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Hardware en el Centro de Proceso de Datos

Introducción

Un Centro de Proceso de Datos, Centro de Datos, Centro de cálculo, Data Center ó CPD, es la ubicación (sala, edificio) o simplemente un espacio determinado en una sala) donde se concentran todos los recursos informáticos que dan soporte a una o varias organizaciones.

En la construcción de cualquier CPD, a parte de la infraestructura informática, hay que tener en cuenta otro tipo de instalaciones que permitan proporcionar una cierta tolerancia a fallos inevitables, directa o indirectamente relacionados con los dispositivos meramente informáticos. En gran parte, estas instalaciones o medidas adoptadas para proporcionar esta tolerancia a fallos se basan en la redundancia, puesto que es inevitable que cualquier dispositivo pueda fallar de manera impredecible.

Estructura de un CPD

Infraestructura física

Doble acometida eléctrica

Es necesario que el CPD cuente con una doble acometida eléctrica ante un posible fallo eléctrico que pueda dejar sin energía a todas las instalaciones. Así, en caso de caer la red principal, se podría seguir funcionando con la auxiliar mientras la primera se repara.

Medidas contra incendios

Ya no sólo por la cantidad de material informático del que se dispone en cualquier CPD, sino por el incalculable valor de toda la información que éste puede almacenar, es necesario disponer de medidas contra incendios.

Condiciones ambientales

Es muy importante controlar en todo momento la temperatura ambiente del CPD puesto que un sobrecalentamiento en cualquiera de los sistemas puede provocar un fallo de funcionamiento o un deterioro de los dispositivos. Por ello, se instalan sistemas de aire acondicionado en las salas donde se ubican los CPD, así como medidas de control de temperatura y humedad. El objetivo es tener a los dispositivos trabajando siempre dentro de su rango óptimo de funcionamiento y ser capaces de monitorizar estos parámetros en todo momento.

En CPDs de muy grandes dimensiones se ha optado por añadir también medidas de refrigeración líquida, como por ejemplo columnas de agua por donde hacer pasar el aire caliente que expulsan los racks cuando son refrigerados mediante aire. Así, al aire caliente que sale de los armarios se enfría, consiguiendo así disminuir la temperatura de toda la estancia.

Sistema eléctrico

En caso de falta de electricidad, también se puede contar también con dispositivos SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida), que no son más que baterías que son capaces de mantener, durante un tiempo muy limitado, la corriente que llega a todo el CPD, o al menos a sus partes más críticas.

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Figure 1: Unidad SAI

En caso de fallo eléctrico prolongado, se podría disponer de la doble acometida como ya se ha comentado anteriormente, o bien un grupo electrógeno propio que permita suministrar la energía a toda la infraestructura informática durante un cierto tiempo.

Seguridad física

En cuanto al control de acceso a las instalaciones, es importante disponer de circuito cerrado de televisión, control de acceso mediante tarjetas de identificación, o cualquier otro tipo de medida para proteger el acceso físico al recinto.

Centro de respaldo

Además, como medida extra de seguridad, las grandes organizaciones disponen de lo que se conoce como Centro de Respaldo, que, básicamente, se trata de un CPD diseñado (normalmente para dar un soporte reducido) para entrar en funcionamiento en caso de fallo del CPD principal.

Infraestructura de red

Electrónica de red

La electrónica de red la componen los switches, routers y demás dispositivos de red que se utilicen para la implementación de la misma. Al igual que que los equipos informáticos, toda la electrónica de red se encuentra ubicada en los armarios o racks, que más adelante veremos. Hay que tener en cuenta que este tipo de dispositivos, como ocurre con todos los demás en un CPD, ofrece unas prestaciones muy superiores si lo comparamos con cualquier dispositivo de red de uso doméstico o empleado para fuera del ámbito del CPD (para dar conectividad local a estaciones de trabajo, por ejemplo).

Además, está electrónica de red se cablea utilizando Ethernet a 1 Gbps, a 10 Gbps ó, en algunos casos, utilizando fibra óptica.

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Figure 2: Switch
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Figure 3: Switch en rack

Además, aunque no es un dispositivo como tal, a la hora de montar un servidor en rack en un CPD, se utiliza lo que se conoce como patch panel como punto donde terminan todos los cables de red de todos los hosts conectados a dicho CPD. De esta manera, cualquier equipo o servidor de la red tendrá una conexión en un puerto de un patch panel.

El objetivo de un patch panel no es otro que el ofrecer una mayor comodidad y flexibilidad en la forma en que se conectan los servidores con los hosts de la red, haciendo que no sea necesario “tocar” los cables que van desde el CPD hasta las estaciones de trabajo, sino que simplemente conectado o desconectado los latiguillos de red podamos modificar la conectividad de una zona concreta de la red, añadir un nuevo host o desconectar temporalmente uno ya existente.

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Figure 4: Patch Panel
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Figure 5: Patch Panel

Red de almacenamiento

En un CPD es muy habitual diseñar e implementar lo que se conoce como Red de Almacenamiento, ya sea de tipo NAS, SAN o iSAN. Normalmente los discos duran no van conectados directamente a los equipos (DAS), sino que forman parte de la red y son capaces de conectarse a ésta de una forma autónoma.

Más adelante se estudiarán los diferentes tipos de redes de almacenamiento y sus diferencias.

Balanceado de carga

El Balanceado de carga es una técnica que permite que varios equipos compartan la ejecución de una misma tarea de una forma equitativa, repartiendo el trabajo entre los diferentes equipos.

El caso de la figura podría ser el de un cluster con balanceo de carga, en el que los diferentes servidores trabajan juntos en la ejecución de las tareas que los clientes solicitan. El balanceador se encarga de repartir las tareas de manera equitativa y además es posible añadir más ordenadores al cluster en cualquier momento. También hay que tener en cuenta que si cualquiera de los equipos (llamados nodos) cayera, el cluster seguiría funcionando con el resto de equipos.

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Figure 6: Balanceado de carga

Redundancia

Como se ha visto anteriormente, la redundancia de dispositivos es la forma en la que se consigue proporcionar al CPD la tolerancia a fallos. No existe manera alguna de evitar que un dispositivo (fuente de alimentación, disco duro, equipo informático, switch, . . .) falle de manera imprevista, sin aviso previo, por lo que la manera de hacer que el sistema completo siga funcionando es añadir redundancia replicando aquellos dispositivos más críticos para garantizar el funcionamiento continuo del sistema.

Básicamente consiste en tener disponible un dispositivo igual al principal, que sólo entrará en funcionamiento en caso de fallo del primero. Además, hay que garantizar que la entrada en funcionamiento en caso de fallo será inmediata y no necesitará de atención humana para hacerlo, al menos en la medida de lo posible.

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Figure 7: Fuente de alimentación redundante

DMZ

Una \emph{zona desmilitarizada (DMZ)}, también conocida como red perimetral, es una red local ubicada entre la red externa (Internet) y la red local de una organización.

El objetivo de esta red es proporcionar servicios accesibles desde la red externa (web, e-mail, . . .) pero sin poner en peligro a la red interna de la organización, puesto que no debe ser posible acceder a la red interna desde la zona desmilitarizada.

En la siguiente imagen se puede observar una DMZ construida con 2 firewalls. Así, desde Internet es posible acceder a los servicios que la organización proporciona (www, smtp, dns, . . .) pero no será posible acceder a la red interna de la misma.

Figure 8: Zona Desmilitarizada (DMZ)

Hardware específico en un CPD

Bastidor (rack)

Un armario o rack es un bastidor dedicado a alojar equipos informáticos y electrónica de red en un CPD. La característica principal de este tipo de bastidores es la optimización que se hace del espacio cuando se dispone de mucho equipamiento. Hay que contar que el equipamiento utilizado en CPDs tiene formas y tamaños específicos para ubicarse en estos armarios y ahorrar el mayor espacio posible.

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Figure 9: Rack
Figure 10: Rack con electrónica de red

En la imagen siguiente se puede ver las unidad de un rack, también conocida como *U*, que define la unidad mínima en altura de un dispositivo.

Figure 11: Medidas de un rack

Arquitecturas de servidor

En entornos empresariales y de grandes organizaciones es muy común encontrarse con otros modelos de procesador de las arquitecturas más conocidas, así como de otras arquitecturas destinada únicamente a la rama de procesadores para servidores. Sus principales características se pueden observar en las dimensiones y velocidades de los buses principales, el mayor número de núcleos, mayor cantidad de memoria caché, y en algunos otros aspectos que les proporcionan un rendimiento (y precio) muy superior en comparación con los modelos de uso particular o destinados a \emph{estaciones de trabajo}

  • Intel Xeon
  • AMD Opteron
  • SPARC SPARC M6

Además, en cuanto al aspecto físico de estos equipos, se busca reducir el espacio. Es por eso que se diseñan en cajas específicas para ser ubicadas en racks, y aprovechar así el espacio destinado a ubicar el equipamiento informático.

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Figure 12: Servidor rack
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Figure 13: Servidor rack

Cabe mencionar el caso de los servidores tipo blade con los que IBM consigue reducir todavía más el espacio ocupado en el rack. Cada servidor carece de fuente de alimentación y capacidad de almacenamiento propias, pero se montan al rack a través de un chasis que proporciona alimentación, y además se conectan a la red de almacenamiento de tipo SAN, normalmente.

Figure 14: Servidor blade (IBM)

Fibra óptica

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Figure 15: Cables de fibra óptica

Sistemas de almacenamiento

DAS

Figure 16: Almacenamiento DAS (SATA)

NAS

Figure 17: Red de almacenamiento NAS (Ethernet)

SAN

Figure 18: Red de almacenamiento SAN (fibra óptica)

iSAN

Figure 19: Red de almacenamiento iSAN (iSCSI)

Software en un CPD

Sistemas Operativos

En cuanto a Sistemas Operativos, lo más habitual será encontrarnos con las versiones Server de todos los sistemas más conocidos:

  • Windows: Windows 2003 Server, Windows Server 2008, Windows Server 2012
  • Linux: Red Hat Enterprise, Debian, CentOS
  • OS X (Apple): OS X Server

Virtualización de Sistemas

Desde hace ya algún tiempo se ha empezado a virtualizar sistemas, debido principalmente a que se comprobó que los equipos informáticos estaban infrautilizados y se les podía sacar más rendimiento. No todos los usuarios o clientes necesitan un equipo completo para los servicios que tienen contratados. Es así como aparecen lo que se conoce como VPS (Virtual Private Server), de forma que en un equipo físico (equipo anfitrión) se pueden crear varias máquinas virtuales. Cada usuario o cliente tiene acceso a una de esas máquinas virtuales y la maneja como si fuera suya, aunque realmente varios usuarios o clientes están haciendo uso de una misma máquina física.

Herramientas como VirtualBox, VMWare, KVM o Xen hacen posible la virtualización de sistemas.

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Figure 20: VPS

Monitorización de Sistemas

Cuando se dispone de tanto equipamiento informático (en un solo CPD puede haber cientos de equipos informáticos y otros dispositivos) se hace muy necesario poder monitorizar su comportamiento. No es posible evaluar el rendimiento o vigilar los equipos de forma manual.

Herramientas como Nagios permiten monitorizar todo el equipamiento informático de una manera automática y gráfica, de manera que en caso de fallo es la propia aplicación quién avisa a los técnicos del equipo que ha fallado y por qué.

Figure 21: Nagios

Inventariado del Hardware

De la misma manera que ocurre con la monitorización, cuando se dispone de cientos de equipos informáticos, no es posible mantener un inventario actualizado de forma manual. Será necesaria alguna aplicación que permita inventariar toda la red de equipos de forma automática. Además, será muy útil a la hora de elaborar informes sobre el hardware utilizado, características, software instalado en cada equipo, . . .

Herramientas como Total Network Inventory o OCS Inventory permiten inventariar tanto el hardware como el software de toda una red de equipos de una manera totalmente automática y gráfica, y generar informes más o menos parametrizables sobre el mismo inventario.

Control Remoto

Hay que tener en cuenta que gran parte de los problemas que pueda causar un servidor determinado es posible repararlos de forma remota, es decir, sin necesidad de desplazarse físicamente al equipo que genera ese problema. Para ello, las herramientas de control remoto permiten que los técnicos del CPD puedan acceder al sistema de cualquiera de los servidores que tienen en su red para reparar problemas de software o configuración. De la misma manera, aquellos usuarios o clientes que dispongan de cierto control sobre su máquina, podrán acceder a ellas desde su lugar de trabajo y realizar cualquier tarea como si estuvieran frente al equipo.

Cloud Computing

Actualmente es uno de los modelos de prestación de servicios más en auge, y del que más se habla. Básicamente consiste en contratar gran parte o la totalidad de los servicios informáticos a través de una empresa externa a la organización, de manera que éstos estén disponibles a través de Internet (correo electrónico, almacenamiento, aplicaciones, . . .)

En este caso la organización que contrate así sus servicios informáticos no necesita CPD, lo que puede suponer un importante ahorro económico (compra de equipamiento y contratación de personal). Es ahora otra empresa la que proporciona todos los servicios informáticos y de comunicaciones a través de Internet. Será esta empresa la que tendrá que disponer de un gran CPD para proporcionar dichos servicios a varias organizaciones.

Así, la organización que contrata sus servicios informáticos mediante Cloud Computing lo ve como si de una nube se tratara, puesto que se olvida de cómo funciona y se limita a usarlo.

Por supuesto, este nuevo paradigma de computación, además de proporcionar ventajas, también viene con sus correspondientes desventajas.

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Figure 22: Cloud Computing

Arquitecturas de Alta Disponibilidad

Cuando se habla de un CPD se habla de que éstos se diseñan o implementan siguiendo lo que se conoce como Arquitectura de Alta Disponibilidad, que no es otra cosa que el diseño y puesta en marcha de un sistema informático de forma que éste esté disponible para el usuario en todo momento. O al menos el mayor tiempo posible de manera ininterrumpida.

En cuanto al tiempo que el sistema es capaz de estar activo de forma ininterrumpida, conocido como disponibilidad, es una medida porcentual del tiempo total. De esta manera se indica al usuario el tanto por ciento del tiempo que se garantiza que el sistema estará funcionando. Actualmente es muy común dar valores de 99.9, 99.99 ó 99.999 (3, 4 y 5 nueves, respectivamente). En este sentido cabe destacar la dificultad real de medir la veracidad de dicha información por parte del cliente, por lo que en muchas ocasiones no pasa de ser un reclamo comercial. También se puede hablar de un servicio 24×7 (24 horas al día, 7 días a la semana) cuando se hace referencia al soporte técnico proporcionado.

Conviene conocer también conceptos como uptime y downtime, que indican el tiempo de actividad o inactividad ininterrumpida de un sistema determinado en un momento dado, respectivamente.

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Figure 23: Alta disponibilidad

Prácticas

  • Práctica 5.1 Soluciones hardware en el CPD (trabajo y presentación)
  • Práctica 5.2 Herramientas software para el CPD

© 2016 Santiago Faci

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