Implantação de Data Center para Médias Empresas: Planejamento do Projeto

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1 UNIVERSIDADE FUMEC FACULDADE DE CIÊNCIAS EMPRESARIAIS - FACE GUILHERME DOMINGUES DE OLIVEIRA Implantação de Data Center para Médias Empresas: Planejamento do Projeto Belo Horizonte 2012

2 GUILHERME DOMINGUES DE OLIVEIRA Implantação de Data Center para Médias Empresas: Planejamento do Projeto Artigo Científico apresentado à UNIVERSIDADE FUMEC como requisito parcial para obtenção do certificado de Especialista em MBA em Gerência de Telecomunicações e Redes de Computadores Orientador: Prof. MSc. Francisco Paulo Temponi Belo Horizonte 2012

3 RESUMO Este trabalho tem como objetivo apresentar o estudo do planejamento da implantação da estrutura de Data Center para a empresa de provimento de serviços de internet, a Via Real Telecom. Durante este trabalho será discutidos a adoção da norma ANSI TIA 942 e as classificações TIER, bem como o objetivo em que a infraestrutura em estudo irá se categorizar. Finalmente, serão mostrados os pontos chaves deste planejamento: layout da disposição de equipamentos, climatização e outras miscelâneas conforme a norma ANSI/TIA Palavras-chave: Data center, ANSI/TIA-942, TIER ABSTRACT The goal of this Project is showing the study of planning of data center infraestructure for internet service provider, Via Real Telecom. During this work will be discussed the adopt of ANSI/TIA-942 and TIER category, and in order that the infrastructure study will categorize. Finally, will be show the keys points of the Project: layout of equipaments, colling and anothers miscellany followed by ANSI/TIA-942. Key-words: Data center, ANSI/TIA-942, TIER

4 3 1. Introdução A Via Real Telecom é uma empresa de médio porte voltada ao ramo de telecomunicações. Sua sede está localizada em Conselheiro Lafaiete, Minas Gerais, onde atende 11 cidades da região do Alto Paraopeba, com sua principal atividade: provimento de internet Durante os três últimos anos, foram feitos grandes investimentos principalmente em fibra-ótica, para que pudesse agregar novos serviços como telefonia fixa (STFC), IPTV e CFTV. Desta forte expansão na gama de serviços, propiciou no planejamento de construção de um novo Data Center para que assegurassem a estabilidade e segurança destas plataformas de serviços.ao começo do planejamento deste novo ambiente, foi contatados algumas empresas conceituadas em projetos de Data Center, pelo o qual foi elaboradas propostas do tipo Turn Key. Este tipo de proposta terceiriza todo o projeto desde planejamento, execução e inspeção antes da entrega final. No entanto a partir desta prospecção inicial, foi decidido que o projeto será realizado pela Via Real Internet, devido ao alto custo destas propostas apresentadas. Ao mudar a direção do projeto, foi realizada a identificação das principais dificuldades apresentadas no atual Data Center, sendo estes: Controle de acessos físicos Pouca capacidade de expansão Capilaridade e organização do Cabeamento Estruturado Refrigeração inadequada Por necessidade de ser manter os padrões de arquitetura e de design do novo ambiente, adotamos a norma TIA 942, publicada em 2005 pela TIA (Telecomunications Industry Associations), a mesma define no escopo do TIA (2005): [...] esta norma apresenta a topologia da infra estrutura no âmbito de acesso e conectividade dos respectivos elementos em variados sistemas de cabeamento encontrado no ambiente de data center. Ao invés da apenas determinar os requisitos de desempenho de um cabeamento estruturado genérico, esta norma considerou diversos sistemas e aplicações de telecomunicações. Além disto, a norma difunde o layout deste ambiente para que possa alcançar o equilíbrio entre segurança, densidade dos racks e a capacidade de gerência. (TIA 2005,p.14) Para Marin (2011), há outras normas para infra estrutura de Data Center, no entanto a ANSI/TIA-942 é a única que classifica e aplica o conceito de tier para a classificação de Data

5 4 Center A norma estabelece que a chave da confiabilidade de um data Center é sua redundância, fator que reduz e isola os seus pontos de falhas por subsistemas, desta forma a paralisação de um destes não afeta em totalidade todo o conjunto da infra-estrutura. Marin (2011), ainda cita entre as instituições que certificam Data Centers estão: The Uptime Institute e TÜV Rheinland do Brasil. O instituito The Uptime Institute, de origem americana, possui o próprio documento Data Center Site Infraestructure Tier Standard: Topology, que apesar de submeter como padrão para a classificação de infra-estrutura por tier o padrão é aplicado e certificado apenas pelo instituto. O TÜV Rheinland do Brasil conceitua a infra estrutura com base na norma ANSI/TIA-942, porém faz o uso das normas de segurança ISO e realiza adaptações para as regulamentações da legislação brasileira. Neste contexto, será apresentado a motivação da categorização TIER e a justificativa da adoção da norma ANSI TIA-942 como guia no planejamento deste Data Center. Serão focados os itens chaves desta implantação: Layout dos equipamentos, a climatização conforme a norma e ao contexto do projeto. 2. Tier 2.1. Origem A classificação da infraestrutura de Data Center (Tier), tem como objetivo delimitar a topologia para projetistas e operadores e de mensurar o desempenho final requerido pelo nível de criticidade da planta. Segundo Merin (2011), The Uptime Institute foi pioneira por esta classificação, começando seus estudos em 1995, sendo largamente reconhecida como referência em projetos de Data Center. Avelar (2007) complementa que apesar do padrão descrever de forma ampla a integração de sistemas e subsistemas elétricos e de climatização por categoria tier, não chega ao nível de quantificação e de detalhamento de um projeto, como ocorre na norma ANSI/TIA Avelar (2007) diferencia a classificação da norma do The Uptime Institute ao da norma ANSI/TIA-942, argumentando que sua classificação foca no desempenho e na integração dos componentes. Sendo estes: Capacidade da redundância dos elementos, capacidade de manutenção concorrente, e sua a capacidade de tolerância a falhas. The Uptime Institute(2011) reconhece que por várias iniciativas de repor o conceito tier do instituto, vários grupos geraram checklists e quantificaram os componentes da infra-

6 5 estrutura perdendo o foco na sua integração e principalmente no resultado final de uptime do serviço. No entanto deve-se ponderar que as classificações de ambas as instituições categorizam tier por quatro níveis. Mas apenas a norma ANSI/TIA-942 transcreve por todos os níveis detalhadamente os componentes de telecomunicações, segurança, elétrico e da arquitetura. Por este motivo, foi escolhida a norma ANSI/TIA-942 como fonte das melhores práticas para a construção da data center deste estudo de caso. Por este ambiente crítico, pretendemos atingir, como meta a tier 2 da ANSI/TIA-942 com pequenas adaptações que serão descrito ao longo deste projeto Classificações Tier A norma ANSI/TIA-942 categoriza com base na norma The Uptime Institute a classificação da infraestrutura, quanto ao seu nível de redundância. Sendo delimitado por 4 níveis, conforme demonstrado a seguir: Figura 1 Hieraquia Tier Eci(2012)

7 Tier 1 TIA (2005) define tier 1: Data Center tier 1 está suscetível a interrupções de atividades planejadas ou não planejadas. Esta planta possui distribuição elétrica e de refrigeração, mas poderá ter ou não piso suspenso, no-break ou gerador. Caso tenha no-break ou gerador, os mesmos não possuem redundância e portam múltiplos possíveis pontos de falha na operação. Esta infra-estrutura deverá ser totalmente desligada em operações preventivas ou corretivas. (TIA, 2005, p.86). As características de Tier 1 são geralmente aplicáveis para o atendimento de comércio, e pequenas industrias, pelo qual é aceitável downtime de 28.8 horas por ano. Que correspondem ao índice de 99, 667 % no nível de SLA Tier 2 A planta de categoria Tier 2, conta com os mesmos recursos da planta de categoria Tier 1. Mas conta com o adicional na redundância elétrica como gerador e Nobreak reconhecido também como UPS. No entanto esta planta ainda conta com um único fornecedor de energia elétrico e a realização de manutenção em sistemas críticos requer o desligamento completo da planta. (TIA, 2005, p.86) Tier 3 A infra estrutura do data center desta categoria, permite a execução de manutenções programadas em servidores e equipamentos sem a interrupção do serviço prestado. Em grandes instalações são utilizados, por exemplo, sistemas refrigeração redundantes que possuem saídas separadas, com que o permite a interrupção de um destes componentes sem interrupção do serviço de refrigeração. (TIA, 2005, p.87) Tier 4 A infra-estrutura de categoria tier 4, permite a execução de qualquer atividade planejada, não incida na interrupção no core do data center. Por esta categoria de planta são utilizados heterogeneamente componentes tolerantes a falhas e o emprego de duplos caminhos de fornecimento e distribuição por toda extensão da planta. No sistema elétrico, por exemplo, são aplicados no-breaks separados, e por cada sistema de no-break é utilizados redundância do tipo "N+1". Em sistemas computacionais, são utilizados componentes já comuns ao conceito de alta disponibilidade de TI como: RAID, Clusterização e redundância de

8 7 telecomunicações. Para que alcance os três pilares: confiança, disponibilidade, capacidade de operação. (TIA, 2005, p.87) Escolha categoria tier Pelo nível de confiança, disponibilidade exigida pelo negócio da empresa Via Real Telecom, sendo o seu principal foco: o provimento de internet, telefonia e em breve o serviço de IPTV. Será adotada por sua planta a categoria tier 2. Segue a sintaxe comparativa dos requisitos por categoria tier: Elemento Tier1 Tier2 Tier3 Tier4 Fonte N N ou (N+1) N + 2 2N, mínimo Componente redundante N N + 1 N+1 N+1,mínimo Ramos de Distribuição normal e 1 alternativo 2 ativos simultaneamente Separação de sistemas e ramos de distribuição Não Não Sim Sim Manutenção simultânea Não Não Sim Sim Tolerante a falhas Não Não Não Sim Tabela 1 Tabela comparativa Tier. Fonte (Marin 2011, p.48) Ao ser adequada pela tier 2, a planta deste empresa irá contar com gerador, nobreaks, e poderá ter downtime de 22hr/ano, correspondendo a 99,741% de disponibilidade SLA. Mesmo aplicando redundância estendida de geradores, nobreaks e também em sistema de refrigeração, a categorização Tier da norma ANSI/TIA-942, e também The Uptime Institute avalia da mesma forma os componentes que mais propiciam falhas, como desta planta contará apenas com por um único fornecedor de energia, não deve ser categorizado por Tier 3,ou também por múltiplos níveis de Tier. A futuro upgrade tier na planta do data center da Via Real Internet, irá depender principalmente da fonte de múltiplos fornecedores de energia e que os mesmos distribuam por caminhos distintos. No entanto dentro da viabilidade técnica desta implantação e o seu custo, será incorporado às melhores práticas da norma ANSI/TIA 942, sem ter o foco prioritário na certificação desta planta.

9 8 3. Planejamento do Data Center O ponto crítico deste planejamento está na organização do espaço e na integração de seus componentes. A nova planta terá 120 m 2 localizado no último andar da nova sede. O escopo deste planejamento terá foco nas soluções do Layout, a climatização e organização do cabeamento Layout Data Center A principal motivação de focar no layout neste planejamento está no compartilhamento de infra estrutura com as demais operadoras, e a demanda de expansão do serviço de Collocation. Por possuirmos o recém serviço de STFC, foram alocados dentro de nossa estrutura equipamentos de outras operadoras para o provimento de interconexão. No entanto em eventos de manutenções de terceiros, temos que conceder o acesso a mesma área dos nossos equipamentos críticos como: Storages, Servidores de Virtualização e Roteadores. Visto o problema de compartilhamento de estrutura com as demais operadoras e do prospero serviço de Collocation, o planejamento do Layout, irá contemplar a segregação destas áreas na planta, conforme sugestões da norma ANSI/TIA-942. A norma segrega a planta em: infra estrutura de entrada (Entrance Room), Área de distribuição principal (Main Distribution Area), Area de Distribuição Horizontal (Horizontal Distribution Area), Área de equipamentos de TI (Equipment Distribution Areas), Área de distribuição de zona (Zone Distribution Areas) A infraestrutura de entrada (Entrace Room) é delegada para a alocação de equipamentos dos provedores de telecomunicação e de serviços. Marin (2011) sugere que seja feita a separação por paredes ou mesmo cerca metálica. Por nosso planejamento, será adotado o uso de cerca metálica para prover maior segurança e o aproveitamento da refrigeração do ambiente. A área de distribuição principal (Main Distribution Area) é destinada a alocação de switches: core, Storage Network Area(SAN) e de Voz. No entanto a norma é recomendável a separação de mídias: UTP, Fibra ou Coaxial por Racks. A área de distribuição de zona (ZDA/HDA) está por sua vez conectada ao backbone, pelo qual conclui a distribuição de conectividade aos equipamentos de TI. Por esta área estão abrigados switches, equipamentos KVM (Keyboard, Vídeo, Mouse). Conforme reconhecido por Marin (2011 p.65) data centers de maior porte aplicam várias áreas de distribuição

10 9 conhecidos também com (ZDA/HDA) conforme a extensão da planta e densidade computacional por ela aplicada. A área de equipamentos conhecido como (Equipment distribution Area) é alocado para a colocação de servidores e outors Equipamentos de TI e de Telecomunicações em racks.(tia, 2005 p.24). A seguir o demonstrativo de uma planta conforme modelo da ANSI-TIA-942: Figura 2 Layout Tipico Data center- Fonte: (TIA, 2005, p.22) 3.2. Piso Elevado O sistema de piso elevado foi desenvolvido na década de 60 e até hoje está intrínseco ao conceito de aplicação em um ambiente de data center. (Rasmussen, 2007.p 3). O sistema é composto por uma estrutura metálica que vária de 7 a 14 centímetros de altura, pelo o qual sustenta placas removíveis 60 x 60 cm. Estas placas permitem o acesso aos sistemas de cabeamento estruturado, elétrico e de refrigeração alocados por debaixo deste sistema de piso elevado.

11 10 Marin (2011) faz breves sugestões ao estudo do peso que será aplicado sobre o piso elevado e também a espessura da laje. Ao contexto deste projeto, para a computação de alta densidade o autor sugere que o piso elevado deva suportar 12KPA (1.220,6036kgf/m 2 ). E que também toda a estrutura metálica seja aterrada para evitar a descarga de energia estática em equipamentos, que pode gerar instabilidades no funcionamento ou até a queima do mesmo. No entanto Rasmussen (2007) descreve que por todos os requisitos inicialmente designados para o desenvolvimento do sistema de piso elevado, o sistema não atende racionalmente para os data centers atuais. O autor justifica que o principal motivo são as constantes mudanças neste ambiente como: necessidade de troca de equipamentos a cada 2 anos, necessidade de alocação dinâmica dos recursos de conectividade dentre racks. São identificados ainda alguns problemas causados na aplicação do piso elevado dentre ele estão o custo de operação e manutenção, restrição ao peso total dos racks de alta densidade, e a necessidade de sistemas dedicados para anti incêndio. Dentre pontos negativos apresentados sobre o piso elevado, e principalmente a necessidade de dinamismos para a conectividade de novos ativos de rede, por se tratar de um data center voltado para o ramo de telecomunicações. O projeto irá adotar o sistema de calha elevada para a organização do sistema de cabeamento estruturado e elétrico ao invés do sistema de piso elevado Calha Suspensa O sistema de calha suspensa é considerada a alternativa mais simples para o transporte do cabeamento estruturado e elétrico pela planta do Data Center. Em instalações típicas são utilizado de duas a três calhas, sendo dedicada uma para o sistema elétrico e as demais para os sistemas de telecomunicações. A norma ANSI-TIA/942 ainda sugere a instalação deste sistema 2,7 metros acima do piso de acesso, e em casos de infra estrutura compartilhada, é sugerido a utilização de calhas lacradas com objetivo de evitar incidentes ou sabotagens. Em estudos feitos por Avelar (2011), a realocação do cabeamento estruturado do piso elevado para o sistema de calhas suspensas, aumentando a eficiência dos sistemas de refrigeração e conseqüentemente a economia energética em até 24 %. O mesmo autor ainda sugere a organização do cabeamento estruturado por agrupamento, em casos de renovação ou realocação de um serviço, a manutenção tornará menos complexa e mais segura.

12 Refrigeração Por vários estudos sobre a estrutura data center, observar-se um grande esforço de vários autores para a remodelagem de antigos conceitos como por exemplo: sistemas de piso elevado, eficiência energética e sistemas de refrigeração. Nos dias atuais vários equipamentos foram otimizados como exemplo os servidores de alta densidade conhecidos como Blade que consumem por unidade 250 w contra os 1500 w de antigos servidores do ambiente CPD, logo em um chassi Blade completo de 20 unidades irá consumir w. Desta forma a mensuração da capacidade necessária de refrigeração de um data center teve que ser remodelada. Segundo Marin (2011), a capacidade deverá ser baseada na localização da planta, altura do piso ao teto (reconhecido com pé direito ), clima da região e densidade computacional planejada. Marin (2001) cita o conceito de corredores frios e quentes ou hot and cold aisles, este esquema otimiza a refrigeração ao separar as ilhas de frio por insuflação de ar frio e em seguida coleta das ilhas de calor direcionado-as para fora do computer room. O conceito foi possível com a adequação na arquitetura dos servidores, pelo qual captura a entrada de ar frio pela parte frontal do equipamento, que em seguida direciona este fluxo para resfriar os componentes elétricos, que por fim exausta na parte traseira do equipamento. O rack também foi repensado com fim de facilitar a troca de calor destes equipamentos, sendo completamente furados na parte frontal e traseira. O layout dos racks também foi otimizado, para este conceito foi designado a colocação de pares de racks em modo frontal em conjunto com os pares de racks no modo traseiros. Objetivando assim fomentar as ilhas de frio e calor respectivamente. A figura 3 mostra de forma clara a aplicação deste conceito. Figura 3 Ilhas de Calor e Frio. Fonte: (Marin 2011, p 139)

13 12 Para este projeto serão utilizadas duas unidades CRAC para os dois pares de fileiras conforme demonstrado na figura 3. A inflação de ar frio será feita por dutos áreos e a retirada de ar quente sendo atraída por exaustão. Ao criar o artifício das ilhas de calor e frio, se objetiva aumentar a eficiência do sistema de refrigeração condensando a ilha de frio pelos chamados corredores frios, sem que realize a troca de calor com a ilha de calor. Para isto as unidades CRAC são estrategicamente posicionadas para reter e retirar o calor para fora do Data center Eficiência Energética A capacidade energética de um data center é de preocupação constante dos gestores da planta. Os equipamentos como SAN, NAS, servidores Blade, roteadores, sistemas de refrigeração demandam por muita energia. Marin (2011). Esse elevado consumo de energia, incide ao custo total de propriedade (TCO, Total Cost of Ownership), tornando o estudo e o controle pela eficiência energética primordial a gestão do Data center. Considerando também o impacto ambiental devido ao alto consumo de energia, surge um novo conceito no mundo da TI: o green data center. Marin(2011) discute iniciativa como de origem norte-americanas devido este pais ter como base energética recursos não renováveis, como carvão representando 48,30% e o Gás natural 21,30%. O mesmo autor resalva adaptação e adoção como medida otimizar os recursos e reduzir o custo de TCO de um data center. Dentre as intuições americanas que se destaca na área é a The Green Grid. Marin (2011) define a organização como: [...]sem fins lucrativos formada por profissionais de TI para tratar dos aspectos de consumo de energia elétrica, bem como requisitos de ar condicionado e climatização de data centers. O objetivo dessa organização é aumentar a eficiência do uso de energia em data centers por meio de algumas propostas de implementação imediata e a longo prazo. (Marin,2011,p265). Dentre as métricas de uso imediato a instituição propõe: a PUE (Power Usage Effectiveness) e DCE (Datacenter Efficiency), o qual permite os gestores obterem a eficiência

14 13 energética da planta e obter acesso comparativo aos demais resultados de outros data centers.the Green Grid define a base das métricas PUE e DCE: [..] energia entregue ao equipamento de TI, a perda energética na distribuição interna e a demanda energética exigida pelo sistema de refrigeração. PUE and DCie não incorpora valores de energia gerada na planta ou reproveitamento do calor gerado em grandes data centers.apesar de que estas técnicas sejam louváveis, a inclusão destes fatores na base de calculo ofusca o resultado final.(the Green Grid,2009,p.8) Marin (2011) demonstra a expressão de calculo PUE: PUE = C infraestrutura / C TI Sendo: C infraestrutura: a carga total da planta, em Kw; C TI: a carga total de equipamentos instalados na planta, em Kw. A carga total da planta é medida na entrada do edifício, isolando qualquer outra entrada de outros sistemas compartilhados a ela. A carga de TI são todos os equipamentos alocados na computer room, sendo estes roteadores, SAN, NAS e servidores.(marin,2011,p 266) A outra métrica aplicada é a DCie( Data Center Infraestructure Efficiency) a métrica é o inverso da PUE conforme a expressão: DCie = 1 / PUE x 100 % O valor ideal da PUE é de 1,00. Por este cenário a (eficiência x demanda) seria de 100%.Ou seja toda a energia da planta fora entregue e consumida pelos equipamentos críticos de TI. No entanto pesquisas recentes mostram que os data centers atuais estão com PUE acima de 3,00. (Marin, 2011, p.267) Marin (2011) ainda argumenta que estes valores da PUE podem ser decrementados na casa de 1,60 e 2,00 por meio de práticas adequadas no projeto, bem como o de operação. Dentre elas estão: configuração de corredores frios troca de servidores de arquitetura recente e a virtualização de servidores e switches.

15 14 3. Conclusão O estudo e planejamento inicial deste estudo de caso visam não ser um objeto definitivo de uma ordem de execução, mas o começo de um projeto de pesquisa, que visa alinhar as melhores práticas da norma ANSI/TIA-942 conforme a justificativa da planta conforme categoria Tier 2. Por este estudo foi focado a parte de infra estrutura básica como: o conceito do layout de acessos, climatização e a estrutura de organização da conectividade. Ambos os conceitos distoam além da área de TI, mas devido a complexidade da planta. Se tornou necessário a discussão do tema, para sejam possíveis a futura integração com projetistas e arquitetos para a construção deste data center conforme as melhoras práticas da norma ANSI/TIA O projeto será executado no final de 2013, após a conclusão da construção do novo prédio desta empresa. Durante o período desta construção, serão escolhidos as tecnologias de infra estrutura, equipamentos de backbone e a fomentação de um novo panorama computacional da Via Real Internet. Após a conclusão deste projeto, deverá ser divulgados fotos e etapas do projeto no site da empresa: e em listas de discussão de fóruns técnicos. Referências Bibliográficas ADC, TIA-942 Data Center Standards Overview Disponível em < Acesso 27 de Setembro de Avelar, Victor. Guidelines for Specifying Data Center Criticality Tier/Levels, (2007) Disponível em < Acesso 20 de Outubro de Avelar, Victor, How Overhead Cabling Saves Energy in Data Centers, (2011) Disponível em < > Acesso 19 de Novembro de EzeCastle, A Refresher on Data Center Tiers, (2010)

16 15 Disponível em < > Acesso 29 de Novembro de 2012 Marin,Paulo S. Data Centers, Desvendando cada passo: conceitos, projeto, infraestrutura física e eficiência energética. 1.ed São Paulo: Érica, 2011 Rasmussen, Neil. Re-examining the Suitability of the Raised Floor for Data Center Applications Disponível em < ter%20applications.pdf > Acesso 23 de Novembro de The Green Grid, USAGE AND PUBLIC REPORTING GUIDELINES FOR THE GREEN GRID S INFRASTRUCTURE METRICS (PUE/DC I E) Disponível em < asure%20and%20report%20pue%20and%20dcie> Acesso em 30 de Novembro de The Uptime Institute, White Paper, Tier Classification Define Site Infrastructure Performace Disponível em < e.pdf > Acesso 21 de Outubro de 2012 TIA < Acesso 20 de Agosto de 2012 The Uptime Institute < Acesso 20 de Agosto de 2012 The Uptime Institute, White Paper, Tier Classification System: Comparisons with TIA-942 < > Acesso 21 de Agosto de 2012