TRABAJO FINAL INTEGRADOR
DISEÑO DE UN DATA CENTER
TEMA: Diseño de un Centro de Procesamiento de Datos Datacenter
TIER 4
INTEGRANTES:
DOCENTE: ING. OSCAR ALFREDO BEGAZO ARENAS
CURSO: GESTIÓN DE DATA CENTER (7837)
AREQUIPA - 2020
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Data Center Tier 4 para la implemetación, Monografías, Ensayos de Ingeniería del Software
Trabajo final de propuesta de un Data Center tier V
Tipo: Monografías, Ensayos
2019/2020
1 / 36
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TRABAJO FINAL INTEGRADOR
DISEÑO DE UN DATA CENTER
TEMA: Diseño de un Centro de Procesamiento de Datos Datacenter
TIER 4
INTEGRANTES:
DOCENTE: ING. OSCAR ALFREDO BEGAZO ARENAS
CURSO: GESTIÓN DE DATA CENTER (7837)
AREQUIPA - 2020
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
Hoy en día la tecnología avanza a pasos agigantados ya casi todo esta automatizado, las empresas pequeñas, para crecer o seguir en el mundo de los negocios tienen que automatizar sus procesos, es por eso que para este competitivo mundo de los negocios, la gestión de la información se ha convertido en un factor primordial para el crecimiento y desarrollo de las empresas en los diversos sectores económicos.
Este crecimiento de la tecnológica y los cambios que sufren estas para ser más competitivas, hace que las empresas actualmente manejan grandes volúmenes de información, entonces es necesario y fundamental que tengamos esta información disponible y oportuna en el momento que sea requerida. Para hacer posible todo esto, va a ser necesario la implementación en las empresas de un Centro de Datos, que será la inversión estratégica que garantice capacidad de procesamiento de los datos, estabilidad y seguridad, con la finalidad de proteger su activo más valioso que es la información.
El mercado de Centros de Datos en el Perú está aún en desarrollo, un desarrollo más lento de lo esperado sobretodo en el sector público; el mercado no se ha desarrollado adecuadamente debido a la falta de conocimiento especializado en diseño, eficiencia energética, enfriamiento, administración de infraestructura y operaciones críticas.
Potencialmente puede crecer significativamente en los próximos años ya que se han anunciado inversiones importantes para la construcción de Centros de Datos para servicios entre ellos los dos de la SUNAT y otros de grandes operadores que ya lo han anunciado entusiastamente.
En el presente proyecto se plantea un modelo de Data Center Tier 4, basado en la estandarización mundial EIA/TIA 942, con el cual se satisfacen las necesidades relacionadas con el almacenamiento y procesamiento de datos de una empresa. Se desarrollara el diseño de un Data Center Tier IV a nivel de infraestructura en los sistemas: eléctrico, climatización, comunicaciones y seguridad física.
Planteamiento del problema En la actualidad muchas de las empresas cuentan con espacios informáticos donde los equipos se encuentran almacenados sin ningún cuidado, tampoco existen controles de acceso a estos lugares, tienen información crítica de la empresa sin las adecuadas medidas de seguridad, estando en un riego alto de perder información que podría causar graves problemas en la empresa.
Debido a que no se tiene las condiciones necesarias para albergar los equipos de tecnología se los ha colocado en diferentes sitios que no son adecuados para mantener la disponibilidad de los mismos, esto ha provocado fallos constantes en la red interna, tiempos altos en la atención del soporte técnico, pérdida de grabaciones en cámaras, mala administración de recursos, riesgos latentes de pérdida de información, afectación a aplicaciones internas dentro de la empresa, etc.
A lo anterior se le suma la sobrecarga de los servidores, ya que en ellos se ejecutan aplicaciones que consumen muchos recursos y disminuyen el rendimiento de estos, haciendo claridad en que los equipos usados como servidores en realidad son equipos de cómputo no ideales para las tareas que les asignan.
Objetivos General
Realizar un diseño de un Data Center nivel IV teniendo como base la norma TIA-942. Específicos
Realizar un diseño que cumpla con la disponibilidad del 99.995% en cada uno de sus subsistemas acorde a los parámetros de un Data Center TIER IV. Efectuar un diseño que contemple a nivel de infraestructura los siguientes subsistemas: Infraestructura, Eléctrico, Climatización, Comunicaciones, Seguridad Física. Diseñar un Data Center que considere un dimensionamiento apropiado para las densidades altas de servidores en potencia y refrigeración. Definir el funcionamiento técnico del Data Center en el nivel TIER IV. Realizar el diseño de las soluciones propuestas.
Justificación Los centros de cómputo externos (Data Center) se encargan de aprovisionar a las empresas una solución completa a nivel de tecnología que economiza recursos, proporciona una alta disponibilidad en los servicios tecnológicos de una empresa y por ende un plan de continuidad al negocio evitando al mínimo la pérdida de información, depende de las necesidades de cada cliente los servicios que se pueden optar en un Data Center.
El Nivel 4 está destinado a grandes corporaciones u organizaciones y proporciona el más alto nivel de tiempo de actividad, es decir, el porcentaje del año en que la instalación está en funcionamiento sin problemas de energía u otros problemas. Si bien muchas empresas lo venderán en el tiempo de actividad, otras utilizarán el término disponibilidad. La diferencia es semántica: algunas empresas cuentan su mantenimiento anual en el tiempo de actividad y aumentan la disponibilidad. Sin embargo, con el Nivel 4, no debería haber tiempo de inactividad.
No todas las organizaciones pueden darse el lujo o la necesidad de realizar la gran inversión requerida para un centro de datos de nivel 4. Las empresas que sí necesitan el
- Incluye piso elevado, UPS y generador.
- Plazo de implementación: 3 meses.
- Tiempo de inactividad anual: 28,82 horas.
- Plazo de implementación: 3 a 6 meses.
- Tiempo de inactividad anual: 22,0 horas.
- El mantenimiento de la alimentación y otras partes de la infraestructura requieren de un cierre de procesamiento.
TIER III- Nivel III (Mantenimiento concurrente)
- Disponibilidad 99,982 %.
- Interrupciones planificadas sin interrupción de funcionamiento, pero posibilidad de problemas en las no previstas.
- Múltiples accesos de energía y refrigeración, por un solo encaminamiento activo. Incluye componentes redundantes (N+1).
- Plazo de implementación: 15 a 20 meses.
- Tiempo de inactividad anual: 1,6 horas.
TIER IV- Nivel IV (Tolerante a errores)
- 99,995 % de disponibilidad.
- Interrupciones planificadas sin interrupción de funcionamiento de los datos críticos. Posibilidad de sostener un caso de improviso sin daños críticos.
- Múltiples pasos de corriente y rutas de enfriamiento. Incluye componentes redundantes. Incluye componentes redundantes (2(N+1))- 2 UPS cada uno con redundancia (N+1).
- Plazo de implementación: 15 a 20 meses.
- Tiempo de inactividad anual: 0,4 horas.
TIER IV Este Data Center provee capacidad para realizar cualquier actividad planeada sin interrupciones en las cargas críticas, pero además la funcionalidad tolerante a fallas le permite a la infraestructura continuar operando aun ante un evento crítico no planeado. Esto requiere dos líneas de distribución simultáneamente activas, típicamente en una configuración system + system; eléctricamente esto significa dos sistemas de UPS independientes, cada sistema con un nivel de redundancia N+1. La carga máxima de los sistemas en situaciones críticas es de 90% y persiste un nivel de exposición a fallas, por el inicio una alarma de incendio o porque una persona inicie un procedimiento de apagado de emergencia o Emergency Power Off (EPO), los cuales deben existir para cumplir con los códigos de seguridad contra incendios o eléctricos. La tasa de disponibilidad máxima del Data Center es 99.995% del tiempo. Estos porcentajes deben considerarse como el promedio de cinco años. Hay que tener en cuenta que para un tier IV se contempla que la única parada que se produce es por la activación de un EPO y esto sólo sucede una vez cada cinco años. No obstante, para la exigencia que demanda un Tier IV algunas empresas u organizaciones manifiestan necesitar una disponibilidad de “cinco nueves”, esto significa un 99,999% de disponibilidad. Esto es poco más de cinco minutos anuales sin sistemas. Como podemos ver estamos frente al nivel más alto de TIER según el estándar TIA942 y este representan un nivel de disponibilidad muy superior al resto. La implementación de un TIER nivel IV depende mucho del tipo de rubro al que se dedique la empresa, ya que estas prestaciones pueden no ser muy relevantes para una empresa que no se dedique al campo de la TI, además cabe resaltar que la implantación y
mantenimiento de estos Data center requieren un costo muy elevado, que muy pocas empresas u organizaciones puedan pagar.
Sistema Eléctrico El sistema de red eléctrica es uno de los puntos más del correcto funcionamiento de un Data Center, como comenta German Pacio (2014), al momento de elegir la ubicación del futuro Data Center se tiene que tener muy en cuenta que dicho espacio cuente con el fluido eléctrico necesario para el funcionamiento de los equipos. Pues los equipos del Centro de datos deben trabajar de forma constante y sin ninguna interrupción debido a la importancia crítica de esta área. También agrega que se tienen que contar con planes de contingencia que permitan evitar inconvenientes con las conexiones. Se debe medir el consumo del Data Center y tener en cuenta su crecimiento en un futuro periodo de tiempo, pues muchas veces los proveedores de energía eléctrica no proporcionan la cantidad suficiente para el funcionamiento del Centro de Datos. Por último, agrega un punto interesante, según el autor la importancia de un correcto diseño de las instalaciones eléctricas puede significar un coste significativo ya que en caso se desee realizar cambios cuando el Data Center está en funcionamiento podría llevar a tener un costo diez veces superior. También Pacio (2014) nos menciona los siguientes elementos eléctricos que nos podemos encontrar en un Data Center:
- Transformadores: se utilizan para subir o bajar voltaje según la configuración del Data Center. Si el trasformador es muy grande, según las especificaciones del fabricante. Generalmente se coloca fuera de la superficie del Data Center (porque genera calor y es un foco de incendio potencial).
- Tablero eléctrico principal: es el elemento receptor del flujo eléctrico que ingresa al Data Center por medio de la red eléctrica suministrada por el proveedor. El tablero tiene como función proporcionar información y subdistribuir hacia el interior la energía eléctrica.
- Subpaneles (circuitbreaker): sirven para distribución para grandes aéreas, de manera que permiten hacer tareas de mantenimiento sin tener que interrumpir el suministro eléctrico. Pueden soportar distintos voltajes según las necesidades desde 480V hasta 120V.
- Unidades de Distribución de Energía (PDU): es un dispositivo que distribuye energía eléctrica. También se utilizan para transformar el voltaje y amperaje para reducirlo a niveles más bajos y más útiles, por ejemplo, de corriente monofásica de 220V 30A a enchufes múltiples de 110V 15A o de 110V 20A. También puede transformar de trifásica a 220V 30 A.
- Tomas: son las fichas de entrada que permiten conectar los equipos a la red eléctrica y que están conectadas en cada Rack. Existe una gran cantidad de fichas distintas que varían según las regulaciones eléctricas de cada país, cambian en la forma de sus conectores, el voltaje y el amperaje que toleran.
- Fichas eléctricas: existen cientos de fichas para conectar los equipos a la red eléctrica, que principalmente dependen de la reglamentación del país en cuanto a la tensión suministrada 110/125/200/220/250V y el amperaje requerido por el dispositivo 10/15/20/30/50/60a.
- UPS (Sistema de Alimentación Ininterrumpida): es una fuente de suministro eléctrico que es alimentada por una batería cuyo fin es seguir dando energía a dispositivos de misión crítica en el caso de interrupción eléctrica, con un tiempo de respuesta < a 250 milisegundos. De dicha forma, se asegura la continuidad de funcionamiento. Las UPS se
Localizada centralmente dentro del CR.
Evitar que el cable sobrepase la distancia límite.
Usado para dar servicio a las áreas de equipo cuando la HC no está en el MDA.
Típicamente incluye switches para:
LAN, SAN y KVM. Sirve el equipo en el EDA.
Mínimo un HDA por piso.
Puede ser un cuarto dedicado para incrementar la seguridad.
Soporte a múltiples organizaciones. Considerar servicios dedicados de HVAC, PDU y paneles del UPS.
Mismos requerimientos mecánicos, arquitectónicos y eléctricos que el cuarto de cómputo.
3.-Área de distribución de equipo.
Área para la colocación de equipo terminal.
Sistemas de cómputo y equipo de telecomunicaciones.
No debe servir para los siguientes propósitos:
Cuarto de acometida MDA HDA
4.-Área de distribución zonal.
Punto de interconexión opcional
Dentro del cableado horizontal
Localizado entre el HDA y el EDA para permitir:
Reconfiguración frecuente. Más flexibilidad.
Limitado a 288 conexiones de coaxial o de par trenzado.
No se deben utilizar conexiones cruzadas en el ZDA.
Sin equipo activo en el ZDA.
Con excepción de equipo de energía DC.
Sistema Seguridad Física La seguridad física de la data centers implica proteger la infraestructura crítica de amenazas externas o intrusiones que atenten contra las actividades de una empresa. Elementos de alto valor y sumamente importantes, tales como servidores, switches y unidades de almacenamiento.
1.-Seguridad perimetral – primera capa
El principal objetivo de esta capa de protección de la data center se basa en las tres D’s: detener, detectar y demorar.
Existen varios ejemplos de barreras que pueden ser utilizadas para proteger al Data Center bajo esta primera capa, desde los elementos más convencionales como bardas o cercas, hasta los métodos más sofisticados como fosas con cocodrilos (si, los animales de verdad). Todo depende del enfoque y el tipo de empresa, por lo general encontraremos métodos más complejos en instituciones bancarias y en compañías que brindan su data center como servicio a terceros.
2.-Seguridad de las instalaciones – segunda capa
El objetivo de esta segunda capa de protección se centra en restringir el acceso en caso de que se presente una violación en el perímetro. La vigilancia en los interiores, sistemas de identificación y métodos de verificación, son algunos de los elementos esenciales en esta capa de protección física.
El tipo de instalación dictará los niveles necesarios de seguridad en relación al balance que se debe considerar entre la seguridad requerida y la experiencia de las visitas. Por ejemplo, un sistema tan drástico o complejo no sería necesario en una sede corporativa ya que resultaría inapropiado que un alto ejecutivo o cliente sea expuesto a “trampas humanas”.
3.-Seguridad de la sala de ordenadores – tercera capa
El objetivo de esta tercera capa de seguridad física es restringir el acceso a través de múltiples métodos de verificación, monitorear todos los accesos autorizados y contar con redundancia energética y de comunicaciones.
El acceso a la sala de ordenadores de un Data Center está restringido a un pequeño grupo de personas. Existen diversos métodos para restringir el acceso a esta área, y estos pueden ser clasificados en base a su nivel de confiabilidad:
4.-Seguridad a nivel de racks – cuarta capa
Esta última capa de seguridad es particularmente importante y efectiva para minimizar las amenazas internas. La mayoría de los Data Center enfocan su atención en las primeras tres capas de seguridad, pero la ausencia de control en los racks puede resultar en una costosa fuga de información causada por un empleado con malas intenciones.
Norma TIA - La norma TIA-942 fue hecha para especificar la manera de cómo diseñar la infraestructura de un Data Center cubriendo áreas como distribución del espacio, del cableado y consideraciones del ambiente apropiado.
El propósito del estándar TIA 942 es proveer una serie de recomendaciones y normativas para el diseño e instalación de un Data Center. La intención es que sea utilizado por los diseñadores que necesitan un conocimiento acabado de los sistemas a implementar en un Centro de Datos de acuerdo a las mejores prácticas.
El estándar TIA 942 y la categorización de tiers se encuentran en pleno auge en América Latina. Esto es bueno porque lleva al replanteo de las necesidades de infraestructura de una manera racional y alineada con las necesidades propias de disponibilidad del negocio en que se encuentran las organizaciones.
La Norma TIA942, especifica que el ambiente debe ser segmentado en áreas funcionales, para tener una mejor gestión del espacio y poder agrupar los equipos según su funcionalidad y tiene el siguiente orden:
a) Área de distribución principal (MDA)
Es donde se concentra toda terminación del Backbone (cableado vertical), además de alojar los equipos de core, como los Routers, Switch de LAN o PBX.
b) Área de distribución horizontal (HDA)
Es donde se encuentran los equipos activos propios del piso al que sirven como Switch.
c) Área de distribución de equipos (EDA) Son los gabinetes o bastidores que contienen los Patch panels correspondientes a las terminaciones del cableado horizontal de dicho piso.
d) Área de distribución zonal (ZDA) Es un área opcional, en donde se colocan los equipos que no deben permitir terminaciones en el Patch Panel, sino más bien conectarse directamente a los equipos de distribución. Por ejemplo, es el caso de los servidores, éstos se conectan directamente a los Switch sin tener que pasar por el Patch Panel.
Esto permite una mayor facilidad de escalabilidad, pues al querer aumentar algún equipo adicional al Centro de Datos, ya se tendría un lugar específico en el cual ubicarlos. Lo que ayuda mucho en el orden y minimizar espacio tiempos al momento de agregar nuevos equipos o de reorganizarlos.
INFRAESTRUCTURA
Principios de diseño: Los 04 Componentes de un Datacenter Como primer punto a tener en cuenta de Infraestructura es definir la ubicación geográfica del Centro de Datos. Tener en cuenta los riesgos (zona de catástrofes naturales, robos, incendios) a los que podría estar expuesto el terreno y la disponibilidad infraestructura disponible en las cercanías (energía eléctrica, centrales de telecomunicaciones, etc.). Como solución a esta problemática se generó un consentimiento para generar un estándar internacional con el objetivo de orientar a las empresas en el diseño e instalación de un Data Center. Como ya se mencionó con antelación en capítulos anteriores TIA 942 es el estándar internacional, formado por la TIA (Telecommunication Industry Association), y entrega las especificaciones de los 4 pilares de un Data Center:
- Arquitectura (cableado de racks, acceso redundante, cuarto entrada, área distribución).
- Mecánica (seguridad física, protección de incendios).
- Eléctrica (sistemas de UPS, generadores, puesta a tierra).
- Comunicaciones (redundancia de enlaces, tipos de infraestructura física de cobre y de fibra óptica).
Tabla 1 4 componentes de un Data Center Telecomunicaciones Arquitectura Eléctrica Mecánica Cableado de racks Selección del sitio Cantidad de accesos Sistemas de climatización
Accesos redundantes Tipo de construcción Puntos únicos de falla Presión positiva
Cuarto de entrada Protección ignífuga Cargas críticas Cañerías y drenajes Área de distribución Requerimientos NFPA 75
Redundancia de UPS Chillers
Backbone Barrera de vapor Topología de UPS CRAC´s y condensadores
Cableado horizontal Techos y pisos PDU’s Control de HVAC
Elementos activos Área de oficinas Puesta a tierra Detección de incendio redundantes
Alimentación redundante
NOC EPO (Emergency Power Off)
Sprinklers
Patch panels Sala de UPS y baterías Baterías Extinción por agente limpio (NFPA 2001)
Patch cords Sala de generador Monitoreo Detección por aspiración (ASD)
Documentación Control de acceso Generadores Detección de líquidos
CCTV Transfer switch Nota. Recuperado de TIA 942.
Hay que tener en cuenta que, si uno de dichos 4 pilares falla, el resto también se verá afectado. Los 4 pilares deben recibir el mismo cuidado, pues cada uno depende del siguiente, formando un solo conjunto. Esto permite entender la gran amalgama de especialistas que dependen unos de otros para un correcto diseño y futuro funcionamiento del Centro de Datos. Además, cabe resaltar que dichos especialistas deben conocer muy bien los requerimientos de la organización para poder identificar las necesidades que el Data Center requiera. Dimensionamiento de tiempo, espacio y costos Tiempo:
A nivel general los tiempos y actividades para el desarrollo del Diseño de la solución de la data center se realizara como podemos ver en la tabla 2:
Figura 2: Plano del Diseño de Data Center 1
Fuente: Elaboración Propia.
Figura 3: Plano del Diseño de Data Center 2
Fuente: Elaboración Propia.
Diseño Rack Comunicaciones De acuerdo a lo dimensionado en el análisis de factibilidad se debe colocar un rack dentro de la sala asignada, el mismo que alojará los equipos del Centro de Datos.
Para la implementación del rack de comunicaciones se colocará un rack que tenga 42 unidades, por el momento se ubicará:
Rack de comunicaciones: Rack de servidor NetShelter SX 42U Altura de Racks: 42U Precio: S/. 6123.
Figura 4: Rack de servidor NetShelter SX 42U
Cisco SG550X-24P
Router:
Cisco 881-K
Altura de Racks: 1U de Rack
Precio: S/. 3000
Figura 8: Cisco 881-K
Consola LCD
17" Rack LCD Console
Altura de Racks: 1U de Rack
Precio: 6656.
Figura 9: 17" Rack LCD Console
X2 Patch Panel
APC CAT 6 Patch Panel, 48 port
Altura de Racks: 2U de Rack
Precio: 1558.
Figura 10: APC CAT 6 Patch Panel, 48 port
El rack a colocarse considera el factor de crecimiento que tenga la empresa a futuro puesto que incrementará sus recursos a nivel de servidores que se deberán instalarse en el rack, por ende, se deja medio rack para instalaciones futuras.
ELÉCTRICO El sistema eléctrico es uno de los puntos más vitales en cuanto al correcto funcionamiento de un Data Center, pues este es el encargado de suministrar la cantidad necesaria de energía eléctrica para que el desempeño de los diversos equipos del Data Center sea óptimo. Además, es el encargado de garantizar la continuidad de los servicios brindados por el centro de datos en caso se genere un fallo o corte fortuito del servicio de energía eléctrica de la ciudad en la que se localiza el Data Center. Por otra parte, se debe de tener especial cuidado en la instalación eléctrica, ya que el diseño deberá contemplar la capacidad, crecimiento, mantenimiento y redundancia de la instalación, ya que la carga eléctrica del Data Center seguramente se incrementará con el paso del tiempo. Es muy recomendable el proyectar los requisitos de potencia para la carga crítica pensando en las instalaciones futuras, es decir, haciendo una proyección de 5 a 10 años, sin embargo, nuca se debe dejar de lado las necesidades de empresa y que tan significativa es la importancia del centro datos para la misma.
Principio de Diseño El sistema de alimentación eléctrico para el Data Center tiene una redundancia de 2(N+1), con relación a los elementos proveedores de energía eléctrica (grupos electrógenos, UPS). El sistema de energía debe ser Ininterrumpido con sistemas redundantes, supresores de altos y bajos voltajes. Se debe contar con 4 sistemas de UPS de respaldo por baterías que actúen ante la conmutación o corte del servicio eléctrico. El sistema eléctrico debe contar con sistemas de transferencias automáticos para de minimizar el impacto ante eventos fortuitos o programados. El sistema debe contar con sistemas redundantes de tableros de distribución principal.