DataCenter؛ چرا به مرکز داده نیاز داریم؟

اشاره : با توجه به پیشرفت روزافزون سیستم‌های کامپیوتری «دسترس‌پذیری» به‌عنوان یکی از اصول زیربنایی فناوری اطلاعات شناخته شده است. وقفه در کار سیستم‌های IT به خصوص سایت‌های تجارت الکترونیک، که به هر دلیلی ممکن است به وجود آید، باعث ضررهای زیادی خواهد شد. محافظت در مقابل مشکلاتی که باعث توقف کار سرورها می‌شوند، کار سختی است و هزینه زیادی در بر دارد. Data Center) DC) محلی است که در آن اغلب سیستم‌ها و وسایل ارتباطی سازمان قرار می‌گیرد و حاوی اطلاعات مورد نیاز سازمان‌ها برای انجام عملیات کاریشان است. مثلاً در یک بانک می‌توان از DC استفاده نمود و اطلاعات کلیه مشتریان و عملیات حسابشان را در آن ذخیره نمود. مرکز داده باید با بالاترین استانداردها طراحی شود و دسترسی‌پذیری آن بسیار بالا باشد. با استفاده ازDC ها می‌توانیم از اطلاعات خود محافظت بیشتری به عمل آوریم و در سیستم‌های خود قابلیت دسترس‌پذیری بیشتری داشته باشیم.

مقدمه در واقع زیربنای فناوری اطلاعات سخت‌افزار فیزیکی است که کامپیوترها و کاربران را به یکدیگر متصل می‌کند. این زیربنا شامل سرورها، دیسک‌های ذخیره اطلاعات، کابل‌ها، سوییچ‌ها و ... است. از طرف دیگر، این زیربنا شامل نرم‌افزار نیز می‌شود که برای ذخیره کردن، مدیریت، دریافت و ارسال اطلاعات به کار می‌رود. در این مقاله با مطرح کردن مسئله قابلیت دسترسی به اطلاعات نیاز به مرکز داده مورد بررسی قرار خواهد گرفت و درباره پیش‌نیازهای آن بحث خواهد شد. قابلیت دسترسی به اطلاعات نیاز به قابلیت بالای دسترسی به اطلاعات، حتی قبل از وجود اینترنت و تجارت‌الکترونیک احساس می‌شد و شاید بتوان گفت به هزاران سال می‌رسد! زمانی که یونانی‌ها با کشتی‌های جنگی به سفر می‌رفتند، چندین پاروزن اضافه به همراه خود می‌بردند تا اگر خدمه کشتی با مشکلی روبه‌رو شدند، بتوان سریعاً از آن نیروها استفاده نمود. در ابتدای قرن بیستم نیز ابزار الکترونیکی خاصی وجود داشت که مشکل سیستم را به صورت خودکار شناسایی می‌کرد و آن را رفع می‌نمود. اما امروزه با حضور اینترنت و نیاز بیشتر ما به سیستم‌های اطلاعاتی، مسئله قابلیت دسترسی بالا به اطلاعات، اهمیت تازه‌ای پیدا کرده است. امروزه تجار و مصرف‌کنندگان برای فروش و خرید اجناس به سمت اینترنت رفته‌اند و انتظار مصرف‌کنندگان بیشتر شده است. به نحوی که مثلاً می‌خواهند هر ساعتی که اراده کردند، بتوانند کالا‌ی مورد نظر خود را از طریق اینترنت تأمین کنند. در تجارت الکترونیک، زمان، منطقه و مرزهای جغرافیایی اهمیتی ندارند و کامپیوترها سریع تر و ارزان‌تر شده‌اند و برای کارهای مهم‌تری که به کار 24 ساعته نیاز دارند، استفاده می‌شوند. یکی از این کارها بانکداری آنلاین و الکترونیک است. شکل 1 بر اساس تحقیقات به عمل آمده، سالانه حجم اطلاعات آنلاین 75 درصد افزایش پیدا می‌کند و نیاز به اطلاعات قابل دسترس‌تر بیشتر احساس می‌شود. به نحوی که بتوان به اطلاعات هر زمان دسترسی پیدا نمود. در نتیجه نرم‌افزار و سخت‌افزار باید به نحوی تنظیم شوند که Redundant باشند. حال تصور کنید که اطلاعات در دسترس نباشد و هیچ‌کس نتواند به برنامه دسترسی پیدا کند یا آن‌که سروری از کار بیفتد! آیا می‌توان تجارت خود را به این دلیل تعطیل کنیم؟ یا به مشتریان خود بگوییم که از جای دیگر خرید کنند؟  آیا دیگر آن مشتری به سایت شما و در حقیقت به فروشگاه الکترونیک شما اعتماد خواهد کرد؟ ناتوانی در ارایه سرویس به مشتریان سایت‌های تجارت الکترونیک می‌تواند ضررهای زیادی را در بر داشته باشد. مثلاً: ÷‌ در سال 1998 شرکت AT&T  در اثر 26 ساعت توقف در ارایه خدمات به مشتریانش، هزاران مشتری خود را از دست داد. ÷‌ در سال 1999 مشتریان سایت ETrade به علت خرابی سایت نمی‌توانستند از سایت خرید کنند و این امر باعث ضرر فراوان شرکت شد. ÷‌ در ماه ژوئن سال 1999 سایت معروف eBay به مدت 22 ساعت با مشکل روبه‌رو شد و باعث شد حدود سه میلیون دلار ضرر کند. ÷‌ سایت معروف آمازون در ماه دسامبر سال 2000 به علت شلوغی نتوانست به خوبی عمل کند و باعث شد حدود پانصد هزار دلار ضرر نماید. شرکت‌های تجاری در همه جای دنیا برای به حداقل رساندن زمان خاموشی سیستم‌هایشان و افزایش میزان دسترسی‌پذیری سیستم‌هایشان تلاش فراوانی می‌کنند. اولین قدم برای افزایش قابلیت دسترسی اطلاعات، شناسایی عواملی است که باعث وقفه در سیستم‌ها می‌شوند. از عوامل مهمی که باعث وقفه در سیستم‌ها می‌شوند، می‌توان از خرابی سخت‌افزاری، مشکل نرم‌افزاری، اشکال در شبکه و باگ‌های نرم‌افزاری نام برد. دسترس‌پذیری (Availability) در واقع به قسمتی از زمان می‌گویند که برنامه یا سرویس برای استفاده کاربر (یا همان مشتری) فراهم باشد و او بتواند به راحتی از آن استفاده نماید. همه ما می‌خواهیم Availability  سیستم‌هایمان به صددرصد برسد، ولی وقتی هزینه هنگفتی را محاسبه می‌کنیم که باید برای رسیدن به این سطح تحمیل نماییم، به این نتیجه می‌رسیم عوامل دیگر را نیز در نظر بگیریم و بین زمان وقفه و هزینه‌ها تعادل ایجاد نماییم.  وقفه در ماه وقفه در سال  درصد  وقفه  درصد  دسترس‌پذیری  14 ساعت و 36 دقیقه 3/7 روز  2 درصد  98 درصد   7 ساعت و 18 دقیقه 56/3 روز  1 درصد  99 درصد  43 دقیقه و 45 ثانیه  8 ساعت و 43 دقیقه  1/0 درصد  99/9 درصد  4 دقیقه و 22 ثانیه  5/52 دقیقه  01/0 درصد  99/99 درصد  26 ثانیه  52/5 دقیقه  001/0 درصد  99/999 درصد  جدول 1 یعنی می‌توانیم با اطلاع قبلی به مشتریان خود در برخی مواقع مانند شب‌ها یا تعطیلات برای تعمیر سیستم وقفه‌ای کوتاه در سیستم‌ها به وجود آوریم. جدول 1 نشان می‌دهد که چگونه زمان‌های کوتاه در سال می‌تواند وقفه به وجود بیاورد و همچنان دسترس‌پذیری به صددرصد نزدیک باشد. (جدول 1) دلایل زیادی ممکن است باعث وقفه در سیستم شوند، ولی تقریباً حدود هشتاد درصد از عواملی که باعث وقفه در سیستم می‌شوند، توسط عوامل انسانی و رویه‌ها به وجود می‌آیند و بیست درصد بقیه مشکلاتی است که دستگاه‌ها باعث آن هستند. شکل 1 دلایل عمده وقفه در سیستم‌ها را نشان می‌دهد. همان‌ طور که در این شکل مشاهده می‌نمایید، حدود سی درصد را وقفه برنامه‌ریزی شده شامل می‌گردد.  اصولاً دلایلی که باعث وقفه برنامه‌ریزی شده (Planned Downtime) می‌شوند، عبارتند از: ï‌ کپی پشتیبان ï‌ تعویض سخت‌افزار ï‌ به‌روزرسانی نرم‌افزار ï‌ تغییر ساختاری در برنامه‌ها ï‌ به‌روزرسانی سیستم‌عامل‌ دلایلی نیز که باعث وقفه‌های برنامه‌ریزی نشده می‌شوند، عبارتند از: ï‌ خطاهای انسانی‌ ï‌ اشکال در نرم‌افزار ï اشکال در سیستم‌عامل ï‌ اشکال در سخت افزار مانند پردازشگر یا هارد درایو. ï‌ حملات Cyber  سال نوع حمله Cyber  میزان تأثیر بر اقتصاد  1999  Explorer  02/1 میلیارد دلار   1999  Melissa  10/1 میلیارد دلار  2000  Love Bug  75/8 میلیارد دلار  2001  SirCam  15/1 میلیارد دلار  2001 (Code Red(s  62/2 میلیارد دلار  2001  Nimda 635 میلیارد دلار جدول 2 جدول 2 تأثیر اقتصادی حملات در فضای Cyber بر اقتصاد جهانی را نشان می‌دهد. (جدول 2) هزینه وقفه در سیستم‌های سایت‌های تجارت الکترونیک بسیار بالا است. البته برآورد این هزینه کار آسانی نیست  و عواملی مانند عدم رضایت مشتریان، عملیات از بین رفته و... را نمی‌توان محاسبه نمود.   آماری که در این رابطه وجود دارد، از سایت www.computereconomics قابل دسترسی است. جدول 3 قسمتی از این آمار را بررسی می‌کند. شکل 2 تعداد تقریبی استفاده‌کنندگان از اینترنت را نشان می‌دهد که از سال 2002 تا 2006 در حال افزایش هستند. اگر به عدد 919 میلیون مشتری در جهان، که امسال حتماً به یک میلیارد خواهد رسید، توجه کنیم می‌توانیم بگوییم که اگر جمعیت تقریبی جهان که تقریباً 5/6 میلیارد باشد (25 خرداد 1386) تقریباً 6/1 جمعیت دنیا کاربران اینترنت هستند و اگر سایت ما قابلیت دسترسی بالایی نداشته باشد، حتماً شرکت ما که با این گروه بزرگ از کاربران در ارتباط مستقیم خواهد بود، ضرر زیادی خواهد کرد. شکل 2 وقتی از دسترس پذیری صحبت می‌کنیم، باید به سطوح مختلف آن نیز توجه کنیم؛ زیرا مقدار دسترسی مورد نیاز به عوامل زیادی بستگی دارد. سطوح دسترسی‌پذیری عبارتند از: سطح یکم: ارتقای سطح اطمینان سخت‌افزاری در این سطح که به «سطح پایه» نیز مشهور است، دسترس‌پذیری با استفاده از یک سیستم ساده مدیریت می‌گردد. این سیستم از امکانات سخت‌افزاری مانند منبع تغذیه، دیسک‌ها و فن‌های اضافه استفاده می‌کند. در این سطح اگر دیسک‌های سخت خراب شوند، اطلاعات از بین خواهد رفت. در این سطح بیشتر بر قابلیت اعتماد به سخت‌افزارهای سیستم تکیه شده است و این به تنهایی کافی نیست. امروزه بیشتر سخت‌افزارهای سرورها از قابلیت اطمینان (Reliability) زیادی برخوردار هستند، ولی آیا به نظر شما این کافی است؟ مثلاً فرض کنید سروری که به آن 99 درصد اطمینان دارید، هر سال 5/3 روز از کار بیفتد (جدول 1) و این اتفاق ممکن است هر وقت پیش بیاید. همچنین نمی‌توان تنها به اجزای سخت‌افزاری اعتماد کرد. مثلاً اگر یک سی‌پی‌یو، 99 درصد مطمئن باشد (از آن جا که سیستم شامل چندین جزء است) نمی‌تواند دلیل آن باشد که کل سیستم از 99درصد اطمینان برخوردار است. اگر مجسم کنید که یک سیستم از ده جزء تشکیل شده است، که هر یک 99درصد قابل اطمینان هستند، ولی هر یک می‌توانند به تنهایی خراب شوند، آمار به ما  نشان می‌دهد که قابلیت اطمینان کل سیستم تنها  99/0درصد‌به توان 10 است؛ یعنی  44/90 درصد. با این درصد تقریبا ‌ًDowntime سیستم به 9/34 روز در سال می‌رسد. از طرفی خرابی سخت افزار همان‌طور که در شکل 1 مشاهده کردید، تنها ده درصد از عوامل وقفه در سیستم را نشان می‌دهد. پس می‌توان گفت که سطح اول دسترس‌پذیری که (استفاده از سخت‌افزار مطمئن است) اگر چه لازم است، به هیچ وجه کافی به نظر نمی‌رسد. سطح دوم: نگهداری از اطلاعات (Data Protection) در سرورها اطلاعات توسط مقادیر RAID حفاظت می‌شود. RAID-5 می‌تواند ما را در مقابل خرابی دیسک‌ها محافظت کند، ولی نمی‌تواند از ما در مقابل مشکلات کنترل‌ها و اشکالات زیرسیستم‌ها محافظت به عمل آورد. پس کافی به نظر نمی‌رسد. سطح سوم: سرورهای Fault-Tolerant اگرچه سرورهای  Fault-Tolerant به نحوی طراحی شده‌اند که هر یک از اجزا یک یار کمکی (Redundant) داشته باشد و سوییچ از سرور به پشتیبان‌کننده آن، زمانی نزدیک به صفر است. با این حال این سرورها بسیارگران هستند. به علا‌وه، مشکل‌ Single Point of Failure) SPOF) دارند. سطح چهارم: سرورهای جایگزین (Clustering) Clustering از تمامی مشکلاتی که در سطح سرور ممکن است پیش بیاید، محافظت می‌کند. در این روش دو یا چند سیستم به صورت خوشه‌ای (Clustered) با هم جمع شده‌اند و توسط نرم‌افزار مدیریت over Fail هدایت می‌شوند.  نرم‌افزارهای رایج در Clustering عبارتند از: - ‌VEREITAS Cluster Server) VCS) ‌- High Availability Cluster Multiprocessing) HACMP) از IBM - ‌Hewlett/Packard's MC/ServiceGuard - ‌Microsoft Cluster Server) MSCS) - Sun Cluster) SC) سطح پنجم: بازیابی اطلاعات از دست رفته (Disaster Recovery) از آن جا که ممکن است سطح 4 نیز توسط عوامل محیطی (مثل سیل یا زلزله) مورد آسیب قرار گیرد، می‌توان از ابزارهای Disaster Recovery جهت ادامه کار استفاده نمود. با استفاده از مرکز داده می‌توانیم محیطی را فراهم سازیم و سیستم‌های خود را در آن متمرکز کنیم. این مراکز داده با استفاده از بالاترین استانداردها و تجهیزات این تضمین را به ما می‌دهند که سیستم‌های ما دسترس پذیری بالاتری خواهند داشت. پیش‌نیازها برای ایجاد مرکز داده که بتواند محیطی امن و مطمئن را جهت بالابردن دسترس‌پذیری سیستم‌های ما مهیا سازد، پیش‌نیازهای زیر باید مد نظر قرار گیرد: -‌  ایجاد محیطی که دما و رطوبت آن کنترل شده باشد. -‌ ایجاد محیطی امن برای شبکه، سرورها و منابع ذخیره اطلاعات‌ -‌ ایجاد ارتباط شبکه‌ای که 24ساعته در روز و 7 روز هفته کار کند.‌ -‌‌ مهیا ساختن انرژی مورد نیاز تمامی تجهیزات‌ برای این‌که بتوانیم مرکز داده مناسبی را طراحی نماییم، به پیش‌نیازهای خاصی نیز احتیاج داریم که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌گردد. نیاز به فضای مناسب برای قرار دادن اجزای مرکز داده از جمله سرورها، منابع ذخیره داده، Air condition ،Vebtilation ،(HVAC) Head، پانل‌های برق و... فضای خالی و مناسب مورد نیاز است. برای سرورهای کوچک می‌توان از Rackها استفاده نمود، ولی برای قرار دادن تجهیزات بزرگ مانند EMC Symmetrix Storage Array یا IBM Enterprise Storage Server که به آن Shark نیز می‌گویند ‌یا Sun Fire 6800 نمی‌توان از Rack استفاده کرد و باید آن ها را مستقیماً روی زمین قرار داد. برای محاسبه این‌که چند دستگاه در یک Rack جا می‌شود، باید از اندازه آن مطلع بود. Rackها اندازه‌های مختلفی دارند مقیاس اندازه‌ ‌ارتفاع Rackها U است. (هر U معادل 75/1 اینچ است). مثلاً به Rack با ارتفاع 78 اینچ 45U  می‌گویند. برای طراحی فضای مرکز داده باید به نحوی Rackها و دستگاه‌های مستقر روی زمین را طراحی کرد که حدود پنجاه درصد فضای خالی برای عبور هوا بین دستگاه‌ها وجود داشته باشد. برق مورد نیاز برای تمام دستگاه‌ها برای جلوگیری از نوسانات برق در مرکز داده باید از UPS استفاده شود. معمولاً UPSها می‌توانند به اندازه یک ساعت انرژی مورد نیاز را تأمین نمایند. البته دانستن این‌که هر دستگاه چه اندازه نیرو مصرف می‌کند نیز اهمیت دارد. لزوم وجود هوای خنک و تهویه هوا اتاقی که مرکز داده می‌شود، باید دارای دمای پایین باشد و رطوبت کمی داشته باشد. مقیاس اندازه دما BTU یا British Thermal Unit در هر ساعت است. برای اطلاع از BTU هر دستگاه می‌توانید دفترچه راهنمای استفاده آن را مطالعه کنید. مثلاً IBM ESS Storage Subsystem به 16000BTUs در هر ساعت نیاز دارد. پهنای باند مورد نیاز شبکه برای مرکز داده باید پهنای باند مناسب در نظر گرفته شود. اغلب Multimode Fiber) Cat5) می‌توانند پهنای باند مناسب را برای مرکز داده فراهم سازند. دستگاه‌های مختلف به پهنای باند متفاوت نیاز دارند مثلاً IBM p690 به 12multimode fiber نیاز دارد، IBM Enterprise Storage Server به دو Cat5 و رکی با پنج دستگاه و دو Rack Storage Subsystems، ده Cat5 و دو multimode fiber نیاز دارد. انتخاب مکانی مناسب فضایی که مرکز داده در آن واقع می‌شود، باید امن و دور از خطرهای طبیعی باشد. همچنین مرکز داده باید از فضاهایی که ممکن است خطرهایی در آن به وجود آید (مانند فرودگاه، خط ریل قطار یا اطراف مرکز مخابرات)، دور باشد. طراحی ساده در طراحی مرکز داده که مرحله قبل از پیاده‌سازی آن است، باید موارد زیر حتماً رعایت گردد: ˜‌ طراحی را تا حد ممکن ساده انجام دهید و آن را پیچیده نکنید. برای هر سرور، منبع ذخیره داده، سیم، سوییچ و ... از برچسب استفاده کنید. همچنین قسمت‌هایی از اتاق که وسایل در آن قسمت قرار می‌گیرد را به نحوی طراحی کنید که به راحتی قابل دسترسی باشد. ˜‌ طراحی مرکز داده باید قابل تغییر باشد و برای اتاق‌های بزرگ‌تر یا کوچک‌تر نیز بتوان از استفاده نمود.  ˜‌ طراحی باید قابل تعدیل و تنظیم باشد و بتوان تجهیزات آن را به راحتی به‌روزرسانی نمود. منابع‌ - Administrating Data Center, K.Jayaswal, Wiley 2006 -  www.computereconomics.com -  http://hightech.lbl.gov/datacenters.html -  www.techxact.com/datacenter