Гиперконвергентная инфраструктура (HCI) объединяет вычисления и хранение данных в одном программно управляемом кластере из стандартных серверов. К этим двум слоям добавляется сеть — тоже под единым управлением, без вынесения в отдельное устройство. Классическая архитектура собирает эти слои из отдельных устройств: сервера и дискового массива СХД, к которым добавляются сетевые коммутаторы со своими настройками. HCI убирает границу между слоями и передает управление единой консоли, которая видит кластер целиком. Разница становится ощутимой при расширении: в HCI узел добавляет ресурсы сразу по двум направлениям, а не по одному.
Выбор между архитектурами определяют конкретные параметры проекта: число виртуальных машин и требования к отказоустойчивости. На решение также влияет бюджет на сетевые каналы между узлами. Для среднего бизнеса, который разворачивает новый ЦОД или филиал, HCI сокращает число закупочных позиций и точек интеграции. Вместо отдельных контрактов на каждый слой инфраструктуры заказчик получает один комплект узлов с предустановленным программным слоем.
Что такое гиперконвергентная инфраструктура и из чего она состоит
Гиперконвергентная инфраструктура строится на кластере из стандартных x86-серверов, в котором каждый узел одновременно выполняет вычисления и участвует в распределенном хранилище. Программно-определяемое хранилище (SDS) собирает локальные диски узлов в единый пул и распределяет по нему данные виртуальных машин. Сетевая подсистема кластера настраивается и контролируется из той же консоли, что и вычисления с хранилищем — в этом главное отличие от простого набора виртуализированных серверов.
Данные внутри SDS реплицируются на соседние узлы: как правило хранится 2-3 копии каждого блока данных. Это заменяет отдельный СХД-массив с собственным контроллером и кабелями подключения. Единая консоль управления HCI-кластером показывает загрузку процессоров и объем занятого хранилища на всех узлах одновременно, а отдельно — состояние сетевых каналов между ними, что упрощает диагностику по сравнению с несколькими разными панелями управления в классической схеме.
Чем HCI отличается от классической трехуровневой архитектуры
Классическая трехуровневая архитектура разделяет вычисления и хранение на отдельные устройства с собственным жизненным циклом. Сервер обновляется по одному графику, СХД по другому, а сетевые коммутаторы обслуживаются отдельно и нередко другой командой. HCI-кластер работает как одна система: обновление программного слоя затрагивает сразу все функции, а совместимость между ними гарантирует производитель платформы, а не интегратор вручную.
Важно не путать HCI с виртуализацией на одном сервере: она объединяет только вычислительные ресурсы одного физического узла, тогда как HCI-кластер программно объединяет вычисления и хранение данных сразу на нескольких узлах, добавляя к ним общий сетевой уровень управления.
Из каких компонентов собирают HCI-кластер: узлы, SDS, сеть
HCI-серверы представляют собой стандартные узлы с процессорами и оперативной памятью, на которых работают гипервизор и агент программно-определяемого хранилища. На том же узле установлены локальные накопители, которые формируют распределенный пул. Количество и тип накопителей в узле определяют объем этого пула: чаще используют комбинацию быстрых SSD для кеша и HDD или NVMe для основного объема данных.
Сеть между узлами кластера — не вспомогательный элемент, а критичный компонент производительности. Трафик репликации данных и синхронизации виртуальных машин идет через те же каналы, что и обычный трафик приложений. Для базовых сценариев инженер проектирует сеть 10GbE, а для нагруженных кластеров с интенсивной записью выбирает каналы 25 GbE и выше. Задержка и пропускная способность сети между узлами напрямую влияют на скорость записи в распределенное хранилище.
Минимальное число узлов и отказоустойчивость HCI-кластера
Минимальный отказоустойчивый кластер HCI обычно состоит из трех узлов — это нижняя граница кворума, при которой кластер переживает отказ одного узла без потери данных и без остановки виртуальных машин. При двух узлах кластер технически работает, но теряет возможность автоматически определить, какая из двух копий данных актуальна при разрыве связи между ними.
Для площадок с высокими требованиями к непрерывности работы конфигурацию сразу собирают как трехузловой гиперконвергентный кластер с запасом по ресурсам на каждом узле, чтобы плановое обслуживание одного сервера не снижало производительность оставшихся двух.
Для критичных виртуальных машин избыточность узлов проектируют с запасом N+1 или N+2, а катастрофоустойчивость требует отдельной площадки и независимого контура восстановления. При N+1 кластер способен потерять один узел без снижения доступной мощности, а при N+2 — два узла одновременно, что актуально для сценариев с длительным плановым обслуживанием.
Когда HCI выгоднее обычной архитектуры: сценарии применения
HCI дает измеримое преимущество там, где нужно быстро развернуть инфраструктуру без отдельного проектирования СХД и сети, например, для нового филиала или удаленной площадки с ограниченным штатом администраторов. Горизонтальное масштабирование в HCI линейно: добавление узла одновременно увеличивает и вычислительную мощность, и объем хранилища, тогда как в классической схеме сервер и СХД масштабируются раздельно и требуют отдельных закупочных циклов.
Еще один сценарий связан с VDI-инфраструктурой и критичными виртуальными машинами, для которых простой из-за отказа одного узла недопустим: HCI-кластер с настроенной репликацией переносит такие машины на исправные узлы автоматически, без ручного вмешательства администратора.
Когда классическая архитектура остается предпочтительнее
Классическая схема остается выгоднее там, где нагрузка на вычисления и на хранение растет неравномерно, например, архивное хранилище видеонаблюдения на сотни терабайт при относительно скромных вычислительных потребностях. В HCI пришлось бы наращивать узлы целиком, включая процессоры и память, ради дополнительного объема хранения, что увеличивает стоимость гигабайта.
Отдельный случай — проекты с уже отлаженной трехуровневой архитектурой, где замена работающей связки сервер-СХД-сеть на HCI потребует переноса данных и переобучения администраторов без немедленной технической необходимости. Здесь целесообразнее развивать существующую схему точечными апгрейдами компонентов.
Российские платформы гиперконвергенции и реестр отечественного ПО
Российские платформы гиперконвергенции обычно используют KVM и программный SDS-слой для объединения вычислительных ресурсов с распределенным хранилищем. Часть таких продуктов включена в реестр отечественного программного обеспечения Минцифры, поэтому при закупках по 44-ФЗ и 223-ФЗ заказчик должен проверить актуальную реестровую запись и условия национального режима для конкретной версии.
На мировом рынке гиперконвергентные платформы задают общий стандарт функциональности для сравнения архитектур, но не как объект прямой закупки для российского госзаказчика. Для регулируемых отраслей рассматривают платформы из реестра Минцифры с открытым исходным кодом или лицензионной моделью внутри контура импортозамещения.
Как оценить экономику перехода на HCI
Совокупная стоимость владения HCI-кластера считается иначе, чем для классической схемы: вместо нескольких отдельных бюджетных строк на каждый слой инфраструктуры в бюджете остается одна позиция на узлы и лицензии SDS-слоя. Экономию дает и сокращение трудозатрат на администрирование — одна консоль вместо нескольких систем управления снижает время на диагностику инцидентов.
При расчете экономики учитывают минимум три узла на старте и сетевые адаптеры от 10 GbE на каждый узел. Запас по вычислительным ресурсам под рост числа виртуальных машин на 20–30% в горизонте двух-трех лет включают в модель заранее. Для проектов с прогнозируемым равномерным ростом вычислений и хранения такой расчет обычно показывает более короткий срок окупаемости, чем поэтапное наращивание классической схемы.
Выбор между HCI и классической архитектурой сводится к структуре нагрузки и темпам роста инфраструктуры. Если вычисления и хранение растут пропорционально, а бизнесу важна быстрая раскатка новых площадок с минимальным штатом администраторов, HCI-кластер из трех и более узлов окупает более высокую стоимость на старте. Если объем данных растет значительно быстрее вычислений, отдельная СХД на классической архитектуре остается более экономичным решением. Чтобы выбрать архитектуру без субъективных допущений, рассчитайте совокупную стоимость владения на горизонт в два-три года и сопоставьте ее с требованиями к доступности.