Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu (datacenter) cho VNPT
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.69 MB, 111 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------------
LÊ BÁ TIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CÁC CÔNG NGHỆ LƯU TRỮ VÀ THIẾT KẾ TRUNG
TÂM DỮ LIỆU (DATACENTER) CHO VNPT
LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
BÙI VIỆT KHÔI
HÀ NỘI – 2010
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
MỤC LỤC
MỤC LỤC.......................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................4
THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT.......................................................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................8
LỜI NÓI ĐẦU ..............................................................................................................10
Phương pháp thực hiện luận văn................................................................................12
Chương 1.
Tổng quan hệ thống DataCenter.........................................................14
1.1. Khái niệm hệ thống DataCenter.......................................................................14
1.2. Mục đích và yêu cầu đặt ra đối với hệ thống DataCenter ...............................17
1.2.1. Mục đích.......................................................................................................17
1.2.2. Yêu cầu đặt ra đối với hệ thống DataCenter ................................................17
1.3. Mô hình cơ bản của DataCenter ......................................................................18
1.4. Phân loại tiêu chuẩn DataCenter.....................................................................22
1.4.1. Chuẩn Tier I. ................................................................................................22
1.4.2. Chuẩn Tier II ................................................................................................22
1.4.3. Chuẩn Tier III...............................................................................................23
1.4.4. Chuẩn Tier IV ..............................................................................................23
1.5. Các thành phần cơ bản trong hệ thống DataCenter ........................................24
1.5.1.
Hệ thống Server......................................................................................24
1.5.2. Hệ thống LAN Switch..................................................................................26
1.5.3.
Hệ thống mạng SAN ..............................................................................26
1.5.4.
Hệ thống quản lí và điều hành hoạt động...............................................28
Chương 2. Các công nghệ áp dụng cho từng thành phần trong hệ thống
DataCenter....................................................................................................................30
2.1. Công nghệ LAN Switch.....................................................................................30
Lê Bá Tiệp
1
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
2.1.1. Công nghệ mạng LAN ảo (VLAN)..............................................................30
2.1.2. Giao thức Spanning Tree (STP)...................................................................31
2.2. Công nghệ Caching ..........................................................................................32
2.3. Công nghệ cho Server.......................................................................................35
2.3.1. Máy chủ phiến mỏng (Blade Server: Công nghệ mới của máy chủ)...........35
2.3.2. Công nghệ Clustering máy chủ....................................................................36
2.3.3. Ảo hóa (Virtualization ) Server....................................................................40
2.4. Công nghệ lưu trữ.............................................................................................42
2.4.1. Mô hình lưu trữ NAS .....................................................................................42
2.4.2. Mô hình lưu trữ SAN .....................................................................................45
2.4.3. Công nghệ lưu trữ dữ liệu RAID...................................................................49
2.4.3.1. Một số thuật ngữ .................................................................................50
2.4.3.2. Các chuẩn RAID.................................................................................53
Chương 3. Hiện trạng các dịch vụ ứng dụng DataCenter trên mạng NGN tập
đoàn VNPT ...................................................................................................................62
3.1. Hiện trạng và mô hình hệ thống DataCenter trong dịch vụ VoIP trên mạng
NGN tập đoàn VNPT..................................................................................................62
3.2. Hiện trạng và mô hình hệ thống DataCenter trong dịch vụ Internet (hosting,
housing) trên mạng NGN tập đoàn VNPT. ................................................................67
3.3. Hiện trạng và mô hình hệ thống DataCenter trong dịch vụ IPTV/VoD trên
mạng NGN tập đoàn VNPT........................................................................................70
Chương 4. Xây dựng phương án kĩ thuật triển khai hệ thống DataCenter trên
mạng NGN tập đoàn VNPT ........................................................................................76
4.1. Các tiêu chí đánh giá hệ thống mạng cho nhà cung cấp dịch vụ.....................76
4.1.1.
Chi phí và lợi nhuận khi triển khai dự án hệ thống mạng ......................76
4.1.2.
Đảm bảo chất lượng dịch vụ ..................................................................76
4.1.3.
Tính bảo mật hệ thống............................................................................77
Lê Bá Tiệp
2
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
4.1.4.
Khả năng quản lí mạng...........................................................................77
4.1.5.
Tính linh hoạt hệ thống ..........................................................................78
4.1.6.
Các yếu tố bên ngoài ..............................................................................78
4.2. Phân tích lợi ích và hạn chế khi triển hệ thống DataCenter tập trung hỗ trợ
cung cấp dịch vụ trên mạng NGN tập đoàn VNPT ....................................................78
4.2.1.
Lợi ích thu được khi triển khai hệ thống DataCenter tập trung trên mạng
NGN tập đoàn VNPT .............................................................................................78
4.2.2.
Hạn chế tồn tại khi triển khai hệ thống DataCenter tập trung trên mạng
NGN tập đoàn VNPT .............................................................................................80
4.3. Xây dựng phương án kĩ thuật triển khai hệ thống DataCenter trên nền mạng
NGN tập đoàn VNPT..................................................................................................81
4.3.1. Các thành phần hệ thống DataCenter ..........................................................81
4.3.2. Xác định địa điểm xây dựng hệ thống DataCenter.......................................82
4.3.3. Mô hình triển khai hệ thống DataCenter ......................................................83
4.3.4. Giải pháp kĩ thuật chi tiết cho hệ thống DataCenter....................................84
4.3.4.1. Kiến trúc hạ tầng hệ thống DataCenter ..............................................84
4.3.4.2. Giải pháp kĩ thuật bảo mật hệ thống DataCenter................................85
4.3.4.3. Giải pháp kết nối hệ thống Server ......................................................87
4.3.4.4. Giải pháp kết nối hệ thống SAN.........................................................88
4.3.5. Hệ thống DataCenter tối uu cung cấp dịch vụ..............................................90
Chương 5. Tính toán các tham số kĩ thuật cho các thành phần trong hệ thống
DataCenter....................................................................................................................92
5.1. Nghiên cứu các tham số kĩ thuật cho các thành phần trong hệ thống
DataCenter.................................................................................................................92
5.2. Tính toán tham số kĩ thuật từng thành phần trong hệ thống DataCenter. .......99
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................109
Tài liệu tham khảo .....................................................................................................110
Lê Bá Tiệp
3
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được đề cập trong luận văn “Nghiên cứu các
công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu (Data Center) cho VNPT” được
viết dựa trên kết quả nghiên cứu theo đề cương của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của
TS. Bùi Việt Khôi cùng với kết quả phân tích, tìm hiểu hệ thống Data Center cũng như
nghiên cứu công nghệ sử dụng cho các thành phần của hệ thống được sử dụng ở VNPT.
Mọi thông tin và số liệu tham khảo đều được trích dẫn dầy đủ nguồn và sử dụng
đúng luật bản quyền quy định.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của minh.
Học viên
Lê Bá Tiệp
Lê Bá Tiệp
4
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT
Viết tắt
Tiếng Anh
ASHRAE
American Society of Heating, Hiệp hội các kĩ sư chuyên về
Refrigerating
Tiếng Việt
and
Air- nhiệt, làm lạnh và điều hòa tại
Conditioning Engineers
Mĩ
IDC
Internet Data Center
Trung tâm dữ liệu Internet
IDD
International Direct Dialing
Cuộc gọi trực tiếp quốc tế
IETF
Internet
Engineering
Task Lực lượng quản lí kĩ thuật
Force
IPTV
Internet Protocol Television
Truyền hình Internet
ITU
International
Liên minh viễn thông quốc tế
Telecommunication Union
LAN
Local Area Network
Mạng cục bộ
NGN
Next Generation Network
Mạng thế hệ sau
RAID
Redundant
Arrays
of Các dãy đĩa cứng dư thừa độc
Inexpensive Disks
lập
SAN
Storage Area Network
Mạng lưu trữ cục bộ
SCSI
Small
Computer
System Giao diện kết nối hệ thống thiết
Interface
bị cỡ nhỏ
SIP
Session Initiation Protocol
Giao thức khởi tạo phiên.
SNMP
Simple Network Management Giao thức quản lí mạng đơn
Protocol
giản
STP
Spanning Tree Protocol
Giao thức chống lặp (loop)
TDM
Time Division Multiplexing
Dồn kênh phân chia theo thời
gian
Lê Bá Tiệp
5
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
TIA
Telecommunication Industry Hiệp hội công nghiệp viễn
Association
thông
VLAN
Virtual Local Area Network
Mạng cục bộ ảo
VoD
Video on Demand
Video theo yêu cầu
Lê Bá Tiệp
6
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2-1. Bảng trạng thái của phép toán XOR..............................................................52
Bảng 2-2. Phép toán XOR hai chuỗi dữ liệu..................................................................52
Bảng 5-1. Thị phần khách hàng sử dụng dịch vụ Internet (hosting) của VDC............106
Bảng 5-2: Bảng tính dung lượng lưu trữ cho 10 năm ..................................................107
Lê Bá Tiệp
7
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1: Các bước thực hiện luận văn.............................................................................12
Hình 1-1. Mô hình hệ thống DataCenter........................................................................14
Hình 1-2. Mô hình logic trung tâm dữ liệu ....................................................................18
Hình 1-3. Mô hình bố trí khu vực TTDL loại lớn trong thực tế ....................................21
Hình 1-4. Mô hình kết nối mạng cho các cấp độ TTDL................................................24
Hình 2-1. Mô hình công nghệ VLAN ............................................................................30
Hình 2-2. Mô hình Caching trên máy chủ (Server) .......................................................33
Hình 2-3. Mô hình Caching trên thiết bị lưu trữ (Storage Device)................................34
Hình 2-4. Mô hình Caching tập trung (Centralized Storage Caching) ..........................35
Hình 2-5. Mô hình Clustering máy chủ (Server) ...........................................................37
Hình 2-6. Mô hình lưu trữ NAS.....................................................................................43
Hình 2-7. Kiến trúc phần mềm NAS..............................................................................44
Hình 2-8. Mô hình lưu trữ SAN.....................................................................................46
Hình 2-9. Kiến trúc phần mềm SAN..............................................................................48
Hình 2-10. Stripping.......................................................................................................51
Hình 2-11. RAID 0.........................................................................................................54
Hình 2-12. RAID 1.........................................................................................................55
Hình 2-13. RAID 3.........................................................................................................57
Hình 2-14. RAID 4.........................................................................................................58
Hình 2-15. RAID 5.........................................................................................................59
Hình 2-16. RAID 6.........................................................................................................60
Hình 2-17. RAID 10.......................................................................................................61
Hình 3-1. Mô hình dịch vụ VoIP trên nền mạng NGN tập đoàn VNPT........................64
Hình 3-2. Mô hình hệ thống DataCenter hỗ trợ cung cấp dịch vụ VoIP .......................65
Hình 3-3. Hạ tầng hệ thống DataCenter trong dịch vụ VoIP.........................................66
Lê Bá Tiệp
8
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
Hình 3-4. Mô hình dịch vụ Internet (hosting, housing) trên nền mạng NGN tập đoàn
VNPT .............................................................................................................................68
Hình 3-5. Mô hình hệ thống DataCenter trong dịch vụ Internet (hosting, housing…) .69
Hình 3-6. Mô hình dịch vụ IPTV/VoD dự kiến triển khai trên mạng NGN tập đoàn
VNPT. ............................................................................................................................71
Hình 3-7. Mô hình hệ thống DataCenter trong dịch vụ IPTV .......................................73
Hình 3-8. Mô hình hệ thống DataCenter dịch vụ VoD..................................................74
Hình 4-1. Mô hình hệ thống DataCenter trên mạng NGN tập đoàn VNPT...................83
Hình 4-2: Mô hình mạng cho TTDL nói chung.............................................................84
Hình 4-3. Mô hình hệ thống bảo mật DataCenter..........................................................86
Hình 4-4. Mô hình miền bảo mật đơn- MSFC bên trong ..............................................86
Hình 4-5. Thiết kế ECMP 4-8 bước...............................................................................88
Hình 4-6. Thiết kế ECMP 4-8 bước thêm 2 node ..........................................................88
Hình 4-7. Mạng LAN và cấu hình SAN ........................................................................89
Hình 4-8. Mô hình mạng SAN kết nối kiểu Ring ..........................................................90
Hình 5-1. Các bước thiết lập cuộc gọi VoIP sử dụng H.323 .......................................100
Hình 5-2. Mô hình tính toán số lượng Server (dịch vụ và quản lí)..............................104
Lê Bá Tiệp
9
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
LỜI NÓI ĐẦU
Trong giai đoạn hiện nay, áp lực ngày càng tăng trong xu thế hội nhập quốc tế,
đặc biệt là khi Việt Nam chính thức tham gia vào WTO cùng với xu thế phát triển
nhanh của công nghệ đòi hỏi Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) phải
có được chiến lược phát triển mạng và dịch vụ hợp lý. Kế hoạch phát triển mạng và
cung cấp dịch vụ sẽ tạo ra lợi thế cho VNPT trong quá trình hội nhập và cạnh tranh
trong giai đoạn mới. Theo kết luận của Tổ chức tiêu chuẩn hóa viễn thông thế giới
(ITU-T), mạng thế hệ sau NGN được xem là chủ đề chính trong chương trình nghiên
cứu giai đoạn 2005-2008 của ITU-T. Việc chuyển đổi từ hạ tầng mạng TDM sang
mạng NGN là thách thức cũng như cơ hội lớn đối với các nhà khai thác mạng, cung
cấp dịch vụ viễn thông nói chung và VNPT nói riêng. Vì vậy, việc đưa ra các giải pháp
tối ưu cung cấp dịch vụ cho mạng NGN của VNPT là hết sức cần thiết.
Hiện nay đã có một số dịch vụ được triển khai trên mạng NGN của VNPT như
VoIP, các dịch vụ gia tăng. Các dịch vụ khác cũng đang được triển khai ở các mạng
khác như Internet, IPTV. Tuy nhiên, các trung tâm dữ liệu (DataCenter) hỗ trợ cho việc
cung cấp các dịch vụ đó chưa được nghiên cứu và phân tích đúng mức. Các dịch vụ
cũng như các trung tâm dữ liệu hỗ trợ cho các dịch vụ còn nhỏ lẻ và rời rạc. Việc thống
nhất các trung tâm dữ liệu của các dịch vụ về một mối là hết sức quan trọng trong quá
trình tối ưu cung cấp dịch vụ. Hơn nữa, việc thống nhất cũng sẽ giúp cho việc quản lý
và chăm sóc khách hàng được tốt hơn, phù hợp với định hướng tính cước và chăm sóc
khách hàng tập trung của Tập đoàn.
Luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế
trung tâm dữ liệu (Data Center) cho VNPT” có một số mục tiêu chính sau :
¾ Nghiên cứu và tìm hiểu hệ thống DataCenter hỗ trợ cho việc cung cấp dịch vụ
¾ Đưa những phân tích và đánh giá về khả năng thống nhất các trung tâm dữ liệu
nhằm tối ưu cung cấp dịch vụ trên mạng NGN của VNPT.
Lê Bá Tiệp
10
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
¾ Phân tích các công nghệ sử dụng trong từng thành phần trong hệ thống
DataCenter cũng như tính toán các tham số kỹ thuật trong từng thành phần đó với số
liệu đầu vào là số thuê bao của các dịch vụ.
Phạm vi luận văn là nghiên cứu và tìm hiểu hệ thống DataCenter hỗ trợ cho việc
cung cấp dịch vụ, không đi vào các vấn đề chi tiết như: cấu hình hệ thống mạng, tìm
hiểu các điều kiện môi trường vật lý, các giải pháp kết nối chi tiết bên trong.
Tính đến thời điểm này, chưa có một tài liệu cụ thể nào của các đơn vị trong
Tập đoàn VNPT đề cập đến vấn đề nghiên cứu và tìm hiểu hệ thống DataCenter tập
trung. Đây là một thách thức không nhỏ đối với sinh viên thực hiện luận văn. Tuy
nhiên, em cũng đã chủ động tìm hiểu các mô hình hệ thống DataCenter của các hãng
sản xuất thiết bị và cung cấp giải pháp mạng trên thế giới, từ đó căn cứ vào tình hình cụ
thể mạng NGN của Tập đoàn VNPT để đưa ra các phân tích, đánh giá cũng như đề
xuất phương án kỹ thuật triển khai hệ thống DataCenter tập trung.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Việt Khôi đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ
hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cám ơn các thầy cô trong Khoa, Trung tâm
đào tạo sau đại học đã tạo điều kiện giúp em hoàn thành luận văn này.
Trong quá trình nghiên cứu, cập nhật thông tin, đánh giá không thể tránh khỏi
những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp chân thành của các thầy
cô.
Hà Nội, ngày 22 tháng 10 năm 2010
Học viên
LÊ BÁ TIỆP
Lê Bá Tiệp
11
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
Phương pháp thực hiện luận văn
Các bước thực hiện luận văn được thể hiện thông qua hình vẽ dưới đây
Hình 1: Các bước thực hiện luận văn
Nội dung trong từng bước thực hiện luận văn bao gồm:
Chương 1: Tổng quan hệ thống DataCenter. Chương 1 đưa ra khái niệm, chức năng hệ
thống DataCenter. Đồng thời nêu lên một số thành phần đóng vai trò quan trọng trong
hệ thống DataCenter.
Chương 2:
Các công nghệ áp dụng cho từng thành phần chính trong hệ thống
DataCenter.
Chương 3: Khảo sát thực trạng các dịch vụ trên mạng NGN tập đoàn VNPT. Nhiệm vụ
của chuơng 3 là tìm hiểu, xác định các thành phần hệ thống DataCenter trong từng dịch
vụ trên mạng NGN tập đoàn VNPT hiện nay.
Lê Bá Tiệp
12
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
Chương 4: Xây dựng phương án kĩ thuật triển khai hệ thống DataCenter trên mạng
NGN tập đoàn VNPT. Sau khi đã tìm hiểu kiến trúc hệ thống DataCenter, khảo sát
thành phần hệ thống DataCenter trong từng dịch vụ trên mạng NGN tập đoàn VNPT,
đưa ra mô hình giải pháp hệ thống DataCenter hỗ trợ cung cấp các dịch vụ: VoIP,
Internet (hosting), IPTV, VoD, chương 4 sẽ đưa ra phương án kĩ thuật tổng thể triển
khai hệ thống DataCenter trên nền mạng NGN tập đoàn VNPT.
Chương 5: Tính toán các tham số kĩ thuật cho các thành phần trong hệ thống
DataCenter.
Luận văn chủ yếu tìm hiểu mô hình hệ thống DataCenter thống nhất tối ưu cung cấp
dịch vụ. Phạm vi luận văn không đề cập đến các vấn đề nghiên cứu hạ tầng như: hệ
thống làm mát, hệ thống đi dây, hệ thống phòng hỏa hoạn...
Như vậy, các bước thực hiện luận văn theo một trình tự logic, phù hợp với nội dung đề
cương yêu cầu.
Lê Bá Tiệp
13
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
Chương 1.Tổng quan hệ thống DataCenter
Chương I là chương mở đầu cho toàn bộ luận văn “Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ
và thiết kế trung tâm dữ liệu (Data Center) cho VNPT”. Trong chương này, luận văn sẽ
trình bày những kiến thức cơ bản liên quan đến hệ thống DataCenter. Các kiến thức cơ
bản này giúp người đọc có một cái nhìn tổng quan, toàn diện về hệ thống DataCenter.
Điều này giúp người đọc có thể trả lời các câu hỏi: DataCenter là gì? Mục đích của hệ
thống DataCenter là gì? Cấu trúc hệ thống DataCenter gồm những thành phần nào?
1.1.
Khái niệm hệ thống DataCenter
Hệ thống DataCenter là một kiến trúc vật lý, thường là một tòa nhà riêng biệt
chứa hệ thống máy tính, các thiết bị viễn thông và hệ thống lưu trữ. Hệ thống cũng bao
gồm các thiết bị cung cấp nguồn, các kết nối dữ liệu, thiết bị điều khiển điều kiện môi
trường và các thiết bị bảo mật chuyên dụng. Hệ thống DataCenter giúp đơn giản hóa
quá trình truy cập dữ liệu của các dịch vụ trong cộng đồng lớn người sử dụng.
Hình 1-1. Mô hình hệ thống DataCenter
Khái niệm Data Center xuất phát từ các phòng máy tính lớn trong giai đoạn
đầu của ngành công nghiệp máy tính. Các hệ thống máy tính thời kì đầu thường gây ra
Lê Bá Tiệp
14
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
nhiều khó khăn trong việc điều hành và quản lí, cũng như cần một môi trường đặc biệt
để duy trì hoạt động. Một số lượng lớn dây cáp sử dụng để kết nối các phần trong hệ
thống máy tính lại với nhau. Mặt khác, các máy tính thời kì đầu cũng cần rất nhiều
năng lượng và phải được làm mát để tránh tình trạng quá nhiệt. An ninh cũng là một
vấn đề quan trọng, các máy tính thường là đắt và thường được sử dụng cho mục đích
quân sự. Trong thời kì đầu của nghành công nghệ máy tính, hướng dẫn điều khiển truy
cập đến các phòng máy tính đã được phát triển ở mức độ cơ bản. Các thành phần như
các giá đỡ (Rack) chuẩn dùng để đóng khung các thiết bị, các phòng được nâng cấp,
giới thiệu trong thời kì đầu này và hiện đại hóa trong các thời kì tiếp theo.
Trong thời kì bùng nổ của ngành công nghiệp máy vi tính, đặc biệt trong những
năm 1980, máy tính bắt đầu được sử dụng rộng rãi. Cùng với những tiện ích của mô
hình “Clien-Server” trong thập kỉ 90 của thế kỉ trước, các máy chủ (thường được gọi là
Server) bắt đầu được gom vào một phòng đặc biệt bên trong công ty. Việc sử dụng
khái niệm “Data Center”, khi áp dụng trong việc thiết kế các phòng máy tính như vậy,
bắt đầu trở nên phổ biến trong giai đoạn này.
Sự phát triển của Data Center đến trong giai đoạn bùng nổ công nghệ “dot-com”.
Các công ty cần một kết nối Internet nhanh và đảm bảo hoạt động liên tục không ngắt
để triển khai hệ thống và dịch vụ trên Internet. Các công ty bắt đầu thực hiện việc xây
dựng hệ thống thiết bị rất lớn gọi là “Internet Data Center”. Hệ thống này sẽ cung cấp
cho doanh nghiệp rất nhiều giải pháp cho việc triển khai và điều hành hệ thống. Các
công nghệ mới được áp dụng vào hệ thống nhằm kiểm soát tính co giãn về yêu cầu liên
quan đến điều hành và triển khai hệ thống của doanh nghiệp.
Môi trường vật lý của hệ thống Data Center thường được đặt dưới sự kiếm soát
nghiêm ngặt theo một số quy định chuẩn như sau:
¾
Điều hòa được sử dụng để làm mát căn phòng và cũng được sử dụng để
kiểm soát độ ẩm. Thông thường, nhiệt độ thường được giữ ở mức từ 20-22 độ C
(khoảng 68 đến 72 độ F). Mục đích của hệ thống điều hòa nhiệt độ là giữ cho các thành
Lê Bá Tiệp
15
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
phần của hệ thống Server nằm ở giải nhiệt độ của nhà sản xuất đã đưa ra. Điều này là
rất cần thiết khi các thiết bị đặt trong một không gian hẹp thường sinh nhiệt lớn và dẫn
đến hỏng hóc nếu không được làm mát kịp thời. Ngoài ra, hệ thống điều hòa cũng giữ
độ ẩm căn phòng ở mức độ cho phép. Độ ẩm thường được giữ ở mức 35% đến 65%.
Độ ẩm quá lớn và nhiều nước có thế làm đậm đặc các thành phần bên trong còn nếu
quá ít thường sẽ làm phá hủy các thành phần thiết bị.
¾
Năng lượng dự phòng được tạo ra thông qua 1 hay nhiều nguồn cung cấp
năng lượng hoặc máy phát điện. Các công tắc cũng được sử dụng để chuyển nguồn
cung cấp trong trường hợp xuất hiện lỗi nguồn cung cấp điện.
¾
Hệ thống cáp thường được chạy trên các khay cáp trong các hệ thống
Data Center hiện đại. Nhưng trong một số trường hợp, các dây cáp vẫn chạy dưới các
tầng trệt (Raised Floor) với lí do bảo mật và để tính toán đến các điều kiện của hệ
thống làm mát ở trên.
Hệ thống DataCenter thường có những hệ thống phòng và chữa cháy cẩn thận.
Hệ thống Data Center hiện đại thường có 2 kiểu hệ thống cảnh báo hỏa hoạn: hệ thống
đầu tiên đựơc thiết kế để đánh dấu những dấu hiệu nhỏ nhất từ các thành phần nóng
trong thiết bị. Từ đó những ngọn lửa tiềm tàng sẽ được phát hiện và dập tắt trước khi
chúng lan ra toàn bộ căn phòng. Và hệ thống thứ 2 được thiết kế để thực hiện việc dập
toàn bộ đám cháy trong trường hợp sinh ra hỏa hoạn.
Việc đảm bảo bảo mật vật lý cũng đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống
DataCenter. Việc truy cập vật lý đến vị trí này thường được giới hạn trong nhóm những
người đựơc lựa chọn. Sự giám sát bằng các thiết bị camera theo dõi và sử dụng bảo vệ
an ninh là những biện pháp hữu hiệu khi hệ thống Data Center lớn và chứa đựng những
thông tin quan trọng.
Đảm bảo các điều kiện môi trường cho hệ thống DataCenter là vô cùng cần
thiết. Điều này giúp cho hệ thống DataCenter hoạt động ổn định hơn và là yếu tố quan
Lê Bá Tiệp
16
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
trọng làm nên sự ổn định trong việc cung cấp dịch vụ mạng của nhà cung cấp dịch vụ
viễn thông.
1.2.
Mục đích và yêu cầu đặt ra đối với hệ thống DataCenter
1.2.1. Mục đích
Mục đích chính của hệ thống DataCenter là thực hiện các ứng dụng nhằm điều
khiển hoạt động cung cấp dịch vụ của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Những hệ
thống như vậy có thể là độc quyền và được phát triển bởi công ty hoặc bởi các nhà
cung cấp giải pháp mạng viễn thông. Một hệ thống DataCenter được xem xét như làm
một kiến trúc điều hành hoạt động và nó cũng có thể dễ dàng cung cấp các ứng dụng
khác. Các thành phần thông thường của các ứng dụng như vậy là: cơ sở dữ liệu, file –
server, application server, middleware và các ứng dụng khác.
Tuy nhiên, mục đích quan trọng nhất của một hệ thống DataCenter tập trung là
đơn giản hóa quá trình cung cấp dịch vụ mới của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Với
một hệ thống DataCenter như vậy, khi cần cung cấp một dịch vụ mới đến khách hàng,
thay vì phải xây dựng lại toàn bộ các thành phần hệ thống cung cấp dịch vụ, nhà cung
cấp dịch vụ có thể tận dụng được cơ sở hạ tầng DataCenter sẵn có và chỉ việc thêm các
thiết bị như: Server, thiết bị lưu trữ… đồng thời mở rộng thêm bộ phận quản lý mạng
và dịch vụ.
1.2.2. Yêu cầu đặt ra đối với hệ thống DataCenter
Hệ thống DataCenter tập trung đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong quá
trình cung cấp dịch vụ của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Hệ thống DataCenter còn
được xem như là trung tâm và là trái tim trong toàn bộ cơ thể hoạt động của nhà cung
cấp dịch vụ. Vì vậy, một số yêu cầu cần thiết được đặt ra đối với hệ thống DataCenter
như sau:
¾ Truy cập dễ dàng: Đây là yêu cầu hàng đầu của một Data Center xuất phát từ
mục đích họat động của nó.
Lê Bá Tiệp
17
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
¾ Đảm bảo an ninh: Data Center là một hệ thống tập trung rất nhiều kiểu dữ liệu
được lưu trữ. Cùng với đó, có rất nhiều người cùng truy cập vào các dữ liệu trong Data
Center. Điều này đòi hỏi các nhà thiết kế hệ thống Data Center cần phải xem xét
nghiêm túc vấn đề bảo mật cho hệ thống cơ sở dữ liệu Data Center.
¾ Khả năng phục hồi và khắc phục sự cố: Data Center là một hệ thống cơ sở dữ
liệu quan trọng vì nó liên quan đến nhiều loại dịch vụ khác nhau và số lượng người
dùng truy cập là rất lớn, nên khả năng phục hồi và khắc phục sự cố luôn là một trong
những ưu tiên hàng đầu. Các nhà thiết kế cần đưa ra những biện pháp dự phòng để sao
dữ liệu và có những phương án hữu hiệu khi có sự cố xảy ra.
1.3.
Mô hình cơ bản của DataCenter
Mô hình logic cơ bản của TTDL như sau:
Hình 1-2. Mô hình logic trung tâm dữ liệu
Trong đó có các phân vùng bao gồm:
Phòng đầu vào (Entrance Room): là giao diện giữa nhà cung cấp dịch vụ với hệ thống
cáp của TTDL. Nó chứa phần cứng để phân chia ranh giới giữa hai phía. Entrance
Lê Bá Tiệp
18
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
room thường nằm tách biệt với Computer room để đảm bảo an ninh hơn. Tùy thuộc
vào mức dự phòng hoặc chuẩn Tier mà có thể có thêm một Entrance room khác phục
vụ cho nhà cung cấp dịch vụ thứ hai. Nếu TTDL rất lớn, có thể cần phòng entrance
room khác để đưa cáp nhà cung cấp dịch vụ gần với thiết bị hơn nhằm đảm bảo chiều
dài không vượt quá mức cho phép.
Khu vực phân phối chính (Main distribution Area - MDA): là trung tâm của hệ thống
cáp và nằm trong khu vực phòng máy, MDA được coi như điểm tập kết nếu TTDL
chiếm nhiều tầng của tòa nhà, nó bao gồm các đường kết nối chính và có thể có các kết
nối chéo theo chiều ngang nếu thiết bị đặt gần MDA. Nếu qui mô TTDL lớn thì MDA
có thể là một khu vực riêng biệt nhằm bảo đảm an toàn. Mỗi TTDL sẽ có ít nhất một
MDA. Các Router lõi, LAN switch, SAN switch chính và PBX thường đặt trong vùng
này vì đây là khu vực trung tâm của cấu trúc cáp cho trung tâm dữ liệu. Trong một số
trường hợp thì thiết bị của nhà cung cấp dịch vụ (như bộ ghép kênh chẳng hạn) được
đặt trong MDA rút ngắn khoảng cách.
MDA có thể dùng cho một hoặc nhiều HDA (vùng phân phối theo chiều ngang)
hoặc các vùng phân phối trong TTDL và một hoặc nhiều phòng Telecom nằm bên
ngoài không gian phòng máy tính để hỗ trợ khu vực văn phòng, trung tâm vận hành và
các phòng hỗ trợ bên ngoài khác.
Horizontal distribution area (HDA): Đây Là nơi phân phối cáp đấu chéo theo chiều
ngang nếu TTDL tương đối lớn. Đối với TTDL nhỏ thì HDA đặt chung với MDA.
HDA có thể đặt tách biệt với các khu vực khác để an toàn hơn. HDA bao gồm các
LAN switch, SAN switch và KVM switch dùng cho thiết bị kết cuối ở trong khu vực
phân phối thiết bị.
Khu vực phân phối thiết bị (Equitpment Distribution Area - EDA) Đây là khu vực
gồm các rack hoặc tủ để lắp các mô đun thiết bị lưu trữ và server.
Khu vực phân phối vùng (Zone distribution Area- ZDA ): được sử dụng cho phòng
máy tính (Computer room) lớn, đây là điểm kết nối thêm trong việc nối cáp ngang giữa
Lê Bá Tiệp
19
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
HDA và EDA. ZDA có chức năng như điểm gắn kết mềm dẻo khi cấu hình hoặc nơi
đặt thiết bị tự do như mainframe hay loại máy chủ không sử dụng patch panel. Chỉ cho
phép một ZDA trong giới hạn chạy cáp theo chiều ngang với tối đa 288 kết nối. ZDA
không có các kết nối chéo nhau hay thiết bị vận hành.
Cáp đường trục (backbone) và cáp nằm ngang(horizontal cable): Trong TTDL, cáp
đường trục kết nối giữa MDA, HDA và Entrance room, trong khi đó cáp nằm ngang
kết nối giữa HDA, ZDA và EDA. Tùy chọn cáp đường trục có thể được lắp giữa các
HDA để tạo mức dự phòng. Mỗi vùng chức năng phải được bố trí như vậy nhằm hạn
chế độ dài cáp đường trục và nằm ngang vượt quá mức tối đa.
Phòng Telecom (Telecom room): Phòng này chứa thiết bị phục vụ cho nhu cầu thoại,
video và dữ liệu nội bộ của TTDL để hỗ trợ các khu vực văn phòng và khu vực khác.
Trung tâm vận hành (Operation center): Đây là khu vực giám sát TTDL, tùy thuộc
vào qui mô TTDL, trung tâm vận hành có thể có nhiều nhân viên kỹ thuật giám sát
mạng trên màn hình lớn và màn hình máy để bàn.
Phòng máy tính (Computer room): là không gian được kiểm soát về môi trường và an
ninh, nơi đây chứa thiết bị viễn thông, server và cáp. Nó được chia thành các khu vực
phân phối là các điểm kết nối cho hệ thống cáp. Tủ rack/tủ chứa thiết bị được đặt trên
sàn giả. Khí làm mát và cáp (cáp điện và cáp dữ liệu) thông thường chạy dưới sàn.
Hình ảnh mô phỏng một TTDL lớn được phân bổ các vùng như sau:
Lê Bá Tiệp
20
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
Hình 1-3. Mô hình bố trí khu vực TTDL loại lớn trong thực tế
Trong đó:
A: Khu vực phân phối chính (MDA)
B: Khu vực phân phối theo chiều ngang (HDA)
C: Khu vực cho lưu trữ
J: Khu vực phân phối vùng (ZDA)
D: Phòng cơ điện
E: Phòng Telecom
F: Trung tâm vận hành
G: Phòng đầu vào (entrance room)
H: Khu vực phân phối thiết bị (EDA)
I: Computer room
Lê Bá Tiệp
21
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
1.4.
Phân loại tiêu chuẩn DataCenter
Hiệp hội công nghiệp viễn thông (TIA) đã phân chia TTDL thành 4 mức chuẩn, mỗi
một mức đều có các yêu cầu cụ thể và mức độ sẵn sàng của TTDL tăng theo từng mức.
Thông tin cơ bản về các chuẩn cho TTDL như sau
1.4.1. Chuẩn Tier I.
Đây là TTDL cơ bản không có các thành phần dự phòng. Nó có một đường
viễn thông đầu vào, một đường điện đầu vào, một hệ thống điều hòa (HVAC) và đáp
ứng các tiêu chuẩn tối thiểu về tải trọng của sàn nếu có sàn nâng. Tùy chọn UPS hoặc
điện dự phòng chạy cùng đường dây với đường điện chính. TTDL Tier I phải ngừng hệ
thống hàng năm cho việc bảo dưỡng mặc dù những trục trặc không biết trước có thể
làm ngắt hệ thống bất cứ lúc nào. Đặc điểm của TTDL đạt chuẩn này như sau:
¾ TTDL dễ bị gián đoạn bởi các hoạt động bất thường hoặc có kế hoạch.
¾ Hạ tầng hệ thống cần phải tắt hoàn toàn để thực hiện bảo trì hàng năm hoặc cho
công việc sửa chữa.
¾ Thời gian ngừng hệ thống hàng năm lên tới 28,8 giờ.
¾ Đây là TTDL có tính sẵn sàng thấp nhất, chỉ đạt 99,671%.
1.4.2. Chuẩn Tier II
Đây là TTDL đã đạt chuẩn Tier I và có các thành phần dự phòng trong hạ tầng
để tăng thời gian sống của hệ thống cao hơn chuẩn Tier I. Những thành phần này gồm
có một điểm vào viễn thông thứ hai, UPS và máy phát điện dự phòng và một hệ thống
điều hòa HVAC thứ hai. Kết cấu xây dựng sàn chịu tải trọng lớn hơn, yêu cầu cửa phải
có lỗ quan sát phòng máy. Tier II cần phải dừng hệ thống mỗi năm một lần để bảo
dưỡng. Đặc điểm của TTDL này như sau:
¾ Hệ thống ít bị gián đoạn đối với các hoạt động bất thường hoặc được lập kế
hoạch hơn so với chuẩn tier I.
¾ Việc bảo trì các đường điện và các thành phần khác của hạ tầng cần phải tắt hệ
thống mới tiến hành được.
Lê Bá Tiệp
22
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
¾ Thời gian dừng hệ thống hàng năm là 22 giờ.
¾ Tính sẵn sàng của TTDL đạt tới 99,741% .
1.4.3. Chuẩn Tier III
Đây là TTDL đã đạt chuẩn Tier II và có thể thực hiện việc bảo trì trong khi đang
vận hành – bất kỳ một thành phần hạ tầng chính nào cũng có thể ngừng hoạt động mà
không làm gián đoạn tới hoạt động của máy tính. TTDL loại này có nhiều hệ thống
điện và điều hòa HVAC nhưng chỉ có một đường active. Các thành phần thiết bị và
đường viễn thông có dự phòng. Tải trọng sàn cao hơn Tier I và Tier II, việc vào ra
TTDL đều được camera giám sát và đội ngũ nhân viên trực 24/24. Sự cố ngừng hệ
thống chỉ xảy ra do lỗi vận hành. TTDL này có đặc điểm sau:
¾ Cho phép bảo dưỡng thiết bị trong lúc đang vận hành hệ thống
¾ Cho phép các hoạt động đã được lập kế hoạch thực hiện mà không làm gián
đoạn hoạt động phần cứng của computer, tuy nhiên những hoạt động bất thường gây
ra có thể làm gián đoạn hoạt động của hệ thống
¾ Thời gian ngừng hệ thống hàng năm là 1,6 giờ
¾ Tính sẵn sàng của TTDL đạt tới 99.982%
1.4.4. Chuẩn Tier IV
Đây là TTDL có khả năng chịu lỗi cao. Nó có nhiều đường phân phối điện và
làm mát đều ở dạng active, tất cả các thành phần đều có dự phòng nhằm đảm bảo hệ
thống hoạt động liên tục trong trường hợp cần tắt một thành phần nào đó. Tất cả thiết
bị đều có cáp điện và dữ liệu dự phòng đi theo các đường tách biệt. Các khu vực phân
phối tách biệt nhau có thể phục vụ dự phòng cho nhau. TTDL đạt chuẩn này có đặc
điểm sau:
¾ Đây là TTDL có khả năng chịu lỗi cao
¾ Các hoạt động được lập kế hoạch sẽ không làm gián đoán hệ thống và TTDL có
thể duy trì hoạt động của tải kể cả trong trường hợp sự cố bất thường.
¾ Thời gian ngừng hệ thống tối đa 0.4 giờ mỗi năm
Lê Bá Tiệp
23
Cao học điện tử 2
Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT
¾ Tính sẵn sàng đạt tới 99,995%
Hình 1-4. Mô hình kết nối mạng cho các cấp độ TTDL
1.5.
Các thành phần cơ bản trong hệ thống DataCenter
1.5.1. Hệ thống Server
Hệ thống Server (Server Farm hay Server Cluster) là một tập các máy tính có
chức năng Server được điều hành bởi doanh nghiệp (nhà cung cấp dịch vụ). Thông
thường, hệ thống Server sẽ có cả Server chính (Primary Server) và Server dự phòng
(Backup Server). Vì vậy, trong trường hợp hỏng Server chính, Server dự phòng vẫn
đảm nhiệm thực hiện chức năng Server.
Hệ thống Server được kết nối với cả các Switch và Router mạng cho phép kết
nối truyền thông giữa hệ thống Server và người dùng dịch vụ. Mặc dù khả năng đảm
bảo độ tin cậy không thể bằng các máy tính cỡ lớn (Mainframe) nhưng hệ thống Server
đang ngày càng được sử dụng rộng rãi. Bởi vì có một số lượng lớn các máy tính trong
Lê Bá Tiệp
24
Cao học điện tử 2
