Centres de Processament de Dades (CPD)

Elaboració pròpia: la font és de pagament i no es reprodueix

Enunciat oficial. Centres de Processament de Dades (CPD): components, infraestructures de suport, seguretat física i ambiental, nivells de disponibilitat i redundància.

1. Components

Un CPD (Centre de Processament de Dades) és la instal·lació que allotja els sistemes d'informació crítics amb les infraestructures de suport que en garanteixen el funcionament continu.

Una granja de servidors (server farm): màquines que donen un sol servei; el balancejador de càrrega hi reparteix les peticions.

1.1 Cablatge estructurat

És un dels elements de la xarxa amb més vida útil —15 a 20 anys, molt més que els equips actius (5 a 8 anys)—: es dimensiona a llarg termini, perquè canviar-lo implica obra. Normes: ISO (International Organization for Standardization) / IEC (International Electrotechnical Commission) 11801, EN 50173, TIA (Telecommunications Industry Association) -568 (cablatge genèric) i TIA-942 (específica de CPD, aprovada també per l'ANSI (American National Standards Institute)).

• Topologia en estrella: sempre des d'un armari cap a cada presa; bus i anell són obsolets.
• Distància màxima: el tram horitzontal de coure no pot superar els 90 m entre l'armari i la presa (100 m comptant els llatiguets d'ambdós extrems). Als edificis grans això obliga a repartir armaris de planta.
• Independent de l'aplicació: la mateixa infraestructura porta veu i dades sobre la mateixa xarxa (la telefonia viatja sobre Ethernet), de manera que no cal cap cablejat telefònic a part. Ja amb la categoria 5 (100 Mbit/s) n'hi ha prou.
• Categories de coure: com més alta la categoria, més amplada de banda. La que pot caure és Cat 8: l'única que arriba a 40 Gbit/s (fins a Cat 7, 10 Gbit/s), però amb només 30 m d'abast en lloc de 100 m; es reserva a connexions curtes dins del CPD.
• Fibra òptica: OM (Optical Multimode) té un nucli més ample, s'il·lumina amb LED (Light Emitting Diode) o làser, usa la primera finestra (850 nm) per a distàncies curtes i es ven per categories numerades; OS (Optical Single-mode) té el nucli més estret, necessita làser i arriba més lluny a la tercera finestra (1550 nm).
• Topologia de rack: Top of Rack (ToR) —cada rack té el seu commutador i el coure no en surt— simplifica la gestió amb molts racks; End of Row (EoR) —tots els servidors d'una fila van a un commutador d'agregació comú— té menys commutadors però més cable.

1.2 Espais funcionals TIA-942 i sala d'entrada de proveïdors

La TIA-942 fixa els nivells TIER (§5) i divideix el CPD en espais funcionals, del cablatge troncal (backbone) cap avall:

• ER (Entrance Room, sala d'entrada): meet-me room: hi arriben i s'interconnecten els circuits dels operadors (carriers). És la demarcació: on acaba la responsabilitat de l'operador i comença la de l'organització, amb els tallafocs de frontera. Es recomana situar-la fora de la sala de còmput.
• MDA (Main Distribution Area): l'àrea central, amb la connexió creuada principal i els equips core.
• HDA (Horizontal Distribution Area): transició entre el cablatge troncal i l'horitzontal; commutadors d'una zona o planta.
• EDA (Equipment Distribution Area): al costat dels racks, on es connecta l'equipament actiu.
• TR (Telecommunications Room): serveix espais fora del CPD (oficines) connectats a l'MDA.

El cablatge troncal uneix ER, MDA i HDA; l'horitzontal, HDA i EDA.

1.3 Virtualització

• Hipervisor: programari que abstreu el maquinari físic i el reparteix entre màquines virtuals (MV). Tipus 1 (bare-metal): directament sobre el maquinari. Tipus 2 (hosted): sobre un sistema operatiu ja instal·lat.
• Virtualitzar servidors permet agrupar aplicacions de sistemes heterogenis dins del mateix maquinari: la CPU (Central Processing Unit) física es comparteix entre les MV —mai es dedica en exclusiva a una—, i això n'optimitza els recursos.
• Contenidors (Docker, LXC (LinuX Containers)): comparteixen el nucli del sistema operatiu amfitrió en lloc de virtualitzar-lo sencer; són més lleugers que una MV i se'n despleguen més amb els mateixos recursos.

1.4 L'armari de 19 polzades i la unitat de rack

L'armari o bastidor (rack) de 19 polzades és el moble normalitzat on es munta l'equipament actiu del CPD. Les 19" (482,6 mm) són la separació entre els muntants de fixació, no l'amplada de l'armari (600 o 800 mm); les fixen l'EIA (Electronic Industries Alliance) -310 i la IEC 60297.

• La unitat de rack (U) és la unitat d'alçada: 1 U = 1,75 polzades = 44,45 mm. Un armari de CPD sol fer 42 U; un commutador n'ocupa 1 i un servidor d'1 a 4.
• Profunditat: 1.000 o 1.200 mm en un CPD. Les PDU verticals van al lateral i no consumeixen U (format 0 U).
• Les U buides es tapen amb tapes cegues (blanking panels): una U oberta deixa que l'aire calent del darrere torni al frontal i escalfi els equips de sobre.
• Panell de pegat (patch panel): hi acaba el cablatge estructurat i d'ell surten els llatiguets a cada equip, i el cable fix no es toca mai.
• El límit real d'un armari no és l'espai en U sinó la potència elèctrica que se li pot portar i la calor que se'n pot extreure; l'alta densitat obliga a refrigeració en fila o líquida (§3).

2. Infraestructura elèctrica

• SAI / UPS (Uninterruptible Power Supply): alimentació sense tall entre la caiguda de la xarxa i l'arrencada del grup electrogen,. La configuració de la redundància de l'UPS és una de les característiques que diferencia els nivells TIER.
• Topologies: standby (offline), line-interactive i doble conversió (online) —l'única acceptable en un CPD.
• Redundància: N (just el necessari), N+1 (una unitat de reserva), 2N (duplicació completa), 2(N+1).
• Grup electrogen: autonomia perllongada; combustible i proves periòdiques amb càrrega.
• Doble via elèctrica (A/B) fins al rack, amb PDU independents i fonts redundants als equips.
• Escomeses de companyies diferents en els nivells alts.

Eficiència energètica:

• PUE (Power Usage Effectiveness) = energia total del CPD / energia consumida pel equipament TI (Tecnologia de la Informació). Com més a prop d'1, millor. Un CPD tradicional, a 2,0; si és modern, per sota d'1,3.
• Mesures: confinament de passadissos, free cooling, elevació de la temperatura de consigna (ASHRAE recomana 18–27 °C), virtualització i consolidació, i reutilització de la calor residual.
• Codi de conducta europeu per a CPD i EN 50600 (disponibilitat, seguretat física i eficiència).

3. Climatització i condicions ambientals

• ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) TC (Technical Committee) 9.9: el rang recomanat de temperatura a l'entrada d'aire dels equips és 18–27 °C, amb humitat relativa per sota del 60 % i punt de rosada controlat; el límit inferior d'humitat —al voltant del 8 %— pertany al rang admissible, que és més ample que el recomanat. Per sobre, condensació; per sota, electricitat estàtica.
• Passadís fred / passadís calent amb confinament: racks front a front i esquena contra esquena per no barrejar l'aire fred i el calent. És la mesura de més impacte.
• Free cooling: tecnologia que aprofita les baixes temperatures exteriors per refrigerar el CPD, per aire o per aigua, reduint l'ús dels equips d'aire condicionat i, per tant, el consum.
• Altres tècniques: refrigeració en fila (in-row), portes posteriors refrigerades, i refrigeració líquida directa al xip o per immersió per a les densitats altes de la IA (Intel·ligència Artificial).

4. Seguretat física i ambiental

Protecció activa i passiva (la distinció que es pregunta):

• Protecció passiva: estructurals i permanents, sense activació: compartimentació i sectorització RF, portes tallafoc, recobriments ignífugs, ubicació del CPD (no en soterrani inundable ni sota canonades), materials no combustibles.
• Protecció activa: sistemes que detecten i actuen: detecció precoç de fums per aspiració (VESDA), extinció automàtica per gas net, detecció de líquids, sistemes d'alarma, CCTV i control d'accés.

Extinció: no s'usa aigua sobre els equips, sinó gasos nets —FM-200, NOVEC 1230, IG-541 (Inergen), CO2 (perillós per a les persones)—, que actuen sense residus ni conductivitat.

Control d'accés: múltiples factors (targeta + PIN (Personal Identification Number) o biometria), mantrap o esclusa, registre d'accessos, acompanyament de visites i CCTV amb retenció conforme al RGPD.

Fins on arriba aquest apartat. Aquí només la seguretat física i ambiental; les defenses lògiques (tallafocs perimetrals, segmentació, detecció d'intrusions, Zero Trust) són del → tema 70.

Marc normatiu: l'ENS dedica la família mp.if (protecció de les instal·lacions) a aquests controls: àrees separades amb control d'accés, identificació de les persones, condicionament dels locals, protecció davant incendis i inundacions, registre d'equipament i instal·lacions alternatives. La ISO/IEC 27001 hi dedica els controls de seguretat física i de l'entorn.

5. Nivells de disponibilitat: la classificació TIER

L'Uptime Institute i la norma ANSI/TIA-942 estableixen un conjunt de categories en funció del nivell de disponibilitat requerit i del nivell de redundància de la infraestructura de suport.

La diferència principal entre un TIER III i un TIER IV: el TIER III és «mantenible simultàniament» —manteniment planificat sense aturar el servei, però una fallida imprevista pot causar una parada—; el TIER IV és «tolerant a fallides»: 2N amb dues vies actives i suporta una fallida imprevista sense impacte.

Altres classificacions: EN 50600 amb les seves classes de disponibilitat 1 a 4, i la ISO/IEC 22237.

6. Estratègies d'allotjament

On es col·loca un servidor no ho decideix l'espai disponible, sinó l'enllaç. Un equip que ha de rebre o servir molt de trànsit va on hi ha l'amplada de banda: dins del CPD, penjat de la troncal. Posar-lo en una sala remota unida al CPD per un enllaç d'accés modest el deixa limitat per aquest enllaç, i cap canvi de tecnologia local —una xarxa sense fil, un commutador propi al costat, un encaminador mòbil— eixampla un coll d'ampolla que és aigües amunt. El raonament invers justifica l'edge: el trànsit no ha de viatjar perquè es processa a l'origen.

Distribució geogràfica: dos CPD principals prou lluny per no compartir riscos (elèctrics, inundació, sísmics) però prou prop per a la replicació síncrona —fins a 50–100 km—, amb una tercera ubicació o núvol per a les còpies. Units per enllaços redundants, formen la base de l'alta disponibilitat i del DRP (Disaster Recovery Plan, pla de recuperació davant desastres): l'estratègia i el conjunt de procediments per recuperar els sistemes informàtics i les dades perdudes després d'un incident greu, amb un RTO (Recovery Time Objective, temps objectiu de recuperació) i un RPO (Recovery Point Objective, punt objectiu de recuperació) → tema 58.

Tendències: SDDC (Software-Defined Data Center, CPD definit per programari) —virtualització de còmput, emmagatzematge i xarxa (SDN, Software-Defined Networking) gestionats per programari, amb orquestració que n'automatitza el desplegament, la configuració i el control sense intervenció manual—, HCI (Hyper-Converged Infrastructure, hiperconvergència), CPD modulars i prefabricats, refrigeració líquida per a la IA i CPD sostenibles.

SDDC: la virtualització de l'emmagatzematge dins d'un SDDC la dona l'SDS (Software-Defined Storage), que desacobla el programari d'emmagatzematge del maquinari i agrega els discs locals dels servidors en una plataforma comuna i escalable. No s'ha de confondre amb l'hipervisor (§1.3), que virtualitza el còmput, ni amb la NIC (Network Interface Card, targeta de xarxa). → tema 56.

7. Gestió i operació

• DCIM (Data Center Infrastructure Management): inventari d'espai, energia i refrigeració.
• BMS (Building Management System) per a les instal·lacions.
• NTP (Network Time Protocol): sincronitza el rellotge de tots els sistemes del CPD, imprescindible per a logs, certificats i autenticació. Jerarquia per stratum: 0, rellotges atòmics o GPS (Global Positioning System); 1, els seus clients directes; 2 i següents, la resta. Bona pràctica: definir 2 o 3 servidors NTP interns sincronitzats amb diversos servidors externs —tres com a mínim,—, i la resta de sistemes només amb aquests, per minimitzar la dependència d'Internet.
• Manteniment preventiu de SAI, grups, climatització i extinció, amb proves de càrrega.
• Documentació: plànols, esquemes unifilars, inventari de racks, cablatge etiquetat.
• Procediments d'emergència i simulacres → tema 58.
• Contractació: al sector públic, construcció o lloguer d'un CPD i manteniment es divideixen en lots (LCSP): obra, instal·lacions, manteniment, equipament i serveis.

8. Arquitectura de xarxa del CPD

L'arquitectura clàssica de tres capes —core, agregació i accés— està pensada per a trànsit nord-sud, el que entra i surt del CPD. Amb la virtualització, la major part del trànsit passa a ser est-oest: entre servidors del mateix CPD. Aquí les tres capes fan mal: dos servidors de racks diferents han de pujar fins a l'agregació o el core i baixar.

SPINE&LEAF resol això amb dues capes i una regla: cada leaf es connecta a tots els spine, i cap leaf a un altre leaf ni cap spine a un altre spine.

• Latència predictible: entre dos servidors hi ha sempre dos salts (leaf → spine → leaf).
• Amplada de banda que escala en horitzontal: s'afegeixen spine i creixen els camins.
• Sense arbre d'expansió bloquejant: tots els enllaços transporten trànsit alhora amb ECMP (Equal-Cost Multi-Path, encaminament de camins múltiples de cost igual), en comptes de deixar-ne la meitat en espera com l'STP (Spanning Tree Protocol, que evita bucles tallant enllaços redundants).

8.1 Segmentació per capes (frontend / aplicació / backend)

Els servidors d'una aplicació web se separen en tres capes lògiques: frontend (servidors web, exposats a l'exterior), aplicació (lògica de negoci) i backend (bases de dades). Cada capa és un segment de xarxa aïllat per tallafocs, perquè un atac al frontend no arribi a les dades.

Els commutadors de nivell 2 —que commuten per adreça MAC (Media Access Control)— hi són presents a totes les capes: cada segment necessita la seva connectivitat local d'accés.

8.2 Connectors, per no confondre'ls

El cablatge de coure acaba en RJ45 (Registered Jack 45, formalment 8P8C), el connector del parell trenat, apantallat —STP (Shielded Twisted Pair, per parell) o FTP (Foiled Twisted Pair, global)— o no: UTP (Unshielded Twisted Pair). La fibra fa servir connectors no intercanviables:

El color del latiguillo no és normatiu: per convenció, groc sol ser monomode i taronja o aigua multimode.

8.3 Certificació del cablatge i reflectometria (OTDR)

Abans de posar en servei una fibra cal certificar-la: la pèrdua total no pot superar el pressupost òptic de TIA-568 i ISO/IEC 11801.

• OTDR (Optical Time Domain Reflectometer, reflectòmetre òptic en el domini del temps): envia polsos de llum per la fibra i mesura la que torna per retrodispersió (backscatter): el temps dona la distància i la intensitat la pèrdua (atenuació, en dB) en cada punt. El resultat és una traça: distància (eix horitzontal) contra pèrdua acumulada (vertical).
• Causes d'atenuació: la longitud (pèrdua per km, constant), els connectors, els empalmaments per fusió —amb menys pèrdua que un connector— i les corbatures (macrobends) massa tancades.
• Lectura de la traça: cada connector o empalmament és un esglaó —una caiguda sobtada de nivell— a la distància on és físicament; el final de la fibra es marca amb un pic de reflexió o soroll de fons pla. Un esglaó més gran del que pertoca assenyala el punt defectuós.

Claus d'examen

• TIER III «mantenible simultàniament» vs. TIER IV «tolerant a fallides»: la confusió més repetida. TIER III admet manteniment sense parar, però una fallida imprevista el pot aturar; TIER IV no (TS-TIC 2018, pràctica s3-p001; TS-TIC 2025, específic s0-p068).
• La disponibilitat del 99,982 % (~1,6 h/any d'indisponibilitat) és la de TIER III, no la de TIER IV (99,995 %): cau literal (TS-TIC 2018, pràctica s3-p001; TS-TIC 2025, s4-p026).
• Redundància del SAI per TIER: I=N · II=N+1 · III=N+1 · IV=2N. La trampa és assignar N al TIER II (li toca N+1): entre el II i el III no canvia la redundància del SAI, sinó les vies i el manteniment simultani (TS-TIC 2023, específic s0-p037).
• Free cooling és aprofitar la temperatura exterior per refredar amb menys compressors; els distractors descriuen un aire condicionat convencional (TS-TIC 2018, pràctica s3-p003).
• En la virtualització, la CPU es comparteix, mai es dedica en exclusiva a una màquina virtual: l'afirmació que ho diu és la falsa (TS-TIC 2023, pràctica s3-p029).
• En una traça OTDR, la distància es llegeix a l'escala del gràfic: la trampa és confondre m amb km —640 m llegits com a 3.864 km assenyalarien un tall inexistent (TS-TIC 2021, pràctica s3-p025).

Per recordar

• Passadís fred / calent amb confinament: la mesura d'eficiència de més impacte.
• PUE = energia total / energia TI; com més a prop d'1, millor.
• ASHRAE: 18–27 °C; humitat controlada per evitar condensació i estàtica.
• Protecció passiva = estructural i permanent (sectorització RF); activa = detecta i actua (VESDA, extinció per gas).
• En un CPD s'extingeix amb gasos nets, mai amb aigua sobre els equips.
• TIER I: N · TIER II: N+1 · TIER III: N+1 amb dues vies i manteniment sense parar (99,982 %, ~1,6 h/any) · TIER IV: 2N amb dues vies actives i tolerància a fallides (99,995 %).
• TIER III = mantenible simultàniament; TIER IV = tolerant a fallides. La diferència és el comportament davant una fallida imprevista.
• 1 U = 44,45 mm d'alçada en un armari de 19" (482,6 mm entre muntants); un armari de CPD sol fer 42 U, i les U buides es tapen amb tapes cegues.
• El cablatge estructurat té la vida útil més llarga; el tram horitzontal de coure no supera els 90-100 m, per això els edificis grans reparteixen armaris de planta.
• SDS virtualitza l'emmagatzematge dins d'un SDDC; l'hipervisor virtualitza el còmput —tipus 1 sobre el maquinari, tipus 2 sobre un sistema operatiu— i la CPU es comparteix, no es dedica.
• L'ER (meet-me room) és on entren els circuits dels operadors: la demarcació.
• L'OTDR llegeix la fibra en una traça distància/pèrdua (dB): cada esglaó és un connector o empalmament, i cal parar atenció a l'escala per no confondre m amb km.