Надежный дом для IT-инфраструктуры: все о серверных помещениях

Серверные помещения, или дата-центры, являются критически важной инфраструктурой для любой современной компании. В этих высокотехнологичных сооружениях размещается дорогостоящее компьютерное оборудование, которое обрабатывает, хранит и передает огромные объемы данных, от работы которого зависят важнейшие бизнес-процессы.

Чтобы гарантировать максимальную производительность и надежность функционирования, серверные помещения должны быть оснащены специализированными системами, поддерживающими оптимальные условия для эксплуатации чувствительного электронного оборудования. Развертывание и обслуживание инфраструктуры современных дата-центров является комплексной инженерной задачей, требующей глубоких знаний и внимания к деталям.

В данной статье мы подробно рассмотрим основные элементы инфраструктуры серверных помещений, требования и рекомендации по их проектированию, а также лучшие практики эксплуатации и обслуживания.

Общие требования к серверному помещению

Прежде всего, серверная комната для размещения серверного оборудования должно удовлетворять ряду функциональных и технических требований. Ключевыми являются:

1. Защита от внешних воздействий (огня, воды, пыли)
2. Стабильность микроклимата (температуры и влажности)
3. Физическая безопасность (контроль доступа)
4. Надежное электроснабжение и заземление
5. Структурированная кабельная система
6. Отказоустойчивая связь и резервное копирование
7. Возможность масштабирования при росте парка оборудования

Рассмотрим подробно каждый из этих аспектов.

Защита от внешних воздействий

Серверное помещение должно быть максимально защищено от любых неблагоприятных внешних воздействий, которые могут нарушить работу оборудования. К ним относятся:

• Пожары и задымления: необходима защита несгораемыми и жаропрочными материалами, установка датчиков и автоматических систем пожаротушения
• Протечки воды: должна быть надежная гидроизоляция перекрытий и шахт коммуникаций, установка дренажной системы и датчиков протечки
• Физическое воздействие и вибрация: минимальный уровень вибрации и защита от сейсмической активности (в сейсмоопасных районах)
• Пыль и грязь: фильтрация подаваемого воздуха и избыточное давление в помещении, регулярная уборка
• Электромагнитные поля и излучения от другого оборудования: удаленность от источников электромагнитных помех; экранирование
• Взрывоопасные или химически активные вещества: полная изоляция от газовых коммуникаций или мест хранения опасных материалов.

Такой комплекс защитных мер значительно снижает риск выхода оборудования из строя и потери данных из-за аварий.

Микроклимат серверной

Для нормальной работы электронных компонентов требуются системы мониторинга окружающей среды. Они должны быть изолированы от колебаний температуры и влажности. Кондиционирование воздуха в серверных комнатах проектируется с минимальными допустимыми отклонениями:

• Температура: 22±2 С
• Влажность: от 40% до 60%
• Скорость изменения температуры: не более 5 С в час
• Уровень чистоты по классу ISO 9 (максимум 352 000 частиц пыли в 1 м3).

Дополнительно может потребоваться также фильтрация воздуха от химически активных газов и загрязнителей.

Производительность систем охлаждения и кондиционирования рассчитывается с запасом от 30 до 50% с учетом возможного наращивания вычислительных мощностей. Также важно резервирование элементов систем жизнеобеспечения для исключения единой точки отказа.

Физическая безопасность

Системы контроля и управления доступом в серверную комнату критически важен для защиты оборудования и данных от несанкционированного вмешательства. Рекомендуется проектировать систему безопасности в соответствии со стандартами и лучшими практиками. Она включает:

• Идентификацию и аутентификацию. Доступ только по картам, биометрии, PIN-кодам.
• Регистрацию доступа в единой системе с архивом данных.
• Видеонаблюдение за серверными залами и входными группами.
• Охранную и пожарную сигнализации.
• Механические замки, устойчивые к взлому и попыткам вскрытия.
• В крупных дата-центрах системы безопасности серверной могут включать многоуровневую схему с пропусками разных категорий, досмотром посетителей, наличием круглосуточного охранного поста.

Надежное электроснабжение

Отказ в подаче электроэнергии к серверному и сетевому оборудованию недопустим и чреват серьезными последствиями. Поэтому проектирование серверной в плане электроснабжения является одной из ключевых задач. В зависимости от уровня отказоустойчивости объекта могут применяться разные схемы питания, но в любом случае необходимо обеспечить:

• Подключение к нескольким независимым источникам питания от разных ТП и подстанций.
• Резервные дизельные генераторы для автономного питания на случай масштабных аварий.
• Локальные источники бесперебойного питания (ИБП) для серверов. Как правило, к ним подключают наиболее критичное оборудование (серверы, коммутаторы ядра).

Для серверных комнат классического или контейнерного типа резервное питание может обеспечиваться ИБП с аккумуляторными батареями.

Дополнительно для повышения надежности применяются:

• Заземление и молниезащита.
• Фильтры подавления высокочастотных помех.
• Системы распределения питания (PDU).
• Сеть постоянного тока 48В для питания сетевого оборудования.

Такой многоуровневый подход гарантирует высочайший уровень доступности электроснабжения, что является обязательным требованием для отказоустойчивых ЦОДов.

СКС и кабельные трассы

Надежная и производительная кабельная инфраструктура является основой передачи данных в современных дата-центрах. Структурированные кабельные системы (СКС) для серверных комнат должны соответствовать высочайшим стандартам качества и производительности.

СКС включает в себя как медные (витая пара), так и оптические линии связи. Медные кабели используются внутри серверных стоек для подключения отдельных узлов. Для магистральных линий и межстоечных соединений используются высокопроизводительные оптические кабели, например multimode OM3/OM4 или singlemode OS2.

Важнейшие принципы организации СКС:

• Соблюдение стандартов при монтаже и тестировании линий
• Минимизация длины кабельных трасс
• Резервирование критических соединений
• Использование кабельных систем под фальшполом
• Маркировка всех конечных точек СКС и кабелей
• Прокладка оптических и электрических кабелей раздельными трассами

Тщательно спроектированная и реализованная СКС позволяет эффективно масштабировать серверную инфраструктуру по мере необходимости.

Физическая инфраструктура

Для размещения серверного оборудования используются специализированные телекоммуникационные шкафы, конструкция которых отвечает потребностям отрасли. Они должны обеспечивать:

• Несущую способность для тяжелых серверов (до 1,5 тонн)
• Жесткую рамную конструкцию с усиленным каркасом
• Систему вентиляции и охлаждения активного оборудования
• Удобное и безопасное размещение оборудования на полках, направляющих
• Вертикальную навеску оборудования с шагом отверстий в 1U
• Системы электропитания серверной и распределения (PDU)
• Организацию кабельных жгутов
• Боковые стенки с возможностью установки различных аксессуаров
• Надежную фиксацию створок дверей в открытом и закрытом положениях.

Дополнительно телекоммуникационные шкафы и стойки могут иметь смотровые окна, системы мониторинга внутренней среды (температуры, задымленности), а также развитые системы физической безопасности.

Система электропитания и охлаждения

Рассмотрим более подробно два фундаментальных компонента инфраструктуры серверной комнаты:

1. Система электропитания
2. Системы охлаждения

Система электропитания серверной включает в себя не только подвод электроэнергии, но и распределение, резервирование, мониторинг и управление питанием.

Она состоит из нескольких элементов:

1. Вводно-распределительные устройства (ВРУ). Они подключают серверную к внешним питающим линиям, а также распределяют электроэнергию по разным группам потребителей.
2. Источники бесперебойного питания (ИБП). Позволяют поддерживать электроснабжение серверного и сетевого оборудования в течение ограниченного времени при пропадании основного питания. ИБП для серверов бывают различных типов:

• ИБП онлайн (двойное преобразование). Обеспечивают стабильное выходное напряжение и частоту независимо от входной сети.
• ИБП линейно-интерактивные. Работают от сети через стабилизатор, при отказе включают инвертор от АКБ.
• ИБП офлайн. Переключают потребителей на АКБ при пропадании сети.

Мощность ИБП подбирается с запасом от 30 до 50% от номинальной нагрузки для возможности модернизации оборудования.

Распределение электропитания в серверной осуществляется через блоки PDU, которые позволяют гибко настраивать конфигурацию питания стоек. Используются PDU различных типов:

• Базовые (только распределение питания)
• Измерительные (с функцией мониторинга тока, мощности, напряжения)
• Управляемые (возможность дистанционно вкл/выкл розеток)
• Высокой плотности (большее количество розеток).

Такой многоуровневый подход к организации системы электропитания является основой надежности функционирования дата-центров любого масштаба.

Системы охлаждения

Поддержание оптимального температурного режима является крайне важной задачей для обеспечения бесперебойной работы оборудования в серверной. Для отвода избыточного тепла применяются высокоэффективные системы охлаждения серверной различных типов:

• Сплит-системы кондиционирования. Компактные кондиционеры производительностью до 5 кВт, предназначенные для небольших серверных. Могут оснащаться системой аварийной сигнализации и дистанционного мониторинга.
• Промышленные кондиционеры. Более мощные устройства (от 10 кВт) с расширенными возможностями по регулировке, управлению, контролю рабочих параметров.
• Чиллеры или вентиляторные доводчики. Выносные агрегаты, которые готовят и подают охлажденный воздух, либо охлаждающую воду для системы кондиционирования всего здания.
• Крышные кондиционеры. Устанавливаются снаружи здания, забирают наружный воздух. Используют прямоточные вентиляторы большой производительности и фильтры грубой очистки.
• Системы охлаждения стоек и шкафов. Выделяют избыточное тепло непосредственно от серверов до его распространения по помещению. Бывают пассивными и активными (с вентиляторами).

Другое оборудование: фанкойлы, циркуляционные насосы, теплообменники различных типов.

Для резервирования элементов систем охлаждения нередко используется концепция N+1. Это значит, что устанавливается на одну единицу оборудования больше необходимого для полной проектной нагрузки. Это позволяет проводить обслуживание и ремонт, не снижая общей производительности системы.

Организация горячих и холодных коридоров является эффективным решением для изоляции тепловыделения серверных стоек. Раздельная подача охлажденного и нагретого воздуха предотвращает рециркуляцию воздушных потоков, что оптимизирует работу кондиционеров и улучшает охлаждение.

Другие важные элементы инфраструктуры

1. Системы водоснабжения и дренажа. Для снабжения технической водой элементов систем охлаждения, а также отвода конденсата.

2. Система газового, водяного или порошкового пожаротушения. Датчики задымленности и залива.

3. Система мониторинга микроклимата и инженерных систем. Контроль температуры, влажности, энергопотребления, утечек, открытия дверей и т.п.

4. Стеллажи и тележки для хранения запчастей, расходных материалов и инструментов.

5. Информационное оборудование серверной– серверы связи, АТС, Wi-Fi.

Заключение

Таким образом, инфраструктура современных дата-центров представляет собой комплекс взаимосвязанных инженерных систем, надежность и эффективность которых напрямую влияет на бесперебойную работу IТ-оборудования.

Она требует больших первоначальных вложений, однако с лихвой окупает себя за счет снижения простоев, упрощения эксплуатации и сокращения совокупной стоимости владения.