
Rozwój sieci internetowej sprawił, że zwykły PC, który 30 lat temu w przeważającej mierze służył jako urządzenie do rozrywki lub zaawansowana maszyna do pisania, ewoluował w „elektroniczną skrzynkę”, która umożliwia wymianę informacji ze specjalizowanymi komputerami – serwerami. Te ostatnie z kolei, rozdzielono na poszczególne funkcje (np. serwery poczty, www, aplikacji) i zgromadzono w wydzielonych pomieszczeniach, czyli serwerowniach.
Organizacja urządzeń w szafie rack
Truizmem byłoby stwierdzenie, że najważniejszymi urządzeniami w serwerowni są serwery. Nie są to jednak jedyne urządzenia związane z danymi komputerowymi, które znajdują się w tym pomieszczeniu. W każdej standardowej serwerowni znajdują się również panele krosownicze, organizery kabli, listwy rackowe, urządzenia sieciowe, macierze dyskowe i UPS. Najczęściej zarówno serwery, jak i urządzenia elektroniczne wspomagające ich pracę montuje się w tzw. szafach kolokacyjnych RACK – zamkniętych, częściowo zamkniętych lub w postaci regałów RACK. Większość urządzeń jest zestandaryzowana i montuje się je bezpośrednio na szynach lub półkach. Nie istnieje jedyny słuszny sposób montowania urządzeń w szafie, ponieważ każda sieć jest inna, różnią się też od siebie serwerownie, wymagania inwestorów, założenia co do rozwoju sieci oraz budżet przeznaczony na infrastrukturę informatyczną. W jednym przypadku słuszny i uzasadniony będzie montaż w osobnych szafach urządzeń tego samego rodzaju, w drugim – inny podział fizyczny elementów sieci. Istnieje jednak kilka uniwersalnych zasad, których warto przestrzegać w każdym przypadku:
- przeprowadzenie instalacji w taki sposób, żeby był jak najłatwiejszy dostęp do urządzeń,
- instalacja najcięższych urządzeń nisko w szafie,
- urządzenia o podobnej głębokości powinny sąsiadować ze sobą,
- wyposażenie powinno być zainstalowane w taki sposób, żeby przewody były jak najkrótsze.
Jak zbudować niewielką serwerownię?
Wydawać by się mogło, że wstawienie kilku szaf serwerowych do pomieszczenia nie powinno nastręczać wielu trudności. I rzeczywiście, w przypadku niewielkiej serwerowni, niemal każde pomieszczenie można dostosować do wymagań sprzętu elektronicznego, biorąc pod uwagę zaledwie trzy parametry:
- wielkość powierzchni do zabudowy serwerów,
- moc elektryczną wystarczającą do zasilania serwerów,
- odpowiedni obieg powietrza w celu odbioru ciepła generowanego przez układy scalone.
Projektując serwerownię, należy wyjść od danych związanych ze sprzętem, który ma w niej zostać zainstalowany. Każde urządzenie ma swoje miejsce w szafie sterowniczej lub na stojaku, a te z kolei zajmują określoną powierzchnię podłogi. Jeśli dodamy do tego standard ustawiania szaf w rzędach bokami do siebie oraz naprzemiennie (w jednym korytarzu szafy zwrócone do siebie frontami, w kolejnym tyłami), miejsce na komunikację i uwzględnimy ewentualnie inne czynniki, otrzymamy minimalną powierzchnię zabudowy serwerowni. Podobnie dostosować należy moc elektryczną uzależnioną od konkretnych rozwiązań w danej serwerowni oraz odpowiednią wentylację zarówno samych urządzeń i szaf, jak i pomieszczenia – najczęściej wiąże się to z instalacją klimatyzacji w pomieszczeniu serwerowni.
Istotny czynnik – temperatura
Podwyższona temperatura to czynnik wysoce niepożądany w elektronice. Półprzewodniki, z których wykonane są układy scalone, po przekroczeniu pewnego progu temperaturowego ulegają nieodwracalnym uszkodzeniom i nie nadają się już do użytku. Producenci urządzeń elektronicznych, aby zapobiec temu zjawisku, wyposażają urządzenia w systemy odcinające zasilanie – po osiągnięciu temperatury krytycznej, dany układ zostaje natychmiast odcięty, co z kolei jest niepożądane ze względu na potrzebę zachowania ciągłości pracy serwerowni. Dlatego system chłodzenia urządzeń elektronicznych to kwestia istotna w każdej serwerowni. Popularną metodą radzenia sobie z tym problemem jest rozdział obiegu powietrza wewnątrz szafy oraz wokół niej w taki sposób, żeby schłodzone powietrze wprowadzane było z jednej strony, a ogrzane odbierane z innej strony. W ten sposób powstają korytarze powietrzne – zimne i ciepłe. Taki rozdział obiegu powietrza ułatwia kontrolowanie temperatury wewnątrz szaf i sterowanie przepływem powietrza w celu efektywnego schładzania serwerów, kiedy zaczynają wytwarzać więcej ciepła oraz ma swój wymiar ekonomiczny.
Proces monitorowania temperatury wymaga więc specjalizowanego systemu klimatyzacji precyzyjnej, zdecydowanie bardziej skomplikowanego niż zwykła klimatyzacja w biurach czy mieszkaniach. Ponieważ każda z obecnych w serwerowni szaf może wytwarzać różne ilości ciepła w zależności od obciążenia urządzeń pracą, system chłodniczy musi nadążyć za zmianami i odpowiednio regulować przepływ powietrza tak, żeby serwery pracowały w warunkach optymalnych.
Z wysoką temperaturą wiąże się jeszcze jeden aspekt, na który bezwzględnie należy zwrócić uwagę w pomieszczeniu serwerowni, czyli bezpieczeństwo pożarowe. Serwerownie muszą być wyposażone w system gaśniczy opracowany przez wykwalifikowanych specjalistów.
Efekt skali i co z niego wynika
Kiedy serwerów jest więcej, powiedzmy kilkadziesiąt, poza parametrami, które trzeba wziąć pod uwagę tak samo jak przy budowie mniejszych serwerowni, dochodzą jeszcze inne problemy do rozwiązania. Oczywiście to, jakie to będą problemy i ile ich będzie, zależy od konkretnej serwerowni, jednak do najczęściej występujących należą: duża waga serwerów, kwestie zasilania w energię elektryczną oraz spore gabaryty urządzeń wprowadzanych do serwerowni.
Duża waga szaf sterowniczych.
Okazuje się, że zwykły strop, taki, z jakim mamy do czynienia w wielorodzinnych budynkach mieszkalnych wytrzymuje średnio nacisk 2kN/m2. Czy to dużo? Akwarium o pojemności tysiąca litrów wody, czyli o wymiarach 1mx1mx1m, a zatem całkiem nieduże, wywiera na strop nacisk około 0,98 kN/m2. Ponieważ woda waży w przybliżeniu 1 kg, łatwo obliczyć, że przeciętna szafa serwerowa o nośności od 1000 do 1500 kg będzie wywierała nacisk co najmniej taki sam, jak wspomniane akwarium, a często i większy. Dodatkowo, przy dużej ilości szaf zgromadzonych w jednym pomieszczeniu, zsumowany nacisk na strop grozi katastrofą budowlaną, dlatego w przypadku dużych serwerowni wymagane są specjalne rozwiązania konstrukcyjne.
Urządzenia o dużych gabarytach.
Kolejną istotną kwestią są niestandardowe otwory drzwiowe wiodące do pomieszczenia. Szafy teleinformatyczne mogą być składane na miejscu lub dostarczane w całości, jednak zarówno w pierwszym, jak i drugim przypadku ich wprowadzenie do serwerowni przez standardowe otwory drzwiowe nie stanowi większego problemu. Ten może jednak pojawić się, jeśli zasilanie serwerowni wymaga na przykład zainstalowania agregatu prądotwórczego, który może mieć spore gabaryty, nie da się go złożyć na miejscu i wymaga drzwi o większej szerokości niż 80 czy 90 cm.
Zasilanie energią elektryczną.
Duże serwerownie mogą wymagać nawet wybudowania stacji transformatorowej przetwarzającej średnie napięcie na niskie. Dlaczego? Pojedynczy serwer pobiera około 300-400W. W pojedynczej szafie można zainstalować np. 40 takich serwerów, co daje moc 12 kW. Dla porównania, 12 kW odpowiada mniej więcej mocy zapewnionej przez zakład energetyczny dla całego domu jednorodzinnego. Zwiększenie ilości szaf powoduje wzrost mocy zapotrzebowanej, a duże moce dostarczane są do odbiorców za pomocą linii średniego napięcia, które przetransformować trzeba na napięcie niskie, żeby serwery mogły być zasilane. Kolejnym problemem do rozwiązania jest natężenie prądu, które dla serwerów wymagane jest wyższe niż właściwe dla zwykłego gniazdka elektrycznego, co również musi zostać uwzględnione w systemach zasilania serwerowni.
Serwerownia vs. Data Center
Problemy wynikające z efektu skali, jak również te związane z każdą serwerownią jak choćby zagrożenie zalaniem z instalacji wodnej czy kanalizacyjnej budynku, co jest szczególnie groźnym zjawiskiem dla urządzeń elektronicznych, generują spiralę kosztów i stają się dużym obciążeniem ekonomicznym dla firm. To dlatego powstały wyspecjalizowane centra danych, do których można outsorcingować usługę przechowywania danych, co okazuje się coraz częściej rozwiązaniem tańszym i łatwiejszym dla firm. Centra danych jako budynki, już na etapie planów konstrukcyjnych są odpowiednio projektowane zarówno pod względem wytrzymałości stropów, chłodzenia, zasilania w energię elektryczną, jak i bezpieczeństwa pożarowego oraz zminimalizowania strat spowodowanych zdarzeniami losowymi. Ciągły nadzór wykwalifikowanych pracowników oraz systemów zapewnia ciągłość pracy sieci a bezpieczeństwo danych zagwarantowane jest zarówno od strony sieciowej, jak i fizycznej i realizowane przez systemy monitoringu, ochronę oraz system kontroli dostępu. Dlatego coraz częściej nawet dość duże firmy decydują się na skorzystanie z usług centrów danych, zamiast inwestować we własną serwerownię. Trend ten, głównie ze względu na oszczędność zasobów finansowych, jak i miejsca, będzie się prawdopodobnie utrzymywał.