سرور امکان دسترسی به دستگاههای ذخیرهسازی اشتراکی را میدهد. شبکههای ذخیرهسازی (SAN) بصورت سیستمهای ذخیرهسازی بلوکی بزرگ عمل میکنند.
شبکهسازی در ساختار مرکز داده
در ساختار مرکز داده برای آنکه بتوان شبکهای با پهنای باند بالا را برای ارتباط با دنیای خارج و ارتباط میان سرورها و دیگر تجهیزات داخل مرکز داده برقرار نگه داشت به تجهیزات ارتباطی و شبکه نیاز است که در همکاری با یکدیگر، اتصالپذیری و امنیت لازم برای اجرای نرمافزارهای کاربردی و پردازش دادهها را فراهم میکنند. اگر تجهیزات شبکه به طرز صحیح و اصولی بکار گرفته شوند، میتوانند بدون کندی از عهده ترافیک بالا برآیند. این تجهیزات شبکه شامل اجزایی مانند روترها، سوئیچها، کارتهای رابط شبکه (NIC) و کیلومترها کابل هستند.- سوئیچها: هدایتکننده ترافیک در یک مرکز داده هستند که با عملکردشان بستههای داده به مقصد موردنظر میرسند. سوئیچهای کارآمد برای جلوگیری از ایجاد گلوگاه (bottleneck) و تداوم جریان روان دادهها ضروری هستند.
- مودمها: نقش مهمی در مراکز داده ایفا میکنند و به دادهها امکان انتقال در شبکه را میدهند. عملکرد مودمهای مراکز داده مشابه مودمهای خانگی یا دفاتر کار است اما در مقیاس بزرگتر. آنها دسترسی به اینترنت و شبکههای دیگر را فراهم میکنند.
- روترها: روترها ایجاد شبکههای محلی (LAN) و شبکههای گسترده (WAN) را در مرکز داده ممکن میکنند و به چندین سرور و کامپیوتر امکان برقراری ارتباط و به اشتراکگذاری منابع را میدهند.
- کابلها: انواع مختلف کابل مثل زوج بهم تابیده (مسی)، کواکسیال یا هممحور (مسی) و فیبر نوری (شیشهای یا پلاستیکی) وجود دارند. نوع کابل، سرعت انتقال اطلاعات را در مرکز داده تعیین میکند. این کابلکشیها باید به درستی ساماندهی شوند، مثلا کدگذاری رنگی و برچسبگذاری دقیق برای مشخص کردن انواع خطوط سیمکشی بکار میرود. میتوان کابلها را روی زمین از زیر سطحی عبور داد که با کف کمی فاصله دارد، از سینی کابلهای متصل به سقف رد کرد یا به بالای رکها وصل کرد.
تاسیسات در ساختار مرکز داده
بجز تجهیزات فنی که تا اینجا به آن اشاره شد و اجزای اصلی ساختار مرکز داده را تشکیل میدهند، انواع زیرساختهای دیگر نیز در این مراکز وجود دارند که بدون وجود آنها فعالیت مرکز امکانپذیر نیست. این زیرساختها به مرکز داده امکان میدهند تا بصورت پایدار، امن و با بهرهوری بالا عمل کند و از جوانب مختلف حفاظت شود. یکی از این زیرساختها به تامین و مدیریت برق مرکز داده مربوط است که در بخش بعد جداگانه بررسی میشود. دیگر بخشهای تاسیساتی مراکز داده عبارتند از:- زیرساختهای خنککننده و تهویه مطبوع: سیستمهای تهویه مطبوع و خنکسازی سرورها برای کنترل دما و رطوبت در داخل مرکز داده بکار میروند. دمای مناسب و کنترل شده برای کارکرد بهینه تجهیزات اهمیت فراوانی دارد.
- زیرساختهای امنیتی: شامل امنیت فیزیکی برای حفاظت از مرکز داده در برابر تهدیدات فیزیکی، تجهیزات و سامانههای مختلفی نظیر دوربینهای نظارتی، سیستمهای کنترل دسترسی (نظیر کارتهای هوشمند، اثر انگشت، یا تشخیص چهره) و سیستمهای امنیت محیطی مانند سنسورهای حرکتی بکار گرفته میشوند.
- امنیت سایبری: برای حفاظت از مرکز داده در برابر حملات سایبری فایروالها، سیستمهای تشخیص و جلوگیری از نفوذ (IDS/IPS)، رمزنگاری دادهها، و نرمافزارهای ضد ویروس و بدافزار استفاده میشود.
- سیستمهای ضدحریق: تجهیزات تشخیص وقوع آتشسوزی و مقابله با آن مانند سیستمهای آبپاش و سیستمهای گازی اطفای حریق، سنسورهای دود و سیستمهای اعلام حریق برای ایمن نگه داشتن تجهیزات و کارکنان و کمک به استمرار فعالیت مرکز داده ضروری هستند.
- زیرساختهای مدیریت و پایش: نرمافزارهایی که وظیفه پایش و مدیریت کار اجزا و زیرساختهای گوناگون مراکز داده را بر عهده دارند در اداره این مراکز و عملکرد مطلوب آنها از اهمیت ویژهای برخوردارند. در مراکز داده سیستمهای «مدیریت زیرساخت مرکز داده» (DCIM) برای مدیریت منابع زیرساختی فیزیکی و مجازی مرکز بکار میروند و اطلاعات جامعی در مورد وضعیت تجهیزات، مصرف انرژی، و کارایی ارائه میدهند.
- زیرساختهای مربوط به سازه: فضای فیزیکی و اجزای ساختاری مرکز داده مانند طراحی ساختمان و زیرساختهای کابلکشی در عملکرد مطلوب مراکز داده تاثیر بسزایی دارند.