Hạ tầng công nghệ doanh nghiệp là gì và gồm những thành phần nào?

Ở lớp vật lý có máy chủ, thiết bị lưu trữ và thiết bị mạng. Phía trên là hệ điều hành, công nghệ ảo hóa và các cơ chế phân bổ CPU, bộ nhớ, lưu trữ, băng thông thành tài nguyên có thể sử dụng. Trong mô hình cloud hoặc hybrid cloud, một phần hạ tầng vật lý có thể nằm ngoài doanh nghiệp nhưng tài nguyên tính toán vẫn được cung cấp cho hệ thống thông qua lớp quản lý và kết nối mạng.

Hạ tầng công nghệ doanh nghiệp là gì?

Xét theo chức năng, hạ tầng công nghệ doanh nghiệp là toàn bộ nền tảng kỹ thuật cần thiết để các dịch vụ CNTT có thể hoạt động. Một ứng dụng ERP, CRM, hệ thống dữ liệu hay phần mềm nội bộ đều cần một nơi để thực thi mã, bộ nhớ để xử lý, dung lượng để lưu dữ liệu và mạng để người dùng hoặc các hệ thống khác truy cập.

Vì vậy, có thể nhìn hạ tầng theo chuỗi:

Phần cứng vật lý → tài nguyên tính toán → hệ điều hành hoặc lớp ảo hóa → kết nối mạng và lưu trữ → ứng dụng, dịch vụ

Các lớp này có nhiệm vụ khác nhau nhưng phụ thuộc trực tiếp vào nhau. Một máy chủ có cấu hình mạnh nhưng đường truyền bị nghẽn vẫn có thể khiến ứng dụng phản hồi chậm. Ngược lại, mạng tốc độ cao không giải quyết được vấn đề nếu máy chủ thiếu CPU, RAM hoặc hệ thống lưu trữ không đáp ứng đủ lượng I/O.

Điểm dễ gây nhầm lẫn là không phải mọi phần mềm doanh nghiệp đều được xem là hạ tầng. ERP hay CRM thường thuộc lớp ứng dụng phục vụ nghiệp vụ. Hệ điều hành, hypervisor, phần mềm quản lý tài nguyên hoặc một số nền tảng trung gian lại thuộc hoặc gắn chặt với lớp hạ tầng vì chúng trực tiếp tạo môi trường để ứng dụng vận hành.

Hạ tầng công nghệ doanh nghiệp gồm những thành phần nào?

Một kiến trúc doanh nghiệp có thể được tổ chức khác nhau tùy quy mô và mô hình triển khai, nhưng về bản chất thường có các nhóm thành phần chính sau:

·         Phần cứng: Máy chủ, máy trạm, thiết bị lưu trữ và thiết bị vật lý liên quan

·         Hạ tầng mạng: Switch, router, đường truyền, Wi-Fi và các thành phần kết nối

·         Tài nguyên tính toán: CPU, RAM, GPU và năng lực xử lý được cấp cho workload

·         Hệ thống lưu trữ: Local storage, SAN, NAS, object storage hoặc tài nguyên lưu trữ cloud

·         Phần mềm hạ tầng: Hệ điều hành, hypervisor và các lớp quản lý tài nguyên

·         Ảo hóa và cloud: Cơ chế tách tài nguyên logic khỏi phần cứng vật lý và cấp phát chúng theo nhu cầu

·         Công cụ vận hành: Giám sát trạng thái, hiệu suất và mức sử dụng của các thành phần hạ tầng

Không phải doanh nghiệp nào cũng trực tiếp sở hữu toàn bộ những thành phần này. Trong hệ thống on-premises, doanh nghiệp thường quản lý phần cứng vật lý nhiều hơn. Với cloud, nhà cung cấp đảm nhiệm phần lớn lớp vật lý trong khi doanh nghiệp sử dụng tài nguyên thông qua các lớp dịch vụ. Hybrid cloud kết hợp hai cách tiếp cận.

Phần cứng tạo ra năng lực vật lý của hạ tầng

Phần cứng là lớp thấp nhất và cung cấp năng lực vật lý cho toàn bộ hệ thống. Trong môi trường doanh nghiệp, thành phần quan trọng nhất thường là máy chủ.

Một máy chủ có thể cung cấp:

·         CPU để thực hiện phép tính và xử lý lệnh

·         RAM để giữ dữ liệu đang được xử lý

·         Ổ lưu trữ để duy trì dữ liệu lâu dài

·         Card mạng để trao đổi dữ liệu với các thiết bị và hệ thống khác

·         GPU hoặc bộ tăng tốc chuyên dụng khi workload cần tính toán song song

Tuy nhiên, không nên đồng nhất một máy chủ với một ứng dụng. Một server vật lý có thể chạy nhiều máy ảo hoặc container; ngược lại, một ứng dụng lớn có thể phân tán trên nhiều máy chủ.

Cách phân tách này đặc biệt quan trọng trong môi trường doanh nghiệp vì năng lực vật lý thường được gom thành một pool rồi chia cho nhiều workload. Thay vì gắn cố định một hệ thống với một máy chủ, doanh nghiệp có thể phân bổ tài nguyên linh hoạt hơn thông qua ảo hóa hoặc cloud.

Giới hạn của phần cứng cũng trở thành giới hạn cuối cùng của tài nguyên logic. Có thể tạo nhiều máy ảo, nhưng tổng CPU, RAM, lưu trữ và băng thông thực tế vẫn phải được cung cấp bởi hạ tầng vật lý hoặc nhà cung cấp cloud.

Hạ tầng mạng kết nối người dùng, máy chủ và dữ liệu

Nếu tài nguyên tính toán tạo ra khả năng xử lý thì mạng tạo ra khả năng giao tiếp. Hạ tầng mạng vận chuyển dữ liệu giữa máy người dùng, máy chủ, hệ thống lưu trữ, Internet, các chi nhánh và môi trường cloud.

Switch và mạng nội bộ

Switch kết nối các thiết bị trong cùng hệ thống mạng và chuyển lưu lượng tới đúng đích. Ở quy mô doanh nghiệp, mạng thường được phân thành nhiều lớp hoặc nhiều segment thay vì đặt mọi thiết bị trong một miền kết nối duy nhất.

Tốc độ đường truyền là một thông số có thể đo trực tiếp. Ethernet hiện có nhiều mức tốc độ như 1 Gb/s, 10 Gb/s, 25 Gb/s, 40 Gb/s hay 100 Gb/s tùy loại giao diện và môi trường triển khai. Tuy nhiên, tốc độ danh nghĩa của cổng mạng không đồng nghĩa ứng dụng luôn đạt được đúng mức thông lượng đó; hiệu suất thực còn chịu ảnh hưởng của thiết bị trung gian, giao thức, độ trễ, lượng lưu lượng đồng thời và năng lực xử lý của hai đầu kết nối.

Router và kết nối giữa các mạng

Router chịu trách nhiệm chuyển lưu lượng giữa những mạng khác nhau. Trong doanh nghiệp, chức năng này có thể xuất hiện giữa các VLAN, giữa văn phòng và trung tâm dữ liệu, giữa nhiều địa điểm hoặc giữa mạng nội bộ và cloud.

Khi workload trải trên nhiều vị trí, đường truyền trở thành một phần trực tiếp của trải nghiệm ứng dụng. Hai máy chủ có đủ tài nguyên CPU và RAM nhưng giao tiếp qua kết nối có độ trễ cao vẫn có thể khiến một quy trình phụ thuộc nhiều lần trao đổi dữ liệu bị chậm.

Vì vậy, khi đánh giá hạ tầng mạng, băng thông không phải chỉ số duy nhất. Độ trễ, packet loss, tính ổn định và khả năng duy trì kết nối cũng cần được xem xét theo đặc tính của workload.

Tài nguyên tính toán là phần năng lực thực sự được workload sử dụng

Tài nguyên tính toán mô tả năng lực mà hệ thống có thể cấp cho ứng dụng hoặc dịch vụ. Đây là lớp giúp phân biệt rõ giữa máy chủ vật lý và năng lực xử lý mà ứng dụng nhận được.

Các tài nguyên chính gồm CPU, RAM, GPU khi cần và một phần năng lực I/O liên quan.

CPU quyết định lượng công việc tính toán có thể thực hiện song song hoặc trong một khoảng thời gian. RAM giữ dữ liệu hoạt động gần bộ xử lý để truy cập nhanh. GPU phù hợp với những workload có khả năng tận dụng xử lý song song như AI, đồ họa hoặc một số bài toán kỹ thuật.

Trong môi trường ảo hóa, một máy vật lý có thể có hàng chục hoặc hàng trăm lõi xử lý nhưng từng máy ảo chỉ được cấp một số vCPU và lượng RAM xác định. Nhờ đó, phần cứng được chuyển thành các đơn vị tài nguyên logic phù hợp hơn với từng workload.

Điều này cũng tạo ra một trade-off: chia sẻ tài nguyên giúp tăng mức sử dụng phần cứng, nhưng phân bổ vượt quá khả năng thực tế hoặc để nhiều workload cùng đạt đỉnh có thể gây tranh chấp tài nguyên. Vì vậy, số lượng vCPU hay dung lượng RAM được cấu hình chưa đủ để phản ánh toàn bộ hiệu suất; cần xem cả mức sử dụng và tài nguyên vật lý thực sự có sẵn phía dưới.

Hệ thống lưu trữ quyết định nơi dữ liệu được duy trì và truy xuất

Compute xử lý dữ liệu, còn storage giữ dữ liệu qua thời gian. Hạ tầng lưu trữ có thể nằm ngay trên máy chủ hoặc được cung cấp dưới dạng hệ thống độc lập dùng chung.

Ba cách tổ chức thường gặp là:

·         Local storage: Lưu trữ gắn trực tiếp với máy chủ

·         Network storage: Lưu trữ được truy cập thông qua mạng, chẳng hạn NAS hoặc SAN

·         Cloud storage: Dung lượng được cung cấp dưới dạng dịch vụ và truy cập qua hạ tầng cloud

Dung lượng tính bằng GB hoặc TB chỉ phản ánh một chiều của hệ thống lưu trữ. Với ứng dụng giao dịch hoặc cơ sở dữ liệu, khả năng thực hiện I/O, độ trễ truy cập và throughput có thể quan trọng không kém tổng dung lượng.

Chẳng hạn, hai hệ thống đều có 10 TB lưu trữ nhưng có thể cho hiệu suất hoàn toàn khác nếu một hệ thống phục vụ được nhiều thao tác đọc/ghi hơn hoặc có độ trễ thấp hơn. Do đó, việc xác định storage phù hợp phải dựa vào kiểu truy cập dữ liệu, không chỉ dựa vào số lượng dữ liệu cần chứa.

Hệ điều hành và ảo hóa biến phần cứng thành môi trường có thể sử dụng

Ứng dụng không trực tiếp điều khiển transistor, RAM hay ổ đĩa vật lý. Giữa phần cứng và workload tồn tại các lớp phần mềm chịu trách nhiệm quản lý và trừu tượng hóa tài nguyên.

Hệ điều hành quản lý CPU, bộ nhớ, thiết bị lưu trữ, tiến trình và nhiều chức năng hệ thống khác. Hypervisor đi thêm một bước bằng cách chia tài nguyên của một máy vật lý thành nhiều máy ảo độc lập.

Ví dụ, một server có thể được chia thành các VM dành riêng cho database, ứng dụng nội bộ và dịch vụ web. Mỗi VM nhìn thấy CPU, RAM và storage của riêng mình mặc dù các tài nguyên này cuối cùng vẫn được cung cấp từ cùng một hoặc một cụm hạ tầng vật lý.

Ảo hóa vì thế không tạo tài nguyên vật lý mới. Giá trị của nó nằm ở khả năng phân chia, cô lập và cấp phát tài nguyên hiện có linh hoạt hơn.

Container tiếp tục nâng mức trừu tượng bằng cách đóng gói ứng dụng và các thành phần phụ thuộc trong những đơn vị nhẹ hơn máy ảo. Tuy nhiên, container vẫn cần hệ điều hành và cuối cùng vẫn tiêu thụ CPU, RAM, network và storage của hạ tầng phía dưới.

Cloud thay đổi cách doanh nghiệp sở hữu và cấp phát hạ tầng

Cloud không loại bỏ hạ tầng vật lý. Nó thay đổi nơi hạ tầng được đặt, ai vận hành lớp vật lý và cách tài nguyên được cấp cho người sử dụng.

Trong một hệ thống cloud, server, storage và network vật lý nằm phía dưới một lớp trừu tượng. Doanh nghiệp có thể yêu cầu tài nguyên tính toán hoặc lưu trữ dưới dạng dịch vụ thay vì phải mua và cấu hình từng thiết bị.

Khác biệt quan trọng nằm ở mô hình cấp phát:

·         Với hạ tầng vật lý truyền thống, mở rộng thường gắn với việc bổ sung hoặc nâng cấp thiết bị

·         Với hạ tầng ảo hóa, tài nguyên được chia và điều chỉnh trong giới hạn của cụm phần cứng đang có

·         Với cloud, tài nguyên có thể được provision hoặc thu hồi thông qua lớp dịch vụ của nhà cung cấp, với mức tiêu thụ có thể được đo lường theo tài nguyên sử dụng

Điều này không có nghĩa cloud luôn có tài nguyên vô hạn hoặc không có giới hạn. Quota dịch vụ, giới hạn từng loại instance, khả năng của vùng triển khai, băng thông và chi phí vẫn tạo ra những ràng buộc thực tế.

Hybrid cloud xuất hiện khi doanh nghiệp duy trì một phần hạ tầng tại chỗ đồng thời sử dụng tài nguyên cloud. Trong trường hợp này, mạng và khả năng tích hợp giữa hai môi trường trở nên đặc biệt quan trọng vì workload và dữ liệu có thể phải di chuyển qua ranh giới hạ tầng.

Các thành phần hạ tầng phối hợp với nhau như thế nào?

Có thể hình dung một yêu cầu truy cập ứng dụng doanh nghiệp theo chuỗi đơn giản.

Người dùng gửi yêu cầu qua mạng. Switch và router chuyển dữ liệu tới nơi ứng dụng đang chạy. Máy chủ hoặc máy ảo sử dụng CPU và RAM để xử lý. Nếu cần dữ liệu, workload đọc từ hệ thống lưu trữ hoặc cơ sở dữ liệu. Kết quả sau đó được truyền ngược qua mạng tới người dùng.

Mỗi bước đều có khả năng trở thành nút thắt:

·         CPU đạt mức sử dụng cao có thể làm hàng đợi xử lý tăng

·         Thiếu RAM có thể buộc hệ thống sử dụng cơ chế lưu trữ chậm hơn

·         Storage có I/O không đủ có thể kéo dài thời gian truy xuất dữ liệu

·         Đường truyền bão hòa làm tăng thời gian truyền

·         Độ trễ mạng cao ảnh hưởng mạnh đến những ứng dụng phải trao đổi nhiều yêu cầu nhỏ liên tiếp

Đó là lý do không nên đánh giá hạ tầng chỉ bằng một thông số như cấu hình server hoặc tốc độ Internet. Hiệu năng mà người dùng nhận được là kết quả của toàn bộ chuỗi tài nguyên và mối quan hệ phụ thuộc giữa chúng.

Cách hiểu đúng quy mô hạ tầng của một doanh nghiệp

Quy mô hạ tầng không chỉ được xác định bằng số lượng máy chủ. Một doanh nghiệp có ít thiết bị vật lý nhưng sử dụng lượng lớn tài nguyên cloud vẫn có thể vận hành một hạ tầng đáng kể.

Để mô tả năng lực hạ tầng chính xác hơn, có thể xem đồng thời:

·         Số lõi hoặc năng lực CPU dành cho workload

·         Dung lượng RAM khả dụng

·         Dung lượng và hiệu suất storage

·         Băng thông và độ trễ mạng

·         Số lượng máy vật lý, máy ảo hoặc workload

·         Khả năng tăng hoặc giảm tài nguyên

·         Mức sử dụng thực tế so với năng lực được cấp

Các chỉ số này phải được đọc trong ngữ cảnh workload. Một hệ thống dữ liệu cần nhiều RAM và I/O có yêu cầu khác một web server chủ yếu xử lý lượng lớn kết nối mạng. Vì vậy, không tồn tại một cấu hình hạ tầng chung tối ưu cho mọi doanh nghiệp.

Yêu cầu thực tế của ứng dụng mới là yếu tố quyết định cần bao nhiêu compute, storage và network. Khi nhu cầu thay đổi, kiến trúc hạ tầng cũng phải có khả năng phân bổ hoặc mở rộng tài nguyên tương ứng.

Hạ tầng công nghệ doanh nghiệp có thể được hiểu ngắn gọn là lớp nền kỹ thuật cung cấp khả năng xử lý, lưu trữ và kết nối để các hệ thống CNTT hoạt động. Phần cứng tạo năng lực vật lý; mạng kết nối các thành phần; storage duy trì dữ liệu; CPU, RAM và GPU tạo tài nguyên tính toán; còn hệ điều hành, ảo hóa và cloud giúp tổ chức và cấp phát các tài nguyên đó thành môi trường mà workload có thể sử dụng.

Điểm quan trọng nhất là nhìn hạ tầng như một hệ thống thống nhất thay vì một danh sách thiết bị. Hiệu quả của ứng dụng phụ thuộc vào sự phối hợp giữa compute, memory, storage và network. Chỉ khi hiểu mối quan hệ này, doanh nghiệp mới có thể xác định đúng thành phần nào đang giới hạn hệ thống và tài nguyên nào thực sự cần được bổ sung hoặc điều chỉnh.