データセンターは現代コンピューティングの基盤であり、デジタルサービスを支えるサーバー、ストレージ、ネットワーク機器を収容しています。当社のガイドでは、データセンターの構成要素、設計、管理について詳しく解説します。
オンプレミス、コロケーション、クラウドベースの施設など、さまざまなタイプのデータセンターとその特徴について学びましょう。データセンターインフラの信頼性と可用性を確保する上で、物理的なセキュリティ、環境制御、冗長性の重要性を発見してください。
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データセンターの種類
大別すると、データセンターには3種類あります：企業内（オンプレミス）データセンター、クラウドデータセンター、マネージドデータセンター／コロケーションデータセンターです。それぞれに固有の長所と短所があり、異なる状況に適しています。
- 企業内（オンプレミス）データセンター – このタイプのデータセンターは、企業全体の敷地内、多くの場合IT部門に設置されます。通常、サーバーコンピュータと関連ハードウェアをラックにマウントした構成です。小規模企業では「サーバールーム」あるいは「サーバークローゼット」と呼ばれることもあります。
- コロケーション施設とマネージドデータセンター– 企業自らがデータ機器を設置するスペース（および冷却需要に対応する空調能力）を確保できなくなった段階でも、当該機器の完全な管理権と所有権を維持したい場合、コロケーション施設が解決策となります。コロケーション施設は他社のサーバーに必要なスペースとインフラを賃貸します。マネージドデータセンターも同様の仕組みですが、データセンター側がコンピューティングハードウェアと対応するインフラの両方を所有します。マネージドデータセンター契約では、企業は設備とインフラの両方をリースし、データセンター企業に運用維持を依存します。
- パブリッククラウドデータセンター– サーバーサービスは「クラウド上」で提供され、企業はデータセンター運用をサービスとして利用料を支払います。物理サーバー、データストレージ、インフラストラクチャは全てクラウドデータセンター自体に委ねられます。名目上はクラウド上ですが、コンピューティングリソースとストレージリソースは最終的にプロバイダーの物理データセンターに存在します。
企業向けデータセンターは比較的容易に設置・運用できますが、企業の成長に伴い、マネージドデータセンターやコロケーションデータセンターの利用を検討する場合があります。一方、パブリッククラウドベースのデータセンターはほぼ無制限のスケーリングが可能という利点があり、運用に関わる多くのタスクを金銭的コストで外部委託できます。ただし、セキュリティとインフラストラクチャは最終的に企業の手を離れるため、ビジネス状況や規模によっては有益にも問題にもなり得ます。
データセンターインフラストラクチャの構成要素（アーキテクチャ）
以下に示すように、データセンターではデータ管理タスクを実行するために連携する多様なインフラストラクチャコンポーネントが使用されます。これらのコンポーネント、その連携方法、および施設の物理的レイアウトは、データセンターのアーキテクチャと呼ばれます。アーキテクチャは、データセンターのパフォーマンスティア（I～IV）を指す場合もあり、これは主に信頼性の指標であり、次節で説明します。
サーバー（コンピューティング）
サーバーは、データセンターの計算能力を構成する個々のコンピュータです。データセンターでの使用において、サーバーは通常以下のいずれかの形態をとり、他のコンピュータ（この文脈ではクライアント）からの要求にタイムリーに対応できる十分な性能が必要です。より一般的な意味で、サーバーとは他のコンピュータからの要求に自動的に応答するあらゆるコンピュータを指します。どのコンピュータもサーバーとして設定可能ですが、データセンター環境では汎用コンピュータでは通常この役割を十分に果たせません。
- ラックマウントサーバー– 形状はピザの箱に似ており、ラックにスライドして設置されます。各サーバーは独自のコンピューティングコンポーネント、電源装置、ネットワーク機器を備え、通常は複数のサーバーがラック内で上下に積み重ねられます。
- ブレードサーバー– ラックマウントサーバーより小型で、高密度設置を目的としています。高性能ながら物理的制約により、通常はラックマウント型と同数のハードドライブやメモリスロットを搭載できません。電源と冷却装置はシャーシで共有されます。
ストレージシステム
サーバー向けストレージシステムは主に3種類に分類されます：
- ダイレクトアタッチドストレージ（DAS） –サーバーに直接接続されたデータストレージ（例：コンピュータのハードドライブはDASの単純な形態）。
- ネットワーク接続ストレージ（NAS） –標準イーサネット接続を介してデータストレージを提供します。NASストレージは通常、専用のサーバーまたはサーバー群上に配置されます。
- ストレージエリアネットワーク –専用ネットワークと技術を用いた共有データストレージで、非常に高いパフォーマンス、データ保護、スケーラビリティ、管理性を実現します。
ネットワーク
ネットワークデバイスは、サーバーの能力に見合った規模で実装する必要があります。家庭や小規模事業者のルーター設定とは異なり、データセンターでは多様なスイッチやその他のデータ伝送コンポーネントが採用され、これらは（場合によっては）大規模なアップグレードとメンテナンスが必要となります。
電源供給とケーブル管理
データセンター内の各サーバーおよびストレージシステムには電源を供給する必要があり、大規模な環境では膨大な要件となります。物理的な配線にもかなりのスペースが必要となるため、可能な限り整理し最小化すべきです。
冗長性と災害復旧
システムアーキテクチャは、障害や侵入が発生しても運用への影響を最小限に抑えられるように設計すべきです。その能力については、次のセクションで4つの階層に分けて説明します。
環境制御
データセンターへの電力入力は処理に使用され、最終的に熱に変換される。標準的なコンピュータのプロセッサは通常、単純なファンで冷却できるが、データセンターは民生用PCよりも桁違いに高い処理能力を持つため、はるかに多くの放熱が必要となる。データセンターの空調システムは、この過剰な熱に対処できるよう設計されなければならず、熱エネルギーを輸送するために液体冷却ソリューションも導入される場合があります。
物理的セキュリティ
高評価のデータセンターは、カメラ、フェンス、入館スキャナーなどの装置や、人間の警備員によって物理的に保護されなければなりません。また、火災抑制や自然災害への備えも、この範囲に含まれます。
データセンターの格付けと冗長性レベル
データセンターは、主に信頼性とセキュリティに関連する 4 つのパフォーマンス階層に分類されます。これらのティアは、データセンターの能力を判断する手引きとして、また自社ネットワーク強化の指針として活用できます。基準には以下が含まれます：
- Tier I – 短時間の停電には無停電電源装置（UPS）、長時間の停電には発電機、冷却設備、IT運用専用のエリアを必要とします。特に、Tier 1 施設は定期的な予防保守のために停止する必要があります。
- Tier II– 予期せぬダウンタイムに対するセキュリティ強化のため、冗長化された電源・冷却システムを追加。機器の交換は停止せずに実施可能。
- Tier III– 電力供給と冷却機能に冗長な分配経路を追加。機器の保守や交換にシャットダウンを必要としない。
- Tier IV– 複数の冗長化され、独立し、物理的に分離されたシステムを備え、一つのシステムで障害が発生しても他のシステムに影響を与えないように連携して動作します。理論上、Tier IVシステムは予期せぬ事象による障害の影響を受けませんが、分離されたシステムの一つがメンテナンスで停止している場合、障害発生の可能性は高まります。
ビジネスニーズに応じて、自社内データセンターが適切である場合もあれば、オフサイトのTier IIIまたはIVのデータ・コンピューティング施設（コロケーションまたはマネージドコンピューティングハードウェア経由）の方が適している場合もあります。あるいは、パブリッククラウドベースのサーバーソリューションが適切であり、この移行に多大な技術リソースを割くことなく、ビジネスをスケールアップできる可能性があります。
関連リソース
データ管理に関する詳細は、レイテンシーに関する記事も参照ください。優れたデータセンター構成はレイテンシー時間の最小化に寄与しますが（良好）、不十分なコンピューティングリソースやデータ転送リソースは非効率な構成を招きます。単なる不便さを超え、従業員一人ひとりが日々積み重ねる数秒の遅延は、生産性の大幅な低下につながります。一般向けアプリケーションでは、遅延が顧客の不満や機会損失を招く可能性があります。
FAQs
本記事の文脈において、データセンターは直接収益を上げるのではなく、企業が効率的に運営し、中核事業機能で（より多くの）収益を上げられるようコンピューティングリソースを提供します。顕著な例外は仮想通貨マイニングであり、ここではデータリソースが資金を生成するための計算を実行します。
サーバーは個々の計算モジュールであるのに対し、データセンターは1台以上のサーバーを収容する専用の区域、建物、または複数の建物群を指します。