什么是数据中心，它是如何变化的？

数据中心是企业用来容纳其关键业务应用程序和信息的物理设施。随着它们的发展，重要的是要长期考虑如何保持它们的可靠性和安全性。

什么是数据中心？

数据中心通常被称为单个事物，但实际上它们由许多技术元素组成。这些可以分为三类：

• 计算：运行应用程序的内存和处理能力，通常由高端服务器提供

• 存储：重要的企业数据通常存放在数据中心，存储在从磁带到固态硬盘的各种介质上，并有多个备份

• 网络：数据中心组件与外界之间的互连，包括路由器、交换机、应用程序交付控制器等

这些是IT需要存储和管理对公司的持续运营至关重要的最关键系统的组件。因此，数据中心的可靠性、效率、安全性和不断发展通常是当务之急。软件和硬件安全措施都是必须的。

除了技术设备，数据中心还需要大量的设施基础设施来保持硬件和软件的正常运行。这包括电源子系统、不间断电源（UPS）、通风和冷却系统、备用发电机和连接到外部网络运营商的电缆。

数据中心架构

任何规模较大的公司都可能拥有多个数据中心，可能分布在多个地区。这使该组织能够灵活地备份信息，防止自然灾害和人为灾害，如洪水、风暴和恐怖主义威胁。数据中心的架构可能需要做出一些艰难的决定，因为几乎有无限的选择。一些关键考虑因素包括：

• 业务是否需要镜像数据中心？

• 需要多大的地理多样性？

• 如果发生停机，需要多长时间恢复？

• 扩建需要多少空间？

• 您应该租用私有数据中心还是使用同一位置/托管服务？

• 带宽和功率要求是什么？

• 是否有首选供应商？

• 需要什么样的物理安全？

这些问题的答案有助于确定要构建多少个数据中心以及在哪里构建。例如，曼哈顿的一家金融服务公司可能需要持续运营，因为任何中断都可能导致数百万美元的损失。该公司可能会决定在附近建立两个数据中心，比如一个在新泽西，一个在康涅狄格，彼此镜像。其中一个可能会完全关闭，而不会对运营造成影响，因为公司可能会剥离另一个。

然而，小型专业服务公司可能不需要即时访问信息，可以在其办公室拥有一个主数据中心，并每晚将信息备份到全国各地的备用站点。在发生中断时，它将启动一个恢复信息的过程，但与依赖实时数据以获得竞争优势的业务相比，它的紧迫性将有所不同。

虽然数据中心通常与企业和网络规模的云提供商相关，但实际上任何公司都可以拥有数据中心。对于一些中小型企业，数据中心可能是位于其办公空间中的一个房间。

行业标准

为了帮助IT主管了解应该部署什么类型的基础设施，2005年，美国国家标准协会（ANSI）和电信行业协会（TIA）发布了数据中心标准，其中定义了四个独立的层次，并提供了设计和实施指南。第1层数据中心基本上是一个经过修改的服务器机房，其中第4层数据中心具有最高级别的系统可靠性和安全性。每种类型的数据中心的描述都可以在这里找到。

目前，数据中心正在经历一场重大的转型，未来的数据中心将与大多数组织所熟悉的数据中心大不相同。

企业正变得越来越动态和分布式，这意味着支持数据中心的技术需要灵活和可扩展。随着服务器虚拟化的日益普及，数据中心（东西向）横向移动的流量使传统的客户机-服务器流量相形见绌，后者进出（南北）。这给数据中心经理带来了挑战，而且更多的挑战即将出现。

以下是一些关键技术，这些技术将使数据中心从静态和僵化的环境中发展成为能够满足数字企业需求的灵活、灵活的设施。

边缘计算和微数据中心

边缘计算是一种越来越流行的范例，传统上在集中数据中心进行的许多计算工作都发生在靠近收集数据的网络边缘的地方。这意味着对于需要接近实时操作的应用程序来说，延迟更少，所需的数据带宽也减少了。

微型数据中心是一个紧凑的单元，它可以物理地收集，处理，分析和存储数据，使其与收集数据的设备接近，并将它们放在现场即可进行边缘计算。微数据中心的部署支持许多应用，包括5G网络、物联网推广和内容交付网络。

在微数据中心领域有许多供应商，其中一些在邻近领域有背景，如基础设施即服务（IaaS）或托管服务。微型数据中心通常（但不总是）作为预装配设备出售，“微型”涵盖了相当广泛的规模。它们的范围从一个19英寸的机架到一个40英尺的集装箱，管理工作可能由供应商负责或外包给托管服务提供商（MSP）。

云的作用

过去，企业可以选择建立自己的数据中心，或者使用托管供应商或MSP。后一种方式改变了所有权和运营数据中心的经济性，但部署和管理必要技术所需的较长交付期仍然存在。云服务提供商（如AmazonWebServices和microsoftazure）的IaaS的兴起为企业提供了一个选择，即只需点击几下鼠标，就可以在云中提供一个虚拟数据中心。2019年，企业每年在云基础设施服务上的支出首次超过在物理数据中心硬件上的支出，售出的所有服务器中有一半以上用于云提供商的数据中心。

然而，本地on-prem数据中心不会很快消失。在正常运行时间研究所(UptimeInstitute)2020年的一项调查中，58%的受访者表示，他们的大部分工作负载仍在企业数据中心，他们以缺乏对公共云的可见性和正常运行时间的责任为由拒绝切换。

许多组织正通过使用混合云方法来实现这两个方面的最佳效果，即一些工作负载被卸载到公共云上，而其他需要更多实际操作控制或安全性的工作仍在本地数据中心运行。根据flexera2020云计算状态报告，87%的受访组织采用混合云策略。

软件定义网络（SDN）

一个数字企业的敏捷性只能和它最不敏捷的组件一样，而这通常就是网络。通过分离网络控制平面（该控制平面决定如何将数据包从一个点转发到另一个点）的最佳路由，可以使网络更高效、更灵活。它们可以很容易地通过软件进行优化，以适应不断变化的网络负载。

这种体系结构被称为软件定义网络（SDN），可以应用于数据中心。通过提供和管理数据中心硬件的网络控制器，可以更快地配置数据中心，通常使用简单语言命令来消除耗时、容易出错的手动配置。

超融合基础设施（HCI）

数据中心的运营挑战之一是必须将服务器、存储和网络设备的正确组合组合起来，以支持高要求的应用程序。然后，一旦部署了基础架构，IT运营部门就需要找出如何在不中断应用程序的情况下快速扩展。HCI通过提供基于商品硬件的易于部署的设备简化了这一过程，这些设备在一个硬件中提供了处理能力、存储和网络。该体系结构可以通过添加更多节点来扩展。

HCI可以为传统数据中心提供许多优势，包括可扩展性、云集成和更容易的配置和管理。

容器、微服务和服务网格

应用程序开发通常会因提供运行在其上的基础设施所需的时间而减慢。这会严重阻碍组织向DevOps模型迁移的能力。容器是一种虚拟化整个运行时环境的方法，允许开发人员在自包含的系统中运行应用程序及其依赖项。容器非常轻量级，可以快速创建和销毁，因此它们是测试应用程序在特定条件下如何运行的理想选择。

容器化的应用程序通常被分成单独的微服务，每个微服务都封装了一小部分功能，这些功能相互作用形成一个完整的应用程序。协调这些单独容器的工作落在一种称为服务网格的体系结构形式上，虽然服务网格做了很多工作来将复杂性从开发人员那里抽象出来，但它需要自己的照料和维护。服务网格自动化和管理应集成到全面的数据中心网络管理系统中，特别是随着容器部署变得越来越多、更复杂和更具战略性。

微分段

传统的数据中心以所有的安全技术为核心，因此当流量进出时，它会通过安全工具来保护业务。数据中心内水平流量的增加意味着流量绕过防火墙、入侵防御系统和其他安全系统，使得恶意软件能够迅速传播。微分段是一种在数据中心内创建多个数据段的方法，在该方法中，资源组可以彼此隔离，因此，如果发生漏洞，则数据段中会包含损坏。微分段通常是在软件中完成的，这使得它非常灵活。

非易失性快速存储器（NVMe）

在一个日益数字化的世界里，一切都变得更快，这意味着数据需要更快地进出数据中心存储。传统的存储协议，如小型计算机系统接口（SCSI）和高级技术附件（ATA）已经存在了几十年，并且已经达到了极限。NVMe是一种存储协议，旨在加速系统和固态驱动器之间的信息传输，大大提高数据传输速率。

NVMe不仅仅局限于连接到固态存储芯片：nvmeoffabrics（nvmeof）允许创建超高速存储网络，其延迟可以与直连存储相媲美。

GPU计算

几十年来，中央处理器(CPU)一直为数据中心基础设施提供动力，但摩尔定律正面临物理限制。此外，分析、机器学习和物联网等新的工作负载正在推动对一种新型计算模型的需求，这种模型超过了cpu的能力。图形处理单元（gpu）曾经只用于游戏，但由于它们能够并行处理多个线程，所以其运行方式根本不同。

因此，GPU在现代数据中心找到了一席之地，现代数据中心越来越肩负着挑战人工智能和神经网络的任务。这将导致数据中心架构的一系列转变，从它们连接到网络的方式到它们的冷却方式。

数据中心对几乎所有规模的企业的成功都至关重要，这一点不会改变。然而，部署数据中心的方式和支持技术的数量正在发生根本性的变化。加速这种转变的技术是未来所需要的。

来源：架构师技术联盟