دیتاسنتر یا مرکزداده چیست و چه کاربردهایی دارد؟

مرکزداده یا دیتاسنتر (Data center) مجموعه‌ای متشکل از کامپیوترهای متصل‌‌‌به‌‌‌‌هم، سیستم‌های ذخیره‌سازی و زیرساخت‌های محاسباتی است که سازمان‌ها با کمک آن می‌توانند حجم بسیار زیادی از داده‌ها را جمع‌آوری، پردازش، ذخیره و یا منتشر کنند. امروزه بسیاری از کسب‌و‌کارها برای ادامه فعالیت خود تا حد زیادی به اپلیکیشن‌ها، خدمات و داده‌های موجود در مراکزداده وابسته هستند. به زبان ساده‌تر، دیتاسنتر مرکزی فیزیکی است که سازمان‌ها از آن برای نگهداری برنامه‌ها و داده‌های مهم خود استفاده می‌کنند. هر مرکز‌داده در مجموع شامل تجهیزاتی مانند روترها، سوئیچ‌ها، فایروال‌ها، سیستم‌های ذخیره‌سازی و سرورها می‌شود. در گذشته، دیتاسنترها زیرساخت‌های فیزیکی بسیار کنترل شده‌ای بودند اما فناوری ابر‌ی همه چیز را تغییر داد. امروزه اکثر دیتاسنترهای مدرن دنیا از زیرساخت‌های مجازی استفاده می‌کنند که قادرند از حجم زیادی از برنامه‌ها و خدمات مختلفی در محیط‌های چند‌ابری پشتیبانی کنند. استانداردهای صنعتی به‌کار گرفته شده در طراحی، ساخت و نگهداری تأسیسات و زیرساخت‌های مراکزداده باعث افزایش دسترسی و امنیت داده‌ها می‌شوند. در ادامه مقاله با تاریخچه، نحوه عملکرد، کاربردها، انواع، عناصر تشکیل‌دهنده و سطوح مختلف مراکزداده آشنا خواهیم شد.

تاریخچه دیتاسنتر

ردپای اولین نسل از دیتاسنترها را می‌توان در سیستم‌های کامپیوتری ابتدایی مانند ENIAC (محاسبه‌گر و یکپارچه‌ساز عدد الکترونیکی‌) پیدا کرد که در دهه ۴۰ میلادی توسط دکتر جان ماکلی و تیم ۵۰ نفره‌اش ساخته شد. نگهداری و کارکرد این سیستم‌های کامپیوتری که توسط ارتش استفاده می‌شد، در نوع خود پیچیده بود. در دهه ۵۰ میلادی، سیستم UNIVAC (کامپیوتر خودکار جهانی) ساخته شد که در واقع اولین کامپیوتری بود که داده‌ها را بر روی نوارهای مغناطیسی ذخیره می‌کرد. در دهه ۶۰، اولین کامپیوتر ترانزیستوری جهان به نام TRADIC توسط IBM ساخته شد. با ساخت TRADIC، مراکزداده به حوزه تجاری نیز ورود پیدا کردند. در دهه ۷۰ میلادی، شرکت زیراکس کامپیوتر زیراکس آلتو را ساخت. این اولین رایانه رومیزی بود که دارای یک رابط گرافیکی، صفحه نمایش با وضوح بالا و یک حافظه داخلی بزرگ و نرم‌افزار مخصوص بود. در دهه ۹۰ میلادی و با گسترش علم کامپیوتر، برای اولین بار اصطلاح مرکزداده مورد استفاده قرار گرفت و در این زمان شرکت‌ها می‌توانستند تمام سرورهای ضروری خود را داخل یکی از اتاق‌های خود قرار دهند. در اواخر دهه ۹۰، نیاز به اینترنت پرسرعت و استفاده دائمی از اینترنت باعث شد تا شرکت‌ها برای نگهداری سرورهای خود از تجهیزات بزرگ‌تر و پیچیده‌تری استفاده کنند و در این مرحله بود که مراکزداده محبوبیت بسیاری پیدا کردند. در سال ۲۰۰۲، شرکت آمازون شروع به ارائه خدمات ابری کرد. در سال ۲۰۰۷ ، شرکت Sun Microsystems مرکزداده مدولار (Modular Data center) را معرفی کرد که توان محاسباتی شرکت‌ها را تا حد زیادی افزایش می‌داد. بین سال‌های ۲۰۰۸ تا ۲۰۱۱، شرکت‌ها بیشتر تمرکز خود را بر روی بهره‌وری انرژی، مدیریت امکانات دیتاسنترها و سیستم‌های خنک‌کننده گذاشتند. در سال ۲۰۱۳ نیز، گوگل ۷.۳۵ میلیارد دلار صرف گسترش شبکه‌جهانی دیتاسنترهای خود کرد. امکانات، تجهیزات و فناوری به‌کار گرفته شده در مراکز داده دائما در حال پیشرفت و دگرگونی هستند.

دیتاسنتر چگونه کار می‌کند؟

همانطور که اشاره شد دیتاسنتر مجموعه‌ای متشکل از تجهیزات مختلفی است که سازمان‌ها و افراد از آن برای پردازش، ذخیره‌سازی و توزیع داده‌ها استفاده می‌کنند. اما وقتی درخواستی به مرکز داده می‌رسد، باید چه مراحلی را طی کند؟

۱- مسیریابی (Routing): درخواست در هنگام ورود به مرکزداده توسط Router به سرور و یا برنامه مناسب خود هدایت می‌شود. روتر دستگاهی است که شبکه‌های مختلف یک شبکه را به صورت همزمان به هم متصل کرده و بسته‌های داده را به مقصد مناسب خود ارسال می‌کند.

۲- سوئیچینگ: در این مرحله، درخواست توسط یک سوئیچ میان سرورها و یا برنامه‌های مختلف ردوبدل می‌شود و سوئیچ در واقع به دستگاهی گفته می‌شود که دستگاه‌های یک شبکه را به هم متصل کرده و وظیفهForward  چارچوب‌های داده (Data Frames) را برعهده دارد.

۳- فیلترینگ: سپس درخواست ورودی از لحاظ امنیتی توسط Firewall دیتاسنتر مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و پس از تائید به مسیر خود در مرکزداده ادامه می‌دهد. فایروال ابزاری است که بر ترافیک شبکه نظارت کرده و درخواست‌ها و دسترسی‌های مشکوک و غیرمجاز را مسدود می‌کند.

۴- ذخیره‌سازی (Storage): درخواست پس از تایید توسط فایروال می‌تواند به داده‌های موجود در سیستم ذخیره‌سازی دیتاسنتر دسترسی داشته باشد و یا آنها را تغییر دهند. سیستم ذخیره‌سازی دستگاه یا نرم‌افزاری است که داده‌ها را ذخیره کرده و این اجازه را به درخواست‌های ارسالی می‌دهد تا عملیات‌هایی مانند خواندن و نوشتن را بر روی داده‌ها اعمال کنند.

۵- پردازش (Processing): سرورها در این مرحله درخواست مورد نظر را مورد پردازش قرار داده و پاسخی مناسب برای آن پیدا می‌کنند. این مرحله می‌تواند شامل مواردی مانند جستجو در پایگاه‌‌های داده، اجرای اسکریپت‌ها و کدها و یا دسترسی به داده‌های موجود در حافظه پنهان شود.

۶- توزیع محتوا (Content Delivery): درخواست مورد نظر توسط کنترل‌کننده تحویل برنامه (ADC) بهینه‌‌سازی شده و در نهایت پاسخی از طریق CDN و یا به صورت مستقیم به وب‌سرور تحویل داده می‌شود. وب‌سرور نیز پاسخ مورد نظر را به کاربر نهایی ارسال می‌کند. Application Delivery Controller یا کنترل‌کننده تحویل برنامه، یکی از اجزای مهم دیتاسنتر است که طیف وسیعی از خدمات را ارائه داده و در مجموع باعث لودبالانسینگ، مدیریت ترافیک ورودی به شبکه، بهبود عملکرد وب‌اپلیکیشن‌ها و افزایش امنیت برنامه‌ها می‌شود.

مراکزداده چه کاربردهایی دارند؟

امروزه بیش از ۷ میلیون دیتاسنتر در سراسر جهان وجود دارد. مراکزداده امروزه به عنوان بخشی جدایی‌ناپذیر از سازمان‌ها و شرکت‌های بزرگ و کوچک به شمار می‌آیند و با هدف پشتیبانی از فعالیت‌های تجاری و ارائه خدمات متنوعی طراحی شده‌اند که از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• اشتراک‌گذاری فایل از طریق ایمیل
• ذخیره‌سازی، مدیریت، پشتیبان‌گیری و بازیابی داد‌ه‌ها
• اپلیکیشن‌های مرتبط با بهره‌وری
• انجام تراکنش‌های آنلاین با حجم بالا
• سیستم مدیریت ارتباط با مشتری (CRM)
• تقویت جوامع بازی‌های آنلاین
• سیستم برنامه‌ریزی منابع سازمانی (ERP) و پایگاه‌های داده
• کلان‌داده، هوش‌مصنوعی و یادگیری‌ ماشینی
• دسکتاپ مجازی و خدمات ارتباطی

عناصر اصلی مرکزداده کدامند؟

دیتاسنترها، داده‌ها و برنامه‌های حیاتی سازمان‌ها و شرکت‌های مختلفی را در خود جای می‌دهند. بنابراین ضروری است که تمام عناصر آنها به طور کامل در برابر حملات سایبری ایمن باشند. هر مرکزداده از عناصر مختلفی تشکیل شده است که عبارتند از:

ساختمان مرکزداده

ساختمان دیتاسنتر به مکان فیزیکی می‌گویند که زیرساخت‌ها و تجهیزات مرکزداده در آن قرار می‌گیرند. ساختمان مرکزداده عموما توسط تجهیزات پیشرفته امنیتی کنترل می‌شود. دیتاسنترها، این امکان را به کاربران می‌دهند تا به صورت شبانه‌روزی به داد‌ه‌های خود دسترسی داشته باشند که همین امر باعث می‌شود تا مراکز داده تبدیل به یکی از پرمصرف‌ترین تجهیزات جهان شوند.

زیرساخت‌های شبکه و ذخیره‌سازی

دیتاسنترهای مدرن، سیستم‌های داده سازمان‌ها را در یک زیرساخت ذخیره‌سازی محافظت شده قرار می‌دهند. زیرساخت‌های شبکه دیتاسنتر نیز شامل تجهیزاتی مانند سوئیچ‌های شبکه، روترها، فایروال‌ها، کابل‌کشی‌ها و رک‌های فیزیکی که سرورها را به یکدیگر و به دنیای خارج متصل می‌کنند، می‌شوند.

زیرساخت‌های پشتیبانی

زیرساخت‌های پشتیبانی بالاترین سطح آپتایم را فراهم می‌کنند و شامل موارد زیر می‌شوند:

• تجهیزات توزیع برق اضطراری
• سوئیچینگ و مدارهای پیچیده برقی
• منبع‌های تغذیه بدون وقفه
• ژنراتورهای پشتیبان (مانند ژنراتورهای دیزلی)
• سیستم‌های خنک‌کننده و تهویه مانند تجهیزات تهویه اتاق کامپیوتر
• امکانات پشتیبانی برای اتصالات شبکه مخابرات
• سیستم‌های امنیتی فیزیکی

کارکنان عملیاتی

این کارکنان وظیفه دارند که به صورت شبانه‌روزی از تجهیزات فناوری اطلاعات (IT) و زیرساخت‌های دیتاسنترها نگهداری و بر آنها نظارت کنند.

منابع محاسباتی دیتاسنتر

سرورها موتورهای مرکزداده هستند. هر سرور در مرکزداده دارای پردازند‌‌ه‌ها و حافظه‌های قدرتمندی می‌باشد که اجرای تمام فرایندهای مرتبط با اجرا، ذخیره‌سازی، مدیریت و پردازش داده‌ها را ممکن می‌سازند.

انواع مراکز داده کدامند؟

دیتاسنترها بسته به عوامل مختلفی ممکن است دارای اندازه‌ها، طرح‌ها، ساختمان و ظرفیت‌های متفاوتی باشند که مهم‌ترین آنها شامل موارد زیر می‌شود:

دیتاسنتر سازمانی (Enterprise Data center)

این دیتاسنترها توسط سازمان‌ها و به صورت اختصاصی برای کاربران نهایی داخلی خود ساخته و مدیریت می‌شوند. دیتاسنترهای سازمانی از عملیات‌های IT و اپلیکیشن‌ها و نرم‌افزارهای حیاتی یک سازمان‌ پشتیبانی کرده و می‌توانند هم در داخل و هم در خارج از سازمان مستقر شوند. مالکیت این دیتاسنترها نیز در اختیار  سازمان سازنده می‌باشد.

دیتاسنتر مدیریت شده ‌(Managed Data center)

در این حالت، سازمان‌ها زیرساخت‌ها و تجهیزات مورد نظر خود را اجاره می‌کنند. مدیریت این مراکزداده نیز بر عهده شرکت‌های شخص ثالث بوده که امکاناتی مانند ذخیره‌سازی داده و خدمات محاسباتی را به کاربران خود ارائه می‌دهند.

دیتاسنتر مبتنی بر ابر  (Cloud-based Data center)

این دیتاسنترهای توزیع شده توسط ارائه‌دهندگان خدمات ابری شخص ثالث یا عمومی مانند خدمات وب آمازون، IBM Cloud ،Microsoft Azure یا Google Cloud مدیریت می‌شوند. زیرساخت‌های اجاره‌ای دیتاسنترهای مبتنی بر ابر، این امکان را به مشتریان می‌دهند تا در عرض چند دقیقه یک دیتاسنتر مجازی راه‌اندازی کنند.

دیتاسنتر کولوکیشن  (Colocation Data center)

این دیتاسنترهای اجاره‌ای در داخل مکان‌های اشتراکی در خارج از محیط سازمان راه‌اندازی و مستقر می‌شوند و متعلق به یک شرکت شخص‌ ثالث هستند. در این مدل، شرکت اجاره‌کننده مواردی مانند سرور، سیستم ذخیره‌سازی و فایروال‌های مورد نیاز برای راه‌اندازی دیتاسنتر را تامین می‌کند و شرکت شخص ثالث نیز زیرساخت‌هایی مانند فضای‌فیزیکی، پهنای‌باند، سیستم‌های سرمایشی و ‌امنیتی را تامین و مدیریت می‌کند. این نوع مرکزداده بیشتر مناسب سازمان‌هایی است که می‌خواهند از هزینه‌های مرتبط با ساخت و نگهداری دیتاسنتر اجتناب کنند.

دیتاسنتر فرامقیاس (Hyperscale Data center)

به دیتاسنتر‌هایی که در مقیاس بزرگ ساخته می‌شوند، دیتاسنتر فرامقیاس می‌گویند (مانند دیتانسترهای آمازون، متا و گوگل). دیتاسنترهای فرامقیاس با اینکه  از لحاظ زیرساختی بسیار قدرتمند هستند اما ارائه‌دهندگان آنها همیشه در تلاشند تا هزینه‌‌های مرتبط با سرمایش و هزینه‌های اداری خود را به حداقل برسانند.

سطوح مختلف دیتاسنتر کدامند؟

دیتاسنترها از لحاظ منابع، نرخ آپتایم و ظرفیت به سطوح مختلفی دسته‌بندی می‌شوند. در سال ۲۰۰۵، مؤسسه استانداردهای ملی آمریکا و انجمن صنایع ارتباطات، استانداردی (ANSI/TIA-942) را منتشر کردند که در آن دیتاسنترها از لحاظ آپتایم و افزونگی به ۴ دسته کلی تقسیم بندی می‌شوند.

سطح اول (Tier I)

دیتاسنترهای سطح اول در واقع ابتدایی‌ترین نوع مراکزداده بوده و تنها دارای یک UPS هستند. مراکزداده Tier I باید حداقل نرخ آپتایم ۹۹.۶۷۱% را تضمین کنند. این دیتاسنترها تنها تا سطح محدودی می‌توانند از خود در برابر حوادث فیزیکی محافظت کنند.

سطح دوم (Tier II)

این دیتاسنترها شامل سیستم‌های برقی و خنک‌کننده‌ اضافه بوده و حداقل نرخ آپتایم ۹۹.۷۴۱% آپتایم را تضمین می‌کنند. میزان محافظت در این سطح کمی بهتر از سطح اول است.

سطح سوم (Tier III)

این دیتاسنترها دارای خطای نسبی، افزونگی کامل و نرخ آپتایم ۹۹.۹۸۲% هستند. این مراکزداده تقریباً از خود در برابر همه حوادث فیزیکی محافظت می‌کنند.

سطح چهارم (Tier IV)

دیتاسنترهای سطح چهارم نرخ آپتایم ۹۹.۹۹۵% را تضمین کرده و تحمل خطا و افزونگی سیستمی کاملی را ارائه می‌کند. این سطح نیز تقریبا در برابر همه حوادث فیزیکی ایمن می‌باشد.

بزرگترین دیتاسنترهای دنیا کدامند؟

مرکزداده چاینا تلکام (China Telecom Data center)

این مرکزداده چینی با مساحت ۱۰,۷۶۳,۹۱۰ فوت مربع، بزرگترین دیتاسنتر جهان بوده و بیش از ۵۰٪ سهم بازار دیتاسنتر چین را به خود اختصاص داده است. این مرکز داده دارای بیش از ۴۰۰ زیرمجموعه در سراسر کشور چین بوده و شرکت‌های بزرگی مانند علی بابا، تنسنت و بایدو از امکانات آن استفاده می‌کنند. دیتاسنتر چاینا تلکام در سال‌های اخیر با شرکت در پروژه‌های سبز مصرف انرژی و آب خود را تا حد زیادی کاهش داده است.

مرکزداده چاینا موبایل (China Mobile Data Center)

دیتاسنتر چاینا موبایل در پارک اطلاعات استان مغولستان داخلی چین واقع شده و مساحتی برابر با ۷,۷۵۰,۰۱۵ فوت مربع دارد. دیتاسنتر چاینا موبایل، بیش از ۴۰۰,۰۰۰ رک سرور را در خود جای داده و یکی از بزرگترین دیتاسنترهای ابری در جهان می‌باشد. این مجموعه ۷۲ هکتاری با سرمایه گذاری اولیه ۱.۹۲ میلیارد دلار ساخته شده است.

مرکزداده سیتادل (The Citadel Data center)

دیتاسنتر سیتادل بزرگترین دیتاسنتر در آمریکا می‌باشد که در شهر لاس‌وگاس واقع شده است. مالک این دیتاسنتر شرکت Switch است که در حوزه توسعه شبکه و فناوری اطلاعات بیش از ۲۶۰ فناوری را به نام خود ثبت کرده است. فضای دیتاسنتر سیتادل به گونه‌ای طراحی شده است که از استانداردهای Tier IV نیز فراتر می‌رود. از جمله ویژگی‌های این دیتاسنتر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• شاخص انرژی پاک ۱۰۰٪
• سیستم سیم‌کشی منحصربه‌فرد
• امکان مقابله شبانه‌روزی با حملات دیداس
• سیستم برق با افزونگی سه‌گانه
• سیستم‌های سروری با تجهیزات دفع گرما

دیتاسنتر CWL1

دیتاسنتر CWL1 در نزدیکی شهر کاردیف در غرب انگلستان واقع شده و بزرگترین مرکزداده در اروپا می‌باشد. این دیتاسنتر مساحتی برابر با ۱,۴۵۰,۰۰۰ فوت مربع داشته و مطابق با استانداردهای Tier III ساخته شده است. شرکت سازنده این مرکزداده دارای چندین دفتر اختصاصی در سرتاسر کشور بریتانیا می‌باشد که عمدتا بر نیازهای مشتریان تمرکز دارند. از جمله ویژگی‌های مهم این مرکزداده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• شاخص اثربخشی انرژی پایین
• اتصال شبکه برق ۴۰۰ کیلوولتی
• رضایت مشتریان از استانداردهای سطح ۳

دیتاسنتر اپل در میزا (Apple’s Mesa Data Center)

این دیتاسنتر در واقع بزرگترین مرکزداده شرکت اپل می‌باشد که حدود ۱۵۰ نفر کارمند دارد. اپل از یک نیروگاه خورشیدی ۳۰۰ هکتاری برای تامین انرژی ۵۰ مگاواتی دیتاسنتر خود استفاده می‌کند و مساحت این دیتاسنتر نیز ۱,۳۰۰,۰۰۰ فوت مربع می‌باشد. اپل در سال ۲۰۱۸ فاش کرد که قصد دارد حدود ۲ میلیارد دلار برای بهبود تاسیسات دیتاسنتر میزا هزینه کند. شرکت اپل به دلیل نگرانی‌های امنیتی، جزئیاتی در مورد آنچه در داخل دیتاسنتر میزا اتفاق می‌افتد، منتشر نمی‌کند.

سوالات متداول

در تهیه این مقاله از مقالات وب‌سایت‌های معتبری مانند techtarget و cisco استفاده شده است.