Data Centers, Energía y Tiers

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Ingeniería Civil Informática

Facultad de Ingeniería

Escuela de Informática

Administración de Infraestructura Tecnológica

Trabajo de Investigación:

 Data Centers, Energía y Tiers

Presentado a:

xxxxxxxxx

Presentado por:

xxxxxxxxxx

Abril 2021

Data center

Los Data Centers son sistemas complejos que abarcan una gran variedad de tecnologías que están en constante evolución y cuyo diseño y mantenimiento requiere habilidades y conocimientos que van desde el enrutamiento y switching hasta el balanceo de cargas y seguridad, pasando por el conocimiento esencial de los servidores y las aplicaciones.

Los Data Centers albergan recursos informáticos críticos en entornos controlados y bajo una gestión centralizada, lo que permite a las empresas operar las 24 horas del día o en función de sus necesidades comerciales.  Estos recursos informáticos incluyen mainframes, servidores web y de aplicaciones, servidores de archivos e impresión, servidores de mensajería, software y los sistemas operativos que los ejecutan, subsistemas de almacenamiento y la infraestructura de red, ya sea ip o Storage Area Network (SAN).  Las aplicaciones van desde los recursos financieros y humanos internos hasta las aplicaciones externas de comercio electrónico y de empresa a empresa.  Las aplicaciones de operación de red incluyen el Network Time Protocol (NTP), FTP, Domain Nname System (DNS), Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), Simple Network Management Protocol (SNMP), TFTP, Network File System (NFS), y las aplicaciones basadas en la red como la telefonía IP, el streaming de video sobre IP, la videoconferencia IP, etc.

Prácticamente, todos los entornos de aplicaciones empresariales utilizan distintos sistemas operativos y plataformas de hardware. Esta evolución ha dado lugar a entornos complejos y dispares que son caros de gestionar y mantener. Además del entorno de aplicaciones, la infraestructura de red de apoyo puede no haber cambiado lo suficientemente rápido como para ser flexible a la hora de acomodar los requisitos continuos de redundancia, escalabilidad, seguridad y gestión.   Un diseño de red de un data center que carezca de cualquiera de estas áreas corre riesgo de no ser capaz de mantener los acuerdos de nivel de servicio (SLAs) esperados. El tiempo de inactividad de un data center, que conlleva a una perdida de acceso a los recursos críticos y un impacto cuantificable en el funcionamiento normal del negocio. El impacto puede ser tan simple como un tempo de respuesta menor o tan grave como la perdida de datos.

Beneficios de un Data Center

Los beneficios que proporciona un data center incluyen objetivos tradicionales orientados al negocio, como el apoyo de las operaciones de la empresa durante las 24 horas del día (resiliencia), la reducción del coste total de operación y del mantenimiento necesario para mantener las funciones de la empresa (coste total de propiedad), y el rápido despliegue de aplicaciones y la consolidación de los recursos informáticos (flexibilidad).

Estos objetivos empresariales generan una serie de iniciativas te tecnología de la información (TI), entre las que se encuentran las siguientes:

• Continuidad de negocio.
• Aumento de la seguridad en el data center.
• Consolidación de aplicaciones, servidores y data centers.
• Integración de las aplicaciones, ya sean cliente/servidor o aplicaciones relacionadas con los servicios web.
• Consolidación del almacenamiento.

Estas iniciativas de TI son una combinación de la necesidad de abordar los problemas a corto plazo y de establecer una dirección estratégica a largo plazo, todo lo cual requiere un enfoque arquitectónico para evitar una inestabilidad innecesaria si la red del centro de datos no es lo suficientemente flexible para adaptarse a los cambios futuros. Los criterios de diseño son:

• Disponibilidad.
• Escalabilidad.
• Seguridad.
• Rendimiento.
• Capacidad de gestión.

Estos criterios de diseño se aplican a estas distintas áreas funcionales de la red de un data center:

• Servicios de infraestructura: Enrutamiento, Switching y arquitectura server-farm o granja de servidores.
• Servicios de aplicación: Equilibrio de carga, descarga de Secure Socket Layer (SSL) y almacenamiento en caché.
• Servicios de seguridad: Filtrado e inspección de paquetes, detección y prevención de intrusiones.
• Servicios de almacenamiento: Arquitecturas SAN, Switching de canal de fibra, copia de seguridad y archivos.
• Continuidad de negocio: Ampliación de SAN, selección de emplazamientos e interconexión de data centers.

Componentes de un Data Center

• Servidores que procesan datos y forman nubes privadas o hibridas.
• Equipos de almacenamiento como los ya mencionados SAN y los NAS (Network Attached Storage), incluso sistemas con cintas magnéticas que respaldan información.
• Los Racks donde se montan estos equipos y que maximizan el uso del espacio en la instalación. Los Racks típicamente se instalan en vertical y se elevan un par de metros dejando suficiente espacio para los sistemas de cable, refrigeración y flujo de aire.
• Capas de comunicación como los Switches que actúan en capa 2 o capa 3 según sea el caso y los routers o enrutadores que componen la arquitectura de red para la comunicación interna y para administrar a los proveedores de servicios de internet (ISP).
• Sistemas de seguridad como los firewalls, sistemas de detección de intrusos o IDS (Intrusion Detection System). Otros equipos relacionados son los sistemas de prevención de intrusos o IPS (Intrusion Prevention Systems), estos deniegan de forma proactiva el trafico de red si los paquetes representan una amenaza de seguridad conocida, basado en un perfil de seguridad.
• Seguridad física como los controles de acceso biométricos como el reconocimiento de huellas y el reconocimiento facial.
• Componentes contra desastres como extintores para equipos eléctricos o equipos de detección de derrame de líquidos.
• UPS (Uninterruptible Power Supply), dispositivo que permite a los equipos sensibles no ser susceptibles a perturbaciones de la red eléctrica, mejora la calidad de la energía que llega a las cargas, filtra la subidas y bajadas de tensión.  Durante un apagón, gracias a sus baterías, pueden proporcionar energía eléctrica por un tiempo limitado a todos los dispositivos que tenga conectados.
• Unidades de distribución de energía o PDU (Power Distributor Unit), estas unidades son equipos que cumplen la función de suministrar energía efectiva para abastecer los niveles de tensión, adecuados para la transmisión y distribución de la energía eléctrica en toda la instalación. Dependiendo del tier de un data center, el diseño debe contar con elementos redundados como los generadores de energía alterna, a base de gas o Diesel, usados como plantas de emergencia.  Estas suministran energía eléctrica en caso de interrupción.
• Sistemas de enfriamiento y aire acondicionado, de hecho, la eliminación de calor es una de las tareas mas esenciales, pero menos conocidas.  A medida que los servidores y la infraestructura se vuelve mas pequeña, utiliza la misma o incluso mas electricidad, lo que genera mas calor.  El sistema de refrigeración y disipación de calor se utiliza para recoger y llevar una correcta distribución de esta energía térmica no deseada hacia el exterior.

Energía en un Data Center

Los data centers están conectados a una red de distribución de energía eléctrica publica o privada. Si por alguna razón la red de distribución sufre un corte de servicios inesperados, se podría dejar sin operación a él data center por horas. Por lo tanto, es necesario poseer un sistema de generación de energía independiente, automático y autónomo.

Como se mencionó anteriormente las UPS son un elemento esencial en los data centers, ya que sirven principalmente para corregir distintas fluctuaciones que pueden existir al alimentar un dispositivo electrónico, si el voltaje varía bruscamente afuera del data center, el sistema de UPS se encarga de mantener el voltaje como corresponde y sirve también para proveer energía durante un breve intervalo de tiempo ante un eventual corte de suministro.  Estos sistemas se ubican generalmente entre un ATS (Automatic Transfer Switch) y la carga critica del data center, esto también puede venir acompañados de una unidad de mantenimiento conocida como Maintenance Bypass Switch la cual sirve para realizar mantenimiento a la unidad UPS sin necesidad de interrumpir el suministro de energía.