شبكات الحاسوب Computer Networks

خطوات تصميم مركز البيانات Data Center


المقدمة

تعد مراكز البيانات اليوم واحدة من المتطلبات المركزية في عمل اغلب انواع الشركات ان لم يكن كلها حيث انها تضخ الدم (البيانات) من والى المستخدمين واجهزة الخزن والشبكة الدولية للمعلومات (الانترنت). تكمن الاهمية الكبرى لهذه المراكز في التعامل مع الكم الكبير من البيانات التي تتراكم يوماً بعد يوم في المؤسسات الحكومية والخاصة والتي اصبح من الصعب بل من المستحيل التعامل معها وادارتها يدوياً ومن قبل عناصر بشرية مما دفع بالكثير من الشركات لتحديث انظمة بياناتها او البدء بإدخال تقنية مراكز البيانات في العمل.

في نفس الوقت الذي تتزايد فيه الحاجة الى مراكز البيانات تواجه الشركات مشاكل اخرى في التعامل مع النظام الجديد وتبرز الصعوبات المادية والجدوى الاقتصادية الى حيز التفكير ولذا فأن اي شركة تفكر في اعتماد مركز بيانات في تعاملاتها الالكترونية وادارتها يجب ان تجيب عن الاسئلة التالية:

1-    اين يجب ان يقع مركز البيانات؟

2-    كم يجب ان يكون حجمه من ناحية الكبر الفيزيائي ومن ناحية قدرة المعالجة والخزن؟

3-    كم مقدار استهلاك لطاقة المتوقع منه؟

4-    ما هو زمن العمل الكلي المتوقع؟ كم عدد البدائل التي يجب ان تعمل لضمان استمرار التشغيل 24 ساعة؟

5-    ما هي التقنيات المراد استخدامها؟

6-    كيف يجب ان يتم نصب المركز في مكان العمل؟

7-    كم هو العمر الافتراضي المتوقع للنظام؟

هذه الاسئلة تخص الشركات التي تنوي البدء من الصفر في انشاء مراكز بياناتها وللوهلة الاولى قد يبدو ان تحديث النظم الموجودة اصلاً هو عملية اسهل ولكن الامر ايضاً له متطلباته الخاصة واسئلته التي يجب الاجابة عنها وهي كالاتي:

1-    هل يجب ان نستمر في استخدام نفس المنتجات ام نبدأ باستغلال خيارات تقنية اعلى؟

2-    الحيز الموجود كافي للتوسيع المقترح ام نحتاج الى مساحة اكبر؟

3-    ما هي قيود الابعاد بين مركز البيانات والمحطات الطرفية للتطبيقات المتوقعة؟

4-    ما هي المقاييس العالمية (standards) الموحدة الجديدة التي يجب اخذها بنظر الاعتبار؟

هذا البحث سيحاول الاجابة عن هذه الاسئلة وغيرها الكثير ان شاء الله.

ملاحظة: ان تصميم مركز البيانات يمكن ان يكون مختلفاً تماماً عن الهياكل التقليدية لتشبيك وتسليك البنايات والحرم الجامعي والمؤسسات العامة وحتى المصمم الخبير يحتاج ان يلم بالمقاييس الخاصة بمراكز البيانات وتكامل التقنيات المختلفة وجمع انواع متنوعة من الاسلاك في نظام واحد وموائمة السعة والمرور والتأكد من ان كل ما سبق يعمل بشكل صحيح وموثوق لأداء المهمات المعقدة الخاصة بمركز البيانات.

 اسئلة مبدئية:

قبل البدء في شرح اساسيات تصميم وادارة مركز البيانات يجب ان نحدد اجوبة الاسئلة التالية:

1-    ما هي معمارية الشبكة التي تخدم احتياجاتنا بشكل صحيح؟

2-    ما هي سعة وسرعة الشبكة التي نحتاجها الان وللتوسع المستقبلي؟

3-    ما هي التوجهات العامة للمؤسسة من حيث التنافس بين الكلفة والاداء؟

4-    ما هو الوسط الناقل للبيانات الذي يناسب مكان العمل (wire or wireless) و (copper or fiber or coaxial)؟

5-    كيف نتأكد من تحقيق افضل اداء واعلى واقصى وثوقيه؟

السؤال الاخير يعتبر الاهم الى حد ما حيث ا اختيارك للمعمارية والسعة ووسائط النقل وكلفة النصب كلها تؤثر على الكفاءة والاعتمادية للشبكة. من الافضل عادة تجهيز كافة المكونات المادية والبرمجية (hardware and software) من نفس الشركة لضمان التطابق والتوائم بين منتجات الشركة الواحدة واما في حالة عدم امكانية ذلك لارتفاع الاسعار او لكون بعض منتجات الشركة ليست بالنوعية المطلوبة وبالكفاءة المناسبة فنلتجأ الى تنويع مصادر التجهيز والتصميم مع ضرورة ملاحظة مسألة التوافقية (compatibility) والتطابق بين منتجات الشركات المختلفة والتي يمكن ان تسمح للنظام ككل بالعمل سوية او عدم العمل على الاطلاق.

اولاً: تصنيف مراكز البيانات (data center categories)

بصورة عامة تصنف مراكز البيانات الى صنفين رئيسيين هما مركز بينات المؤسسة (Enterprise) ومركز بيانات التجميع (collocation). لما كانت اغلب مراكز البيانات مملوكة لمؤسسات او شركات خاصة فهي بالتالي تكون خاصة الاستخدام لتلك الشركات والتي تحاول قدر الامكان تخصيص عمل هذه المراكز وضبط مواصفاتها البرمجية والمادية لتوافق احتياجات تلك الشركات مما ينتج مراكز بيانات اعلى اداءاً من الوضع الطبيعي ولكنها ايضاً اكثر كلفة من النوع الاخر من مراكز البيانات وتقوم هذه المراكز بتوفير الاحتياجات الالكترونية للمؤسسة وتدار من قبل شعبة تكنولوجيا المعلومات فيها (IT centers) وهذه ما تسمى مراكز بيانات المؤسسات (Enterprise Data center) كما في الشكل رقم (1):

اما النوع الاخر من مراكز البيانات فهي التي تكون عبارة عن طرف ثالث تمتلكها شركات وظيفتها توفير امكانيات الخزن والمعالجة والمشاركة التي توفرها مراكز البيانات الى عملاء يمثلون الزبائن من مؤسسات خاصة وعامة وتفضل ان تقوم بوظائفها الالكترونية بمشاركة جزء من مركز بيانات حين لا تستطيع تحمل تكلفة مراكز البيانات الخاصة لوحدها. مراكز البيانات من هذا النوع والتي تسمى مراكز البيانات التجميعية (collocation data center

توفر امكانية وصول عامة امنة مدفوعة الثمن للشركات التي تحتاجها وتضمن للبيانات مكان خزن امن مع التهوية والمساحة الكفاية وهياكل المعدات المطلوبة وتتضمن هذه المراكز امكانية استضافة مواقع الانترنت وامكانية الخزن الاحتياطي لتلافي سلبيات الكوارث وتلف البيانات وبقية وظائف مراكز البيانات المعروفة. ولما كانت هذه المراكز تستأجر لفترة معينة فأن امكانية تخصيصها (customization) لتلائم متطلبات الزبون بشكل دقيق لا تتوفر في اغلب الاحيان لأن التركيز هنا يكون على قلة الكلفة وسهولة الطلب وامكانية التوسيع والتكامل مع المنتجات العاملة حالياً في المستقبل.

Image 

شكل رقم (1) : يوضح الفرق بين وجود مركز البيانات في داخل المؤسسة وبين استئجار مساحة من مركز بيانات عام باستخدام البرمجة السحابية (cloud computing).

يمكن ايضاً استخدام كلا النوعين من مراكز البيانات (الخاص والتجميعي) حيث تختار بعض الشركات شراء مركز البيانات الخاص بها وتخصيص عمله بما يتلاءم مع متطلباها وفي نفس الوقت استئجار مركز بيانات من طرف ثالث للاسترجاع في حالة الطوارئ وايضاً تستطيع الشركات التي تبحث عن حلول اقتصادية اقل كلفة الاستعانة بشركات الطرف الثالث المزودة لخدمة مراكز البيانات والاحتفاظ لنفسها ايضاً بقابليات تحكم خاصة بالأجزاء الضرورية والحساسة من انظمتها بشكل خاص.

وكملخص لمواصفات كل صنف من اصناف مراكز البيانات نقول:

1-    مركز البيانات الخاص (Enterprise) يتميز بسيطرة تامة ودائمة للشركة على معداتها وبياناتها وشبكاتها الداخلية والمحلية، وتستطيع الشركة امثلية المركز لما يلائم متطلباتها والحفاظ على مرونة العمل لديها لسهولة التعديل وفق متغيرات بيئة العمل والميزة الاهم لهذا النوع عدم وجود تنافس بين الشركة وشركات اخرى على اولوية الخدمة كما يحصل في النوع الاخر.

2-    مركز البيانات المشترك التجميعي (collocation data center) يتميز بالسيطرة على الكلفة وابقائها في الحد الادنى وتفرغ الشركات الغير متخصصة في مجالات المعلومات للتركيز على عملها الخاص وترك الاهتمام بشؤون ال (IT) لطرف ثالث اخر وتوفير امكانيات الخزن الاحتياطي والفائض في السعة والمساحة وقدرة المعالجة وتبسيط عملية تكبير او تصغير الشبكة حيث لا حاجة الى شراء او بيع النقص او الفائض بل فقط تعديل مواصفات عقد الاستئجار.

ثانياً معمارية الشبكة (Network Topology)

ببساطة الشبكة هي نظام اتصال يسمح بنقل ومشاركة البرامج والصوت والفيديو والنصوص وغيرها الكثير من انواع البيانات وحسب نوع التطبيقات المستخدمة في الشبكات المختلفة ونتيجة للتطور الهائل في عالم الشبكات في العقدين الاخيرين من الزمن فقد ظهرت الكثير من طرق ربط الحواسيب ضمن شبكات والتي تسمى عادة طوبوغرافيا الشبكة او (Network Topology) وتنقسم عادة الى قسمين:

1-    الهيكل الفيزيائي (Physical topology) وهو طريقة ربط ونصب الاسلاك ووسائط النقل الاخرى بين الاجهزة ( طريقة الارتباط الفيزيائي بين الاجهزة).

2-    الهيكل المنطقي (Logical  Topology) وهو طريقة انتقال البيانات بين الاجهزة عبر الوسائط المتعددة من اسلاك وغيرها (طريقة الارتباط المنطقي بين الاجهزة).

كما هو معروف لمستخدمي الشبكات فأن الهيكل الفيزيائي يرتبط بطريقة ربط الاسلاك والاجهزة في الشبكة وهو احد وظائف الطبقة الاولى (physical layer) ولا علاقة له بطريقة الارتباط المنطقي للبيانات والتطبيقات والذي ينتمي الى الطبقة الثانية وهي طبقة رابط البيانات (Data link Layer) من طابور بروتوكولات الشبكات (Network Protocol Stack) وقد اثبتت التجارب ان افضل طريقة ربط فيزيائية هي ربط النجمة (Star Topology) والذي يسمح بتمثيل أي طريقة ربط منطقية.

الهيكل الفيزيائي لمركز البيانات:

1-    الهيكل النجمي (Star Topology): في الهيكل النجمي ترتبط كل اجهزة الشبكة الفرعية بجهاز فعال او نقطة تركيز (concentration point) مثل الموزع (hub) او الموجه (router) او المحول (switch) او اي عقدة شبكات اخرى (network node) ثم ترتبط هذه النقاط الفعالة ببعضها عبر نقطة مركزية اخرى وهكذا وصولاً الى المصدر الرئيسي للتحكم والبيانات. في الهيكل النجمي فيزيائياً يمكن ربط هيكل نجمي او ناقل خطي (bus) او حلقي (ring) منطقياً وتسمح الطبيعة الهرمية والمركزية لهذا النوع بسهولة تركيز وتجميع الكابلات والمكونات وبالتالي تقليل كلف الصيانة واضافة مكونات جديدة للشبكة ولذا فأن هذا الهيكل للربط هو الافضل لمراكز البيانات.

 Image

2-    الهيكل الحلقي (Ring topology): في هذا النوع من الربط ترتبط جميع الحاسبات بشكل حلقة مغلقة بحيث ان الحاسبة الاولى ترتبط بالحاسبة الثانية والثانية بالثالثة والثالثة بالرابعة وهكذا حتى ترتبط الحاسبة الاخيرة بالأولى باستخدام مكونات ربط على شكل حرف (T Connector) كما في الشكل:

Image 

ويتميز هذا النوع بأن الاشارة تسير في اتجاه واحد ولا يمكن ارسال الرسائل في الاتجاه المعاكس وفي بعض الانواع هناك شبكتين تعملان سوية احدهما باتجاه معين والاخرى بالاتجاه المعاكس وتستخدم عادة هذه الطريقة في العمود الفقري لشبكة كلية او حرم جامعي وتتميز بقابليتها على استمرار العمل في حالة حصول قطع في احد الاسلاك الا ان اضافة مكونات اضافية للشبكة اصعب من النوع الاول كما في الشكل التالي.

 Image

طريقة ربط التعشيق (mesh): وفيها يتم ربط كل عقدة في الشبكة وكل جهاز بكل جهاز اخر وبالتالي فأن اضافة اي جهاز جديد يتطلب عدة روابط واتصالات جديدة ولذا فهو النوع الاصعب والاكثر كلفة ولكنه الاكثر كفاءة ووثوقية

الهيكل المنطقي لمركز البيانات

يمكن ان يكون هيكل ربط خطي (Bus IEEE 802.3) او ربط حلقي (Ring IEEE 802.5) او نجمي (Star) او تعشيقي (mesh) او حتى نقطة الى نقطة (point to point) وهي الاسهل ولكل منها تطبيقاتها وظروف استخدامها.

مكونات مركز البيانات

1-    مركز عمليات الشبكة (Network Operations Center NOC): وهو المكان الذي تطبق فيه السيطرة على مركز الشبكة ومعدات الخزن والسيرفرات وهو المسؤول عن مراقبة الشبكة المحلية ومركز البيانات في حالة حصول انذارات او اي شروط اخرى قد تتطلب اهتمام خاص لتجنب التأثيرات السلبية على توفرية النظام ووثوقية الشبكة وادائها.

2-    غرفة الدخول (Entrance Room): وهي الواجهة بين مزود الوصول (access provider) وبين الاسلاك المهيكلة لمركز البيانات تحتوي هذه الغرفة على معدات الفصل (demarcation hardware) وتقع خارج غرفة الحواسيب لأغراض الامنية.

3-    منطقة التوزيع الرئيسية (Main Distribution Area MDA): وهو نظام توزيع الاسلاك الرئيسي وقد يقع في غرفة الحواسيب وتتضمن الاتصالات المتقاطعة (cross connect) وقد تتضمن ايضاً الاتصال المتقاطع الافقي اذا كانت الاجهزة التي يخدمها قريبة منه. تحتوي هذه الطبقة على موجهات ومحولات اللب للشبكة (core routers and switches).

4-    منطقة التوزيع الافقي (horizontal distribution area HDA): هي منطقة الاتصال المتقاطع الافقي وتعتبر نقطة الانتقال الرئيسية بين العمود الفقري للمركز والاسلاك الافقية للشبكة المحلية وشبكة الخزن (SAN) والسويتشات التي تربط الاجزاء الفعالة من سيرفرات و هياكل رئيسية واجهزة خزن.

5-    منطقة توزيع المنطقة (zone distribution area ZDA): وتقع في غرف الحاسبات الكبيرة والتي تحتاج مرونة في الاعدادات بين منطقة التوزيع الافقي وبقية المعدات. تضم هذه المنطقة الاجهزة الخاملة (passive) فقط.

6-    منطقة توزيع المعدات (equipment distribution area EDA): وتضم الراكات (racks) والكابينات التي تضم وحدات الحسابات والخزن.

7-    الخزن المتصل بالشبكة (Network Attached Storage NAS): وهي منطقة في مركز البيانات تضم الاقراص المعدة للخزن وتخدم الملفات عبر شبكة ال (IP). تكون اجهزة هذا الجزء متصلة بالشبكة مباشرة عبر اسلاك ايثرنت وقد تضم توصيلات ضوئية (fiber connection).

8-    شبكة منطقة الخزن (Storage Area Network SAN): وهي منطقة في مركز البيانات تضم الاقراص المعدة للخزن والتي تخدم اجهزة الادخال والاخراج والحواسيب المرتبطة بها إنّ موقعَ صفوفِ الخزنِ نموذجياً منفصلة عن المضيّفين الذي يَخْدمونَ ولذا فأن البنيةِ الخارجية لل (SAN) يَجِبُ أَنْ تَكُونَ موثوقة ومتوفرة دائماً. وفي هذا المجال يجدر بالذكر ان التقدّم في تقنيةِ صناعة الاقراص المخصصة للخزن زادَ قدرتها وقلل التأخير وَسْمحَ بصمود اعلى بوجه الاخطاء. مخططات حمايةِ البياناتِ هنا تَتطلّبُ تخطيط حذرَ للمكونات الداخلية للشبكة.

9-    اشرطة الخزن / مكتبة الاشرطة افتراضية (ٍstorage tape/ virtual tape library ): اشرطة الخزن مندمجة مع مكتبة الاشرطة الافتراضية توفر وسائل للإسنادِ والتحسّنِ الكفوءِ. عندما تصمّمَ بالقدرةِ الصحيحةِ ومتطلبات النمو المستقبليةِ لمركزِ البياناتَ، فان هذه الأنظمةِ يُمْكِنُ أَنْ تُصبحَ متينة جداً وتوفر إسنادَ سريعَ وعملياتَ إنقاذ للنظام من اي خلل يحصل فيه. يجب ملاحظة الذي كفاية الإسنادِ، وتحسين الحفظ الاحتياطي تعتمد على نوعية بيانات الشركة او المؤسسة.

 Image

معمارية شبكة مركز البيانات:

تتكون اي شبكة عالية الاداء لمركز البيانات من ثلاث طبقات تكون الاعلى منها وتسمى طبقة النواة او القلب او اللب للشبكة (core layer) وتضم الموجهات والمحولات التي تربط الشبكة بالعالم الخارجي ويمر عبرها كل البيانات الداخلة والخارجة من الشبكة ويشترط في مكونات هذه الطبقة ان تكون عالية الاداء والسرعة لأنها يجب ان تستوعب كل المرور عبر الشبكة ولمختلف التطبيقات ولأعداد متفاوتة من المستخدمين. اما الطبقة الثانية الوسطية فهي طبقة التوزيع (distribution layer) ووظيفته ربط طبقة النواة مع طبقة الوصول واهم خصائص اجهزة هذه الطبقة هو احتوائها كموجهات او محولات عدد كبير من المنافذ لتوسيع الشبكة والسماح بالتوسيع المستقبلي. واخيراً تضم الطبقة القريبة من المستخدمين والمسماة طبقة الوصول (access layer) عدداً من السويتشات التي ترتبط مباشرة بحواسيب المستخدمين وكما في المخطط التوضيحي التالي:

 Image 

 

اتمنى ان يكون هذا الشرح المبسط مفهوماً ومفيداً للجميع وطبعاً للمزيد دائماً يمكن البحث في الانترنت او زيارة الرابط التالي الخاص بمراكز بيانات شركة سيسكو وكيفية تصميمها:

انقر هنا

أضف تعليقاً

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s