اصول طراحی دیتاسنتر و پیاده سازی مراکز داده

اصول طراحی دیتاسنتر و پیاده‌سازی مراکز داده بسیار حیاتی هستند. این اصول بر ظرفیت، کارایی، قابلیت اعتماد، هزینه‌های ساخت و عملیات تأثیرگذارند. در طراحی و اجرای یک دیتاسنتر جدید، باید به موارد متعددی توجه شود که شامل نیازهای فناوری اطلاعات، زیرساخت‌ها و تجهیزات می‌شوند.

همچنین، با پیشرفت فناوری اطلاعات، برخی جنبه‌های طراحی دیتاسنترها چالش‌برانگیز می‌شوند. به عنوان مثال، پیشرفت در فناوری ممکن است نیازمند تغییراتی در سیستم‌های تغذیه و خنک‌کننده شود. برای اطمینان از آمادگی دیتاسنتر برای پاسخگویی به نیازهای آینده طراحی، باید از پیش‌بینی‌های دقیقی بهره برد.

آشنایی با اصول طراحی و اجرای مراکز داده به تأمین حداقل الزامات و بهترین روش‌ها در زمان راه‌اندازی و نگهداری سیستم مرکز داده کمک می‌کند. سازمان‌های حرفه‌ای مانند ISO یا انجمن صنعت مخابرات از تخصص خود برای تدوین اصول مدیریت موثر مراکز داده بهره می‌برند.

اهمیت طراحی مناسب دیتاسنتر

دیتاسنترها به لحاظ جدایی ‌ناپذیر بودن از دنیای دیجیتال امروزی، نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کنند. مراکز داده می‌توانند زیرساخت‌های پیچیده و پیشرفته‌ای را در خود جای دهند که امکانات گسترده‌ای را به کاربران ارائه می‌دهند.

طراحی یک مرکز داده فرآیندی گام به گام برای ایجاد یک دیتاسنتر است که می‌تواند زیرساخت‌ها، منابع فناوری اطلاعات و چیدمان معماری را زیر یک سقف جمع آوری کند و سازوکار تجاری ساختاریافته‌ای را برای به حداکثر رساندن درآمد و کاهش هزینه‌ها، ایجاد نماید. همچنین، ایجاد یک مرکز داده مجازی برای رفع مشکلات و بهینه‌سازی قبل از اجرای فیزیکی در یک سازمان، کمک می‌کند.

زیرساخت فیزیکی

زیرساخت فیزیکی یک مرکز داده از عناصر فیزیکی تشکیل شده است. در واقع، زیرساخت فیزیکی مرکز داده شامل بخش‌هایی نظیر اتاق‌های سرور امن، سیستم‌های نظارتی، بک‌بون‌های مختلف، سیستم‌های خنک‌کننده، دکل‌های رادیویی و… است. اکثر کاربران با اجزای پردازشی مرکز داده، مانند سرورها و قسمت‌های ذخیره‌سازی داده

 آشنایی دارند، اما عناصر غیرپردازشی نیز نقش مهمی دارند.

زیرساخت فیزیکی یک دیتاسنتر از چندین بخش اصلی تشکیل شده است که به طور کلی عبارتند از:

• ساختمان و فضای فیزیکی:

این بخش شامل ساختمانی است که دیتاسنتر در آن قرار دارد و باید مقاوم در برابر عوامل مختلفی نظیر گرد و غبار، رطوبت، آلودگی هوا، نوسانات دما و رطوبت و حوادث طبیعی باشد.

• سیستم تهویه:

 این بخش برای کنترل دما، رطوبت و تهویه مناسب در دیتاسنتر طراحی و پیاده‌سازی می‌شود و شامل سیستم‌های خنک‌کننده و تهویه هوا است.

• سیستم برق:

این بخش برای تامین انرژی مورد نیاز تجهیزات، سرورها و شبکه‌های دیتاسنتر طراحی و پیاده‌سازی می‌شود و شامل سیستم‌های UPS و ژنراتورهای برق پشتیبان است.

• سیستم‌های خنک‌کننده:

این سیستم‌ها برای مدیریت دمای دیتاسنتر مورد استفاده قرار می‌گیرند و شامل سیستم‌های خنک‌کننده گازی و آبی، چیلرها، کولرها و سیستم‌های دیگر است.

• سیستم‌های شبکه:

این سیستم‌ها برای ارتباط دیتاسنتر با اینترنت و شبکه‌های دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند و شامل تجهیزات شبکه نظیر سوئیچ‌ها، روترها، فایروال‌ها و غیره می‌شوند.

• سیستم‌های ذخیره‌سازی:

این سیستم‌ها برای ذخیره و مدیریت داده‌های دیتاسنتر مورد استفاده قرار می‌گیرند و شامل سرورهای ذخیره‌سازی، سیستم‌های فایل و سیستم‌های مدیریت داده‌های بزرگ است.

• سیستم‌های امنیتی:

این سیستم‌ها برای جلوگیری از دسترسی غیرمجاز، حفاظت از داده‌های حساس و جلوگیری از نفوذ مورد استفاده قرار می‌گیرند و شامل سیستم‌های رمزنگاری، دوربین‌های مداربسته، پروتکل‌های تشخیص نفوذ و سایر ابزارهای امنیتی است.

سیستم‌های مانیتورینگ و مدیریت:

این سیستم‌ها برای نظارت و مدیریت مرکز داده استفاده می‌شوند و شامل سیستم‌های مانیتورینگ دما، رطوبت، برق و تجهیزات دیگر، سیستم‌های مدیریت ترافیک شبکه، سیستم‌های مدیریت ایمیل و ابزارهای مانیتورینگ دیگر می‌باشد.

رایج‌ترین استاندارد برای طراحی و پیاده‌سازی دیتاسنتر، ANSI/TIA-942 است که انطباق با یکی از چهار سطح زیر را تضمین می‌کند:

سطح 1 _ زیرساخت پایه:

این سطح امکانات فیزیکی محدودی ارائه می‌دهد و دارای تجهیزات با ظرفیت محدود و تنها یک مسیر ارتباطی است.

سطح 2 _ زیرساخت با ظرفیت بیشتر:

این نوع مرکز داده، امکانات فیزیکی بهتری ارائه می‌دهد که دارای تجهیزات بیشتر و یک مسیر ارتباطی است.

سطح 3 _ زیرساخت با رویکرد موازی:

این دیتاسنترها تقریباً تمامی امکانات فیزیکی را شامل می‌شوند و تجهیزاتی با ظرفیت اضافی و چندین مسیر ارتباطی مستقل (بک‌بون) را ارائه می‌دهند که هر یک از اجزای آن را می‌توان بدون ایجاد اختلال در خدمات به کاربران نهایی، حذف یا جایگزین کرد.

سطح 4 _ زیرساخت مقاوم در برابر خطا:

در این نوع دیتاسنتر، بالاترین سطح تحمل خطا و افزونگی ارائه می‌گردد که تجهیزاتی با ظرفیت اضافی و چندین مسیر ارتباطی مستقل، قابلیت نگهداری و خطایابی متقارن را در هر نقطه از دیتاسنتر بدون ایجاد خرابی، امکان پذیر می‌کنند. دیتاسنتر هوشمند تبیان نیز در این دسته قرار می‌گیرد و با به کارگیری بروزترین و کامل‌ترین تجهیزات و زیرساخت‌های موردنیاز، خود را به بالاترین سطح رسانده است.

رعایت امنیت و ارتباطات در طراحی و پیاده سازی دیتاسنتر

امنیت در مراکز داده به دو رویکرد فیزیکی و مجازی اشاره دارد که برای حفاظت از مراکز داده در برابر تهدیدات و حملات خارجی استفاده می‌شود. مراکز داده مجموعه‌ای از تجهیزات هستند که زیرساخت‌های فناوری اطلاعات را نگهداری می‌کنند و از کامپیوترهای تحت شبکه و فضای ذخیره‌سازی برای سازمان‌دهی، پردازش و ذخیره حجم زیادی داده بهره می‌برند. از آنجایی که مراکز داده اطلاعات حساس یا اختصاصی مانند داده‌های مشتری یا مالکیت معنوی را در اختیار دارد، سایت‌ها باید هم از نظر دیجیتالی و هم از نظر فیزیکی، ایمن باشند.

اگر یک موضوع وجود داشته باشد که دیتاسنترها نتوانند از آن چشم‌پوشی کنند، امنیت است. افراد و شرکت‌ها با قرار دادن اطلاعات خود در دیتاسنترها، به آنها اعتماد می‌کنند. بنابراین همه چیز باید برای محافظت از داده‌ها فراهم باشد. هنگام طراحی و پیاده‌سازی دیتاسنتر جدید، باید امنیت فیزیکی را برای جلوگیری از دسترسی غیرمجاز یا آتش‌سوزی و همچنین امنیت سایبری در نظر گرفت. اقدامات امنیتی فیزیکی شامل کنترل دسترسی، دوربین‌های نظارتی و قفل می‌شود. جهت اطفاء حریق، باید سیستم‌هایی برای محافظت از تجهیزات در برابر خطرات احتمالی آتش‌سوزی وجود داشته باشد.

در دیتاسنتر اختصاصی هوشمند تبیان موارد امنیتی متعددی مانند سیستم کارت شناسایی جهت ورود به اتاق‌های مختلف، نگهبانی و همچنین حضور مهندسان پشتیبان به صورت ۲۴ ساعته، دوربین‌های امنیتی، سیستم اطفاء حریق با گاز FM200 و… به کار رفته است تا امنیت را در بالاترین سطح ارائه دهد. همچنین مراکز داده به اتصالات ارتباطی با ظرفیت بالا نیاز دارند. بدون این اتصالات، مرکز داده نمی‌تواند به درستی کار کند. بنابراین، مسیرهای اتصال انعطاف‌پذیر و چندگانه، بخشی از طراحی و پیاده‌سازی دیتاسنتر هستند و افزونگی شبکه را تضمین می‌کنند. افزونگی در علوم مهندسی عبارت است از قرار دادن تجهیزات مشابه در یک سامانه به صورت موازی تا عملکرد کلی سامانه در شرایط اضطرار یا خطا تضمین شود.

مجازی‌سازی

مجازی‌سازی دیتاسنتر، فرآیند ایجاد یک سرور مجازی (گاهی اوقات مرکز داده مبتنی بر نرم‌افزار یا SDCC نامیده می‌شود) از سرورهای سنتی و فیزیکی است. این فرآیند، سخت‌افزار فیزیکی را با تقلید از پردازنده‌ها، سیستم عامل و سایر منابع آن و با کمک یک هایپروایزر، بخش‌بندی می‌کند. هایپروایزر نرم‌افزاری است که یک ماشین مجازی (VM) را ایجاد و مدیریت می‌کند و در این فرآیند به برقراری ارتباط با واحد پردازش مرکزی (CPU) کمک می‌کند. معمولاً مجازی‌سازی مرکز داده به یک یا چند زیرساخت ابری، یک سیستم به هم پیوسته از سخت‌افزار مجازی‌شده و سایر اجزای دیجیتال نیاز خواهد داشت. مرکز داده مجازی را می‌توان از یک مکان فیزیکی مرکزی (ابر خصوصی) یا یک مکان عمومی از راه دور (ابر عمومی) یا ترکیبی از هر دو (ابر هیبریدی) مدیریت کرد. سرورهای مجازی‌سازی شده، توسط تیم‌های اختصاصی یا پشتیبانی مستقر در دیتاسنتر، مدیریت و محافظت می‌شوند. طراحی و پیاده‌سازی دیتاسنتر مجازی، مزایای مختلفی را برای متخصصان فناوری اطلاعات و کاربران نهایی به همراه دارد.

مقیاس‌پذیری

بر خلاف سرورهای فیزیکی که نیاز به منابع زیاد، گران و همچنین مدیریت زمان دارند، مراکز داده مجازی نسبتاً ساده، سریع و ارزان هستند. آنها می‌توانند جهت پاسخگویی به افزایش سریع تقاضا برای پردازش و سایر منابع، ارتقا پیدا کنند یا زمانی که دیگر نیازی به آنها نیست کوچک‌تر شوند. انجام این کار در سرورهای فیزیکی امکان‌پذیر نخواهد بود.

عملکرد پیشرفته

قبل از مجازی‌سازی، تمامی بخش‌ها از وظایف معمول و تعاملات روزانه تا تجزیه و تحلیل و ذخیره‌سازی داده‌ها، در سطح یک سرور فیزیکی اتفاق می‌افتاد و فقط از یک مسیر خاص در دسترس بود. منابع مجازی را می‌توان از هر جایی و صرفاً با یک اتصال اینترنت قدرتمند، استفاده کرد.

صرفه‌جویی در هزینه

مجازی‌سازی مرکز داده، سطح مدیریت و نگهداری بالاتر که با سرورهای فیزیکی مرتبط است و معمولاً به ارائه‌دهندگان شخص ثالث برون‌سپاری می‌شود را حذف می‌کند.

ذخیره‌سازی

فناوری ذخیره‌سازی داده‌ها در دیتاسنترها، عمدتاً شامل درایوهای هارد دیسک (HDD) و درایوهای حالت جامد (SSD) است. اهمیت SSD ها به عنوان فناوری ذخیره‌سازی آینده در مراکز داده، به طور تصاعدی افزایش می‌یابد. در حالی که HDD ها همچنان بالاترین ظرفیت ذخیره‌سازی را به ازای هزینه ارائه می‌دهند، اما فناوری SSD با سرعت خواندن و نوشتن بسیار بالاتر، عملکرد بهتری را ارائه می‌دهد.

به عنوان مثال، سرعت بالا با تاخیر کم، نقش مهمی در ذخیره‌سازی سریع داده‌ها از طریق شبکه‌های ارتباطی بی‌سیم 5G ایفا می‌کند. یک روند معمول در طراحی سیستم ذخیره‌سازی مرکز داده، استفاده ترکیبی از SSD و HDD است تا نیاز به سرعت بالا را برآورده کرده و در عین حال از قیمت بی‌رقیب حافظه HDD سود ببرند. تولیدکنندگان حافظه HDD تلاش می‌کنند که پروتکل NVMe مختص SSD را در دستگاه‌های ذخیره‌سازی HDD ترکیب نمایند تا سازگاری حافظه سنتی HDD را در مراکز داده آینده با تعداد حافظه HDD بالا، افزایش دهند.

پشتیبان‌گیری

پشتیبان‌گیری از مرکز داده، فرآیند پشتیبان‌گیری و ذخیره داده‌ها، برنامه‌ها یا زیرساخت یک مرکز داده است. این پروسه گسترده، شامل ابزارها و تکنیک‌های دستی و خودکار برای ایجاد پشتیبان از داده‌ها و منابع دیتاسنتر می‌شود. پشتیبان‌گیری از مرکز داده، در درجه اول به عنوان بخشی از اقدامات بازیابی در هنگام وقوع حوادث و تداوم کسب و کار مرکز داده انجام می‌شود.

معمولاً پشتیبان‌گیری از مرکز داده شامل موارد زیر است:

• پشتیبان‌گیری از داده‌ها و بایگانی سیستم‌ها و گره‌ها (nodes) در مرکز داده
• نصب و نگهداری زیرساخت سخت‌افزاری اضافی و پشتیبان، مانند سرورها، دسکتاپ و دستگاه‌های شبکه یا اتصال به اینترنت
• سیستم پشتیبانی از تجهیزات غیرپردازشی مانند منابع برق و خنک‌کننده در مرکز داده
• پشتیبان‌گیری داده‌ها و برنامه‌ها در دیتاسنتر، معمولاً از طریق نرم‌افزار پشتیبان‌گیری در سطح سازمانی انجام می‌شود. داده‌های پشتیبان را می‌توان در یک مرکز پشتیبان‌گیری داخلی یا خارج از دیتاسنتر ذخیره کرد.