超融合?三層式?這些常見的企業IT基礎架構有何不同?
閱讀時間約 10 分鐘
這篇分享希望能讓你了解
目前企業在資訊基礎設施上有哪些常用架構，彼此之間又有甚麼樣的差異，而企業又要如何選擇出適合自己的架構呢?
本篇會分享三種主流架構：
1.三層式架構
2.超融合架構
3.非聚合式超融合架構4.總結
企業的資訊基礎設施(IT Infrastructure)在現在數位化的時代中，扮演支撐日常維運的關鍵角色，作為穩固的地基讓企業能發展其商業行為，而地基要穩固的關鍵，除了願意投資多少資金之外，挑選出適合且能屈能伸的架構也是非常重要的一環，若地基不穩或是架構不好，除了容易造成企業在營運上的損失之外，也可能會因著未來成長而有所受限。
一個合適架構的重要性，好比說計程車提供載客服務，若只能從路邊攔車、電話叫車或APP叫車等作法中挑選一種，雖然都可以提供載客服務，但三種作法對計程車需要付出的成本以及最後的成效，皆會有不同程度的影響。
因此每種架構都有其優勢與劣勢，企業可以透過不同的架構實現提供服務的目地，但要能清楚了解自身的需求，並在成本與策略的考量進行評估，從中選擇出最合適的方式。
目前企業最常使用的幾種架構包含
三層式架構(Three-Tier Infrastructure)
三層式乍聽起來以為是豬五花的三層肉，但它其實是普遍企業在建置大型的資料中心或小型的IT機房時，最常被採用的型態，也可以說是企業在機房建置與系統導入的典型做法。
那到底甚麼是三層式呢?
與一般公認的軟體應用程式架構的概念類似，在設計系統架構上，將邏輯與實體分為三個層級並各自扮演著不同的角色，包括運算(Server)、網路(LAN & SAN Switch)以及存儲(Storage)單元，企業將這三大塊單元透過實體的網路線相互串聯後，就可以達到資料交換與儲存，提供前端的應用服務。
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三層式架構的好處在於說每個角色的分工與定義明確，大家各司其職完成自己的任務，彼此井水不犯河水，將資源有效的發揮出來，是大多數的企業最常使用的架構。但由於設備數量較多的緣故，對於成本與管理皆會帶來較大的壓力，因此通常有一定規模的企業才能負擔，而在實務上會面臨到的問題，包含幾點：
- 過多的查找點(伺服器、網路、儲存)，讓IT人員在排除上增加困難
- 無法精準評估所需資源，有Overprovision的問題
- 擴充上不夠彈性，難以因應未來成長彈性調整
- 從0-1的導入門檻，與規劃建置的複雜度較高
- 可能有Muti-Vendor，無法形成統一窗口
- 設備各自有管理介面，較不易於管理
- 機櫃的空間與電力成本較高
看完上述幾點，可以發現三層式的架構雖然穩定，但是對於IT人員的管理，帶來許多的不便性與麻煩之外，企業的規模大小與設備數量、架構的複雜程度也形成正比，因此在這樣的背景與技術的成熟之下，逐漸發展出新形態的超融合架構。
超融合架構(Hyper-Converged Infrastructure，HCI)
於2011年左右出現的超融合架構，主要為了解決客戶在傳統三層式架構在管理不易與擴充限制的痛點，將過往三層式架構所具備的運算與存儲單元透過軟體整合至一台x86伺服器節點，除了透過單一介面界進行控制之外，也能夠隨著企業的資料成長而做彈性的擴充，更能簡化異地備援(Disaster Recovery)的架構。
與傳統三層式設備堆疊的概念相比，超融合的出現大大的減少企業與IT人的的負擔，將運算與儲存進行整合，讓每一台節點都可被視為完整的基礎設施單元。
就好比說原本煮菜很麻煩，除了需要有各種器具之外，還要煩惱擺放鍋具的空間是否足夠，而且若家裡人變多的話，可能也需要更多的瓦斯爐，而在微波爐出現之後省去很多的麻煩，只要動動手指操作介面，幾秒鐘後就能享受到熱呼呼的飯菜，也可以因應未來的需求再買第二、第三台，不會受限於原先規劃好既定的瓦斯爐數量。
而超融合架構之所以能被實踐，除了客戶的需求之外，相關技術的成熟也是其中的一項因素，這幾種的技術就像人體的腦、骨骼、肌肉與皮膚一樣，這些器官發育並成熟時，就能讓我們做到各式各樣的事情。
- CPU (大腦)
CPU如同人類的大腦，負責處理各種大小事，如果我們的思考速度越快、耗費的精力越少，就可以幫助我們有效率的處理更多事情，不論是運算或存儲單元，都會有CPU負責處理資料，而超融合將兩者整合為一，至少需要達到1+1 ≥ 2的效益，所以CPU技術的進步，以及成本的降低，是支撐超融合架構的因素之一。
- 分散式儲存架構 (骨骼)
分散式儲存架構如同一個人的骨骼一樣，是讓超融合可被實踐的必要因素，在一般的儲存架構中資料會儲存在磁碟陣列，而企業級的磁碟陣列往往會設計雙控制器達到高可用性，並且可透過串接磁碟櫃的方式擴充儲存空間，同時以RAID技術進行資料的保護，所以單台的集中式儲存就可以提供相對程度的保護與穩定性。
但超融合架構透過軟體將運算與存儲單元進行整合，所以儲存空間會是由自身的硬碟所貢獻，雖然單台可被視作為完整基礎設施單元，但不足以支撐龐大的企業需求，會面臨在效能、空間與擴充性的瓶頸。
因此超融合透過多節點組成叢集(Cluster)的方式，像悟空使出元氣彈一樣，將多台節點的資源匯集成一個大資源池，而分散式儲存架構的成熟，也讓資料可以被切割、儲存到多台節點之中，不僅平均每台的工作負載，也達到資源擴充、高可用性與資料保護的能力。
- SSD (肌肉)
SSD像肌肉一樣，肌肉越發達就可以跑得越快，相信大家都有類似經驗，以前電腦用HDD時，開機總是要等個好幾分鐘，後來換成SSD之後，只要30秒左右就可以完成，這就是SSD與HDD在效能上的差異。
早期SSD剛發展出來時，價格與一般的HDD差距非常大，因此較常被作為Cache使用，容量還是由HDD提供，但隨著技術的成熟，SSD的價格也達到可被接受的程度，容量也越來越大，可以提供更好的效能，因此是讓超融合可以立足的一項關鍵。
- 虛擬化應用 (皮膚)
虛擬化的重要性在於市場的普及與技術的成熟，讓運算與存儲單元能夠在x86伺服器上整併的作法得以被實踐，如果沒有虛擬化技術的話，是無法將運算與存儲兩種角色合而為一的，如同皮膚一樣，覆蓋在骨骼(架構)上。
因此從傳統的三層式架構，發展到近現代的超融合架構，在時空背景的不同和技術革新之下，形成了一個漸進式發展歷程，但都是思考如何在相同目的下有更有效率的方法，降低人力與管理上的成本，而技術的創新扮演著關鍵的角色。
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所以超融合架構中提供幾項的好處：
- 能依據企業在不同的發展階段上進行彈性擴充
- 運算與存儲虛擬化，透過單一管理介面操作
- 低導入門檻，最少只要二台可建立HA架構
- 設備數量簡化，從三台縮為一台
但相對的，超融合在實務上還是會遇到一些限制：
- 效能瓶頸
由於Server與Storage共用CPU、RAM與Disk這些資源，所以會有資源爭奪、資源干擾的問題，並且因著超融合的資料保護與三層式的RAID硬碟架構不同，是透過抄寫資料複本到其他節點的方式實踐，所以在資料流的架構上延遲的時間會較高，無法滿足一些需要低於1ms延遲性的關鍵應用，或是需要高IOPS的服務。
- 擴充限制
雖然超融合都主打彈性擴充，可以隨著企業在不同的成長階段視需求擴充，與三層式相比的確彈性許多，但限制在於說只能以節點為單位線性擴充，無法做到不對稱擴充。
舉例來說，如果我買了二台超融合，使用了三年之後，運算資源不足但空間還夠，你要擴充的話只能選擇再買一台節點，可是你本來空間就夠了，現在又多了一倍的空間，變相來說反而造成資源的閒置浪費，無法像三層式一樣運算資源不夠就買Server、儲存空間不夠就買Disk/Storage。
- 品牌綁架
各家超融合品牌都會推出自家的一體機，對於有些不想被綁架的企業來說，就會是一個考量點，因為你買A家的超融合，後續擴充基本上也是繼續買下去，好處就是不需要煩惱太多，但就是貴了點，而這些超融合品牌，通常也會提供所謂的Ready Nodes，也就是有經過認證的白牌硬體，再搭配該品牌的軟體做成超融合架構，好處就是你可以不受到品牌的綁架，或利用既有的資源再利用，但風險就是軟硬體廠商不同，出事時會需要對應多窗口。
所以超融合雖然方便，可以單一平台管理這些組件，但在有些小地方上還是有些可惜，反而三層式相對更有優勢，所以這時候就會想啦，有沒有一個解決辦法，是可以將三層式和超融合兩者架構的優點集結起來呢?基於這樣的想法，各家品牌大廠又推出了一個延伸性的架構，將兩者的優點整合起來，也就是所謂的dHCI。
非聚合式超融合架構(Disaggregated HCI，dHCI)
dHCI名子雖然也有個超融合，但其實是超融合的變形，因為在dHCI的架構中，運算與儲存單元被拆分開來，各自有實體設備，雖然與三層式架構類似，但不同之處在於dHCI運算和存儲是同一個管理介面，所以被稱作非聚合式超融合。
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這樣的作法算是在三層式與超融合中取得一個平衡點，克服三層式與超融合的瓶頸，包含以下幾點：
- 可以做到非對稱式擴充，運算不夠擴充Server、空間不夠擴充Storage
- 因為運算與存儲分開，所以不會有資源爭奪的問題
- 可像超融合一樣用單一管理平台管理設備
- 低延遲、高效率，可以運行企業關鍵應用
總結
綜觀上述提到的三種架構，大家可以發現其實每種架構都有他的優缺點，那這樣我到底要如何評估或是選擇呢?
回到開頭提到架構的重要性對於企業的影響，在選擇上首要是看企業的使用情境以及企業/個人的需求面，最後才看有多少的預算，舉例來說，我希望系統穩定度要高、要有能運作關鍵應用的效能，並且預期不會有太多的資料成長需求，那或許可以考慮三層式；如果希望能減少管理負擔、主要運作general的應用、且未來會評估DR的話，可以考慮超融合；若想要超融合的管理方便，但又有資料成長的需求，希望可以依需求彈性擴充，預算也夠的話，可以試試看dHCI。
預算有限，慾望無限，相信身為IT人員都能體會，尤其老闆又要馬兒跑，又要馬兒不吃草，要把錢精準地花在刀口上，若是能了解目前業界常用的幾種架構，再思考目前的使用情境以及想改善的問題，相信可以找到最適合你的架構。
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