Um data center abriga computadores de back-end (sem uma interface de usuário) e sistemas auxiliares, como resfriamento e rede.
Um data center é definido como uma sala, um prédio ou um grupo de prédios usados para abrigar sistemas de computador de back-end (sem uma interface de usuário) e sistemas de suporte como recursos de resfriamento, segurança física, dispositivos de rede e muito mais. Este artigo define e descreve o funcionamento de um data center, incluindo sua arquitetura, tipos e práticas recomendadas.
O que é um Data Center?
Um data center é uma sala, um prédio ou um grupo de prédios usados para abrigar sistemas de computador de back-end (sem uma interface de usuário) e sistemas de suporte como recursos de resfriamento, segurança física, dispositivos de rede e muito mais. Os data centers remotos alimentam toda a infraestrutura de nuvem.
Um data center é uma instalação física que fornece o poder de computação para operar programas, armazenamento para processar informações e rede para conectar as pessoas aos recursos de que precisam para realizar suas tarefas e dar suporte às operações organizacionais.
Devido a uma densa concentração de servidores, sendo geralmente colocados em camadas, às vezes os data centers são chamados de farms de servidores. Eles fornecem serviços essenciais, como armazenamento de informações, recuperação e gerenciamento de informações de backup e rede.
Quase toda empresa e agência governamental precisa de seu próprio data center ou acesso a instalações de terceiros. Alguns os constroem e operam internamente e outros alugam servidores de instalações de co-localização. Por outro lado, outros ainda utilizam serviços públicos baseados em nuvem de hosts como Google, Microsoft e Amazon Web Services (AWS).
Em geral, existem quatro níveis reconhecidos de centros de dados. As camadas numéricas alocadas para esses data centers representam os sistemas redundantes de infraestrutura, energia e refrigeração. Normalmente atribuídos a esses níveis estão os seguintes valores ou funcionalidades:
- Nível 1: Não oferece redundâncias integradas para garantir a disponibilidade ideal e várias horas de inatividade anual.
- Nível 2: Redução do tempo de inatividade anual devido à incorporação de redundâncias parciais para garantir que a eletricidade e o ar condicionado continuem a dar suporte às operações.
- Nível 3: Garante maior tempo de atividade e proteção contra problemas de energia e resfriamento, com menos de algumas horas de inatividade por ano.
- Nível 4: oferece 99,995% de tempo de atividade anualmente e menos de uma hora de inatividade por ano.
Os recursos de armazenamento e computação para aplicativos, informações e conteúdo estão alojados em data centers. O acesso a esses dados é um grande problema neste mundo baseado em nuvem e orientado a aplicativos. Usando comunicação óptica de pacote de alta velocidade, as tecnologias Data Center Interconnect (DCI) unem dois ou mais data centers em distâncias curtas, médias ou longas.
Além disso, um data center hiperconvergente é construído em uma infraestrutura hiperconvertida (HCI), uma arquitetura de software que consolida o hardware de computação, rede e armazenamento. A fusão de componentes de software e hardware em um único data center agiliza o processo de processamento e gerenciamento, com a vantagem adicional de reduzir os custos de infraestrutura e gerenciamento de TI de uma organização.
Como funcionam os data centers?
O funcionamento de um data center é baseado na execução bem-sucedida das operações do data center. As operações de um data center consistem nos sistemas e processos que mantêm o data center diariamente.
As operações do data center consistem em estabelecer e gerenciar recursos de rede, garantir a segurança do data center e monitorar os sistemas de energia e refrigeração. Diferentes tipos de data centers, diferentes em tamanho, confiabilidade e redundância, são definidos pelas necessidades de TI das empresas que operam data centers. A expansão da computação em nuvem está impulsionando sua modernização, incluindo automação e virtualização.
Os data centers compreendem servidores reais ou virtuais conectados externa e internamente por meio de equipamentos de comunicação e rede para armazenar, transportar e acessar dados digitais. Cada servidor é comparável a um computador doméstico, pois contém uma CPU, espaço de armazenamento e memória, mas é mais poderoso. Os data centers usam software para agrupar computadores e dividir a carga entre eles. Para manter tudo isso funcionando, o data center usa os seguintes elementos-chave:
1. Sistemas de alta disponibilidade e redundância
Disponibilidade em um data center refere-se a componentes que estão operacionais o tempo todo. Periodicamente, os sistemas são mantidos para garantir o bom andamento das atividades futuras. Você pode organizar um failover no qual um servidor muda de função para um servidor distante para aumentar a redundância. Na infraestrutura de TI, sistemas redundantes reduzem o risco de falha em um único ponto.
2. O centro de operações de rede
Network Operation Center (NOC) é um espaço de trabalho (ou local de trabalho virtual) para funcionários ou trabalhadores dedicados encarregados de monitorar, administrar e manter os recursos de computador em um data center. Um NOC pode fornecer todas as informações do data center e atualizar todas as atividades. A pessoa responsável em um NOC pode ver e controlar as visualizações de rede que estão sendo monitoradas.
3. Fonte de alimentação ininterrupta
Inquestionavelmente, a energia é o aspecto mais crítico de um data center. Equipamentos físicos ou servidores de hospedagem na web usam uma fonte de alimentação dedicada dentro do data center. Todo data center precisa de backups de energia para garantir que seus servidores estejam continuamente operacionais e que a disponibilidade geral do serviço seja mantida.
4. Medidas de segurança física
Um data center seguro requer a implementação de mecanismos de segurança. É preciso primeiro identificar os pontos fracos da infraestrutura do seu DC. Identificação multifatorial, monitoramento em todo o edifício, detectores de metal e sistemas biométricos são algumas medidas que podem ser tomadas para garantir o mais alto nível de segurança. Também é necessário para um centro de dados pessoal de segurança no local.
5. Sistemas de refrigeração robustos
Energia e resfriamento são igualmente cruciais em um data center. Os equipamentos físicos e os servidores de hospedagem na web precisam de resfriamento suficiente para evitar o superaquecimento e garantir sua operação contínua. Um data center deve ser construído de forma que haja fluxo de ar suficiente e os sistemas sejam sempre mantidos refrigerados.
6. Sistemas para backup de energia
Fonte de alimentação ininterrupta (UPS), bem como geradores, são componentes de sistemas de backup. Durante interrupções de energia, um gerador pode ser configurado para iniciar automaticamente. Enquanto os geradores tiverem combustível, eles permanecerão ligados durante um blecaute. Os sistemas UPS devem fornecer redundância para que um módulo com falha não comprometa a capacidade geral do sistema. A manutenção regular do no-break e das baterias diminui a probabilidade de falha durante uma queda de energia.
7. Sistemas computadorizados de gerenciamento de manutenção (CMMS) para data centers
O CMMS está entre os métodos mais eficazes para monitorar, medir e aprimorar seu plano de manutenção. Este programa permite que o gerenciamento do data center acompanhe o andamento dos trabalhos de manutenção realizados em seus ativos e os custos associados. Este programa ajudará a reduzir os custos de manutenção e aumentar a eficiência interna.
Em um data center moderno, a inteligência artificial (IA) também desempenha um papel essencial em seu funcionamento. A IA permite que os algoritmos cumpram as tarefas convencionais do Data Center Infrastructure Manager (DCIM), monitorando a distribuição de energia, a capacidade de resfriamento, o tráfego do servidor e as ameaças cibernéticas em tempo real e ajustando automaticamente a eficiência. A IA pode transferir cargas de trabalho para recursos subutilizados, identificar possíveis falhas de componentes e equilibrar recursos agrupados. Ele faz isso com o mínimo de intervenção humana.
Tipos de Data Centers
Os diferentes tipos de centros de dados incluem:
1. Datacenters de nível empresarial
As organizações constroem e possuem esses datacenters privados para seus clientes finais. Eles podem ser colocados dentro e fora do local e atendem aos processos de TI e aplicativos essenciais de uma única organização. Uma organização pode isolar as atividades de negócios das operações do data center em uma catástrofe natural. Ou pode construir seu data center em um ambiente mais fresco para reduzir o consumo de energia.
2. Instalações de colocação
Centros de dados multi locatários (chamados centros de dados de colocation) fornecem espaço de centro de dados para organizações que desejam hospedar seus equipamentos de computador e servidores remotamente. Esses espaços para alugar nos centros de colocation são de propriedade de terceiros. A locadora é responsável por fornecer o hardware, enquanto o data center oferece e administra a infraestrutura, que inclui área física, conectividade, ventilação e sistemas de segurança. A colocação é atraente para empresas que desejam evitar os altos custos de capital envolvidos no desenvolvimento e na operação de seus próprios data centers.
3. Centros de dados de computação de borda
O desejo de conexão imediata, a expansão da Internet das Coisas (IoT) e a necessidade de insights e robótica estão impulsionando o surgimento de tecnologias de ponta, que permitem que o processamento ocorra mais próximo das fontes de dados reais. Data centers de borda são instalações compactas que lidam com o problema de latência por estarem localizadas mais próximas da borda da rede e das fontes de dados.
Esses data centers são minúsculos e colocados próximos aos usuários que atendem, permitindo uma conexão de baixa latência com dispositivos inteligentes. Ao processar vários serviços tão próximos quanto possível, os data centers de borda permitem que as empresas diminuam os atrasos de comunicação e aprimorem a experiência do cliente.
4. Centros de hiperescala
Os data centers de hiperescala destinam-se a hospedar a infraestrutura de TI em grande escala. Essas infraestruturas de computação em hiperescala, sinônimo de provedores de larga escala como Amazon, Meta e Google, otimizam a densidade de hardware enquanto reduzem as despesas de resfriamento e sobrecarga administrativa.
Data centers de hiperescala, como data centers de negócios, são de propriedade e mantidos pela organização que atendem, embora em um nível consideravelmente mais amplo para plataformas de computação em nuvem e retenção de big data. Os requisitos mínimos para um data center em hiperescala são 5.000 servidores, 500 gabinetes e 10.000 pés quadrados de espaço físico.
5. Centros de dados em nuvem
Esses data centers dispersos são operados por terceiros ou provedores de nuvem pública, como AWS, Microsoft Azure e Google Cloud. A infraestrutura alugada, baseada em uma abordagem de infraestrutura como serviço, permite que os usuários estabeleçam um centro de dados virtual em minutos. Lembre-se de que os data centers em nuvem operam como qualquer outro tipo de data center físico para o provedor de nuvem que o gerencia.
6. Centros de dados modulares
Um data center modular é um módulo ou contêiner físico agrupado com elementos de data center plug-and-play prontos para uso: servidores, armazenamento, hardware de rede, UPS, estabilizadores, condicionadores de ar, etc. Data centers modulares são usados em edifícios locais e zonas de desastre (para cuidar de locais alternativos de atendimento durante a pandemia, por exemplo). Em situações permanentes, são implementadas para disponibilizar espaço ou para permitir que uma organização se desenvolva rapidamente, como a instalação de equipamentos de informática para dar suporte às salas de aula de uma instituição de ensino.
7. Centro de dados gerenciado
Em um data center gerenciado, um provedor terceirizado fornece às empresas processamento, armazenamento de dados e outros serviços associados para auxiliar no gerenciamento de suas operações de TI. Esse tipo de data center é implantado, monitorado e mantido pelo provedor de serviços, que oferece as funcionalidades por meio de uma plataforma controlada. Você pode obter serviços de data center gerenciado por meio de uma instalação de colocation, data centers baseados em nuvem ou um local de hospedagem fixo. Um data center gerenciado pode ser total ou parcialmente gerenciado, mas não é multi locatário por padrão, ao contrário da colocation.
Arquitetura do Data Center
O design moderno do data center mudou de uma infraestrutura local para uma que combina hardware local com ambientes de nuvem em que redes, aplicativos ou cargas de trabalho são virtualizados em várias nuvens privadas e públicas. Essa inovação revolucionou o design dos datacenters, pois todos os componentes não estão mais no mesmo local e só podem ser acessados pela Internet.
De modo geral, existem quatro tipos de estruturas de data center: malhas, três ou várias camadas, pontos de entrega em malha e super malha. Agora começaremos com o exemplo mais famoso. A estrutura multicamadas, que consiste nas camadas de fundação, agregação e acesso, surgiu como a abordagem arquitetônica mais popular para data centers corporativos.
- Núcleo: permite a conectividade com vários módulos de agregação e uma rede para comutação de pacotes entre várias unidades de agregação.
- Agregação: Inclui integrações de módulo de serviço, configurações para domínios de camada dois, estendendo-se por análise de árvore e gateways padrão redundantes.
- Acesso: fornece acesso ao nível físico aos recursos do sistema e ópera nos modos da camada 2 e da camada 3. Além disso, é essencial para lidar com requisitos específicos do servidor, como empilhamento de NIC, clustering e contenção de transmissão.
A arquitetura do data center em malha segue a seguir. O modelo de rede em malha refere-se à topologia na qual os dados são trocados entre os componentes por meio de switches vinculados. Ele pode fornecer serviços básicos de nuvem devido à sua capacidade confiável e latência mínima. Além disso, devido a suas topologias de rede dispersas, a configuração de malha pode materializar rapidamente qualquer conexão e é menos dispendiosa de construir.
Este ponto de entrega (PoD) mesh compreende vários switches leaf conectados dentro dos PoDs. É um padrão de design recorrente onde os componentes melhoram a modularidade, escalabilidade e administração do data center. Consequentemente, os gerentes de data center podem adicionar rapidamente uma nova arquitetura de data center à sua topologia de três camadas existente para atender ao fluxo de dados de latência extremamente baixa de novos aplicativos de nuvem.
Em resumo, a arquitetura superspinne é adequada para data centers de grande escala e estilo campus. Esse tipo de arquitetura de data center lida com grandes volumes de dados por meio de corredores de dados de leste a oeste.
O data center será composto por uma instalação e sua infraestrutura interna nessas alternativas arquitetônicas. O site é onde o data center está localizado fisicamente. Um data center é um espaço grande e aberto no qual a infraestrutura é instalada. Praticamente todos os lugares conseguem abrigar uma infraestrutura de TI.
Infraestrutura é a extensa coleção de equipamentos de TI, instalados em uma instalação. Refere-se ao hardware responsável pela execução de aplicativos e pelo fornecimento de serviços comerciais e de usuário. Uma infraestrutura de TI tradicional inclui, entre outros elementos, servidores, armazenamento, redes de computadores e racks.
Não há critérios obrigatórios ou necessários para projetar ou construir um data center; um centro de dados destina-se a satisfazer as necessidades exclusivas da organização. No entanto, o propósito fundamental de qualquer padrão é oferecer uma base consistente para as melhores práticas. Existem várias especificações de data centers modernos, e uma empresa pode adotar algumas ou todas elas.
- Série EN 50600: As padronizações de cabo e rede de TI, incluem vários conceitos de redundância e confiabilidade de infraestrutura baseados nos Padrões Tier do Uptime Institute.
- Uptime Institute Tier Standard: Usando o projeto, construção e comissionamento do data center, a resiliência da instalação é estabelecida.
- ANSI/TIA 942-B: Incluindo projeto de construção, planejamento, construção e comissionamento, proteção contra incêndio, tecnologia da informação e manutenção.
Melhores práticas de data center
Ao projetar, gerenciar e otimizar um data center, aqui estão as principais práticas recomendadas a serem seguidas:
1. Planeje o futuro
Ao desenvolver um data center, é crucial fornecer espaço para o crescimento. Para economizar custos, os projetistas de data centers podem procurar limitar as capacidades das instalações às necessidades atuais da organização; no entanto, isso pode ser um erro caro a longo prazo. Ter uma sala disponível para novos equipamentos é vital à medida que suas necessidades mudam.
2. Otimize a utilização de energia medindo o PUE
Não se pode regular as coisas que você não mede; portanto, monitore o uso de energia para explicar a eficiência do sistema de seu data center. A eficácia do uso de energia (PUE) é uma estatística usada para reduzir o uso de energia não computacional, como resfriamento e transmissão de energia. A medição frequente do PUE é necessária para o uso ideal. Como as variações climáticas sazonais influenciam muito o PUE, a coleta de informações de energia para todo o ano é consideravelmente mais essencial.
3. Invista em manutenção preditiva
Inspeções e manutenção preventiva são frequentemente realizadas em intervalos de tempo para evitar a quebra de componentes e sistemas. No entanto, esta técnica desconsidera as condições reais de operação. A utilização de análises e tecnologias de monitoramento inteligente pode alterar os procedimentos de manutenção. Uma poderosa plataforma de análise com recursos de aprendizado de máquina pode prever as necessidades de manutenção.
4. Revise e limpe os conjuntos de dados regularmente
Mesmo com a queda no preço da memória do computador, o arquivamento global gera bilhões de dólares anualmente. Ao excluir e reter dados, a infraestrutura de TI dos datacenters fica livre de sua carga, resultando em menores despesas de condicionamento e consumo de energia e alocação mais eficaz de recursos de computação e armazenamento.
5. Aumente o tempo de atividade criando redundâncias
Para data centers, criar caminhos de backup para equipamentos de rede e canais de comunicação em caso de falha é um grande desafio. Essas redundâncias oferecem um sistema de backup que permite que o pessoal realize manutenção e atualizações do sistema sem interromper o serviço ou fazer a transição para o sistema de backup quando o sistema principal falha. Os sistemas de nível dentro dos datacenters, numerados de um a quatro, definem o tempo de atividade que os clientes podem esperar (4 sendo o mais alto).
Conclusão
Os data centers são a espinha dorsal da computação moderna. Eles não apenas armazenam informações, mas também oferecem suporte a operações de dados com muitos recursos, como análise e modelagem. Ao investir na arquitetura do seu data center, você pode dar suporte melhor aos processos de negócios e de TI. Um data center que funciona bem é aquele com tempo de inatividade mínimo e capacidade escalável, mantendo os custos em um nível ideal.
