未来のデータセンター：分散アーキテクチャに基づく構築と開発

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定義

分散データセンター (DDC) は、ネットワークを使用して数千台のストレージ サーバーを接続および組み合わせ、単一のストレージ サーバーでは解決できない超大規模な問題を解決する仮想スーパー ストレージ サーバーです。仮想スーパーストレージサーバーに加えて、分散データセンターもネットワーク化され、マルチセンターサービスネットワークを形成します。

2. 背景

データセンターは生産を支援し、従来のデータセンターの利点は低下し、分散型データセンターが徐々に登場しています。クラウドコンピューティング、ビッグデータ、モノのインターネットなどの新技術の大規模な開発と利用により、データセンターはインターネット、金融、製造などの業界の建設の焦点となっています。企業の中核業務をデジタル手段で担い、企業の生産を可能にします。新時代のビジネスの発展に伴い、従来の集中型データセンターではもはや開発ニーズを満たすことができなくなりました。この時、分散型のビジネス展開、コンピューティング、ストレージを統合した分散型データセンターが誕生しました。

クラウドコンピューティングの発展と普及により、データセンターの IT インフラストラクチャが変化し、分散型データセンターが普及しました。ここ数年、「インターネット＋」は私たちの日常生活の中に現れ続けるホットワードとなっています。ビジネスモデルが変化するとともに、私たちの生活習慣や考え方も徐々に変化してきました。ビッグデータの価値はますます顕著になり、クラウドコンピューティングやビッグデータ分析など、それを軸に生まれた企業が次々と誕生しています。データは企業にとって最も価値のあるものになりました。データセンターは、データを運ぶ中核的なコンテナです。

従来のデータセンターは、ハードウェア、ソフトウェア、その他の機器、ネットワーク通信リソースなどを通じてデータを保存および分析し、企業のビジネスカバレッジを効果的に支援します。しかし、ビジネスの発展と大規模で高密度なデータ搬送の需要が高まるにつれ、従来の集中型データセンターは、設備やネットワーク構造の要因により、ストレージ、処理、セキュリティ、ネットワーク遅延などに徐々に対応できなくなってきています。クラウド コンピューティングの出現により、このような問題は解決され、集中型アーキテクチャが分散型アーキテクチャへと発展できるようになりました。分散型データセンターは、規模の制限をほぼ打ち破りました。クラウド接続とクラウド ネットワーキングにより、複数のデータ センターが相互に接続され、データ共有、マルチセンター運用、高いビジネス カバレッジが実現します。これにより、運用・保守コストが大幅に削減されるとともに、災害復旧工事も可能となり、事業中断のリスクも軽減されます。

3. 建設モデル

技術的なレベルでは、分散アーキテクチャ データ センターは、単一データ センター分散アーキテクチャとマルチデータ センター分散アーキテクチャの 2 つのレベルに分けられます。前者は主に分散コンピューティング、ストレージ、セキュアネットワークなどの複数の分散テクノロジの統合を指し、後者は主に分散クラウドデータセンターなどのクラウドコンピューティングを介した複数のデータセンターの統合を指します。

（１）単一データセンター分散アーキテクチャ

1. 分散コンピューティングアーキテクチャ

分散コンピューティング アーキテクチャとは、分散コンピューティング テクノロジに基づいて大規模な問題を解決するために使用されるソフトウェア アーキテクチャを指します。分散ソフトウェア アーキテクチャは優れたスケーラビリティを備えており、特にビッグ データ関連の問題を処理する場合、分散アーキテクチャによって処理速度が大幅に向上します。一般的な分散ソフトウェア アーキテクチャには、Hadoop、Spark などがあります。

2. 分散ストレージアーキテクチャ

分散ストレージ アーキテクチャは拡張性が高く、大量のデータの保存と処理の問題を効果的に解決できます。分散ストレージ アーキテクチャは、クライアント、メタデータ サーバー、データ サーバーの 3 つの部分で構成されます。クライアントはリクエストを送信する役割を担い、メタデータ サーバーはリクエストに応答してリクエストを処理し、データ サーバーは処理されたデータを保存します。 3 つの部分が連携してストレージ機能を完成させ、従来のストレージの弾性拡張問題を効果的に解決します。

3. 分散型セキュリティネットワーク

分散セキュリティ ネットワークは、セキュリティ管理ソフトウェアまたはシステムを導入することで、データ センター全体のセキュリティを保護します。通常、集中管理プラットフォームと分散セキュリティ管理ソフトウェアで構成されます。集中管理プラットフォームは、指定されたハードウェア サーバーにインストールされ、セキュリティ ポリシーの集中管理を担当し、セキュリティ ポリシーの移行をサポートします。同時に、仮想化されたセキュリティデバイスからログや統計情報を受信し、データセンター全体のセキュリティ状況を分析します。セキュリティ ソフトウェアは仮想マシンに近く、迂回またはリダイレクト メカニズムを使用してすべての仮想マシンのトラフィックを取得し、分散セキュリティ保護を実現します。

（２）マルチデータセンター分散アーキテクチャ

1. 分散型クラウドデータセンター

分散型クラウド データ センターは、クラウド コンピューティング テクノロジ、WAN レイヤー 2 ネットワーク相互接続 (Big Layer 2) テクノロジ、およびその他のテクノロジを使用して、複数のデータ センターを、コンピューティング、ストレージ、およびネットワークを統合する分散型の「仮想リソース プール」に編成します。このリソース プールは、さまざまな場所にあるデータ センターを統合し、複数のデータ センターの統合を通じて地域化の解消と自動化を実現し、企業の効率を向上させることができます。従来のデータセンターにおける「同一都市内のプライマリ/アクティブ-アクティブデータセンター」や「2 か所に 3 つのセンター」と比較して、分散型クラウドデータセンターの展開ソリューションは、すべてのビジネスデータの統一された割り当てと管理を実現し、災害復旧移行とビジネス処理の効率が効果的に向上します。

IV.建設の課題

同時に、分散型データセンターは、主にネットワーク、ストレージ、コンピューティング、セキュリティの 4 つの側面において、構築中にいくつかの課題に直面します。

（１）ネットワーク

ネットワークに関しては、複数の分散データセンター間の通信が主な問題となります。構築にあたっては、複数のリージョン間で柔軟なネットワークやクラウド接続を実現する方法を検討する必要があります。現在主流の技術的ソリューションは、大規模なレイヤー 2 ネットワーク テクノロジに基づいて複数のデータ センター間にネットワークを構築し、統一された論理ネットワークを形成することです。ただし、さまざまなネットワーク機器サプライヤー間でレイヤー 2 ネットワークとプロトコルがまだ統一されていないため、デバイスの互換性に問題が発生する可能性があります。

（２）保管

ストレージに関しては、データの連携をどのように実現するかが大きな課題です。ビジネスの広範囲化に伴い、さまざまな地域のデータセンター間の連携の重要性が高まっています。さまざまな場所に分散しているデータセンターは、通常、オペレータのネットワーク帯域幅、専用伝送回線などを通じて調整されますが、距離と規模により、さまざまな場所にあるデータセンター間のネットワーク帯域幅では、データのリアルタイム同期を保証することができません。現在、さまざまな場所にあるデータセンターは非同期伝送を使用してのみ調整することができ、これはデータの一貫性と整合性、およびビジネスの継続性に一定の影響を及ぼします。

（３）計算

コンピューティングにおいては、コンピューティング リソースの管理が大きな課題です。例えば、分散型データセンターにおけるデータ移行や災害復旧構築の場合、アプリケーションや業務が突然中断した際に、いかに迅速にデータ移行と再開を実現するかは、データセンターが日常的にコンピューティングリソースを管理する際に定常的なトラブルシューティングを実施するだけでなく、データリソースの移行を計画し、手配することが必要です。

（４）安全性

セキュリティ面では、データセンターのセキュリティをいかに確保するかが厳しい試練となります。従来のデータ センターでは、一般的にスター型のネットワーク モードが採用されており、すべてのブランチが本社のデータ センターにポイントツーポイントで直接接続されています。ブランチには柔軟性が欠けますが、本社にあるセキュリティ ゲートウェイは、従来のデータ センターにおけるデータの保存と処理のセキュリティを確保するのに十分です。クラウドコンピューティングをベースとした分散型データセンターが導入されると、本社と支社がクラウドネットワークを介して統合されるため、セキュリティの問題が大きな課題となります。これを踏まえて、セキュリティベンダーは急速に発展し、ファイアウォールやセキュリティゲートウェイに代表されるセキュリティソリューションが次々と登場してきましたが、完全かつ統一されたセキュリティ製品ソリューションは未だ形成されていません。

V. 結論

ビジネスの発展とデータ量の増加に伴い、ストレージ、コンピューティング、セキュリティなどの面で優位性を持つ分散アーキテクチャのデータセンターが、間違いなくデータセンター開発の今後のトレンドになるでしょう。同時に、分散型データセンターがもたらす建設上の課題は、データセンターの持続可能な発展の方向性も示しています。データセンターアーキテクチャの今後の発展は、きっとエキサイティングなものになるでしょう。