ما هو مركز البيانات Data Center ومكوناته وأنواعه

مركز البيانات أو Data Center يعتبر محطة رئيسية في رحلاتنا على الإنترنت، بدون مراكز البيانات معظم المواقع والتطبيقات التي نستخدمها بشكل يومي لن تعمل، بل نستطيع القول أن مراكز البيانات هذه هي الإنترنت نفسه.

لكن ما هو مركز البيانات أو data center؟ وما هي وظيفته وكيف يؤثر على حياتنا الرقمية. . ؟

في هذا المقالة سوف نتعرف من خلالها على كل المعلومات التي تهتم  بمركز البيانات أو Data Center.

أولاً: ما هو مركز البيانات Data Center

مركز البيانات هو مبنى يحتوى على عدد ضخم من الحواسيب الآلية فائقة القوة لإدارة الخدمات الرقمية الخاصة بشركة ما، دور المركز هو معالجة المعلومات وتوفيرها للمستخدمين عند الطلب.

تقوم الحواسب الموجودة في مركز البيانات بتخزين وإدارة ونشر البيانات للمستخدمين. البنية التحتية الخاصة بهذه المراكز تؤهلها للتعامل مع التطبيقات وقواعد البيانات والأجهزة الافتراضية أو Virtual machines وغيرها الكثير.

الشركات التي تحتاج إلى مركز البيانات تقوم ببنائها بنفسها طبقاً إلى إمكانياتها المتاحة، مع ذلك خيار البناء قد يكون مكلف لأغلب الشركات، لذلك تتجه معظمها إلى تأجيرها من شركات خاصة مثل Equinix وهو التصرف الأكثر شيوعاً.

يعتبر خيار تأجير مراكز بيانات من هذه الشركات خيار مناسب للشركات الصغيرة والناشئة تحديداً لهذه الأسباب:

• توفر خيارات مختلفة تناسب متطلبات الشركات بأحجامها المتنوعة.
• تكلفة تأجير هذه المراكز رخيصة (خاصة إذا قارناها بتكلفة بناء مركز بيانات بالكامل).
• تستخدم هذه المراكز أحدث الأجهزة والتقنيات التي يتم تحديثها بشكل دوري.
• تتميز بدرجة عالية من الأمان والحماية.
• توفر دعم فني عالي الجودة.
• أداء هذه المراكز ممتاز ومستقر.

ثانياً: مركز البيانات في استضافة المواقع

استضافة المواقع يكون لديها مراكز البيانات الخاصة بها، والتي تكون بمثابة البنية التحتية للبيزنس الخاص بها، وهي تستخدمها لإدارة مواقع الويب المستضافة بها.

هناك بعض الاستضافات التي تتعاقد مع شركات عملاقة مثل جوجل وأمازون لاستئجار مراكز بيانات منها، وهناك استضافات يكون لديها مراكز البيانات الخاصة بها.

الجدير بالذكر أن استضافات المواقع القوية يكون لديها مراكز بيانات في أماكن مختلفة حول العالم، وهي تمنح المستخدم الفرصة لاختيار سيرفر في مركز البيانات الأقرب للبلد التي يحصل منها على زوار لموقعه.

فمن المعروف أنه كلما كانت المسافة بين مركز البيانات وزائر الموقع أقل كلما كان تحميل الموقع أسرع للزائر.

ثانياً: ما هي مناطق التوفر

من أهم مميزات تأجير مراكز البيانات من الشركات الكبرى هو الحفاظ على البيانات من التلف، يمكنك أثناء تأجير مركز البيانات الخاص بك اختيار أكثر من منطقة لحفظ بياناتك وخدماتك فيها… فيما يعرف بمناطق التوفر أو Availability Zones.

تعمل هذه المناطق بشكل متداخل لحفظ البيانات، بحيث تظل بياناتك دائماً محفوظة حتى في حالة تعطل مركز في أحد هذه المناطق، بهذا الشكل تضمن أن تظل بياناتك موجودة وخدماتك متاحة لك ولعملائك الذين يستخدمونها.

ثالثاً: ما هي مكونات مركز البيانات؟

1. خوادم أو سيرفرات مكونات الحاسب ال

الخادم هو ما نقصده عندما نقول حواسيب آلية فائقة القوة، يتكون الخادم من نفس مكونات الحاسب الآلي الأساسية، إلا أنه يعتمد على نسخ فائقة القوة من هذه المكونات، أغلبها يتم تصنيعه خصيصاً لأغراض العمل الشاق ونادراً ما تتواجد في الحواسيب الآلية المنزلية.

فمثلاً تعتمد الحواسيب المنزلية على وحدات معالجة مركزية تحتوي على عدد محدود من الأنوية قد لا يتعدى 8 أنوية كحد أقصى، وتعتبر المعالجات التي تحتوي على 8 أنوية معالجات قوية للغاية في عالم الحواسب الآلية المنزلية.

على النقيض المعالجات التي تحتوي على 8 أنوية هي أقل ما يمكن الاعتماد عليه لإنشاء سيرفر، تعتمد السيرفرات على معالجات تصل عدد أنويتها إلى 64 نواة وأحياناً أكثر، هذا المبدأ ينطبق على باقي المكونات مثل الذاكرة العشوائية ووحدات التخزين وغيرها.

لكل سيرفر وحدات تهوية (إيجابية مثل المراوح وسلبية مثل وحدات تشتيت الحرارة) وبالطبع مزود طاقة خاص به.

2. الرفوف أو Racks

كل مركز بيانات يحتوى على عدد ضخم من السيرفرات قد يصل إلى آلاف أحياناً، هذه السيرفرات أو الخوادم يتم تركيبها وتثبيتها داخل رفوف مصممة خصيصاً لها.

تختلف الرفوف فيما بينها من حيث الطاقة الاستيعابية ومواد التصنيع والأهم إمكانية وضع الخوادم فيها. هناك رفوف تسمح بإضافة أجهزة الخوادم بشكل رأسي، وأخرى بشكل أفقي، وهناك رفوف مغلقة وأخرى مفتوحة وهكذا.

أشهر أنواع رفوف السيرفرات هي:

أ) رف يتم تركيب السيرفرات فيه بشكل رأسي وبصورة متتالية ويطلق عليه blade server rack.

ب) رف يتم تركيب السيرفرات فيه بشكل أفقي واحد فوق الآخر ويطلق عليه Rack server.

3. شبكة اتصالات

السيرفرات الموجود في مركز البيانات يجب أن تظل متصلة ببعضها وبالإنترنت في آن واحد، تعتمد هذه الخوادم على شبكة اتصال تتكون من عدد مختلف من الأجهزة مثل:

•  أجهزة التوجيه (راوتر) Routes.
• مبدل شبكات Network Switch.

تختلف هذه الأجهزة بين نظيرتها الموجهة للاستخدام المنزلي. أجهزة وشبكات الاتصال الخاصة بمراكز البيانات توفر سرعات اتصال ونقل بيانات كبيرة، وتتميز بمزايا وأدوات متقدمة للحماية، وبالطبع تتحمل العمل الشاق لفترات طويلة.

أخيراً يتم تنظيم هذه الأجهزة بنفس أسلوب تنظيم الخوادم، بمعنى آخر هناك رفوف مخصصة لأجهزة الشبكات تحتوي على مخارج ومداخل تناسب هذه الأجهزة وخاصة الأسلاك الخاصة بالاتصال الشبكي.

4. أجهزة مخصصة للحماية والأمان

يقوم أي مركز بيانات بتطبيق إجراءات معينة للحماية ضد هجمات الاختراق والبرامج والفيروسات الضارة.

هذه الإجراءات تتكون من:

• برامج حماية مخصصة للعمل على أنظمة تشغيل الخوادم.
• أجهزة مخصصة لتوفير حماية فعلية مثل أجهزة جدران الحماية Physical Firewall Devices.

هناك شركات شهيرة في مجال برامج الحماية من الفيروسات توفر نسخ خاصة من برامجها لمراكز البيانات مثل شركة Mcafee.

أيضاً هناك شركات متخصصة في تقديم حلول الحماية السيبرانية لهذه المراكز مثل شركتي FireEye و Symantec.

أما بالنسبة إلى أجهزة جدران الحماية فيتم تصنيعها من قبل أهم الشركات العالمية في مجال الشبكات مثل:

• Cisco
• Fortinet
• CUJO
• Netgear

في الصورة التالية مثال لأحد أجهزة جدران الحماية الذي توفره شركة Cisco تحت اسم Cisco Firepower:

5. نظام تخزين

تتعامل الخوادم في مركز البيانات مع وحدات التخزين بشكل مختلف قليلاً عن تعامل الحاسب الآلي المنزلي معها.

يرجع هذا الاختلاف إلى حاجة الخوادم إلى وحدات قادرة على التعامل مع سرعات عالية من كتابة وقراءة البيانات، أيضاً تقوم الخوادم باستخدام هذه الوحدات على مدار الساعة طوال الوقت.

أي أن هذه الوحدات يجب أن تقدم هذه السرعات بالإضافة إلى قدرتها على تحمل العمل الشاق طوال الوقت.

تخزن خوادم مراكز البيانات أعداد هائلة من البيانات، وبالتالي تحتاج إلى مساحات تخزين عملاقة. هذه المساحات عادة تتم إدارتها من خلال أنظمة وبرامج خاصة تختلف من مركز بيانات لآخر.

أخيراً لا تتعامل جميع مراكز البيانات مع وحدات التخزين الخاصة بها بنفس الأسلوب من حيث الاتصال أو حتى التركيب.

هناك عدة أساليب يتم من خلالها توصيل وحدات التخزين بالسيرفرات أو الخوادم في مركز البيانات ومن أهمها:

أ) وحدات تخزين متصلة مباشرة بالخادم Direct Attached Storage) DAS)

في هذا الأسلوب يتم توصيل وحدات التخزين مباشرة بالخادم، هذا يعني أن الخوادم الموجودة في مركز البيانات ملحق بها وحدات التخزين بشكل داخلي أو في وحدة منفصلة لكنها متصلة بها بشكل فعلي، و لا تعتمد على اتصال شبكي أو هوائي.

التخزين بهذا الأسلوب يمنع أي جهاز غير متصل بوحدات التخزين من الوصول إلى هذه الوحدات أو استخدامها، بمعنى آخر يحق للخادم المتصل بهذه الوحدات أو الملحقة به فقط التواصل مع هذه الوحدات والبيانات المخزنة عليها.

أما في حالة وجود ضرورة لاتصال أجهزة أخرى بهذه الوحدات فيتم بعد أن يسمح لها الخادم المتصل بهذه الوحدات بذلك.

صورة توضح طريقة تواصل الخوادم في مراكز البيانات مع وحدات التخزين بأسلوب DAS:

أخيراً يتواصل الخادم مع وحدات التخزين في هذا الأسلوب عبر كابلات اتصال تعتمد على تقنيات مثل eSATA.

ب) وحدات تخزين متصلة بالخوادم من خلال شبكة اتصال Network Attached Storage) NAS)

غرض هذا الأسلوب هو تخزين ملفات بشكل يمكن العديد من المستخدمين والأجهزة من التعامل مع البيانات من وحدة تخزين واحدة.

في هذا الأسلوب تتصل جميع الخوادم بشبكة اتصال واحدة محلية أو local area network أو LAN، كل خادم يتواصل مع وحدة التخزين المشتركة من خلال اتصال سلكي يعتمد على كابل إيثرنت Ethernet.

وحدات التخزين التي تعمل بهذا الأسلوب يتم إدارتها من خلال برامج وتطبيقات خاصة يمكن الوصول إليها من خلال المتصفح.

راجع الصورة التالية لفهم كيفية اتصال الخوادم في مراكز البيانات بوحدات التخزين في نظام NAS:

ج) وحدات تخزين متصلة بالخوادم من خلال شبكة اتصال فائقة السرعة Storage Area Network) SAN)

يعتمد هذا الأسلوب على شبكة خاصة عالية السرعة توفر للخوادم إمكانية الوصول إلى أجهزة التخزين. تتكون هذه الشبكات من العديد من الأجهزة مثل أجهزة التحويل ووحدات تخزين كلها مترابطة عبر مجموعة متنوعة من التقنيات وبروتوكولات الاتصال.

صورة توضح طريقة اتصال الخوادم بوحدات التخزين بأسلوب SAN في مركز البيانات:

كما لاحظت هناك تشابه كبير بين الأسلوبين ب و ج من حيث طريقة الاتصال بالخوادم، مع ذلك تتميز SAN بمميزات عديدة أهمها السرعة في نقل البيانات كونها تعتمد على كابلات ضوئية fiber optic cables بعكس NAS التي تعتمد على كابلات نحاسية.

في أغلب الأساليب السابقة يتم تركيب وحدات التخزين داخل الرفوف ثم يتم توصيلها بالخوادم. غالباً تقوم مراكز البيانات باستخدام نظام ملفات معين مثل أحد إصدارات نظام RAID الشهيرة من أجل دمج الوحدات والتعامل معها كوحدة واحدة.

يعتمد كل مركز بيانات على مختلف أنواع وحدات التخزين سواء من حيث الحجم أو آلية التشغيل، تقوم مراكز البيانات بتنسيق استخدامها لوحدات التخزين خاصة من حيث نوع الوحدات وتقنيتها (HDD-SSD).

حيث تعتمد على الوحدات SSD كونها تقدم سرعات كتابة وقراءة بيانات فائقة السرعة، مما يوفر للمستخدمين سرعة في الوصول لها، أما وحدات HDD فتعتمد المراكز عليها لطول عمرها الافتراضي وقدرتها على تحمل عدد أكبر من عمليات قراءة وكتابة البيانات.

للمزيد من المعلومات حول وحدات التخزين قم بالإطلاع على مقالنا الذي يوضح لك كل ما تحتاج لمعرفته عن هذه الوحدات.

6. نظام مراقبة وحماية

لضمان عمل أي مركز بيانات بكفاءة وفاعلية يجب أن يكون لديه نظام قوي للمراقبة والحماية، هذا النظام يقوم بحماية مركز البيانات بأكثر من مستوى وشكل.

نظام الحماية والمراقبة الموجود في هذه المراكز يلعب الدور الأمني المتعارف عليه في أي شركة.

بمعنى آخر من المفترض أن يقوم هذا النظام بتأمين مداخل ومخارج مركز البيانات ضد محاولات السرقة وما إلى ذلك، بالطبع يحتوي هذا النظام على كاميرات مراقبة وأجهزة إشعارات تعمل بأحدث تقنيات الحماية العالمية لكي يقوم بذلك.

أيضاً دور نظام الحماية والمراقبة هو التأكد من أن جميع الخوادم الموجود في مركز البيانات تعمل بكفاءة، هذا يتضمن مراقبة التيار الكهربائي الخاص بالمركز ووحدات التخزين وأي أعطال تقنية أخرى.

بالطبع يعمل نظام الحماية الخارجي جنباً إلى جنب مع أجهزة آمان حماية المركز من أي هجوم سيبراني.

نظام الحماية عادة يكون في غرفة مخصصة متصلة بجميع الخوادم الموجودة ويعرض حالتها على شاشات مراقبة، يقوم النظام بتنبيه الأفراد المسؤولين عن إدارته عند وجود أي خطأ وتحديد مكانه وطبيعته.

7. نظام تهوية وتبريد

كل المكونات السابقة تستهلك قدر كبير من الكهرباء مما يولد حرارة ناهيك عن الحرارة المنبعثة من هذه الأجهزة نفسها. درجات الحرارة العالية تؤثر بالسلب على أداء مركز البيانات بل قد تؤدي إلى تعطلها بالكامل وأخطار أكبر مثل احتراقها.

مركز بيانات يكون لديه نظام تهوية وتبريد خاص به، من المفترض أن يقوم هذا النظام بتوفير درجة الحرارة التي تتطلبها هذه المراكز لتعمل بكفاءة وهي من 5 إلى 25 درجة سلزيوس، أما نسبة الرطوبة فيجب أن تتراوح بين 20 إلى 80 بالمئة.

ما هي المساحات في مركز البيانات؟

يتم تقسيم مراكز البيانات إلى قسمين هما:

1. المساحة البيضاء white space وتحتوي على:

• وحدات التخزين
• أجهزة شبكات الاتصال.
• الرفوف التي تحتوي على الخوادم.
• نظام التبريد والتهوية.

2. المساحة الرمادية gray space وتحتوي على:

• المحولات.
• المولدات الكهربائية.
• المبردات.
• مصدر طاقة غير منقطع (An Uninterruptible Power Supply (UPS.

غالباً ما يكون لكل مساحة فريق مختص بإدارتها والتأكد من أنها تعمل بكفاءة طوال الوقت.

أنواع مراكز البيانات

1. مركز بيانات خاصة بالمؤسسات والشركات Enterprise Data Centers

تختار بعض الشركات والمؤسسات أن تقوم ببناء مركز بيانات خاص بها، هذا النوع من مراكز البيانات هو الأنسب للشركات التي تحتاج إلى شبكات اتصال خاصة بها.

هذه المراكز تفيد أيضاً الشركات التي يناسبها بناء مركز بيانات خاص بها اقتصادياً ويؤثر بالإيجاب على أرباحها، بالطبع يتم تصميم مراكز بيانات المؤسسات بمعايير ومواصفات خاصة لتتوافق خصوصاً مع متطلبات التطبيقات والخدمات الخاصة بهذه الشركات.

يتواجد هذا النوع من مراكز البيانات في:

• داخل موقع المؤسسة أو الشركة (موقع محلي).
• خارج موقعها (في موقع تم اختياره لتوافر مميزات معينة فيه مثل شبكات اتصال قوية أو يمكن تأمينه بسهولة وهكذا).

فمثلاً قد تختار الشركة فصل مقرها الرئيسي عن مركز بياناتها لحمايته في حالة تعرض الأول لأي خطر. على الجانب الآخر قد تبنى مؤسسة مركز بياناتها في منطقة تتميز بمناخ بارد لتقليل استخدام الطاقة المطلوبة لتبريد مركز البيانات الخاص بها.

إدارة هذه المراكز عادةً تكون مسؤولية قسم تكنولوجيا المعلومات (IT) الداخلي الخاص بالشركة، يتولى هذا القسم إدارة المساحة البيضاء تحديداً في هذه المراكز.

أما بالنسبة إلى المساحة الرمادية فقد يتم إدارتها بأحد الأساليب التالي:

• الاستعانة بشركات خارجية.
• فريق إدارة المرافق الداخلية الخاص بالشركة بالاشتراك مع قسم تكنولوجيا المعلومات.

2. مراكز بيانات متعددة المستأجرين أو المشتركة Multi-Tenant Data Centers

يوفر هذا النوع من المراكز مساحة من مراكز البيانات الفرعية للشركات التي ترغب في استضافة خوادمها خارج مواقعها، توفر هذه المراكز مكونات مركز البيانات المناسبة مثل معدات الطاقة والتبريد والأمن والشبكات وما إلى ذلك.

غالباً ما تختار الشركات التي ليس لديها مساحة هذا النوع من مراكز البيانات المشتركة، هذا يسمح لها بتركيز مواردها المالية والبشرية في جوانب أخرى.

يمكن للشركة تأجير مقدار المساحة التي تحتاج إليها لاستضافة بيناتها، كما يمكنها توسيع نطاقها أو تقليله بسرعة طبقاً إلى حاجتها.

الطلب على هذه الأنواع من المركز مكثف ويزيد بنسبة 16 بالمائة سنوياً، أخيراً دائما ما تقوم مراكز البيانات متعددة المستأجرين بتحديث أجهزتها وتقنياتها بصورة متكررة وبمعدل أكبر من نظيره الخاص بمراكز البيانات المخصصة للشركات والمؤسسات.

3. مراكز البيانات العملاقة Hyperscale Data Centers

يتم تصميم مراكز البيانات العملاقة لدعم البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات للشركات الضخمة، تشير الإحصائيات إلى وجود 700 مركز بيانات عملاق فقط وهذا ضعف العدد الذي ما كان عليه قبل خمس سنوات.

في حين أن هذا العدد قد يبدو صغير نسبياً عند مقارنته بعدد مراكز البيانات في جميع أنحاء العالم (يوجد أكثر من 7 ملايين مركز بيانات في جميع أنحاء العالم)، إلا أن عدد مراكز البيانات العملاقة التي يتم إنشاؤها حول العالم في ارتفاع مستمر.

أخيراً تمتلك شركات أمازون ومايكروسوفت وجوجل أكثر من نصف جميع مراكز البيانات العملاقة.

مثل مراكز بيانات المؤسسات فإن مراكز البيانات العملاقة تخضع ملكيتها وإدارتها إلى الشركة التابعة لها. الاختلاف الجوهري بين نوعى مركز البيانات هو أن المركز العملاق أقوى بكثير في جوانب الحوسبة السحابية وتخزين البيانات الضخمة.

يحتوي مركز البيانات الذي ينتمي إلى هذه الفئة على حوالي 5000 خادم و مساحته تصل إلى 10000 قدم مربع.

4. مراكز بيانات صغيرة للغاية Micro

هذه الأنواع من مراكز البيانات صغيرة، ويتم إنشاؤها في أماكن قريبة من الشركات أو الأشخاص الذين يستخدمونها.

صغر المساحة بين المركز والمستخدمين يوفر المميزات التالية:

• تتم معالجة البيانات في الوقت الفعلي (وقت وصولها أو تعرضها لأي تغييرات).
• تحليل البيانات واتخاذ الإجراءات المطلوبة بناء على هذا التحليل.
• يعمل على خفض معدل تأخير الاتصال بين المستخدمين والمراكز وخاصة مع الأجهزة الذكية.

عندما تتوسع هذه المراكز الصغيرة وتزيد من طاقتها الحاسوبية وعدد الخوادم الموجودة فيها يطلق عليها مراكز الحافة Edge.

نستطيع القول أن الشركات الصغيرة ومتناهية الصغر تبدأ باستخدام المراكز الصغيرة Micro، أما إذا بدأت هذه الشركات في النمو تقوم بتطوير هذه المراكز إلى أقصى طاقة ممكنة لتصبح Edge.

أخيراً سبب تسمية هذه المراكز بمراكز الحافة يرجع إلى موقع هذه المراكز بالنسبة لشبكات الاتصال، حيث تقع هذه المراكز على حافة الشبكة التي تستخدمها هذه الشركات، وبالقرب من مركز اتصالها بالإنترنت سواء فعلياً أو تقنياً.

5. مركز بيانات متنقل في حاويات Container data center

كما يبدو من اسمه؛ هذا النوع من مراكز البيانات هو عبارة عن مركز بيانات داخل حاوية أو Container.

عادة يتكون هذا المركز من حاوية شحن معبأة بمكونات مركز بيانات جاهزة للتوصيل والتشغيل، أي أن هذه الحاوية داخلها خوادم ووحدات تخزين ومعدات الشبكات وأغلب المكونات الموجودة في المساحة البيضاء والرمادية لمراكز البيانات.

تم إبتكار هذا النوع من المراكز منذ حوالي 15 عاماً فقط، ويتم استخدامه الآن عند الحاجة المؤقتة أو الدائمة لمراكز بيانات. يستخدم هذا النوع من المراكز في مواقع البناء أو في مناطق الكوارث لأهداف مثل دعم مواقع الرعاية الصحية البديلة أثناء الوباء.

أما للاستخدام الثابت أو الدائم يتم الاعتماد على هذه المراكز لتوفير المساحة أو للسماح للمؤسسة بالتوسع لاستيعاب التقنيات الجديدة، مثل إضافة البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات إلى مؤسسة تعليمية لدعم الفصول الدراسية الرقمية.

ما هي أكبر الشركات في مجال مراكز البيانات؟

يحتوي مجال مراكز البيانات على عدد ضخم من الشركات العملاقة أشهرها:

1. China Unicom
2. Google Cloud Platform
3.  Amazon Web Services
4. China Telecom
5. NTT Communications
6. Equinix

يتراوح نصيب الشركات السابقة في مجال مراكز البيانات ما بين 6 إلى 300 مليار دولار، أغلب هذه الشركات توفر خدمات الحوسبة والخدمات السحابية وتخزين البيانات وحمايتها.

خاتمة

وضع البشر التقني في الوقت الحالي لا يستطيع الاستغناء عن هذه المراكز، بل نستطيع القول أن جزء من حضارتنا يتعلق بها بشكل مباشر.

وقد حاولنا في هذا المقال تقديم دليل تعريفي مبسط لشرح مركز البيانات.  هل لديك أي معلومات عن مراكز البيانات ودورها التقني في حياتنا اليومي؟ شاركنا معلوماتك في التعليقات.