در دنیای دیجیتال، بسیاری از کسب‌وکارها به زیرساخت آنلاین وابسته هستند و قطعی سرویس می‌تواند اعتماد کاربران و فرایندهای حیاتی را مختل کند. ازاین‌رو، دسترسی پذیری بالا (High Availability) به یکی از اصول مهم معماری دیتاسنتر تبدیل شده است. افزونگی دیتاسنتر با ایجاد تجهیزات و مسیرهای جایگزین، امکان ادامه فعالیت سرویس را هنگام خرابی یک جزء فراهم می‌کند و باید برق، شبکه، فضای ذخیره‌سازی، سرمایش و پردازش را پوشش دهد تا نقطه شکست واحد ایجاد نشود. این ساختار پایداری سرویس را تقویت می‌کند.
افزونگی دیتاسنتر چیست؟
افزونگی دیتاسنتر به طراحی سامانه‌هایی گفته می‌شود که برای اجزای حیاتی، نمونه مشابه یا مسیر جایگزین ایجاد می‌کنند. هدف آن جلوگیری از توقف سرویس هنگام خرابی تجهیزات یا بروز مشکلات پیش‌بینی‌نشده است.
برای نمونه، چند سرور می‌توانند یک سرویس را ارائه دهند و در صورت خرابی یک نود، درخواست‌ها به نود سالم منتقل شوند. این رویکرد باید برق، UPS، ژنراتور، شبکه، فضای ذخیره سازی، سرمایش و اینترنت را نیز پوشش دهد تا وابستگی کاهش پیدا کند. این طراحی امکان ادامه وظایف حیاتی را فراهم می‌نماید.
چرا افزونگی برای دسترسی پذیری بالا اهمیت دارد؟
دسترسی پذیری بالا به توانایی سرویس برای فعال ماندن طی مدت طولانی گفته می‌شود. در زیرساخت بدون افزونگی، خرابی یک سرور، منبع تغذیه یا مسیر شبکه، می‌تواند کل سرویس را متوقف کند.
تصویر(1)
معماری افزونگی دیتاسنتر با ایجاد مسیر یا تجهیزات جایگزین، اثر خرابی را محدود می‌کند. هدف High Availability کاهش نقاط حیاتی واحد است که احتمال قطعی گسترده را کم می‌کند. بنابراین، زیرساخت در برابر خرابی مقاوم‌تر می‌شود.
سطوح مختلف افزونگی دیتاسنتر
مدل افزونگی دیتاسنتر باید بر اساس اهمیت سرویس و بودجه انتخاب گردد:
- مدل N: در مدل N، زیرساخت متناسب با نیاز طراحی می‌شود و تجهیزات جایگزین ندارد.
- مدل N+1: در مدل N+1، علاوه بر تجهیزات موردنیاز، یک مورد اضافی نصب می‌شود تا هنگام خرابی یکی از اجزای اصلی وارد مدار گردد. برای نمونه، اگر سه سیستم سرمایشی لازم باشد، چهار سیستم نصب می‌شود تا خرابی یک واحد باعث کاهش ظرفیت نشود.
این مدل میان هزینه و پایداری تعادل ایجاد کرده و کاربرد گسترده‌ای دارد. ظرفیت اضافه نیز امکان ادامه فعالیت سرویس را فراهم می‌نماید. این ظرفیت زمان اختلال را کاهش می‌دهد و تداوم سرویس را حفظ می‌کند.
- مدل 2N: در مدل 2N، زیرساخت حیاتی به‌طور کامل دو برابر می‌شود و یک مجموعه مستقل در کنار مجموعه اصلی قرار می‌گیرد. دو مسیر برق، دو مجموعه UPS یا دو ساختار شبکه می‌توانند نمونه این معماری باشند.
این مدل اطمینان بالایی ایجاد می‌کند، اما به تجهیزات، فضا، انرژی و هزینه نگهداری بیشتری نیاز دارد. استقلال دو مجموعه احتمال توقف ناشی از خرابی یک سامانه را کاهش می‌دهد و تحمل خطا را افزایش خواهد داد.
- مدل 2N+1: مدل 2N+1 دو زیرساخت کامل و یک ظرفیت اضافی ایجاد می‌کند و برای سرویس‌های بسیار حساس به کار می‌رود. این ساختار تداوم فعالیت را حفظ می‌کند.
تصویر(2)
افزونگی برق در دیتاسنتر
برق یکی از حیاتی‌ترین بخش‌های دیتاسنتر محسوب می‌شود و اختلال آن می‌تواند سرورها و سرویس‌ها را از دسترس خارج کند. بنابراین، تأمین انرژی نباید به یک مسیر یا دستگاه وابسته شود و استفاده از چند منبع برق، UPS، باتری پشتیبان و ژنراتور اضطراری باید در طراحی لحاظ گردد.
در N+1، ظرفیت اضافی خرابی یک تجهیز را جبران می‌کند و در 2N، دو مسیر مستقل ایجاد می‌گردد تا خرابی کامل یک مسیر مانع ادامه ارائه خدمات نشود.
افزونگی سیستم سرمایش در دیتاسنتر
تجهیزات پردازشی گرمای زیادی تولید می‌کنند و افزایش دما می‌تواند عمر و عملکرد سخت‌افزار را کاهش دهد. به همین دلیل، سیستم سرمایش نیز باید با افزونگی طراحی شود.
در معماری High Availability، چند واحد سرمایشی با ظرفیت پشتیبان فعالیت می‌کنند تا خرابی یک واحد باعث افزایش بحرانی دما نشود و مدل N+1 نیز برای این بخش کاربرد زیادی خواهد داشت. علاوه بر تجهیزات، توزیع هوای سرد و گرم و کنترل رطوبت نیز باید مستمر انجام شود.
افزونگی شبکه در دیتاسنتر
شبکه مسیر اصلی ارتباط سرویس‌ها با کاربران محسوب می‌شود و قطع آن می‌تواند سرویس‌های سالم را نیز غیرقابل دسترس کند. افزونگی شبکه با چند مسیر، روترهای پشتیبان، سوئیچ‌های جایگزین و لینک‌های مستقل ایجاد می‌شود.
هنگام خرابی یک لینک یا دستگاه، ترافیک از مسیر جایگزین عبور می‌کند و این فرایند Failover نامیده می‌شود. این طراحی علاوه بر افزایش دسترس‌پذیری، تعمیر و ارتقا را نیز آسان‌تر می‌کند و امکان خارج کردن بخشی از شبکه بدون خاموشی کامل را فراهم می‌نماید.
تصویر(3)
افزونگی سرورها و سیستم‌های ذخیره‌سازی
سرورها و فضای ذخیره سازی، هسته پردازشی و اطلاعاتی دیتاسنتر را تشکیل می‌دهند. در معماری High Availability، چند سرور معمولاً تحت قالب Cluster (خوشه) فعالیت می‌کنند و هنگام خرابی یک نود، اعضای سالم وظایف آن را بر عهده می‌گیرند.
در لایه ذخیره‌سازی، Replication و RAID برای محافظت از داده‌ها استفاده می‌شوند. Replication نسخه‌های همگام داده را در چند سیستم یا محل ایجاد می‌کند تا پس از خرابی فضای ذخیره سازی اصلی، نسخه جایگزین به کار گرفته شود. این ساختار در افزونگی سرور، تداوم پردازش و دسترسی به داده را تقویت می‌کند.
نقش Cluster و Failover در افزایش دسترس‌پذیری
Cluster چندین سرور را در یک ساختار هماهنگ قرار می‌دهد و امکان ادامه سرویس را هنگام خرابی یک نود فراهم می‌نماید. سیستم با پایش وضعیت نودها، سرویس را به سرور سالم منتقل می‌کند و این انتقال Failover نامیده می‌شود.
Failover باید سریع و دقیق اجرا گردد تا اختلال محسوسی برای کاربران ایجاد نکند. برای عملکرد صحیح این فرآیند، مانیتورینگ دائمی سرورها، شبکه و فضای ذخیره سازی ضروری است و خطا باید سریع تشخیص داده شود. این سازوکار قابلیت تداوم فعالیت سرویس را تقویت می‌کند.
ارتباط بین افزونگی و سطح Tier دیتاسنتر
سطوح Tier میزان دسترس‌پذیری و تحمل خطای دیتاسنتر را نشان می‌دهند و از 1 تا 4 طبقه‌بندی می‌شوند. با افزایش سطح Tier، افزونگی دیتاسنتر و قابلیت نگهداری بدون توقف نیز افزایش پیدا می‌کند.
- Tier 1: در Tier 1، زیرساخت پایه ایجاد می‌شود و افزونگی قابل‌توجهی ندارد. خرابی می‌تواند سرویس را متوقف کند.
- Tier 2: در Tier 2، برای برخی تجهیزات حیاتی از افزونگی استفاده می‌شود و پایداری افزایش می‌یابد اما احتمال قطعی باقی می‌ماند.
- Tier 3: در Tier 3، معماری معمولاً بر پایه N+1 طراحی می‌شود و ظرفیت پشتیبان دارد و برخی نگهداری‌ها بدون خاموشی کامل انجام می‌شوند.
- Tier 4: در Tier 4، بالاترین سطح افزونگی دیتاسنتر با معماری 2N یا 2N+1 فراهم می‌شود و خرابی یک بخش نباید دیتاسنتر را متوقف کند.
تصویر(4)
هزینه و ریسک‌های پیاده‌سازی افزونگی دیتاسنتر
افزونگی دیتاسنتر به سرمایه‌گذاری در تجهیزات، طراحی مناسب و نگهداری مستمر نیاز دارد و افزایش سطح آن، هزینه و پیچیدگی مدیریت را بیشتر می‌کند. N+1 معمولاً از 2N ارزان‌تر است، زیرا تنها یک ظرفیت اضافه ایجاد می‌کند، در حالی که 2N به دو زیرساخت مستقل نیاز دارد.
با این حال، هزینه نبود افزونگی در سرویس‌های حیاتی می‌تواند بیشتر باشد، زیرا قطعی ممکن است به درآمد و عملیات‌ها آسیب بزند. بنابراین، سطح افزونگی دیتاسنتر باید بر اساس اهمیت سرویس و میزان تحمل قطعی انتخاب شود.
چگونه باید استراتژی مناسب Redundancy را انتخاب کرد؟
انتخاب سطح افزونگی (Redundancy) به نوع سرویس، حساسیت اطلاعات، بودجه و دسترس‌پذیری مورد انتظار وابسته است. پیش از طراحی، تمام نقاط حساس باید شناسایی شوند.
حتی یک بخش بدون پشتیبان می‌تواند معماری را آسیب‌پذیر کند. بنابراین، افزونگی دیتاسنتر باید تمام لایه‌های حیاتی را پوشش دهد و وابستگی‌های فنی، عملیاتی و ارتباطی را مشخص نماید. این ارزیابی، انتخاب سطح مناسب حفاظت را امکان‌پذیر می‌کند و ریسک معماری را کاهش می‌دهد.
- شناسایی اجزای حیاتی زیرساخت: اجزایی که خرابی آن‌ها سرویس را متوقف می‌کند باید مشخص گردند و معمولاً برق، شبکه، سرورها، فضای ذخیره سازی، سرمایش و امنیت را شامل می‌شوند.
- تعیین سطح موردنیاز دسترس‌پذیری: هر سرویس باید بر اساس اهمیت خود، سطح مشخصی از Availability و مدت قابل‌قبول قطعی را تعیین کند.
- بررسی هزینه در برابر میزان حفاظت: افزایش افزونگی دیتاسنتر همیشه انتخاب بهتر نیست و معماری باید میان هزینه و کاهش ریسک تعادل ایجاد کند.
- آزمون مداوم فرآیند Failover: تجهیزات پشتیبان به‌تنهایی کافی نیستند و Failover باید به صورت دوره‌ای آزمایش شود تا عملکرد تجهیزات جایگزین ارزیابی گردد.
تصویر(5)
اهمیت مانیتورینگ در معماری High Availability
افزونگی دیتاسنتر بدون نظارت دائمی نمی‌تواند بیشترین کارایی را ارائه کند. سامانه مانیتورینگ باید منابع سرورها، شبکه، دمای تجهیزات، سلامت فضای ذخیره سازی و عملکرد سرویس‌ها را بررسی نماید.
تشخیص سریع خطا امکان اقدام پیشگیرانه را فراهم می‌کند و داده‌های مانیتورینگ برای بهینه‌سازی ظرفیت نیز استفاده می‌شوند. این فرایند ریسک توقف ناگهانی را کاهش می‌دهد. در محیط‌های High Availability، هشداردهی خودکار می‌تواند تیم فنی را مطلع کند و در برخی شرایط Failover را اجرا نماید. این نظارت، تصمیم‌گیری سریع‌تر را امکان‌پذیر می‌کند.
افزونگی دیتاسنتر و مقابله با خرابی‌های غیرمنتظره
هیچ زیرساختی کاملاً از خرابی مصون نیست و مشکلات سخت‌افزاری، نرم‌افزاری، شبکه‌ای، انسانی، امنیتی و محیطی ممکن است رخ دهند. هدف افزونگی حذف خرابی نیست بلکه کاهش تاثیر آن بر سرویس دهی است.
همراه با افزونگی داخلی، Disaster Recovery و Site Redundancy نیز باید در نظر گرفته شوند. در Site Redundancy، بخشی یا تمام زیرساخت درون موقعیت جغرافیایی دیگری قرار می‌گیرد تا در صورت از دسترس خارج شدن یک مرکز داده، ارائه سرویس توسط محل جایگزین ادامه پیدا کند.
تفاوت بین Backup و Redundancy
Backup و Redundancy دو هدف متفاوت دارند. Backup برای بازیابی داده پس از حذف، خرابی یا از دست رفتن اطلاعات استفاده می‌شود اما Redundancy جهت جلوگیری از توقف سرویس طراحی می‌گردد.
در معماری افزونگی، سیستم جایگزین باید بتواند سریعاً وظیفه سیستم اصلی را بر عهده بگیرد و سرویس را بدون توقف محسوس ادامه دهد. بنابراین، زیرساخت حرفه‌ای به هر دو راهکار نیاز دارد تا Backup از اطلاعات محافظت نماید و Redundancy دسترس‌پذیری سرویس را حفظ کند.
نتیجه‌گیری: نقش افزونگی در ساخت دیتاسنترهای پایدار
دسترسی پذیری بالا از طراحی هماهنگ تمام بخش‌های زیرساخت به دست می‌آید و تنها به یک دستگاه وابسته نیست. برق، شبکه، سرورها، فضای ذخیره سازی، سرمایش، مانیتورینگ و فرایندهای مدیریتی باید به‌گونه‌ای طراحی شوند که خرابی یک بخش باعث توقف کامل سرویس نشود.
مدل‌های N+1، 2N و 2N+1 امکان انتخاب سطح حفاظت متناسب با نیاز را فراهم می‌کنند. با ترکیب افزونگی، مانیتورینگ، آزمون Failover و Disaster Recovery، زیرساخت می‌تواند در برابر خرابی‌ها مقاوم بماند و خدمات پایدار ارائه کند.