數據中心是如何變化的

步才捷

數據中心是企業用來容納關鍵業務應用程序和信息的物理設施。隨著他們的發展，重要的是要考慮如何長期保持他們的可靠性和安全性。

什么是數據中心

數據中心通常被稱為單個事物，但實際上它們由許多技術元素組成，通常可以分為3類：

計算：運行應用程序的內存和處理能力，通常由高端服務器提供。

存儲：重要的企業數據通常存放在數據中心，存儲在從磁帶到固態硬盤的各種介質上，并有多個備份。

網絡：數據中心組件與外界之間的互連，包括路由器、交換機、應用程序交付控制器等。

這些是IT需要存儲和管理對公司的持續運營最關鍵的組件。因此，數據中心的可靠性、效率、安全性和不斷發展通常是當務之急，軟件和硬件安全措施都是必須的。

除了技術設備，數據中心還需要大量的基礎設施來保持硬件和軟件的正常運行。這包括電源子系統、不間斷電源（UPS）、通風和冷卻系統、備用發電機和連接到外部網絡運營商的電纜。

數據中心架構

任何規模較大的公司都可能擁有多個數據中心，可能分布在多個地區。這使該組織能夠靈活地備份信息，防止自然災害和人為災害，如洪水、風暴和恐怖主義威脅。數據中心的架構可能需要做出一些艱難的決定，因為幾乎有無限的選擇。一些關鍵考慮因素包括：

業務是否需要鏡像數據中心；

需要多大的地理多樣性；

如果發生停機，需要多長時間恢復；

擴建需要多少空間；

您應該租用私有數據中心還是使用同一位置/托管服務；

帶寬和功率要求是什么；

是否有首選供應商；

需要什么樣的物理安全。

這些問題的答案有助于確定要構建多少個數據中心以及在哪里構建。例如，曼哈頓的一家金融服務公司可能需要持續運營，因為任何中斷都可能導致數百萬美元的損失。該公司可能會決定在附近建立2個數據中心，比如一個在新澤西，一個在康涅狄格，彼此鏡像。如果其中一個完全關閉，公司可剝離另一個，而不會對運營造成影響。

然而，小型專業服務公司可能不需要即時訪問信息，可以在其辦公室擁有一個主數據中心，并每晚將信息備份到全國各地的備用站點。在發生中斷時，它將啟動一個恢復信息的過程，但與依賴實時數據以獲得競爭優勢的業務相比，它的緊迫性將有所不同。

雖然數據中心通常與企業和網絡規模的云提供商相關，但實際上任何公司都可以擁有數據中心。對于一些中小型企業，數據中心可能就位于其辦公空間中的一個房間。

行業標準

為了幫助IT主管了解應該部署什么類型的基礎設施，2005年，美國國家標準協會（ANSI）和電信行業協會（TIA）發布了數據中心標準，其中定義了4個獨立的層次，并提供了設計和實施指南。第1層數據中心基本上是一個經過修改的服務器機房，其中第4層數據中心具有最高級別的系統可靠性和安全性。每種類型數據中心的描述都可以在這里找到。

目前，數據中心正在經歷一場重大的轉型，未來的數據中心將與大多數組織所熟悉的數據中心大不相同。

企業正變得越來越動態和分布式，這意味著支持數據中心的技術需要靈活和可擴展。隨著服務器虛擬化的日益普及，數據中心橫向移動的流量使傳統的客戶機—服務器流量相形見絀，后者進出，這給數據中心經理帶來了挑戰，而且更多的挑戰即將出現。

以下一些關鍵技術將使數據中心從靜態和僵化的環境中發展成為能夠滿足數字企業需求的靈活設施。

邊緣計算和微數據中心

邊緣計算是一種越來越流行的范例，傳統上在數據中心進行的許多計算工作都發生在靠近收集數據的網絡邊緣。這意味著對于需要接近實時操作的應用程序來說，延遲更少，所需的數據帶寬也減少了。

微型數據中心是一個緊湊的單元，它可以物理地收集、處理、分析和存儲數據，使其與收集數據的設備接近，將他們放在現場即可進行邊緣計算。微數據中心的部署支持許多應用，包括5G網絡、物聯網推廣和內容交付網絡。

在微數據中心領域有許多供應商，其中一些在鄰近領域有背景，如基礎設施即服務（IaaS）或托管服務。微型數據中心通常（但不總是）作為預裝設備出售，“微型”涵蓋了相當廣泛的規模。它們的范圍從19英寸的機架到40英尺的集裝箱，管理工作可能由供應商負責或外包給托管服務提供商（MSP）。

云的作用

過去，企業可以選擇建立自己的數據中心，或者使用托管供應商或MSP。后一種方式改變了所有權和運營數據中心的經濟性，但部署和管理必要技術所需的較長交付期仍然存在。云服務提供商（如AmazonWebServices，microsoftazure）IaaS的興起為企業提供了一個選擇，只需點擊幾下鼠標，就可以在云中提供一個虛擬數據中心。2019年，企業每年在云基礎設施服務上的支出首次超過在物理數據中心硬件上的支出，售出的所有服務器中有一半以上用于云提供商的數據中心。

然而，本地on-prem數據中心不會很快消失。2020年的一項調查中，58%的受訪者表示，他們的大部分工作負載仍在企業數據中心，他們以缺乏對公共云的可見性和正常運行時間的責任為由拒絕切換。

許多組織正通過使用混合云方法來實現這方面的最佳效果，即一些工作負載被卸載到公共云上，而其他需要更多實際操作控制或安全性的工作仍在本地數據中心運行。據flexera 2020云計算狀態報告，87 %的受訪組織采用混合云策略。

軟件定義網絡

一個數字企業的敏捷性只能和它最不敏捷的組件一樣，而這通常就是網絡。通過分離網絡控制平面（該控制平面決定如何將數據包從一個點轉發到另一個點）的最佳路由，可以使網絡更高效、更靈活。他們可以很容易地通過軟件進行優化，以適應不斷變化的網絡負載。

這種體系結構被稱為軟件定義網絡（SDN），可以應用于數據中心，通常使用簡單語言命令來消除耗時、容易出錯的手動配置。

超融合基礎設施

數據中心的運營挑戰之一是必須將服務器、存儲和網絡設備正確組合起來，以支持高要求的應用程序。然后，一旦部署了基礎架構，IT運營部門就需要找出如何在不中斷應用程序的情況下快速擴展。超融合基礎設施（HCI）通過提供基于商品硬件的易于部署的設備簡化了這一過程，這些設備在一個硬件中提供了處理能力、存儲和網絡。該體系結構可以通過添加更多節點來擴展。

HCI可以為傳統數據中心提供許多優勢，包括可擴展性、云集成和更容易的配置和管理。

容器、微服務和服務網格

應用程序開發通常會因提供運行在其上的基礎設施所需的時間而減慢。這會嚴重阻礙組織向DevOps模型遷移的能力。容器是一種虛擬化整個運行時環境的方法，允許開發人員在自包含的系統中運行應用程序和依賴項。容器非常輕量級，可以快速創建和銷毀，因此是測試應用程序在特定條件下如何運行的理想選擇。

容器化的應用程序通常被分成單獨的微服務，每個微服務都封裝了一小部分功能，這些功能相互作用形成一個完整的應用程序。協調這些單獨容器的工作落在一種被稱為服務網格的體系結構形式上，雖然服務網格做了很多工作來將復雜性從開發人員那里抽出來，但它需要自己的照料和維護。服務網格自動化和管理應集成到全面的數據中心網絡管理系統中，隨著容器部署會變得越來越多、更復雜和更具戰略性。

微分段

傳統的數據中心以所有的安全技術為核心，因此當流量進出時，它會通過安全工具來保護業務。數據中心內水平流量的增加意味著流量繞過防火墻、入侵防御系統和其他安全系統，使得惡意軟件能夠迅速傳播。微分段是一種在數據中心內創建多個數據段的方法，在該方法中，資源組可以彼此隔離，因此，如果發生漏洞，則數據段中會有損壞。微分段通常是在軟件中完成的，這使得它非常靈活。

非易失性快速存儲器

在一個日益數字化的世界里，一切都變得更快，這意味著數據需要更快地進出數據中心存儲器。傳統的存儲協議，如小型計算機系統接口（SCSI）和高級技術附件（ATA）已經存在了幾十年，并且已經達到了極限。非易失性快速存儲器（NVMe）是一種存儲協議，旨在加速系統和固態驅動器之間的信息傳輸，大大提高數據傳輸速率。

NVMe不僅局限于連接到固態存儲芯片：nvmeoffabrics允許創建超高速存儲網絡，其延遲可以與直連存儲相媲美。

GPU計算

幾十年來，中央處理器（CPU）一直為數據中心基礎設施提供動力，但摩爾定律正面臨物理限制。此外，分析、機器學習和物聯網等新的工作負載正在推動對一種新型計算模型的需求，這種模型超過了CPU的能力。圖形處理單元（GPU）曾經只用于游戲，但由于它能夠并行處理多個線程，所以其運行方式有根本不同。

因此，GPU在現代數據中心找到了一席之地，現代數據中心，肩負著挑戰人工智能和神經網絡的任務。這將導致數據中心架構的一系列轉變，從連接網絡的方式到冷卻方式。

數據中心對幾乎所有規模的企業都至關重要，這一點不會改變。然而，部署數據中心的方式和支持技術的數量正在發生根本性的變化，加速這種轉變的技術是未來所需要的。