Что такое центр обработки данных (ЦОД)?
Центр обработки данных — это специализированное здание, в котором компании размещают свое серверное и сетевое оборудование. Именно дата-центры (ЦОД) отвечают за физическую сохранность и бесперебойную работу оборудования. В этой статье рассмотрим, как функционируют ЦОДы, как обеспечивается защита инженерных систем и благодаря чему удается соблюдать жесткие требования по безопасности, которые к ним предъявляет IT-сообщество.
Для чего нужен ЦОД?
Для обработки данных? — В целом, конечно, да. И ещё все знают, что данные обрабатываются компьютерами (между прочим, их русское историческое название: электронно-вычислительные машины, ЭВМ).
Очевидно, что это вычислительное оборудование должно где-то находиться. Вот для его размещения и предназначены дата-центры (ЦОД). Структура современного ЦОД состоит из сисетмы хранения данных (СХД), серверного комплекса, системы эксплуатации и информационной безопасности.
Далее вспомним о том, что компьютерному оборудованию требуется электропитание; что во время его работы выделает тепло; что оборудование любит собирать пыль; и, конечно, что оно не должно быть доступно любому интересующемуся.
Указанные требования порождают основные функции ЦОД:
- защита размещённого оборудования от воздействия окружающей среды;
- обеспечение оборудования качественным источником бесперебойного питания;
- отвод выделяемого тепла, вентиляция кондиционированным воздухом;
- управление физическим доступом к оборудованию, система контроля и охрана.
Не забудем и о том, что «бережёного бог бережёт» — нужна система пожаротушения.
Рассмотрим типовую структуру ЦОД,как обеспечивается защита инженерных систем и решаются задачи бесперебойной работы оборудования в центрах обработки данных.
Здание
Сейчас, когда затевается новый ЦОД с нуля, особенно крупный, строить его предпочитают в пригороде большого города с избытком недорогой электроэнергии, на свободной огороженной территории, в форме одно-, двухэтажных (часто модульных) строений.
Но это не единственный вариант. ЦОД может размещаться и в центральной части исторического города. Главное, чтобы здание, в котором планируется развернуть центр обработки данных, соответствовало определённому набору требований по несущей способности стен и перекрытий, материалу конструкций, размерам и особенностям помещений и т. п.
Есть и такие требования, которые неискушённому человеку могут показаться неожиданными, например, защита от наводнений, ураганов, торнадо, сейсмической активности и вулканической деятельности, от опасностей, связанных с воздействиями прилегающих территорий, с транспортными коридорами, соседством с аэропортами, военными авиабазами и т. п.
Достаточно распространённый вариант места размещения центра обработки данных — бывшие промышленные здания: цеха, склады и т. п.
Существуют варианты мобильных ЦОД’ов на базе контейнерных модулей, но в рамках этой статьи они не столь актуальны.
Компьютерное оборудование, предназначенное для центров обработки данных, имеет стандартизированные размеры и размещается в также стандартизированных стойках.
Электроснабжение
Надёжное и качественное снабжение электроэнергией — главное функциональное требование к дата-центру. Если это условие не выполнено, говорить о чём-то другом не приходится.
Уровень качества электроснабжения для переменного тока определяют три основные параметра: напряжение, частота и форма кривой тока или напряжения.
Несмотря на то, что в современном оборудовании используются импульсные источники питания, которые довольно устойчивы к искажениям гармонической формы электрического тока, их возможности по сглаживанию искажений небезграничны.
Бесперебойность питания в ЦОД’ах обеспечивается совместным использованием двух элементов: аккумуляторных батарей и аварийных дизель-генераторов.
Почему двух? — Дело в том, что дизель-генератор невозможно запустить мгновенно. В лучшем случае на его включение потребуются десятки секунд. В это время питание должно обеспечиваться аккумуляторными батареями, переключиться на которые можно за считанные миллисекунды.
Использовать только аккумуляторные батареи как источник бесперебойного питная нельзя, потому что они не смогут обеспечивать электроснабжение достаточно долго. После запуска дизель-генераторов дальнейшее снабжение электроэнергией обеспечивают они, а аккумуляторные батареи переключаются на подзарядку.
Резервное автономное питание требуется тогда, когда случается авария на магистральных линиях электропередачи. Устранение её последствий может занять десятки часов. Весь этот период должен покрываться дизель-генераторами, имеющими достаточный запас топлива.
Для повышения надежности постоянного электроснабжения обычно используют две электрические магистрали от разных подстанций. Кроме этого, дублируются резервные генераторы. Это называется схемой резервирования и способствует безотказной работе ЦОД даже при отключении электроэнергии.
Отвод тепла
Неизбежным следствием работы любой электротехники является выделение тепла. При высокой концентрации оборудования, а в ЦОД’ах оно именно таково, тепла выделяется много, и его нужно своевременно отводить, чтобы не перегрелось чувствительные элементы.
В большинстве случаев хватает воздушного охлаждения. При очень интенсивном тепловыделении в систему охлаждения могут быть добавлены жидкостные элементы.
Так или иначе задача отвода тепла решается, но дальше возникает вопрос, нельзя ли это тепло использовать. Потребление электроэнергии в ЦОД’е может быть очень большим. На одну монтажную стойку может приходиться до 10 кВт, а таких стоек в одном дата-центре может быть сотни.
Самый простой способ утилизации тепловой энергии использовать его для нагрева воды и отопления жилых помещений. Именно так используется тепло дата-центра, принадлежащего «Яндекс» и расположенного в финском городе Мянтсяля.
Сложность иного использования тепловой энергии ЦОД’ов связана с тем, что теплоноситель имеет небольшой температурный потенциал, который трудно использовать на обычной ТЭЦ. Но технические решения для этого случая имеются.
Кондиционирование воздуха
В число задач системы кондиционирования воздуха в помещениях ЦОД’а входит и его охлаждение, о чём было сказано в предыдущем разделе. Но кроме охлаждения требуется ещё и обеспечение должных уровней влажности и чистоты воздуха.
Все владельцы персональных компьютеров в виде настольных системных блоков, хорошо знают, насколько быстро в них скапливается пыль. В центрах обработки данных пыль на оборудовании практически отсутствует.
Охрана
Клиенты, размещающие или арендующие оборудование в дата-центрах, хотят быть абсолютно уверены в том, что к нему никто не подойдёт без их ведома и разрешения.
Каждый коммерческий ЦОД имеет развитую, многогранную и многоконтурную систему контроля и охраны, включающую огороженную территорию, пропускной контроль с досмотром, видеонаблюдение, управление доступом и т. д.
Пожарная безопасность
Пожар может случиться где угодно. Для уменьшения его негативных последствий требуется автоматическая система пожаротушения.
Особенность структуры ЦОД заключается в том, что оборудование, размещенное в них, нельзя тушить водой. Для этого используют газовые системы, которые вытесняют кислород и таким образом останавливают горение.
Заключение
Строго говоря, дата центр — это не центр обработки данных, а центр размещения компьютерного оборудования.
Размещать своё вычислительное оборудование в ЦОД’е могут не только клиенты, использующие его для своих внутрикорпоративных нужд, и провайдеры облачных услуг (IaaS, PaaS, SaaS, …), но и сами владельцы центра, которые в этом случае выступают в качестве облачных провайдеров. Последнее обстоятельство и привносит некоторую путаницу в термин «центр обработки данных».
Надо понимать, что управление дата центром и управление компьютерным оборудованием, находящимся в центре — задачи очень разные, требующие совсем разных профессиональных навыков и квалификации. Поэтому далеко не все владельцы центров обработки данных стремятся к оказанию облачных услуг.
Выражение: «виртуальный ЦОД» — это своего рода оксюморон. потому что центр обработки данных — это, в первую очередь, не компьютеры, а место для их размещения. То, что пытаются обозначать этим термином, является просто виртуальной компьютерной инфраструктурой.
P.S. Ещё немного полезных ссылок: