什么是數(shù)據(jù)中心？關(guān)于數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)據(jù)中心是企業(yè)用來容納其關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用程序和信息的物理設(shè)施。隨著它們的發(fā)展，重要的是要長期考慮如何保持它們的可靠性和安全性。

什么是數(shù)據(jù)中心？

數(shù)據(jù)中心通常被稱為單個(gè)事物，但實(shí)際上它們由許多技術(shù)元素組成。這些可以分為三類：

?計(jì)算：運(yùn)行應(yīng)用程序的內(nèi)存和處理能力，通常由高端服務(wù)器提供

?存儲(chǔ)：重要的企業(yè)數(shù)據(jù)通常存放在數(shù)據(jù)中心，存儲(chǔ)在從磁帶到固態(tài)硬盤的各種介質(zhì)上，并有多個(gè)備份

?網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)中心組件與外界之間的互連，包括路由器、交換機(jī)、應(yīng)用程序交付控制器等

這些是IT需要存儲(chǔ)和管理對公司的持續(xù)運(yùn)營至關(guān)重要的最關(guān)鍵系統(tǒng)的組件。因此，數(shù)據(jù)中心的可靠性、效率、安全性和不斷發(fā)展通常是當(dāng)務(wù)之急。軟件和硬件安全措施都是必須的。

除了技術(shù)設(shè)備，數(shù)據(jù)中心還需要大量的設(shè)施基礎(chǔ)設(shè)施來保持硬件和軟件的正常運(yùn)行。這包括電源子系統(tǒng)、不間斷電源（UPS）、通風(fēng)和冷卻系統(tǒng)、備用發(fā)電機(jī)和連接到外部網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的電纜。

數(shù)據(jù)中心架構(gòu)

任何規(guī)模較大的公司都可能擁有多個(gè)數(shù)據(jù)中心，可能分布在多個(gè)地區(qū)。這使該組織能夠靈活地備份信息，防止自然災(zāi)害和人為災(zāi)害，如洪水、風(fēng)暴和恐怖主義威脅。數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)可能需要做出一些艱難的決定，因?yàn)閹缀跤袩o限的選擇。一些關(guān)鍵考慮因素包括：

?業(yè)務(wù)是否需要鏡像數(shù)據(jù)中心？

?需要多大的地理多樣性？

?如果發(fā)生停機(jī)，需要多長時(shí)間恢復(fù)？

?擴(kuò)建需要多少空間？

?您應(yīng)該租用私有數(shù)據(jù)中心還是使用同一位置/托管服務(wù)？

?帶寬和功率要求是什么？

?是否有首選供應(yīng)商？

?需要什么樣的物理安全？

這些問題的答案有助于確定要構(gòu)建多少個(gè)數(shù)據(jù)中心以及在哪里構(gòu)建。例如，曼哈頓的一家金融服務(wù)公司可能需要持續(xù)運(yùn)營，因?yàn)槿魏沃袛喽伎赡軐?dǎo)致數(shù)百萬美元的損失。該公司可能會(huì)決定在附近建立兩個(gè)數(shù)據(jù)中心，比如一個(gè)在新澤西，一個(gè)在康涅狄格，彼此鏡像。其中一個(gè)可能會(huì)完全關(guān)閉，而不會(huì)對運(yùn)營造成影響，因?yàn)楣究赡軙?huì)剝離另一個(gè)。

然而，小型專業(yè)服務(wù)公司可能不需要即時(shí)訪問信息，可以在其辦公室擁有一個(gè)主數(shù)據(jù)中心，并每晚將信息備份到全國各地的備用站點(diǎn)。在發(fā)生中斷時(shí)，它將啟動(dòng)一個(gè)恢復(fù)信息的過程，但與依賴實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以獲得競爭優(yōu)勢的業(yè)務(wù)相比，它的緊迫性將有所不同。

雖然數(shù)據(jù)中心通常與企業(yè)和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的云提供商相關(guān)，但實(shí)際上任何公司都可以擁有數(shù)據(jù)中心。對于一些中小型企業(yè)，數(shù)據(jù)中心可能是位于其辦公空間中的一個(gè)房間。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

為了幫助IT主管了解應(yīng)該部署什么類型的基礎(chǔ)設(shè)施，2005年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）和電信行業(yè)協(xié)會(huì)（TIA）發(fā)布了數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)，其中定義了四個(gè)獨(dú)立的層次，并提供了設(shè)計(jì)和實(shí)施指南。第1層數(shù)據(jù)中心基本上是一個(gè)經(jīng)過修改的服務(wù)器機(jī)房，其中第4層數(shù)據(jù)中心具有最高級別的系統(tǒng)可靠性和安全性。每種類型的數(shù)據(jù)中心的描述都可以在這里找到。

目前，數(shù)據(jù)中心正在經(jīng)歷一場重大的轉(zhuǎn)型，未來的數(shù)據(jù)中心將與大多數(shù)組織所熟悉的數(shù)據(jù)中心大不相同。

企業(yè)正變得越來越動(dòng)態(tài)和分布式，這意味著支持?jǐn)?shù)據(jù)中心的技術(shù)需要靈活和可擴(kuò)展。隨著服務(wù)器虛擬化的日益普及，數(shù)據(jù)中心（東西向）橫向移動(dòng)的流量使傳統(tǒng)的客戶機(jī)-服務(wù)器流量相形見絀，后者進(jìn)出（南北）。這給數(shù)據(jù)中心經(jīng)理帶來了挑戰(zhàn)，而且更多的挑戰(zhàn)即將出現(xiàn)。

以下是一些關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)將使數(shù)據(jù)中心從靜態(tài)和僵化的環(huán)境中發(fā)展成為能夠滿足數(shù)字企業(yè)需求的靈活、靈活的設(shè)施。

邊緣計(jì)算和微數(shù)據(jù)中心

邊緣計(jì)算是一種越來越流行的范例，傳統(tǒng)上在集中數(shù)據(jù)中心進(jìn)行的許多計(jì)算工作都發(fā)生在靠近收集數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)邊緣的地方。這意味著對于需要接近實(shí)時(shí)操作的應(yīng)用程序來說，延遲更少，所需的數(shù)據(jù)帶寬也減少了。

微型數(shù)據(jù)中心是一個(gè)緊湊的單元，它可以物理地收集，處理，分析和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，使其與收集數(shù)據(jù)的設(shè)備接近，并將它們放在現(xiàn)場即可進(jìn)行邊緣計(jì)算。微數(shù)據(jù)中心的部署支持許多應(yīng)用，包括5G網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)推廣和內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)。

在微數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域有許多供應(yīng)商，其中一些在鄰近領(lǐng)域有背景，如基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）或托管服務(wù)。微型數(shù)據(jù)中心通常（但不總是）作為預(yù)裝配設(shè)備出售，“微型”涵蓋了相當(dāng)廣泛的規(guī)模。它們的范圍從一個(gè)19英寸的機(jī)架到一個(gè)40英尺的集裝箱，管理工作可能由供應(yīng)商負(fù)責(zé)或外包給托管服務(wù)提供商（MSP）。

云的作用

過去，企業(yè)可以選擇建立自己的數(shù)據(jù)中心，或者使用托管供應(yīng)商或MSP。后一種方式改變了所有權(quán)和運(yùn)營數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟(jì)性，但部署和管理必要技術(shù)所需的較長交付期仍然存在。云服務(wù)提供商（如AmazonWebServices和microsoftazure）的IaaS的興起為企業(yè)提供了一個(gè)選擇，即只需點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)，就可以在云中提供一個(gè)虛擬數(shù)據(jù)中心。2019年，企業(yè)每年在云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)上的支出首次超過在物理數(shù)據(jù)中心硬件上的支出，售出的所有服務(wù)器中有一半以上用于云提供商的數(shù)據(jù)中心。

然而，本地on-prem數(shù)據(jù)中心不會(huì)很快消失。在正常運(yùn)行時(shí)間研究所（UptimeInstitute）2020年的一項(xiàng)調(diào)查中，58%的受訪者表示，他們的大部分工作負(fù)載仍在企業(yè)數(shù)據(jù)中心，他們以缺乏對公共云的可見性和正常運(yùn)行時(shí)間的責(zé)任為由拒絕切換。

許多組織正通過使用混合云方法來實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)方面的最佳效果，即一些工作負(fù)載被卸載到公共云上，而其他需要更多實(shí)際操作控制或安全性的工作仍在本地?cái)?shù)據(jù)中心運(yùn)行。根據(jù)flexera2020云計(jì)算狀態(tài)報(bào)告，87%的受訪組織采用混合云策略。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）

一個(gè)數(shù)字企業(yè)的敏捷性只能和它最不敏捷的組件一樣，而這通常就是網(wǎng)絡(luò)。通過分離網(wǎng)絡(luò)控制平面（該控制平面決定如何將數(shù)據(jù)包從一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)點(diǎn)）的最佳路由，可以使網(wǎng)絡(luò)更高效、更靈活。它們可以很容易地通過軟件進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)不斷變化的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

這種體系結(jié)構(gòu)被稱為軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN），可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心。通過提供和管理數(shù)據(jù)中心硬件的網(wǎng)絡(luò)控制器，可以更快地配置數(shù)據(jù)中心，通常使用簡單語言命令來消除耗時(shí)、容易出錯(cuò)的手動(dòng)配置。

超融合基礎(chǔ)設(shè)施（HCI）

數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營挑戰(zhàn)之一是必須將服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的正確組合組合起來，以支持高要求的應(yīng)用程序。然后，一旦部署了基礎(chǔ)架構(gòu)，IT運(yùn)營部門就需要找出如何在不中斷應(yīng)用程序的情況下快速擴(kuò)展。HCI通過提供基于商品硬件的易于部署的設(shè)備簡化了這一過程，這些設(shè)備在一個(gè)硬件中提供了處理能力、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)。該體系結(jié)構(gòu)可以通過添加更多節(jié)點(diǎn)來擴(kuò)展。

HCI可以為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心提供許多優(yōu)勢，包括可擴(kuò)展性、云集成和更容易的配置和管理。

容器、微服務(wù)和服務(wù)網(wǎng)格

應(yīng)用程序開發(fā)通常會(huì)因提供運(yùn)行在其上的基礎(chǔ)設(shè)施所需的時(shí)間而減慢。這會(huì)嚴(yán)重阻礙組織向DevOps模型遷移的能力。容器是一種虛擬化整個(gè)運(yùn)行時(shí)環(huán)境的方法，允許開發(fā)人員在自包含的系統(tǒng)中運(yùn)行應(yīng)用程序及其依賴項(xiàng)。容器非常輕量級，可以快速創(chuàng)建和銷毀，因此它們是測試應(yīng)用程序在特定條件下如何運(yùn)行的理想選擇。

容器化的應(yīng)用程序通常被分成單獨(dú)的微服務(wù)，每個(gè)微服務(wù)都封裝了一小部分功能，這些功能相互作用形成一個(gè)完整的應(yīng)用程序。協(xié)調(diào)這些單獨(dú)容器的工作落在一種稱為服務(wù)網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)形式上，雖然服務(wù)網(wǎng)格做了很多工作來將復(fù)雜性從開發(fā)人員那里抽象出來，但它需要自己的照料和維護(hù)。服務(wù)網(wǎng)格自動(dòng)化和管理應(yīng)集成到全面的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，特別是隨著容器部署變得越來越多、更復(fù)雜和更具戰(zhàn)略性。

微分段

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心以所有的安全技術(shù)為核心，因此當(dāng)流量進(jìn)出時(shí)，它會(huì)通過安全工具來保護(hù)業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)中心內(nèi)水平流量的增加意味著流量繞過防火墻、入侵防御系統(tǒng)和其他安全系統(tǒng)，使得惡意軟件能夠迅速傳播。微分段是一種在數(shù)據(jù)中心內(nèi)創(chuàng)建多個(gè)數(shù)據(jù)段的方法，在該方法中，資源組可以彼此隔離，因此，如果發(fā)生漏洞，則數(shù)據(jù)段中會(huì)包含損壞。微分段通常是在軟件中完成的，這使得它非常靈活。

非易失性快速存儲(chǔ)器（NVMe）

在一個(gè)日益數(shù)字化的世界里，一切都變得更快，這意味著數(shù)據(jù)需要更快地進(jìn)出數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)協(xié)議，如小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（SCSI）和高級技術(shù)附件（ATA）已經(jīng)存在了幾十年，并且已經(jīng)達(dá)到了極限。NVMe是一種存儲(chǔ)協(xié)議，旨在加速系統(tǒng)和固態(tài)驅(qū)動(dòng)器之間的信息傳輸，大大提高數(shù)據(jù)傳輸速率。

NVMe不僅僅局限于連接到固態(tài)存儲(chǔ)芯片：nvmeoffabrics（nvmeof）允許創(chuàng)建超高速存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，其延遲可以與直連存儲(chǔ)相媲美。

GPU計(jì)算

幾十年來，中央處理器（CPU）一直為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施提供動(dòng)力，但摩爾定律正面臨物理限制。此外，分析、機(jī)器學(xué)習(xí)和物聯(lián)網(wǎng)等新的工作負(fù)載正在推動(dòng)對一種新型計(jì)算模型的需求，這種模型超過了cpu的能力。圖形處理單元（gpu）曾經(jīng)只用于游戲，但由于它們能夠并行處理多個(gè)線程，所以其運(yùn)行方式根本不同。

因此，GPU在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心找到了一席之地，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心越來越肩負(fù)著挑戰(zhàn)人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)。這將導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的一系列轉(zhuǎn)變，從它們連接到網(wǎng)絡(luò)的方式到它們的冷卻方式。

數(shù)據(jù)中心對幾乎所有規(guī)模的企業(yè)的成功都至關(guān)重要，這一點(diǎn)不會(huì)改變。然而，部署數(shù)據(jù)中心的方式和支持技術(shù)的數(shù)量正在發(fā)生根本性的變化。加速這種轉(zhuǎn)變的技術(shù)是未來所需要的。
編輯：hfy