Phân tích, đề xuất lựa chọn giải pháp công nghệ trong việc xây dựng Trung tâm dữ liệu quản lý tài liệu điện tử Phông lưu trữ nhà nước

1. Các cấp độ của Trung tâm dữ liệu

Trung tâm dữ liệu (TTDL) là một tập hợp lớn các trang thiết bị và có mối quan hệ phức tạp và phụ thuộc chặt chẽ với nhau. Triển khai một TTDL cần có sự cung cấp của nhiều hãng, để giải quyết vấn đề này các hãng công nghiệp lớn đã phối hợp với nhau để xây dựng các tiêu chuẩn công nghiệp về TTDL. Trong đó, chuẩn ANSI/TIA-942-2005 được sử dụng phổ biến trong việc thiết kế và xây dựng TTDL. Căn cứ trên mức độ sẵn sàng và đảm bảo an toàn cho hoạt động của TTDL, chuẩn ANSI/TIA-942-2005 chia TTDL làm 4 cấp độ chi tiết như sau:

 - TTDL cấp độ 1 (Cấp độ cơ bản): Theo tiêu chuẩn kỹ thuật của cấp 1, tính sẵn sàng của TTDL đạt 99,671%, hoạt động của TTDL bị ảnh hưởng bởi các sự cố từ các công việc đã được lập kế hoạch và các hoạt động bất ngờ. TTDL có hệ thống phân phối nguồn điện cho máy tính và điều hòa, nhưng có thể có hoặc không có hệ thống sàn nâng, UPS hoặc máy phát điện. Nếu TTDL có UPS hoặc máy phát điện thì đều là hệ thống đơn lẻ. Hạ tầng TTDL phải tắt hoàn toàn khi thực hiện các hoạt động sửa chữa và bảo trì thông thường. Các tình huống khẩn cấp sẽ làm gián đoạn hoạt động của TTDL. Các lỗi vận hành hoặc các sự cố của các thành phần hạ tầng có thể gây ra ngừng hoạt động của TTDL;

- TTDL cấp độ 2 (Cấp độ có dự phòng): Theo tiêu chuẩn kỹ thuật của cấp 2, tính sẵn sàng của TTDL đạt 99,741%, khi đó TTDL với các thành phần dự phòng ít chịu ảnh hưởng bởi các sự cố từ các hoạt động đã được lập kế hoạch và các hoạt động bất ngờ tác động tới hoạt động của TTDL. TTDL cấp 2 có sàn hệ thống sàn nâng, UPS và máy phát điện, với thiết kế khả năng N+1, nghĩa là có một đường phân phối đơn lẻ liên tục. Việc bảo trì đường điện chính và các phần khác trong hạ tầng có thể tắt một phần;

 - TTDL cấp độ 3 (Duy trì đồng thời): Theo tiêu chuẩn kỹ thuật của cấp 3, tính sẵn sàng của TTDL đạt 99,982%, TTDL cấp 3 có khả năng cho phép bất cứ các hoạt động về hạ tầng đã được lập kế hoạch mà không làm ngừng hoạt động phần cứng máy tính ở bất kỳ cách nào. Các hoạt động được lập kế hoạch bao gồm việc bảo trì, sửa chữa và thay thế các thành phần, bổ sung hoặc tháo dỡ các thành phần, kiểm tra các thành phần và hệ thống,…Đối với các trung tâm lớn sử dụng hệ thống làm mát bằng nước sẽ có hai hệ thống đường ống riêng biệt. Hai đường truyền phân phối đủ dung lượng luôn sẵn sàng truyền dữ liệu khi một đường đang thực hiện bảo trì hoặc kiểm tra. Các hoạt động không có kế hoạch như các lỗi trong quá trình vận hành hoặc sự cố nội tại ở các thành phần hạ tầng vẫn có thể dẫn đến TTDL ngừng hoạt động;

- TTDL cấp độ 4 (Cấp độ dự phòng lỗi): Theo tiêu chuẩn kỹ thuật của cấp 4, tính sẵn sàng của TTDL đạt 99,995%, TTDL cấp 4 có nhiều đường phân phối làm mát và nguồn điện hoạt động đồng thời. Tối thiểu có hai đường hoạt động bình thường trong TTDL cấp 4, hạ tầng đem lại mức độ dự phòng cao hơn. TTDL cấp 4 cung cấp nhiều đường nguồn điện cung cấp cho tất các thiết bị tin học và viễn thông. TTDL cấp 4 yêu cầu tất cả các thiết bị tin học và viễn thông phải có nhiều nguồn đầu vào, thiết bị có khả năng hoạt động liên tục khi một nguồn đầu vào tắt, thiết bị không có sẵn nhiều nguồn đầu vào sẽ cần thiết bị tự động chuyển đổi nguồn. TTDL cấp 4 với nền tảng hạ tầng cho phép thực hiện bất cứ hoạt động đã được lập kế hoạch mà không làm ngừng hoạt động.

2. Các mô hình trung tâm dữ liệu

- Mô hình trung tâm dữ liệu đơn giản: Mô hình TTDL đơn giản có thể hợp nhất phần đấu chéo chính và phần đấu chéo ngang vào một vùng phân phối chính duy nhất. Các kết nối mạng của nhà cung cấp dịch vụ cho đường cáp tới các vùng hỗ trợ và phòng đầu vào cũng có thể được hợp nhất vào trong vùng phân phối chính. Mô hình này phù hợp với các TTDL có quy mô nhỏ;

- Mô hình trung tâm dữ liệu điển hình: Mô hình TTDL điển hình bao gồm một phòng đầu vào duy nhất, có thể một hoặc nhiều phòng mạng, một vùng phân phối chính và một vài vùng phân phối ngang;

- Mô hình trung tâm dữ liệu mở rộng: Nhiều phòng mạng được yêu cầu cho các TTDL với vùng hỗ trợ và văn phòng lớn hoặc xa cách nhau.

Các hạn chế khoảng cách sẽ yêu cầu nhiều phòng đầu vào chính cho các TTDL lớn. Các phòng đầu vào chính thêm vào phải được kết nối tới vùng phân phối chính và vùng phân phối ngang để chúng hỗ trợ việc sử dụng các cáp xoắn đôi, cáp quang và cáp đồng trục (phòng đầu vào chính sẽ không có kết nối trực tiếp vào vùng phân phối ngang; các phòng đầu vào phụ (dự phòng) được phép có đường cáp trực tiếp tới vùng phân phối ngang nếu các phòng đầu vào phụ được thêm để tránh các hạn chế vượt mức chiều dài tối đa của các tuyến cáp).

3. Công nghệ mạng

Xu hướng hiện nay của các Trung tâm dữ liệu:

- Chuyển sang các mạng tốc độ cao - ban đầu mạng Ethernet (10 Mbps) rồi chuyển dần sang Fast Ethernet (100Mbps) và Gigabit Ethernet (1000 Mbps) cho tới 10 Gigabit Ethernet (10 Gbps);

 - Chuyển từ các mạng thiết kế thông thường sang mạng được thiết kế có độ an toàn và khả năng chịu lỗi cao sử dụng giao thức Spanning Tree Protocol và có băng thông đường trục rất cao bằng cách ghép nhiều kênh gigabit ethernet thành một kênh logic sử dụng công nghệ EtherChannel hoặc sử dụng công nghệ 10 Gigabit Ethernet.

a) Công nghệ Switching

Switching là công nghệ chuyển mạch căn bản trong các mạng LAN, cung cấp cho các máy chủ và các trạm làm việc đường truyền riêng biệt tốc độ 100Mbps với Fast Ethernet, 1Gbps với Gigabit Ethernet và 10Gbps với 10 Gigabit Ethernet chứ không phải đường truyền chia sẻ như mạng Ethernet với các Hub thông thường. Những ưu điểm của công nghệ Switching:

+ Nâng cao hiệu năng của toàn mạng;

+ Tăng cường và ổn định giải thông cho từng đường truyền, từng trạm làm việc trên mạng;

+ Cung cấp các đường truyền có tốc độ dành riêng cho từng người sử dụng mạng khác nhau;

+ Có khả năng phân bổ các tốc độ mạng trên các phân đoạn mạng khác nhau tuỳ theo mức độ yêu cầu về tốc độ của các bộ phận, người dùng khác nhau;

+ Thực hiện được các chính sách về an ninh, quản trị người sử dụng và phân cấp sử dụng tài nguyên trên mạng.

b) Công nghệ ảo hóa VSS (Virtual Switching System)

Virtual Switching System (VSS): là công nghệ giúp ảo hóa, giúp 2 Switch khi được cấu hình VSS sẽ hoạt động như 1 Switch ảo (Unified control plane) đáp ứng các nhu cầu ứng dụng Clustering Active - Active và có throughput bằng tổng throughput của 2 Switch, Switch được kết nối với nhau qua cổng kết nối 10Gbps VSL (Virtual Switch Link). Với tính năng này Kết nối từ Distribution Switch hoặc Access Switch lên 2 Switchcấu hình VSS có thể được cấu hình Ether Channel. Giúp tăng băng thông kết nối từ Access/Ditribution lên VSS Switch (với thiết kế cũ, chỉ có 1 Uplink được active do Uplink còn lại bị block bởi Spanning. VSS cung cấp những lợi ích vượt trội so với việc thiết kế hệ thống mạng tầng 2/tầng 3 truyền thống, những lợi ích này bao gồm:

+ Chỉ cần 1 file cấu hình và … Loại bỏ việc phải cấu hình chuyển mạch dự phòng giữa 2 Switch bằng các chính sách giống hệt nhau;

+ Chỉ có 1 địa chỉ IP Gateway là cần thiết cho mỗi VLAN, thay vì 3 địa chỉ IP cho mỗi IP;

+ Loại bỏ sự phụ thuộc vào các giao thức HSRP, VRRP và GLBP;

+ Triển khai linh hoạt: các Switch vật lý có thể không cùng vị trí; 2 Switch được kết nối thông qua 2 cổng 10G và như vậy có thể được đặt ở bất kì khoảng cách nào dựa trên giới hạn khoảng cách quang học của cổng 10G. Ví dụ với  X2-10GB-ER, thiết bị chuyển mạch có thể đặt ở khoảng cách xa lên đến 40km;

+ Hoạt động đơn giản: chạy nhiều giao thức khác nhau chạy trên các thiết bị thành viên khác nhau như đang chạy trên 1 thiết bị duy nhất (ví du, các giao thức định tuyến dùng để tính toán các tuyền đường của các thiết bị ảo hóa IRF thay vì tính toán các tuyến đường của mỗi thành viên). Điều này giúp giảm bớt 1 số lượng lớn các gói tin trao đổi giao thức định tuyến giữa các thành viên, đơn giản hóa hệ thống mạng và rút ngắn thời gian hội tụ mạng. Ngoài ra, điểm nổi bật của công nghệ ảo hóa IRF này là nó hoạt động không giống với công nghệ Cluster, mà cho thấy sự thống nhất về mặt quản lý các thiết bị, và các thiết bị trong 1 nhóm hoạt động như các nút mạng độc lập;

+ Chi phí thấp: công nghệ IRF tạo ra 1 thiết bị ảo hóa IRF từ nhiều thiết bị cấp thấp, và do đó các thiết bị ảo hóa IRF có số lượng mật độ cổng và băng thông cao hơn, chi phí sử dụng thấp hơn so với sử dụng các thiết bị cao cấp;

+ Khả năng mở rộng cao: bằng cách thêm các thiết bị thành phần, số lượng cổng IRF, băng thông mạng, khả năng xử lý của các thiết bị ảo hóa IRF có thể dễ dàng được mở rộng;

+ Độ tin cậy cao: IRF cung cấp các liên kết và các node dự phòng như 1 thiết bị ảo hóa IRF bao gồm nhiều thiết bị thành viên hoạt động trong 1: N dự phòng; thiết bị master sẽ chạy, quản lý và duy trì các thiết bị ảo hóa IRF, trong khi các thiết bị slave cũng hoạt động như các bản sao lưu. Ngay sau khi thiết bị master bị mất kết nối, thiết bị ảo hóa IRF sẽ ngay lập tức chọn 1 thiết bị slave lên làm master để tránh làm gián đoạn mạng. Ngoài ra bạn có thể kết hợp cả 2 liên kết IRF của các thành viên và liên kết giữa các thiết bị ảo hóa IRF, các thiết bị cấp cao hơn hoặc thấp hơn;

+ Khả năng phục hồi cao: có thể tăng băng thông và khả năng xử lý của 1 thiết bị ảo hóa IRF chỉ đơn giản bằng cách thêm các thiết bị thành viên. Mỗi thiết bị thành viên có CPU riêng của mình, độc lập về quy trình hoạt động và các giao thức sử dụng;

+ Nhiều tính năng: IRF cung cấp tất cả các tính năng được hỗ trợ bởi thiết bị chuyển mạch Switch, chẳng hạn như IPv4, IPv6, MPLS, tính năng bảo mật, thể OAA, tính sẵn sang cao, có thể hoạt động hiệu quả và ổn định trên các thiết bị ảo hóa IRF, do đó mở rộng việc áp dụng các thiết bị ảo hóa IRF;

+ Hỗ trợ nhiều dòng sản phẩm: 1 thiết bị ảo hóa có thể được tạo ra từ các thiết bị độc lập hoặc từ các thiết bị dạng chassis.

4. Đề xuất lựa chọn mô hình TTDL và hệ thống mạng 

Căn cứ Tiêu chuẩn TCVN 9250:2012 về hạ tầng TTDL, tiêu chuẩn cấp độ TTDL và yêu cầu thực tế về quản lý tài liệu lưu trữ điện tử Phông lưu trữ nhà nước, thì mô hình đề xuất lựa chọn cho Trung tâm dữ liệu phục vụ quản lý tài liệu Phông lưu trữ nhà nước của Cục Văn thư và Lưu trữ nhà nước theo mô hình TTDL cấp độ 4 và công nghệ cho Hệ thống mạng  TTDL của Cục Văn thư và Lưu trữ nhà nước như sau: sử dụng bộ giao thức TCP/IP; sử dụng công nghệ chuyển mạch tốc độ lên đến 1Gb/s đối với các kết nối mức truy nhập và tốc độ 10Gb/s đối với các giao tiếp mức lõi, trục chính trong toàn mạng, tránh hiện tượng nghẽn; sử dụng công nghệ ảo hóa mức thiết bị mạng lõi để bảo đảm tăng khả năng dự phòng và mở rộng./.

ThS Lê Văn Năng, Giám đốc Trung tâm Lưu trữ quốc gia tài liệu điện tử

Theo: luutru.gov.vn