HẠ TẦNG ĐÁM MÂY – CLOUD INFRASTRUCTURE LÀ GÌ?

Doanh thu từ điện toán đám mây toàn cầu, theo dự báo của researchandmarkets sẽ đạt 519 tỉ USD vào năm 2027 và có mức tăng trưởng trung bình hàng năm (CAGR) khoảng 23,7%. Riêng phần hạ tầng lưu trữ đám mây (IaaS) có mức doanh thu dự kiến 63,8 tỉ USD vào năm 2025. Điện toán đám mây được kỳ vọng sẽ biến đổi mô hình kinh doanh và công nghệ của các công ty theo một cách chưa từng xảy ra trước đây. Tuy vậy, việc triển khai, vận hành và quản lý một trung tâm dữ liệu sẽ rất tốn kém khiến các công ty cảm thấy thuận tiện và rẻ hơn khi chuyển sang sử dụng hạ tầng lưu trữ của các nhà cung cấp hạ tầng cloud để có các dịch vụ hạ tầng cloud có thể mở rộng, hiện đại và tin cậy.

Hạ tầng đám mây – Cloud infrastructure là gì?

Hạ tầng đám mây – cloud infrastructure liên quan đến các phần cứng (hardware) và phần mềm (software) như Server, lưu trữ (storage), mạng (network), phần mềm ảo hóa, các dịch vụ và các công cụ quản lý nhằm hỗ trợ các yêu cầu về điện toán (computing) trong một mô hình của điện toán đám mây (cloud computing).

Hạ tầng đám mây cũng bao gồm một lớp trừu tượng (abstract layer) là ảo hóa và các tài nguyên, dịch vụ phù hợp cho người dùng thông qua các giao diện lập trình ứng dụng – API và các dòng lệnh hỗ trợ API hoặc các giao diện trực quan.

Cách hoạt động và vai trò của hạ tầng đám mây đối với điện toán đám mây

Hạ tầng đám mây chính là nền tảng cho điện toán đám mây. Bằng việc phân tách các tính năng và chức năng của phần cứng và phần mềm, sau đó, các nhà cung cấp dịch vụ đám mây, hoặc bộ phận CNTT của tổ chức (trong trường hợp sử dụng mô hình đám mây riêng – private cloud) lưu trữ tập trung các tài nguyên được ảo hóa và cung cấp / phân phối chúng đến người dùng thông qua internet hay mạng riêng. Các tài nguyên bao gồm các máy ảo (VMs – Virtual Machines) và các thành phần như máy chủ (server), bộ nhớ (memory), các thiết bị chuyển mạng (network switches), tường lửa (firewall), cân bằng tải (load balancing) và lưu trữ (storage). Các tài nguyên này thường hỗ trợ các dịch vụ mở rộng và các dịch vụ đặc biệt như trí tuệ nhân tạo (AI), học máy (ML).

Hạ tầng đám mây giúp cho rất nhiều các ứng dụng khác nhau như IoT, hệ điều hành, hệ thống hỗ trợ và các ứng dụng khác có thể chia sẽ nhu cầu về hạ tầng để đạt được mục tiêu cuối cùng của chúng.

Có rất nhiều các lợi thế khi sử dụng hạ tầng đám mây – cloud infrastructure đối với doanh nghiệp, bao gồm các lợi thế chính là khả năng tiếp cận được các hệ thống hạ tầng mạnh mẽ, tính toán và xử lý vượt trội (high computing) với mức giá thấp hơn rất nhiều theo nhu cầu sử dụng của từng thời điểm cụ thể. Có ba mô hình triển khai hạ tầng đám mây – cloud infrastructure, đó là: mô hình đám mây riêng – Private Cloud, mô hình đám mây công cộng – Public Cloud, mô hình đám mây kết hợp – Hybrid Cloud.

Các thành phần của hạ tầng đám mây – Cloud infrastructure

Trong kiến trúc điện toán đám mây, hạ tầng đám mây đề cập đến các yếu tố công nghệ back – end mà chúng ta có thể thấy ở hầu hết các trung tâm dữ liệu (Data Center – DC) của doanh nghiệp như máy chủ (server), thiết bị lưu trữ, thiết bị mạng nhưng với quy mô lớn hơn rất nhiều (so với một DC của doanh nghiệp). Chẳng hạn như Amazon (AWS), Google (Google Cloud Platform) … là các nhà cung cấp dịch vụ đám mây siêu cấp (có thể cung cấp tài nguyên gần như vô hạn) mà chúng ta biết tới, họ thiết lập các thành phần hạ tầng tùy chỉnh một cách tối ưu để đáp ứng các nhu cầu riêng biệt theo từng đối tượng khách hàng thậm chí đáp ứng cho cả dữ liệu lớn (big data) và trí tuệ nhân tạo (AI).

Các thành phần chính của hạ tầng đám mây bao gồm: Máy chủ (Server), Lưu trữ (Storage) và Mạng (Network):

Máy chủ (Server): Các nhà cung cấp dịch vụ đám mây sẽ xây dụng một hạ tầng đám mây nhằm cung cấp các máy chủ (server) chia sẻ tài nguyên cho rất nhiều người thuê. Do cần phải tính toán để đáp ứng các nhu cầu rất đa dạng và không thể dự báo trước được của người dùng nên các máy chủ này thường có rất nhiều socket (multi socket) và lõi (multi core)

Lưu trữ (Storage): Không như hạ tầng của trung tâm dữ liệu truyền thống – dùng các mảng đĩa (lưu trữ) chia sẽ trên mạng lưu trữ SAN (Storage Area Network) – hạ tầng đám mây thường gắn bộ nhớ lưu trữ cục bộ gồm cả ổ thể rắn SSD và ổ cứng HDD. Các hệ thống lưu trữ liên tục này được tổng hợp bằng cách sử dụng hệ thống tệp phân tán DFS (Distributed File System) được thiết kế cho các kịch bản lưu trữ cụ thể như đối tượng, dữ liệu lớn hoặc khối (block). Việc tách quyền kiểm soát và quản lý lưu trữ ra khỏi hạ tầng vật lý thông qua DFS giúp việc mở rộng lưu trữ đơn giản hơn rất nhiều. Nó cũng giúp các nhà cung cấp dịch vụ đám mây tăng dung lượng lưu trữ theo khối lượng lưu trữ của người dùng bằng cách thêm dần các node vào hệ thống với số lượng và loại đĩa cục bộ cần thiết, thay vì phải chuẩn bị một dung lượng lưu trữ lớn ngay từ ban đầu như mô hình truyền thống.

Mạng (Network): Điện toán đám mây phụ thuộc vào đường truyền kết nối băng thông cao để truyền dữ liệu. Do đó, hạ tầng đám mây cũng bao gồm các thành phần điển hình của một mạng nội bộ (LAN) như bộ chuyển mạch (switch), bộ định tuyến (rounter) cũng như mạng ảo (virtual network) và cân băng tải (load balancing) để phân phối lưu lượng mạng (traffic).

Các yêu cầu khi xây dựng một hạ tầng đám mây:

Đa số các tổ chức lựa chọn sử dụng mô hình đám mây công cộng – Public cloud. Trường hợp này, khách hàng sẽ đi thuê hạ tầng cloud từ các nhà cung cấp dịch vụ cloud. Các nhà cung cấp dịch vụ cloud sẽ có chuyên môn cao để thiết kế, xây dựng và quản lý hạ tầng cloud nhằm đáp ứng các nhu cầu sử dụng đa dạng của khách hàng. Trong mô hình này, khách hàng chỉ cần chọn nhà cung cấp hạ tầng tin cậy và đáp ứng được tốt nhất yêu cầu sử dụng của mình. Ví dụ như chọn hạ tầng với lõi CPU (Cores) hiệu năng như thế nào, lưu trữ trên ổ SSD hay HDD, Data Center đặt ở khu vực nào, đường truyền (Bandwidth) bao nhiêu, công nghệ ảo hóa nào cùng với các dịch cao cấp khác để tự điều phối và quản lý, tích hợp bảo mật, báo cáo và thanh toán,…

Trường hợp một tổ chức muốn xây dựng cho mình một hạ tầng đám mây riêng – Private cloud và chịu trách nhiệm toàn bộ trên hệ thống hạ tầng của mình, từ quản lý phần cứng đến quản lý và chạy ứng dụng, khối lượng công việc (workload)… thì cần phải phải thực hiện các yêu cầu như sau:

– Cần phải thiết kế một kiến trúc hạ tầng được tiêu chuẩn hóa để chia sẽ tài nguyên IT, có khả năng mở rộng, điều chỉnh tài nguyên theo mức độ yêu cầu của công việc (workload); đảm bảo việc cấu hình và quản lý phải dựa trên các chính sách nhất quán;

– Phần cứng và phần mềm phải có các tài nguyên ‘trừu tượng’ như điện toán (compute), ảo hóa và vùng (containers), lưu trữ và mạng;

– Các chức năng quản lý bộ sung như tích hợp, điều phối, bảo mật, báo cáo,…

Lớp công nghệ cụ thế đối với một hạ tầng đám mây riêng – private cloud sẽ phụ thuộc vào việc chọn nhà cung cấp. Doanh nghiệp, tổ chức có thể chọn sử dụng thiết bị phần cứng đã có sẵn và chọn các nhà cung cấp phần mềm hoặc chọn các nhà cung cấp cả phần cứng lẫn phần mềm.

Ngoài ra, doanh nghiệp còn có thể lựa chọn một hạ tầng cloud riêng (ngoài cơ sở) bằng cách sử dụng tài nguyên của các nhà cung cấp dịch vụ đám mây theo các hình thức như sau:

Hosted Private Cloud – Đám mây lưu trữ riêng: Nhà cung cấp dịch vụ đám mây lưu trữ và quản lý dịch vụ đám mây cho một khách hàng trên một hạ tầng riêng biệt về phần cứng, phần mềm và mạng (network)

Managed Private Cloud – Đám mây riêng có quản lý: Là một hình thức mở rộng thêm của hosted private cloud nói trên, nhà cung cấp dịch vụ sẽ thêm vào các dịch vụ quản lý khác chẳng hạn như quản lý định danh (identity management)…

Virtual Private Cloud – Đám mây ảo hóa riêng: Là một hình thức đám mây tách biệt riêng trong đám mây công cộng – pubic cloud, khối lượng công việc thực hiện – workload sẽ được tách biệt riêng với các khách hàng khác nhưng vẫn chạy trên hạ tầng máy chủ có nhiều người thuê. Hình thức này tổ chức sẽ có một mạng (network) riêng của mình mà không dùng chung mạng với bất kỳ khách hàng nào.

Ưu điểm của hạ tầng đám mây – Infrastruture cloud

Sử dụng hạ tầng đám mây sẽ mang lại nhiều ưu điểm cho người dùng so với việc sử dụng một hệ thống hạ tầng tự xây dựng riêng của mình, trong đó ưu điểm lớn nhất là về chí phí và an toàn

Các ưu điểm cụ thể như sau:

Linh hoạt: Người dùng (khách hàng) có thể mua, truy cập nhanh chóng vào các tài nguyên và tự quản lý tài nguyên tùy theo nhu cầu kinh doanh của mình. Điều này có giá trị đặc biệt khi người dùng cần tăng khối lượng tài nguyên để đáp ứng như cầu công việc ngay tức thì.

Tin cậy: Khả năng mở rộng hạ tầng không giới hạn và các tùy chọn dự phòng (redundancy) của nhà cung cấp dịch vụ đám mây thông qua các trung tâm dữ liệu tại nhiều nơi trên thế giới mang lại độ tin cậy hơn rất nhiều so với hạ tầng lưu trữ riêng của người dùng.  Các sự cố hiếm khi xảy ra nhưng vẫn xảy ra, vì vậy người dùng nên lập kế hoạch sử dụng đám mây dựa trên yêu cầu về độ tin cậy và thời gian hoạt động (uptime) của khối lượng công việc – workload của mình.

Chi phí: Khi sử dụng cơ sở hạ tầng đám mây, người dùng loại bỏ được chi phí trả trước so với việc sử dụng hạ tầng tại chỗ của riêng mình. Thay vào đó, theo mô hình dựa trên tiêu dùng, người dùng trả phí cho mỗi lần sử dụng đối với các dịch vụ cơ sở hạ tầng theo giờ, tuần hoặc tháng. Ngoài ra, người dùng sẽ không phải bỏ ra một khoản vốn đầu tư rất lớn ban đầu để đầu tư cho hạ tầng CNTT của mình cũng như các khoản chi phí để duy trì cho hệ thống riêng hoạt động, người dùng chỉ cần bỏ ra một khoản chi phí hoạt động nhỏ hơn, định kỳ và có thể dự đoán được khi sử dụng dịch vụ cloud từ các nhà cung cấp.

An toàn: Những lo ngại ban đầu về tính bảo mật của tài nguyên đám mây công cộng (Public Private) ngày càng giảm bớt. Các nhà cung cấp hạ tầng đám mây không ngừng đầu tư và cải thiện khả năng của mình để bảo vệ cơ sở hạ tầng khỏi các mối đe dọa. Hầu hết các vấn đề bảo mật đám mây bắt nguồn từ việc người dùng cấu hình sai các dịch vụ riêng lẻ, chứ không phải do các tác nhân xấu bên ngoài.

 Nhược điểm của hạ tầng đám mây – Infrastructure cloud

Bên cạnh các ưu điểm mà các nhà cung cấp dịch vụ hạ tầng cloud mang lại, người dùng cũng cần phải cân nhắc đến một số nhược điểm khi thuê dịch vụ cloud như sau:

Chi sẻ bảo mật: Mặc dù các nhà cung cấp dịch vụ đám mây luôn thận trọng và không ngừng cải tiến trong việc bảo mật cơ sở hạ tầng đám mây của mình, nhưng việc giám sát quy mô cơ sở hạ tầng và dịch vụ tương đối lớn là vô cùng phức tạp. Hơn nữa, mô hình chia sẻ trách nhiệm có nghĩa là các nhà cung cấp chỉ bảo mật cơ sở hạ tầng của họ – khách hàng chịu trách nhiệm bảo về khối lượng công việc và dữ liệu của mình thông qua cấu hình phù hợp, kiểm soát truy cập và giám sát.

Khả năng hiển thị và quản lý: Lớp ảo hóa của cơ sở hạ tầng đám mây sẽ khiến cho khách hàng không có khả năng nắm rõ được phần cứng vật lý thực tế mà khối lượng công việc của họ đang chạy trên đó. Các nhà cung cấp dịch vụ đám mây cũng cung cấp phần cứng chuyên dụng và máy chủ vật lý riêng, cung cấp quyền kiểm soát toàn bộ việc phân chia máy chủ vật có hiệu suất cao hơn nhưng chi phí cũng sẽ cao hơn.

Chí phí ngoài tầm kiểm soát: Mô hình dùng bao nhiều trả tiền bấy nhiêu sẽ mang lại hiệu quả cao với người dùng khi biết phân bổ và giám sát chặt chẽ các dịch vụ mà mình sử dụng. Cung cấp quá mức cần thiết, tài nguyên không sử dụng hết và không hiểu được sự phụ thuộc của dịch vụ có thể nhanh chóng làm tăng chi phí thuê hạ tầng đám mây không mong muốn. Người dùng càng cần phải thường xuyên theo dõi và quản lý việc sử dụng dịch vụ đám mây khi mà việc sử dụng các dịch vụ đám mây ngày càng chi tiết, phức tạp và tích hợp nhiều dịch vụ.