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データセンターとは

データセンターとは、アプリケーションやサービスの構築、実行、提供、およびそれらに関連するデータの保管と管理に必要なITインフラストラクチャーを収容する、物理的な部屋、建物、または施設のことです。

データセンターは、近年、一企業が独占的に使用する従来のITインフラストラクチャーを収容する、厳重に管理された自社所有のオンプレミス施設から、複数の企業や顧客が共有して使用する仮想化されたITインフラストラクチャーを収容し、クラウドサービス・プロバイダーが所有する遠隔施設または施設のネットワークへと進化しています。

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データセンターの種類

データセンターの施設にはさまざまな種類があり、1社の企業でもワークロードやビジネス上のニーズに応じて、複数の種類を使用する場合もあります。

エンタープライズ(オンプレミス)データセンター

このデータセンター・モデルでは、すべてのITインフラストラクチャーとデータがオンプレミスでホストされています。多くの企業が自社でオンプレミス型のデータセンターを持つことを選択するのは、情報セキュリティをより確実に管理でき、欧州連合一般データ保護規則(GDPR)や米国医療保険の相互運用性と説明責任に関する法律(HIPAA法)などの規制にもより簡単に準拠できると考えているからです。企業のデータセンターでは、導入、監視、管理に関するすべての作業を企業が担当します。

パブリッククラウド・データセンター

クラウド・データセンター(クラウド・コンピューティング・データセンターとも呼ばれます)には、インターネット接続を介して、数十人から数百万人の顧客が共用利用できるITインフラストラクチャー・リソースが収容されています。

最大規模のクラウド・データセンター(ハイパースケール データセンターとも呼ばれています)の多くは、Amazon Web Services(AWS)、Google Cloud Platform、IBM Cloud、Microsoft Azure、Oracle Cloud Infrastructureなどの大手クラウド・サービス・プロバイダーによって運営されています。・実際、大手クラウド・プロバイダーのほとんどは、世界各地で複数のハイパースケール・データセンターを運営しています。通常、クラウド・サービス・プロバイダーは、クラウド顧客(およびクラウド顧客の顧客)の近くで小規模なエッジ・データセンターを運営しています。ビッグデータ分析、人工知能(AI) 、コンテンツ配信アプリケーションなど、リアルタイムでデータ集約型のワークロードの場合、エッジ・データセンターはレイテンシーを最小限に抑え、アプリケーション全体のパフォーマンスと顧客エクスペリエンスを向上させるのに役立ちます。

マネージド・データセンターとコロケーション施設

マネージド・データセンターとコロケーション施設は、オンプレミスでITインフラストラクチャーの一部またはすべてを導入・管理するためのスペース、スタッフ、専門知識を持たないが、パブリッククラウド・データセンターの共有リソースを使用してそのインフラストラクチャーをホストしたくない組織に適した選択肢となります。

マネージド・データセンターの場合、クライアント企業はデータセンター・プロバイダーから専用のサーバー、ストレージ、ネットワーク・ハードウェアをリースし、データセンター・プロバイダーがクライアント企業に代わって管理、監視、運営を担当します。

コロケーション施設の場合、クライアント企業がすべてのインフラストラクチャーを所有し、施設内の専用スペースをリースしてそのインフラストラクチャーをホストします。従来のコロケーション・モデルでは、クライアント企業がハードウェアに単独でアクセスし、その管理に全責任を負うことになります。これはプライバシーとセキュリティの面では理想的ですが、特に停電や緊急事態が発生した場合は現実的ではない場合が多いです。現在、ほとんどのコロケーション・プロバイダーが、希望するクライアント向けに管理および監視サービスを提供しています。

中小企業(SMB)では、遠隔地にあるデータのバックアップや災害復旧テクノロジーに対応するために、マネージド・データセンターやコロケーション施設を利用することが多いです。

データセンターのアーキテクチャー

最新のデータセンター(社内のオンプレミス型データセンターも含む)のほとんどは、従来のITアーキテクチャーから進化しています。従来のITアーキテクチャーでは、すべてのアプリケーションやワークロードが自社専用のハードウェア上で実行されていましたが、クラウド・アーキテクチャーでは、物理的なハードウェア・リソース(CPU、ストレージ、ネットワーク)が仮想化されています。仮想化により、これらのリソースを物理的な限界から抽象化し、複数のアプリケーションやワークロードで必要なだけ割り当てできる容量にまとめることができます。

また、仮想化により、Software-Defined Infrastructure(SDI)が可能になります。SDIとは、人間による介入なしに、プログラムによってプロビジョニング、構成、実行、保守、そして「スピンダウン」ができるインフラストラクチャーです。

クラウド・アーキテクチャーとSDIの組み合わせは、データセンターとそのユーザーに以下のような多くの利点をもたらします。

  • コンピューティング、ストレージ、ネットワーク・リソースの最適な活用。仮想化によって、企業やクラウドは最小限のハードウェアで最大限のユーザーにサービスを提供することができ、未使用またはアイドル状態の容量を最小限に抑えることができます。

  • アプリケーションとサービスを迅速に導入します。SDIの自動化により、新しいインフラストラクチャーのプロビジョニングは、セルフサービス・ポータルからリクエストを出すのと同じくらい簡単になりました。

  • 拡張性。仮想化されたITインフラストラクチャーは、従来のITインフラストラクチャーよりもはるかに簡単に拡張できます。オンプレミス型のデータセンターを利用している企業でも、必要に応じてワークロードをクラウドにバーストさせることで、必要に応じて容量を追加できます。

  • さまざまなサービスとデータセンターによるソリューション。企業やクラウドは、同じインフラストラクチャーからITを利用・提供するためのさまざまな方法をユーザーに提供できます。ワークロードの要求に基づいて選択が行われ、IaaS(Infrastructure as a Service )PaaS(Platform as a Service)SaaS(Software as a Service)などがあります。これらのサービスは、プライベート・データセンターで提供することも、プライベートクラウドパブリッククラウドハイブリッドクラウドマルチクラウド環境のクラウド・ソリューションとして提供することもできます。

  • クラウドネイティブ環境。 コンテナ化サーバーレス・コンピューティング、そして堅牢なオープンソースのエコシステムにより、 DevOpsサイクルとアプリケーションの最新化を実現して加速させると同時に、一度開発すればどこにでもデプロイできるアプリが可能になります。

データセンターのインフラストラクチャー・コンポーネント

サーバー

サーバーは、アプリケーション、サービス、データをエンドユーザーのデバイスに配信する強力なコンピューターです。データセンターのサーバーには、いくつかのフォーム・ファクターがあります。

  • ラックマウント型サーバーは、幅が広くて平らなスタンドアロン型のサーバーで、小さなピザ・ボックスほどの大きさです。ラックに積み重ねて設置してスペースを節約できるように設計されています(タワー型サーバーやデスクトップ・サーバーとの比較)。各ラックマウント型サーバーには、通常のプロセッサー、メモリー、ストレージに加えて、独自の電源、冷却ファン、ネットワーク・スイッチ、ポートが備わっています。

  • ブレード・サーバーは、さらにスペースを節約できるように設計されています。各ブレードには、プロセッサー、ネットワーク・コントローラー、メモリ、場合によってはストレージが搭載されており、複数のブレードを収容できるシャーシに収まるように作られています。シャーシ内のすべてのブレードの電源、ネットワーク管理、その他のリソースを備えています。

  • メインフレームは、複数のプロセッサーを搭載した高性能コンピュータで、ラックマウント型サーバーやブレード・サーバーを部屋いっぱいに並べた場合と同等の処理能力を備えています。初めて仮想化が可能になったコンピューターであるメインフレームは、数十億の計算とトランザクションをリアルタイムで処理できます。

フォーム・ファクターの選択は、データセンター内で利用可能なスペース、サーバー上で実行されるワークロード、利用可能な電力、コストなど、多くの要因によって決まります。

ストレージ・システム

ほとんどのサーバーには、DAS(Direct Attached Storage)と呼ばれるローカル・ストレージ機能が組み込まれており、最も頻繁に使用されるデータ(ホット・データ)をCPUの近くに保持できます。

その他のデータセンターのストレージ構成には、ネットワーク接続ストレージ(NAS)とストレージ・エリア・ネットワーク(SAN)の2つがあります。

NASは、標準的なイーサネット接続を介して複数のサーバーにデータ・ストレージとデータ・アクセスを提供します。NASデバイスは通常、複数のストレージ・メディア(ハードディスク・ドライブ(HDD)やソリッドステート・ドライブ(SSD)など)を搭載した専用サーバーです。

NASと同様に、SANでも共有ストレージが可能ですが、SANではデータ用に別のネットワークを使用し、複数のストレージ・サーバー、アプリケーション・サーバー、ストレージ管理ソフトウェアをより複雑な組み合わせで構成します。

単一のデータセンターでは、DAS、NAS、SANの3つのストレージ構成すべてと、ファイル・ストレージブロック・ストレージオブジェクト・ストレージの各タイプを使用できます。

ネットワーキング

データセンターのネットワークは、さまざまなタイプのスイッチ、ルーター、光ファイバーで構成されており、サーバー間のネットワーク・トラフィック(East-Westトラフィック)と、サーバーとクライアント間のトラフィック(North-Southトラフィック)を伝送します。

前述のように、データセンターのネットワーク・サービスは通常、仮想化されています。これにより、ネットワークの物理インフラストラクチャーの上に構築されたソフトウェア定義のオーバーレイ・ネットワークを作成して、特定のセキュリティ管理やサービスレベル契約(SLA)に対応できるようになります。

電源とケーブルの管理

データセンターは、あらゆるレベルで常時稼働している必要があります。ほとんどのサーバーには、二重電源が装備されています。バッテリー駆動の無停電電源装置(UPS)は、電力サージや短時間停電から設備を保護します。より深刻な停電が発生した場合には、強力な発電機が作動する場合があります。

何千台ものサーバーがさまざまなケーブルで接続されているため、ケーブル管理はデータセンターの設計において重要な懸念事項になります。ケーブル同士が近すぎるとクロストークが発生し、データの転送速度や信号伝送に悪影響を及ぼす可能性があります。また、ケーブルを詰め込み過ぎると過剰な熱が発生する可能性もあります。データセンターの建設や拡張を行う際には、建築基準法と業界標準を考慮して、ケーブル配線の効率性と安全性を確保する必要があります。

冗長性と災害復旧

データセンターのダウンタイムは、データセンター・プロバイダーとその顧客の双方にとってコストがかかるもので、データセンターのオペレーターや設計者はシステムのレジリエンスを高めるために多大な労力を費やしています。これらの対策には、ストレージ・メディアの故障によるデータ損失や破損を防ぐためのRAID(Redundant Arrays of Independent Disks)から、一次冷却システムに障害が発生した場合でもサーバーを最適な温度で稼働させ続けるバックアップ・データセンターの冷却インフラストラクチャーに至るまで、あらゆるものが含まれます。

多くの大手データセンター・プロバイダーは、地理的に離れた地域にデータセンターを設置しているため、ある地域で自然災害や政治的混乱が発生した場合でも、サービスを中断することなく、オペレーションを別の地域にフェイルオーバーできます。

Uptime Institute社(ibm.com外部へのリンク)は、データセンターの冗長性とレジリエンスの評価に4段階のシステムを使用しています。

  • Tier I - 無停電電源装置(UPS)や24時間365日稼働の冷却装置などといった基本的な冗長容量コンポーネントを提供し、オフィス環境やそれ以上のIT運用をサポートします。

  • Tier II -発電機やエネルギー貯蔵装置などの冗長電源および冷却サブシステムを追加して、中断に対する安全性を向上させます。

  • Tier III — 他のデータセンターとの差別化を図るため、冗長コンポーネントを追加します。Tier IIIの施設では、設備の保守や交換が必要な場合に操業を停止する必要はありません。

  • Tier IV-複数の独立した物理的に隔離された冗長容量コンポーネントを導入することでフォールト・トレランスを向上させ、設備に障害が発生してもITオペレーションに影響を与えないようにします。

環境制御

データセンターは、ハードウェアに損傷を与え、コストのかかるダウンタイムや深刻なダウンタイムにつながる可能性のある環境要因(そのほとんどは相互に関連しています)を制御できるように設計・装備されている必要があります。

温度:ほとんどのデータセンターでは、サーバーやその他のハードウェアを適切な温度範囲で稼働させるために、空冷と液冷を組み合わせた冷却方式を採用しています。空冷は基本的に空調で、具体的にはサーバー・ルーム全体、または特定のサーバー列やラックを対象としたコンピューター・ルーム空調(CRAC)を指します。液冷テクノロジーは、プロセッサーに直接液体を送り込むか、場合によってはサーバーを冷却液に浸します。データセンター・プロバイダーは、エネルギー効率と持続可能性を高めるために液冷方式を採用するようになっています。液冷方式は空冷よりも電力と水の必要量が少ないからです。

湿度:湿度が高いと装置が錆びる可能性があり、湿度が低いと静電気サージのリスクが高まります(下記参照)。湿度制御装置には、前述のCRACシステム、適切な換気、湿度センサーなどがあります。

静電気:わずか25ボルトの静電放電であっても、設備に損傷を与えたり、データが破損したりすることがあります。データセンターの施設には、静電気を監視し安全に放電する設備が備えられています。

火災:理由は言うまでもありませんが、データセンターには防火設備を備え、定期的にテストを行う必要があります。

 

 

 

 

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