Гиперконвергентная инфраструктура (ГКИ) представляет собой интегрированную платформу, объединяющую вычислительные ресурсы, системы хранения данных и сетевые технологии в единую единицу управления. Она предоставляет организациям возможность создавать масштабируемые и высокопроизводительные ИТ-окружения, которые легко масштабируются в зависимости от потребностей бизнеса. В отличие от традиционных подходов, где каждый компонент инфраструктуры (вычисления, хранение, сеть) поддерживается и управляется отдельно, ГКИ предлагает единый интерфейс управления всеми этими аспектами, что значительно упрощает процессы обслуживания и масштабирования.

Одной из ключевых причин роста популярности ГКИ является её способность предоставить комплексное решение, в котором объединены все необходимые компоненты. Вместо интеграции разрозненных систем вычислений, хранения и сетей, компании могут воспользоваться одной унифицированной платформой. Это не только уменьшает сложность инфраструктуры, но и снижает затраты на обслуживание, обучение персонала и администрирование.

Основные компоненты гиперконвергентной инфраструктуры

Гиперконвергентная инфраструктура объединяет в себе три ключевых компонента: вычислительные ресурсы, хранение данных и сетевая инфраструктура.

A. Вычислительные ресурсы

1. Виртуализация серверов

Один из главных столпов гиперконвергентной инфраструктуры – это виртуализация серверов. Эта технология позволяет создавать виртуальные экземпляры серверов на одном физическом оборудовании. Виртуализация позволяет максимально эффективно использовать вычислительные ресурсы, разделяя их между различными виртуальными машинами (ВМ) на основе их потребностей. Это обеспечивает гораздо более высокую плотность использования серверов по сравнению с традиционными физическими серверами.

Гиперконвергентные платформы обычно включают в себя гипервизор – программное обеспечение для виртуализации, такое как VMware vSphere или Microsoft Hyper-V. Гипервизор позволяет создавать, управлять и мигрировать виртуальные машины на общем оборудовании. Это упрощает процесс развертывания новых серверов и позволяет быстро адаптироваться к изменяющимся потребностям бизнеса.

2. Оптимизация обработки рабочих нагрузок

ГКИ обеспечивает оптимизацию обработки рабочих нагрузок путем балансировки вычислительных ресурсов между виртуальными машинами. Это означает, что ресурсы, такие как процессоры и память, автоматически распределяются между ВМ в зависимости от их текущих потребностей. Например, если одна ВМ испытывает высокую нагрузку на ЦПУ, система автоматически может перераспределить вычислительные мощности, чтобы удовлетворить этот спрос без необходимости вручную вмешиваться.

Это снижает вероятность возникновения узких мест в ресурсах, что может произойти в случае использования традиционных физических серверов. Кроме того, такая оптимизация обработки нагрузок способствует более эффективному использованию аппаратных ресурсов, что приводит к сокращению расходов на оборудование и энергопотребление.

Важно отметить, что виртуализация серверов в гиперконвергентных системах обеспечивает не только гибкость в распределении ресурсов, но и повышенную отказоустойчивость. В случае выхода из строя физического сервера, на котором работает несколько ВМ, система автоматически переносит эти ВМ на другие доступные серверы в инфраструктуре. Это минимизирует временные простои и обеспечивает непрерывную доступность приложений.

Кроме того, виртуализация серверов позволяет более легко масштабировать вычислительные ресурсы. При необходимости можно быстро добавить новые серверы к инфраструктуре и начать использовать их ресурсы для поддержки растущих рабочих нагрузок. Такой горизонтальный масштабирование обеспечивает гибкость и экономическую эффективность в управлении ИТ-инфраструктурой.

B. Хранение данных

Одним из ключевых аспектов гиперконвергентной инфраструктуры является эффективное управление и хранение данных. В современном бизнесе объем данных стремительно увеличивается, и способ обработки и хранения этих данных становится важным фактором для успешной деятельности компаний.

1. Виртуализация хранилищ

Виртуализация хранилищ является важной составляющей гиперконвергентных инфраструктур. Она позволяет объединить различные хранилища данных в единую платформу и управлять ими централизованно. Вместо того чтобы иметь отдельные устройства для хранения данных, ГКИ использует виртуализацию для создания общего пула хранилищ, который может быть эффективно использован всеми виртуальными машинами.

Технологии виртуализации хранилищ позволяют более гибко управлять данными, перемещать их между физическими носителями и автоматически балансировать нагрузку для достижения наилучшей производительности. Это также обеспечивает высокую доступность данных, так как в случае выхода из строя одного хранилища, данные могут быть автоматически перенесены на другие доступные устройства.

2. Управление данными и резервное копирование

Гиперконвергентная инфраструктура предоставляет усовершенствованные возможности для управления данными и резервного копирования. Централизованное управление хранилищами данных позволяет администраторам более эффективно мониторить, управлять и масштабировать хранилища. Это упрощает задачи резервного копирования и восстановления данных, что является важным аспектом для обеспечения бизнес-непрерывности.

В гиперконвергентных инфраструктурах реализованы механизмы автоматического создания резервных копий данных с заданной периодичностью. Это снижает риски потери информации в случае сбоев и помогает соблюдать требования по сохранности данных в соответствии с регуляторными стандартами. В случае восстановления данных, системы ГКИ позволяют быстро восстановить информацию с резервных копий, сокращая время простоя и минимизируя потери.

Важной дополнительной характеристикой гиперконвергентных систем является гибкость в масштабировании хранилищ. При росте объема данных и потребностей в хранении, администраторы могут легко добавлять дополнительные хранилища к инфраструктуре без необходимости прерывания работы системы. Это устраняет проблемы, связанные с нехваткой места для хранения данных и обеспечивает бесперебойную работу приложений.

Гиперконвергентные платформы также обычно предоставляют возможности для автоматической дедупликации и сжатия данных. Эти методы позволяют оптимизировать использование хранилищ и сэкономить место, что особенно актуально в условиях растущих объемов информации.

C. Сетевая инфраструктура

В рамках ГКИ, сетевая инфраструктура является критической составляющей, обеспечивающей связь между всеми компонентами системы, включая вычислительные узлы и хранилище данных.

1. Виртуальные сети

Виртуализация сетей является одним из ключевых элементов гиперконвергентных систем, позволяя абстрагировать физическую сетевую инфраструктуру и создавать виртуальные сети, которые могут легко масштабироваться и конфигурироваться. Виртуальные сети позволяют выделять изолированные сетевые сегменты для различных приложений или отделов, обеспечивая уровень безопасности и разграничения доступа.

Пример: Представьте, что у вас есть гиперконвергентная инфраструктура, поддерживающая несколько бизнес-приложений. Вместо того чтобы создавать физические сетевые сегменты для каждого приложения, вы можете создать виртуальные сети, которые разделяют общие физические ресурсы, но при этом обеспечивают изоляцию и безопасность между приложениями.

2. Управление трафиком и безопасностью

Управление сетевым трафиком и обеспечение безопасности являются жизненно важными задачами в гиперконвергентных системах. Встроенные средства управления трафиком позволяют оптимизировать передачу данных между вычислительными узлами, хранилищем и другими компонентами. Это обеспечивает эффективное использование сетевых ресурсов и минимизацию задержек.

Безопасность в сетевой инфраструктуре гиперконвергентных систем играет важную роль. Сегментация сетей, межсетевые экраны и механизмы обнаружения вторжений обеспечивают защиту от угроз и несанкционированного доступа к данным.

Системы гиперконвергенции могут предоставлять средства контроля трафика, позволяющие настроить приоритеты для определенных видов данных, таких как бизнес-критические приложения. Также, благодаря механизмам микро-сегментации, можно создать строгую изоляцию сетевых сегментов, что уменьшит риски распространения вредоносных программ.

3. Интеграция с облачными ресурсами

Гиперконвергентные системы часто стремятся обеспечить гибкость и масштабируемость, сравнимые с облачной инфраструктурой. Интеграция с облачными ресурсами позволяет создавать гибридные окружения, где часть вычислительной нагрузки или данных могут быть размещены в облаке.

Эффективная сетевая инфраструктура в гиперконвергентных системах играет ключевую роль в обеспечении высокой доступности, производительности и безопасности. Виртуализация сетей, управление трафиком, безопасность и интеграция с облаком делают гиперконвергентные системы более адаптивными и гибкими для современных бизнес-потребностей.

Развивая эту тему дальше, следует также отметить, что интеграция с облачными ресурсами позволяет предприятиям более эффективно использовать ресурсы в зависимости от текущих требований и экономить на капитальных затратах. Однако стоит помнить о вопросах безопасности и соответствия регулирования при передаче данных между локальной инфраструктурой и облаком. Это требует компетентного подхода к архитектуре и управлению ресурсами.

Преимущества гиперконвергентных систем

A. Простота управления

1. Единый интерфейс управления

Одной из ключевых преимуществ ГКС является предоставление единого интерфейса управления всеми компонентами инфраструктуры. Это позволяет администраторам централизованно контролировать вычислительные ресурсы, хранилище данных и сетевую инфраструктуру, не переключаясь между различными инструментами. Единый интерфейс снижает порог вхождения, упрощает обучение и повышает эффективность администрирования.

2. Автоматизация задач администрирования

ГКС обеспечивают высокую степень автоматизации при выполнении административных задач. Это включает в себя автоматическое масштабирование ресурсов в зависимости от текущей нагрузки, автоматизированное резервное копирование и восстановление данных, а также автоматическое обнаружение и устранение сбоев. Автоматизация позволяет снизить риски человеческого фактора и сэкономить время администраторов.

B. Масштабируемость

1. Возможность горизонтального и вертикального масштабирования

ГКС обладают уникальной способностью масштабирования как вертикально, путем увеличения вычислительных ресурсов на отдельном узле, так и горизонтально, через добавление новых узлов в инфраструктуру. Это означает, что организации могут легко адаптироваться к растущим потребностям в ресурсах, масштабируя инфраструктуру в соответствии с требованиями приложений.

2. Добавление ресурсов по мере необходимости

ГКС позволяют гибко управлять ресурсами, добавляя новые узлы и компоненты по мере роста бизнеса. Это предотвращает избыточное использование ресурсов на ранних этапах и обеспечивает более эффективное распределение затрат на IT.

C. Эффективность использования ресурсов

1. Объединение ресурсов в пулы

Одной из ключевых концепций гиперконвергентных систем является объединение вычислительных ресурсов, хранилища и сетевой инфраструктуры в единые пулы ресурсов. Это позволяет увеличить использование ресурсов и снизить избыточность, так как ресурсы могут автоматически перераспределяться в зависимости от потребностей.

2. Динамическое распределение нагрузки

ГКС способны динамически распределять вычислительные и сетевые нагрузки в реальном времени. Это гарантирует равномерное использование ресурсов и предотвращает перегрузки отдельных компонентов системы. Результатом является оптимизированная производительность и более предсказуемая работа приложений.

D. Снижение затрат

1. Уменьшение оборудования и кабельной инфраструктуры

В гиперконвергентных системах вычислительные ресурсы, хранилище данных и сетевая инфраструктура интегрированы в единое решение. Это позволяет сократить количество необходимого оборудования и упростить архитектуру инфраструктуры. Снижение количества компонентов также снижает необходимость в кабельной инфраструктуре и упрощает ее управление.

2. Энергоэффективность и снижение затрат на охлаждение

Сокращение физического оборудования приводит к снижению энергопотребления и, как следствие, уменьшению затрат на электроэнергию и охлаждение. ГКС также способствуют более эффективному использованию ресурсов, что позволяет достигать большей производительности при меньших затратах.

Принцип работы

Разберем более подробно, как именно функционирует гиперконвергентная инфраструктура (ГКИ), используя наш пример компании "TechCo". ГКИ совмещает в себе вычислительные ресурсы, хранилище данных и сетевую инфраструктуру, позволяя им работать как единое целое.

1. Вычислительные ресурсы и виртуализация:

Конечно, давайте более подробно рассмотрим компонент "Вычислительные ресурсы и виртуализация" в контексте гиперконвергентной инфраструктуры.

Вычислительные ресурсы и виртуализация:

В вычислительных ресурсах гиперконвергентной инфраструктуры (ГКИ) ключевую роль играют виртуальные машины (ВМ) и гипервизоры.

1. Виртуальные машины (ВМ):

   Виртуальные машины – это виртуальные экземпляры операционных систем и приложений, которые работают на одном физическом сервере. В ГКИ каждый физический сервер может вмещать несколько ВМ, что позволяет эффективно использовать вычислительные ресурсы.

   Каждая ВМ ведет себя так, как если бы это был отдельный физический сервер. У нее есть своя операционная система, приложения, файловая система и ресурсы (процессор, память, дисковое пространство и т.д.). Виртуальные машины полностью изолированы друг от друга, что обеспечивает безопасность и надежность.

2. Гипервизоры:

   Гипервизор – это программное обеспечение, которое обеспечивает виртуализацию вычислительных ресурсов. Гипервизор позволяет одновременно работать нескольким виртуальным машинам на одном физическом сервере, изолируя их друг от друга.

Существует два основных типа гипервизоров: Тип 1 и Тип 2.

• Тип 1 (без ОС-хоста): Гипервизор устанавливается напрямую на физический сервер и управляет ВМ непосредственно. Он обеспечивает более высокую производительность и безопасность, так как нет промежуточной операционной системы.

• Тип 2 (с ОС-хостом): Гипервизор устанавливается как приложение на операционную систему хоста. Этот тип гипервизора менее производительный, так как операционная система хоста добавляет некоторую нагрузку.

Процесс виртуализации:

Процесс виртуализации начинается с установки гипервизора на физический сервер. Гипервизор занимается управлением ресурсов сервера и разделением их между виртуальными машинами. Он также предоставляет интерфейс для управления ВМ.

Когда создается новая ВМ, гипервизор выделяет для нее необходимые ресурсы – процессорное время, оперативную память, дисковое пространство. Виртуальная машина загружает свою собственную операционную систему и приложения, и она начинает функционировать независимо.

Преимущества виртуализации:

• Эффективное использование ресурсов: Виртуализация позволяет более эффективно использовать аппаратные ресурсы сервера, так как несколько ВМ могут работать на одном физическом устройстве.

• Изоляция и безопасность: Каждая ВМ изолирована от других, что обеспечивает безопасность и защиту данных. В случае сбоя одной ВМ, другие продолжают функционировать.

• Гибкость и управляемость: ВМ могут быть быстро созданы, скопированы, перемещены и удалены, что упрощает управление инфраструктурой.

• Тестирование и разработка: Виртуальные среды позволяют безопасно тестировать новые приложения и конфигурации.

2. Хранилище данных и виртуализация хранения:

Внутри каждого узла в гиперконвергентной инфраструктуре у TechCo есть свое собственное хранилище данных, будь то SSD или HDD. Однако ГКИ добавляет слой виртуализации хранения. Это означает, что данные хранятся в виде виртуальных дисков, которые могут быть перемещены и управляемы централизованно.

Допустим, приложение в одной ВМ требует больше места на диске. Вместо того чтобы добавлять физический диск к серверу, администратор может выделить дополнительное пространство из общего хранилища. Это позволяет более гибко управлять ресурсами хранения и избегать избыточности.

3. Сетевая инфраструктура и виртуальные сети:

Сетевая инфраструктура ГКИ также подвергается виртуализации. Сети компании "TechCo" могут быть разделены на виртуальные сегменты с помощью виртуальных сетей. Виртуальные сети работают на физической сетевой инфраструктуре, но позволяют логически изолировать трафик между разными сегментами.

Предположим, что TechCo имеет различные отделы, и каждый из них использует свои приложения. Виртуальные сети могут быть настроены так, чтобы трафик отделов не пересекался, обеспечивая безопасность и изоляцию. Это удобно с точки зрения администрирования и позволяет избежать возможных конфликтов в сети.

4. Управление централизованно через единый интерфейс:

Как уже упоминалось, гиперконвергентные системы предоставляют единый интерфейс управления. Программное обеспечение ГКИ позволяет администраторам управлять всей инфраструктурой через один интерфейс, что снижает сложность управления и повышает эффективность.

Через этот интерфейс администраторы могут создавать новые ВМ, настраивать ресурсы, управлять хранилищем данных, настраивать сети и многое другое. Он также предоставляет информацию о состоянии узлов и ресурсов, что позволяет быстро выявлять и реагировать на проблемы.

Представим, что TechCo решает развернуть новое приложение для отдела маркетинга. Администратор может создать виртуальную машину с необходимыми ресурсами и установить необходимое программное обеспечение через единый интерфейс. Он также настраивает виртуальную сеть, чтобы обеспечить изоляцию трафика для этого приложения.

После завершения настроек администратор начинает создание, и гиперконвергентная инфраструктура автоматически создает ВМ, выделяет ресурсы, настраивает сеть и готовит ВМ для работы. Все это выполняется в автоматическом режиме, что упрощает и ускоряет процесс развертывания.

Поставщики в области ГКИ

На рынке гиперконвергентной инфраструктуры (ГКИ) существует обширный спектр продуктов от ведущих поставщиков, включая такие компании, как Dell EMC, Nutanix и HPE. Каждый из этих поставщиков предоставляет набор продуктов и программного обеспечения, ориентированных на удовлетворение разнообразных требований к вычислительным ресурсам рабочих нагрузок.

Семейство VxRail от Dell EMC, например, включает в себя пять разнообразных аппаратных платформ.

Серия E: эта платформа с форм-фактором 1U обеспечивает сбалансированные ресурсы для задач машинного обучения и общего использования.

Серия P: данное предложение в форм-факторе 2U ориентировано на высокую производительность и подходит для баз данных и других ресурсоемких рабочих нагрузок.

Серия V: еще одна 2U система, предназначенная для виртуальных рабочих столов и рабочих нагрузок с интенсивным использованием графики.

Серия 2U S: данная платформа сконцентрирована на обеспечении емкости хранения.

Серия 2U G: эта серия предоставляет универсальную аппаратную платформу для обработки ресурсоемких рабочих нагрузок.

В то время как Dell EMC придерживается жестко аппаратно-ориентированного подхода к ГКИ, компания Nutanix следует программному подходу. Основная концепция Nutanix заключается в предоставлении программного слоя, который может обеспечить необходимые для ГКИ функции и в то же время совместим с широким спектром программного и аппаратного обеспечения. Например, Nutanix поддерживает несколько гипервизоров: VMware vSphere, Microsoft Hyper-V и Nutanix Acropolis Hypervisor. Компания также предоставляет специализированные гиперконвергентные устройства NX, но помимо них программное обеспечение Nutanix может использоваться на устройствах от Cisco, HPE, Lenovo, Fujitsu, Inspur, IBM, Intel, Dell EMC и других поставщиков. Таким образом, Nutanix широко рассматривается как платформа ГКИ общего назначения.

Примером является VMware, который предоставляет заказчикам возможность создания собственной гиперконвергентной платформы путем интеграции vSphere, vSAN, NSX и vRealize Suite. Также сходный подход можно применить с использованием Microsoft Windows Server в качестве основы для устройства пользовательской гиперконвергентной инфраструктуры.

HPE, в свою очередь, предлагает платформу SimpliVity HCI. Она обеспечивает баланс между аппаратной и программной частями, используя программное основание для ГКИ, работающее на серверах HPE DL380 Gen10 в качестве общей аппаратной платформы. Этот продукт обещает предоставить производительность корпоративного класса, гарантированную защиту данных и устойчивость к сбоям. К тому же он обладает высоким уровнем автоматизации и аналитики, основанными на платформе аналитики HPE InfoSight.

Помимо крупных игроков, на рынке существует множество мелких поставщиков, стремящихся захватить свою долю в сфере ГКИ. Примерами таких поставщиков являются Ctera Networks Edge X Series, HiveIO Hive Fabric, Pivot3 HCI, Robin Storage, StorMagic SvSAN и Cloudian HyperStore.

Некоторые компании активно экспериментируют с формами дезагрегированных технологий в ГКИ, таких как dHCI или HCI 2.0. В эту категорию входят Datrium, HPE Nimble dHCI и NetApp HCI.

Заключение

В заключение можно подчеркнуть, что гиперконвергентная инфраструктура (ГКИ) является современным и эффективным решением для центров обработки данных. Ее преимущества, такие как легкость развертывания, управление на основе виртуальных машин, масштабируемость, единая система поддержки и многие другие, делают ее идеальным выбором для широкого спектра задач в виртуализации. От консолидации серверов до облачных миграций, ГКИ предоставляет надежную и гибкую основу для современных вычислительных требований.

Еще больше актуальных знаний можно получить на открытых уроках, которые проводят преподаватели Отус — эксперты из разных сфер IT. Заглядывайте в календарь