BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------------

LÊ BÁ TIỆP

ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CÁC CÔNG NGHỆ LƯU TRỮ VÀ THIẾT KẾ TRUNG
TÂM DỮ LIỆU (DATACENTER) CHO VNPT

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
BÙI VIỆT KHÔI

HÀ NỘI – 2010


Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT

MỤC LỤC
MỤC LỤC.......................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................4
THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT.......................................................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................8
LỜI NÓI ĐẦU ..............................................................................................................10
Phương pháp thực hiện luận văn................................................................................12
Chương 1.



1

Cao học điện tử 2


Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT

2.1.1. Công nghệ mạng LAN ảo (VLAN)..............................................................30
2.1.2. Giao thức Spanning Tree (STP)...................................................................31
2.2. Công nghệ Caching ..........................................................................................32
2.3. Công nghệ cho Server.......................................................................................35
2.3.1. Máy chủ phiến mỏng (Blade Server: Công nghệ mới của máy chủ)...........35
2.3.2. Công nghệ Clustering máy chủ....................................................................36
2.3.3. Ảo hóa (Virtualization ) Server....................................................................40
2.4. Công nghệ lưu trữ.............................................................................................42
2.4.1. Mô hình lưu trữ NAS .....................................................................................42
2.4.2. Mô hình lưu trữ SAN .....................................................................................45
2.4.3. Công nghệ lưu trữ dữ liệu RAID...................................................................49
2.4.3.1. Một số thuật ngữ .................................................................................50
2.4.3.2. Các chuẩn RAID.................................................................................53
Chương 3. Hiện trạng các dịch vụ ứng dụng DataCenter trên mạng NGN tập
đoàn VNPT ...................................................................................................................62
3.1. Hiện trạng và mô hình hệ thống DataCenter trong dịch vụ VoIP trên mạng
NGN tập đoàn VNPT..................................................................................................62
3.2. Hiện trạng và mô hình hệ thống DataCenter trong dịch vụ Internet (hosting,
housing) trên mạng NGN tập đoàn VNPT. ................................................................67
3.3. Hiện trạng và mô hình hệ thống DataCenter trong dịch vụ IPTV/VoD trên
mạng NGN tập đoàn VNPT........................................................................................70
Chương 4. Xây dựng phương án kĩ thuật triển khai hệ thống DataCenter trên


4.1.6.

Các yếu tố bên ngoài ..............................................................................78

4.2. Phân tích lợi ích và hạn chế khi triển hệ thống DataCenter tập trung hỗ trợ
cung cấp dịch vụ trên mạng NGN tập đoàn VNPT ....................................................78
4.2.1.

Lợi ích thu được khi triển khai hệ thống DataCenter tập trung trên mạng

NGN tập đoàn VNPT .............................................................................................78
4.2.2.

Hạn chế tồn tại khi triển khai hệ thống DataCenter tập trung trên mạng

NGN tập đoàn VNPT .............................................................................................80
4.3. Xây dựng phương án kĩ thuật triển khai hệ thống DataCenter trên nền mạng
NGN tập đoàn VNPT..................................................................................................81
4.3.1. Các thành phần hệ thống DataCenter ..........................................................81
4.3.2. Xác định địa điểm xây dựng hệ thống DataCenter.......................................82
4.3.3. Mô hình triển khai hệ thống DataCenter ......................................................83
4.3.4. Giải pháp kĩ thuật chi tiết cho hệ thống DataCenter....................................84
4.3.4.1. Kiến trúc hạ tầng hệ thống DataCenter ..............................................84
4.3.4.2. Giải pháp kĩ thuật bảo mật hệ thống DataCenter................................85
4.3.4.3. Giải pháp kết nối hệ thống Server ......................................................87
4.3.4.4. Giải pháp kết nối hệ thống SAN.........................................................88
4.3.5. Hệ thống DataCenter tối uu cung cấp dịch vụ..............................................90
Chương 5. Tính toán các tham số kĩ thuật cho các thành phần trong hệ thống
DataCenter....................................................................................................................92

Lê Bá Tiệp

4

Cao học điện tử 2


Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT

THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng Anh

ASHRAE

American Society of Heating, Hiệp hội các kĩ sư chuyên về
Refrigerating

Tiếng Việt
and

Air- nhiệt, làm lạnh và điều hòa tại

Conditioning Engineers

Mĩ

IDC



Telecommunication Union
LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

NGN

Next Generation Network

Mạng thế hệ sau

RAID

Redundant

Arrays

of Các dãy đĩa cứng dư thừa độc

Inexpensive Disks

lập

SAN

Storage Area Network



Giao thức chống lặp (loop)

TDM

Time Division Multiplexing

Dồn kênh phân chia theo thời
gian

Lê Bá Tiệp

5

Cao học điện tử 2


Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT

TIA

Telecommunication Industry Hiệp hội công nghiệp viễn
Association

thông

VLAN

Virtual Local Area Network


Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1: Các bước thực hiện luận văn.............................................................................12
Hình 1-1. Mô hình hệ thống DataCenter........................................................................14
Hình 1-2. Mô hình logic trung tâm dữ liệu ....................................................................18
Hình 1-3. Mô hình bố trí khu vực TTDL loại lớn trong thực tế ....................................21
Hình 1-4. Mô hình kết nối mạng cho các cấp độ TTDL................................................24
Hình 2-1. Mô hình công nghệ VLAN ............................................................................30
Hình 2-2. Mô hình Caching trên máy chủ (Server) .......................................................33
Hình 2-3. Mô hình Caching trên thiết bị lưu trữ (Storage Device)................................34
Hình 2-4. Mô hình Caching tập trung (Centralized Storage Caching) ..........................35
Hình 2-5. Mô hình Clustering máy chủ (Server) ...........................................................37
Hình 2-6. Mô hình lưu trữ NAS.....................................................................................43
Hình 2-7. Kiến trúc phần mềm NAS..............................................................................44
Hình 2-8. Mô hình lưu trữ SAN.....................................................................................46
Hình 2-9. Kiến trúc phần mềm SAN..............................................................................48
Hình 2-10. Stripping.......................................................................................................51
Hình 2-11. RAID 0.........................................................................................................54
Hình 2-12. RAID 1.........................................................................................................55
Hình 2-13. RAID 3.........................................................................................................57
Hình 2-14. RAID 4.........................................................................................................58
Hình 2-15. RAID 5.........................................................................................................59
Hình 2-16. RAID 6.........................................................................................................60
Hình 2-17. RAID 10.......................................................................................................61
Hình 3-1. Mô hình dịch vụ VoIP trên nền mạng NGN tập đoàn VNPT........................64
Hình 3-2. Mô hình hệ thống DataCenter hỗ trợ cung cấp dịch vụ VoIP .......................65
Hình 3-3. Hạ tầng hệ thống DataCenter trong dịch vụ VoIP.........................................66

Lê Bá Tiệp

Cao học điện tử 2


Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT

LỜI NÓI ĐẦU
Trong giai đoạn hiện nay, áp lực ngày càng tăng trong xu thế hội nhập quốc tế,
đặc biệt là khi Việt Nam chính thức tham gia vào WTO cùng với xu thế phát triển
nhanh của công nghệ đòi hỏi Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) phải
có được chiến lược phát triển mạng và dịch vụ hợp lý. Kế hoạch phát triển mạng và
cung cấp dịch vụ sẽ tạo ra lợi thế cho VNPT trong quá trình hội nhập và cạnh tranh
trong giai đoạn mới. Theo kết luận của Tổ chức tiêu chuẩn hóa viễn thông thế giới
(ITU-T), mạng thế hệ sau NGN được xem là chủ đề chính trong chương trình nghiên
cứu giai đoạn 2005-2008 của ITU-T. Việc chuyển đổi từ hạ tầng mạng TDM sang
mạng NGN là thách thức cũng như cơ hội lớn đối với các nhà khai thác mạng, cung
cấp dịch vụ viễn thông nói chung và VNPT nói riêng. Vì vậy, việc đưa ra các giải pháp
tối ưu cung cấp dịch vụ cho mạng NGN của VNPT là hết sức cần thiết.
Hiện nay đã có một số dịch vụ được triển khai trên mạng NGN của VNPT như
VoIP, các dịch vụ gia tăng. Các dịch vụ khác cũng đang được triển khai ở các mạng
khác như Internet, IPTV. Tuy nhiên, các trung tâm dữ liệu (DataCenter) hỗ trợ cho việc
cung cấp các dịch vụ đó chưa được nghiên cứu và phân tích đúng mức. Các dịch vụ
cũng như các trung tâm dữ liệu hỗ trợ cho các dịch vụ còn nhỏ lẻ và rời rạc. Việc thống
nhất các trung tâm dữ liệu của các dịch vụ về một mối là hết sức quan trọng trong quá
trình tối ưu cung cấp dịch vụ. Hơn nữa, việc thống nhất cũng sẽ giúp cho việc quản lý
và chăm sóc khách hàng được tốt hơn, phù hợp với định hướng tính cước và chăm sóc
khách hàng tập trung của Tập đoàn.
Luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế
trung tâm dữ liệu (Data Center) cho VNPT” có một số mục tiêu chính sau :
¾ Nghiên cứu và tìm hiểu hệ thống DataCenter hỗ trợ cho việc cung cấp dịch vụ
¾ Đưa những phân tích và đánh giá về khả năng thống nhất các trung tâm dữ liệu

Hà Nội, ngày 22 tháng 10 năm 2010
Học viên

LÊ BÁ TIỆP

Lê Bá Tiệp

11

Cao học điện tử 2


Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT

Phương pháp thực hiện luận văn
Các bước thực hiện luận văn được thể hiện thông qua hình vẽ dưới đây

Hình 1: Các bước thực hiện luận văn
Nội dung trong từng bước thực hiện luận văn bao gồm:
Chương 1: Tổng quan hệ thống DataCenter. Chương 1 đưa ra khái niệm, chức năng hệ
thống DataCenter. Đồng thời nêu lên một số thành phần đóng vai trò quan trọng trong
hệ thống DataCenter.
Chương 2:

Các công nghệ áp dụng cho từng thành phần chính trong hệ thống

DataCenter.
Chương 3: Khảo sát thực trạng các dịch vụ trên mạng NGN tập đoàn VNPT. Nhiệm vụ
của chuơng 3 là tìm hiểu, xác định các thành phần hệ thống DataCenter trong từng dịch
vụ trên mạng NGN tập đoàn VNPT hiện nay.


Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT

Chương 1.Tổng quan hệ thống DataCenter
Chương I là chương mở đầu cho toàn bộ luận văn “Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ
và thiết kế trung tâm dữ liệu (Data Center) cho VNPT”. Trong chương này, luận văn sẽ
trình bày những kiến thức cơ bản liên quan đến hệ thống DataCenter. Các kiến thức cơ
bản này giúp người đọc có một cái nhìn tổng quan, toàn diện về hệ thống DataCenter.
Điều này giúp người đọc có thể trả lời các câu hỏi: DataCenter là gì? Mục đích của hệ
thống DataCenter là gì? Cấu trúc hệ thống DataCenter gồm những thành phần nào?

1.1.

Khái niệm hệ thống DataCenter
Hệ thống DataCenter là một kiến trúc vật lý, thường là một tòa nhà riêng biệt

chứa hệ thống máy tính, các thiết bị viễn thông và hệ thống lưu trữ. Hệ thống cũng bao
gồm các thiết bị cung cấp nguồn, các kết nối dữ liệu, thiết bị điều khiển điều kiện môi
trường và các thiết bị bảo mật chuyên dụng. Hệ thống DataCenter giúp đơn giản hóa
quá trình truy cập dữ liệu của các dịch vụ trong cộng đồng lớn người sử dụng.

Hình 1-1. Mô hình hệ thống DataCenter
Khái niệm Data Center xuất phát từ các phòng máy tính lớn trong giai đoạn
đầu của ngành công nghiệp máy tính. Các hệ thống máy tính thời kì đầu thường gây ra

Lê Bá Tiệp

14

Cao học điện tử 2

Điều hòa được sử dụng để làm mát căn phòng và cũng được sử dụng để

kiểm soát độ ẩm. Thông thường, nhiệt độ thường được giữ ở mức từ 20-22 độ C
(khoảng 68 đến 72 độ F). Mục đích của hệ thống điều hòa nhiệt độ là giữ cho các thành

Lê Bá Tiệp

15

Cao học điện tử 2


Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT

phần của hệ thống Server nằm ở giải nhiệt độ của nhà sản xuất đã đưa ra. Điều này là
rất cần thiết khi các thiết bị đặt trong một không gian hẹp thường sinh nhiệt lớn và dẫn
đến hỏng hóc nếu không được làm mát kịp thời. Ngoài ra, hệ thống điều hòa cũng giữ
độ ẩm căn phòng ở mức độ cho phép. Độ ẩm thường được giữ ở mức 35% đến 65%.
Độ ẩm quá lớn và nhiều nước có thế làm đậm đặc các thành phần bên trong còn nếu
quá ít thường sẽ làm phá hủy các thành phần thiết bị.
¾

Năng lượng dự phòng được tạo ra thông qua 1 hay nhiều nguồn cung cấp

năng lượng hoặc máy phát điện. Các công tắc cũng được sử dụng để chuyển nguồn
cung cấp trong trường hợp xuất hiện lỗi nguồn cung cấp điện.
¾

Hệ thống cáp thường được chạy trên các khay cáp trong các hệ thống



Mục đích và yêu cầu đặt ra đối với hệ thống DataCenter

1.2.1. Mục đích
Mục đích chính của hệ thống DataCenter là thực hiện các ứng dụng nhằm điều
khiển hoạt động cung cấp dịch vụ của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Những hệ
thống như vậy có thể là độc quyền và được phát triển bởi công ty hoặc bởi các nhà
cung cấp giải pháp mạng viễn thông. Một hệ thống DataCenter được xem xét như làm
một kiến trúc điều hành hoạt động và nó cũng có thể dễ dàng cung cấp các ứng dụng
khác. Các thành phần thông thường của các ứng dụng như vậy là: cơ sở dữ liệu, file –
server, application server, middleware và các ứng dụng khác.
Tuy nhiên, mục đích quan trọng nhất của một hệ thống DataCenter tập trung là
đơn giản hóa quá trình cung cấp dịch vụ mới của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Với
một hệ thống DataCenter như vậy, khi cần cung cấp một dịch vụ mới đến khách hàng,
thay vì phải xây dựng lại toàn bộ các thành phần hệ thống cung cấp dịch vụ, nhà cung
cấp dịch vụ có thể tận dụng được cơ sở hạ tầng DataCenter sẵn có và chỉ việc thêm các
thiết bị như: Server, thiết bị lưu trữ… đồng thời mở rộng thêm bộ phận quản lý mạng
và dịch vụ.
1.2.2. Yêu cầu đặt ra đối với hệ thống DataCenter
Hệ thống DataCenter tập trung đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong quá
trình cung cấp dịch vụ của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Hệ thống DataCenter còn
được xem như là trung tâm và là trái tim trong toàn bộ cơ thể hoạt động của nhà cung
cấp dịch vụ. Vì vậy, một số yêu cầu cần thiết được đặt ra đối với hệ thống DataCenter
như sau:
¾ Truy cập dễ dàng: Đây là yêu cầu hàng đầu của một Data Center xuất phát từ
mục đích họat động của nó.
Lê Bá Tiệp

17



Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT

room thường nằm tách biệt với Computer room để đảm bảo an ninh hơn. Tùy thuộc
vào mức dự phòng hoặc chuẩn Tier mà có thể có thêm một Entrance room khác phục
vụ cho nhà cung cấp dịch vụ thứ hai. Nếu TTDL rất lớn, có thể cần phòng entrance
room khác để đưa cáp nhà cung cấp dịch vụ gần với thiết bị hơn nhằm đảm bảo chiều
dài không vượt quá mức cho phép.
Khu vực phân phối chính (Main distribution Area - MDA): là trung tâm của hệ thống
cáp và nằm trong khu vực phòng máy, MDA được coi như điểm tập kết nếu TTDL
chiếm nhiều tầng của tòa nhà, nó bao gồm các đường kết nối chính và có thể có các kết
nối chéo theo chiều ngang nếu thiết bị đặt gần MDA. Nếu qui mô TTDL lớn thì MDA
có thể là một khu vực riêng biệt nhằm bảo đảm an toàn. Mỗi TTDL sẽ có ít nhất một
MDA. Các Router lõi, LAN switch, SAN switch chính và PBX thường đặt trong vùng
này vì đây là khu vực trung tâm của cấu trúc cáp cho trung tâm dữ liệu. Trong một số
trường hợp thì thiết bị của nhà cung cấp dịch vụ (như bộ ghép kênh chẳng hạn) được
đặt trong MDA rút ngắn khoảng cách.
MDA có thể dùng cho một hoặc nhiều HDA (vùng phân phối theo chiều ngang)
hoặc các vùng phân phối trong TTDL và một hoặc nhiều phòng Telecom nằm bên
ngoài không gian phòng máy tính để hỗ trợ khu vực văn phòng, trung tâm vận hành và
các phòng hỗ trợ bên ngoài khác.
Horizontal distribution area (HDA): Đây Là nơi phân phối cáp đấu chéo theo chiều
ngang nếu TTDL tương đối lớn. Đối với TTDL nhỏ thì HDA đặt chung với MDA.
HDA có thể đặt tách biệt với các khu vực khác để an toàn hơn. HDA bao gồm các
LAN switch, SAN switch và KVM switch dùng cho thiết bị kết cuối ở trong khu vực
phân phối thiết bị.
Khu vực phân phối thiết bị (Equitpment Distribution Area - EDA) Đây là khu vực
gồm các rack hoặc tủ để lắp các mô đun thiết bị lưu trữ và server.
Khu vực phân phối vùng (Zone distribution Area- ZDA ): được sử dụng cho phòng
máy tính (Computer room) lớn, đây là điểm kết nối thêm trong việc nối cáp ngang giữa

Lê Bá Tiệp

20

Cao học điện tử 2


Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT

Hình 1-3. Mô hình bố trí khu vực TTDL loại lớn trong thực tế
Trong đó:
A: Khu vực phân phối chính (MDA)
B: Khu vực phân phối theo chiều ngang (HDA)
C: Khu vực cho lưu trữ
J: Khu vực phân phối vùng (ZDA)
D: Phòng cơ điện
E: Phòng Telecom
F: Trung tâm vận hành
G: Phòng đầu vào (entrance room)
H: Khu vực phân phối thiết bị (EDA)
I: Computer room

Lê Bá Tiệp

21

Cao học điện tử 2


Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT

thống mới tiến hành được.
Lê Bá Tiệp

22

Cao học điện tử 2


Nghiên cứu các công nghệ lưu trữ và thiết kế trung tâm dữ liệu cho VNPT

¾ Thời gian dừng hệ thống hàng năm là 22 giờ.
¾ Tính sẵn sàng của TTDL đạt tới 99,741% .
1.4.3. Chuẩn Tier III
Đây là TTDL đã đạt chuẩn Tier II và có thể thực hiện việc bảo trì trong khi đang
vận hành – bất kỳ một thành phần hạ tầng chính nào cũng có thể ngừng hoạt động mà
không làm gián đoạn tới hoạt động của máy tính. TTDL loại này có nhiều hệ thống
điện và điều hòa HVAC nhưng chỉ có một đường active. Các thành phần thiết bị và
đường viễn thông có dự phòng. Tải trọng sàn cao hơn Tier I và Tier II, việc vào ra
TTDL đều được camera giám sát và đội ngũ nhân viên trực 24/24. Sự cố ngừng hệ
thống chỉ xảy ra do lỗi vận hành. TTDL này có đặc điểm sau:
¾ Cho phép bảo dưỡng thiết bị trong lúc đang vận hành hệ thống
¾ Cho phép các hoạt động đã được lập kế hoạch thực hiện mà không làm gián
đoạn hoạt động phần cứng của computer, tuy nhiên những hoạt động bất thường gây
ra có thể làm gián đoạn hoạt động của hệ thống
¾ Thời gian ngừng hệ thống hàng năm là 1,6 giờ
¾ Tính sẵn sàng của TTDL đạt tới 99.982%
1.4.4. Chuẩn Tier IV
Đây là TTDL có khả năng chịu lỗi cao. Nó có nhiều đường phân phối điện và
làm mát đều ở dạng active, tất cả các thành phần đều có dự phòng nhằm đảm bảo hệ
thống hoạt động liên tục trong trường hợp cần tắt một thành phần nào đó. Tất cả thiết

đảm nhiệm thực hiện chức năng Server.
Hệ thống Server được kết nối với cả các Switch và Router mạng cho phép kết
nối truyền thông giữa hệ thống Server và người dùng dịch vụ. Mặc dù khả năng đảm
bảo độ tin cậy không thể bằng các máy tính cỡ lớn (Mainframe) nhưng hệ thống Server
đang ngày càng được sử dụng rộng rãi. Bởi vì có một số lượng lớn các máy tính trong

Lê Bá Tiệp

24

Cao học điện tử 2