Спрос на локальное оборудование для центров обработки данных снижается по мере того, как организации переносят рабочие нагрузки в облако. Но локальные решения не исчезли, и одним из востребованных сегментов является гиперконвергентная инфраструктура (HCI).

Основные принципы HCI

Гиперконвергентная инфраструктура (HCI) — это современный подход к построению ИТ-систем, при котором вычислительные ресурсы, сетевое взаимодействие и хранение данных объединяются в единый модульный комплекс.

Ключевые особенности HCI:

Интеграция компонентов в единую систему. В отличие от классических дата-центров, где серверы, хранилища и сетевые компоненты управляются независимо, HCI объединяет их в единую платформу с централизованным управлением. Это достигается за счёт программно-определяемых технологий, которые обеспечивают гибкость и оптимизацию ИТ-процессов.

Единый пул ресурсов. Все элементы инфраструктуры (вычисления, сети, хранилища) функционируют как единое целое, что исключает необходимость использования отдельных аппаратных решений.

Программно-определяемая архитектура. Вместо специализированного оборудования (например, физических RAID-контроллеров или балансировщиков нагрузки) применяются виртуализированные решения:

• программно-определяемое хранилище (SDS);

• программно-определяемые сети (SDN);

• гипервизор для управления виртуальными машинами.

Автоматизация управления. HCI минимизирует ручные операции за счёт:

• динамического распределения ресурсов в зависимости от текущих потребностей приложений;

• автоматической балансировки нагрузки между узлами;

• ускоренного резервного копирования и восстановления данных при авариях.

Линейная масштабируемость. В традиционных системах масштабирование требует закупки дополнительных серверов, дисковых массивов и сетевого оборудования. В HCI расширение происходит за счёт добавления стандартных серверных узлов (x86-серверов с локальными накопителями). Каждый новый узел автоматически включается в кластер, увеличивая общую производительность и объём хранилища.

Компоненты гиперконвергентной инфраструктуры

HCI строится на основе четырёх ключевых компонентов, каждый из которых реализован в виде программно-определяемого решения.

1. Вычислительные ресурсы

Основу HCI составляет виртуализация серверов. Вместо физических машин используются:

• виртуальные машины (ВМ) — изолированные среды с собственной ОС;

• контейнеры — легковесные альтернативы ВМ (Kubernetes, Docker);

• гипервизор — платформа, обеспечивающая виртуализацию и управление виртуальными ресурсами.

2. Хранение данных

HCI использует программно-определяемое хранилище (SDS, Software-Defined Storage), которое абстрагирует хранение данных от физического оборудования. Диски, расположенные на разных серверах, объединяются в единый виртуальный пул хранения. 

Функции SDS:

• Репликация — создание нескольких копий данных на разных узлах для обеспечения отказоустойчивости. В случае выхода из строя одного узла данные остаются доступными на других узлах.

• Дедупликация — удаление дублирующихся блоков данных для экономии дискового пространства.

• Сжатие — уменьшение размера данных для более эффективного использования дискового пространства.

• Кэширование— размещение часто используемых данных в более быстрой памяти (например, SSD) для ускорения доступа.

• Автоматическое распределение по уровням хранения — перемещение часто используемых данных на более быстрые диски (например, SSD), а редко используемых — на более медленные (например, HDD).

3. Программно-определяемые сети (SDN)

Сетевые функции реализуются программно, что позволяет гибко конфигурировать сетевую инфраструктуру без изменения физической топологии.

Функции SDN:

• Виртуальные сети (VLAN, VXLAN) — логическая изоляция трафика между различными приложениями или отделами без необходимости физического разделения сети.

• Микросегментация — разделение сети на небольшие изолированные сегменты для повышения безопасности.

• Балансировка нагрузки — распределение трафика между несколькими серверами для повышения производительности и отказоустойчивости.

• Автоматическое выделение сетевых ресурсов — создание и настройка виртуальных сетей и сетевых политик для новых приложений и сервисов.

4. Управляющее ПО

Централизованная платформа управления обеспечивает мониторинг, управление и автоматизацию всех компонентов HCI:

• отображение состояния узлов, виртуальных машин, хранилища и сети;

• распределение ресурсов (CPU, RAM, дисковое пространство) между виртуальными машинами;

• автоматическое развертывание виртуальных машин, настройка сети и другие задачи.

• резервное копирование и восстановление данных;

• интеграция с облачными сервисами.

Интегрированный или дезагрегированный

Интегрированная HCI (классический подход) — каждый серверный узел представляет собой самодостаточный блок, который содержит все необходимые компоненты: вычислительные ресурсы, хранилище и сетевые интерфейсы. Все эти элементы жестко связаны внутри одного физического устройства, образуя единую систему.

Как это работает?

• Кластер строится из одинаковых узлов (например, 4 сервера с одинаковой конфигурацией).

• Виртуализация (например, VMware vSAN, Nutanix) объединяет ресурсы всех узлов в единый пул.

• Если нужно масштабироваться — добавляется целый новый узел, даже если не хватает только одного ресурса. Например, если не хватает только CPU, придется покупать целый новый узел с избыточной RAM и дисками. Из-за этого часть мощности может простаивать.

Дезагрегированная HCI (dHCI) разделяет компоненты на независимые модули:

• Вычислительные узлы (CPU + RAM).

• Отдельные системы хранения.

• Высокоскоростная сеть.

Как это работает?

Вычислительные узлы и хранилище подключаются через быструю сеть (например, 25/100 GbE). Программное обеспечение виртуализирует ресурсы, создавая единый пул.

Можно добавлять ресурсы по отдельности:

• Нужно больше CPU? — Докупаем вычислительные узлы.

• Нужно больше дисков? — Расширяем хранилище.

Почему рынок гиперконвергентной инфраструктуры растет

Рынок HCI растёт в геометрической прогрессии, и на этот рост влияет несколько факторов. 

Снижение затрат. Замена дорогостоящих специализированных систем (отдельные серверы, СХД, сети) на стандартные серверные решения. Это сокращает капитальные затраты и расходы на обслуживание и администрирование.

Гибкость масштабирования. HCI позволяет развертывать ресурсы по мере необходимости, начиная с минимальной конфигурации и добавляя узлы в кластер по мере роста.

Высокая производительность. Раньше HCI применялась в основном для виртуализации рабочих столов (VDI) или баз данных. Однако современные гиперконвергентные системы поддерживают ресурсоемкие приложения: ERP-системы, СУБД, аналитика больших данных, интернет вещей, искусственный интеллект и машинное обучение.

Простота управления. Одна из главных проблем традиционных ИТ-инфраструктур — сложность администрирования. Серверы, хранилища и сети управляются отдельно, что требует больших временных и человеческих ресурсов.

HCI решает эту проблему, предоставляя единую панель управления для всех компонентов, что ускоряет развертывание, мониторинг и обслуживание инфраструктуры.

Чем гиперконвергентная инфраструктура отличается от облачной

Гиперконвергентная инфраструктура и облачные решения — это два разных подхода к организации ИТ-ресурсов, хотя могут эффективно дополнять друг друга в гибридных сценариях.

Место размещения

HCI развертывается на собственном оборудовании компании в локальном дата-центре, что дает полный контроль над инфраструктурой. 

Облачные же ресурсы физически находятся у провайдера, и компания управляет ими удаленно через веб-интерфейсы.

Архитектурные особенности

HCI объединяет вычислительные ресурсы, хранение и сети в единые модули (узлы), которые масштабируются линейно. 

Облако предоставляет виртуальные ресурсы из общего пула, где каждый компонент (виртуальные машины, хранилища) масштабируется независимо.

Финансовая модель

HCI требует капитальных вложений в оборудование и текущих расходов на обслуживание. 

Облачные сервисы работают по подписной модели, где вы платите только за используемые ресурсы. В облаке можно арендовать виртуальные машины, базы данных или готовые приложения.

Масштабируемость

Масштабирование в HCI происходит путём добавления новых узлов (серверов) в кластер. Это позволяет увеличивать ресурсы постепенно, но масштабируемость ограничена физическими возможностями локальной инфраструктуры. 

Облако предлагает практически неограниченную масштабируемость. Компания может быстро увеличивать или уменьшать ресурсы в зависимости от потребностей, не беспокоясь о физических ограничениях. Во время пиковой нагрузки можно временно увеличить количество виртуальных машин в облаке, а затем уменьшить их.

Гибкость и управление

HCI дает полный контроль над «железом» и данными, но требует собственных специалистов. 

Облако позволяет быстро развертывать сервисы без забот об инфраструктуре, передавая эти задачи провайдеру.

Смысл гибридного подхода

Многие компании комбинируют оба решения:

• Критичные системы (ERP, базы данных) размещают на HCI для контроля и безопасности.

• Временные проекты и аналитику выводят в облако для экономии и быстрого масштабирования ресурсов под задачи с переменной нагрузкой.

• Используют облако как площадку для аварийного восстановления.

Такой подход позволяет получить преимущества обоих миров: безопасность и контроль HCI плюс гибкость и масштабируемость облака.

Заключение

Благодаря высокой степени автоматизации HCI сокращает время на развёртывание и обслуживание, что особенно удобно для компаний, которые хотят избавиться от сложных разрозненных систем. По сути, HCI — это «всё в одном» для корпоративных ИТ: мощно, удобно и без лишних хлопот.