Cloud Infrastructure là gì? Toàn tập về Cơ sở hạ tầng đám mây

Cloud Infrastructure là nền tảng giúp doanh nghiệp triển khai ứng dụng, lưu trữ dữ liệu và mở rộng tài nguyên linh hoạt qua Internet. Hiểu rõ Cloud Infrastructure là gì sẽ giúp doanh nghiệp lựa chọn mô hình hạ tầng phù hợp, tối ưu chi phí và nâng cao hiệu quả vận hành.

Cloud Infrastructure là gì? 

Cloud Infrastructure (cơ sở hạ tầng đám mây) là tập hợp các tài nguyên phần cứng và phần mềm tạo nền tảng cho việc cung cấp dịch vụ điện toán đám mây qua Internet. Các thành phần chính bao gồm máy chủ, hệ thống lưu trữ, thiết bị mạng, API, công cụ bảo mật đám mây và nền tảng quản lý ứng dụng AI.

Những tài nguyên này được các nhà cung cấp dịch vụ đám mây (Cloud Service Provider – CSP) như Amazon Web Services (AWS), Google Cloud, Microsoft Azure và VNPT Cloud triển khai, quản lý tại các trung tâm dữ liệu. Người dùng có thể truy cập tài nguyên theo nhu cầu, đồng thời dễ dàng mở rộng hoặc thu hẹp năng lực xử lý, lưu trữ và mạng tùy theo khối lượng công việc.

So với việc tự đầu tư và vận hành hạ tầng tại chỗ, Cloud Infrastructure giúp doanh nghiệp tăng tính linh hoạt, cải thiện khả năng mở rộng và tối ưu chi phí đầu tư CNTT.

Các công nghệ cốt lõi của Cloud Infrastructure

Cloud Infrastructure được xây dựng dựa trên nhiều công nghệ giúp doanh nghiệp triển khai, quản lý và mở rộng tài nguyên điện toán đám mây hiệu quả. Trong đó, các công nghệ quan trọng nhất gồm ảo hóa, hypervisor, kiến trúc microservices, container và công cụ điều phối container.

Công nghệ ảo hóa

Ảo hóa là công nghệ nền tảng của điện toán đám mây, cho phép trừu tượng hóa các tài nguyên CNTT như máy chủ, hệ thống lưu trữ và thành phần mạng.

Các máy chủ vật lý do nhà cung cấp dịch vụ đám mây quản lý tại nhiều trung tâm dữ liệu sẽ được kết nối, phân chia và cung cấp dưới dạng tài nguyên ảo. Nhờ đó, người dùng có thể truy cập và sử dụng tài nguyên từ bất kỳ đâu có kết nối Internet mà không cần trực tiếp quản lý phần cứng.

Hypervisor

Hypervisor là phần mềm đóng vai trò trung tâm trong quá trình ảo hóa. Công nghệ này tạo ra một lớp trừu tượng giữa phần cứng vật lý và máy ảo, cho phép nhiều máy ảo hoạt động đồng thời trên cùng một máy chủ.

Mỗi máy ảo có thể sử dụng hệ điều hành riêng. Hypervisor sẽ tập hợp, phân bổ và điều chỉnh tài nguyên như CPU, RAM và dung lượng lưu trữ cho từng máy ảo dựa trên nhu cầu thực tế. Theo báo cáo từ IBM Cloud, VMware đang nắm khoảng 42,77% thị phần trên thị trường nền tảng ảo hóa. 

Kiến trúc microservices

Microservices là một phương pháp kiến trúc cloud-native, trong đó một ứng dụng lớn được chia thành nhiều dịch vụ nhỏ, liên kết lỏng lẻo và có thể triển khai độc lập.

Cách tiếp cận này giúp đội ngũ phát triển dễ dàng cập nhật, bảo trì hoặc mở rộng từng chức năng mà không làm ảnh hưởng đến toàn bộ ứng dụng.

Container

Container là đơn vị phần mềm có thể thực thi, dùng để đóng gói mã nguồn ứng dụng cùng các thư viện và thành phần phụ thuộc cần thiết.

Nhờ container, ứng dụng có thể hoạt động nhất quán trên nhiều môi trường khác nhau, từ máy tính của nhà phát triển đến private cloud, public cloud hoặc môi trường hybrid cloud.

Công cụ điều phối container

Khi số lượng container tăng lên, doanh nghiệp cần sử dụng công cụ điều phối để tự động hóa quá trình triển khai, quản lý và mở rộng ứng dụng.

Kubernetes là một trong những nền tảng điều phối container phổ biến nhất hiện nay. Công cụ này giúp tự động lên lịch triển khai, phân bổ tài nguyên, cân bằng tải, khôi phục container gặp sự cố và mở rộng ứng dụng trên nhiều môi trường đám mây.

Các thành phần chính của Cloud Infrastructure

Cloud Infrastructure bao gồm các thành phần phần cứng và phần mềm phối hợp với nhau để cung cấp khả năng mở rộng, tính linh hoạt và khả năng truy cập cần thiết cho điện toán đám mây. Một môi trường hạ tầng đám mây thường gồm bốn thành phần chính: máy chủ, hệ thống lưu trữ, mạng và phần mềm.

Máy chủ

Máy chủ trong môi trường đám mây có thể là hạ tầng vật lý hoặc hạ tầng ảo, được sử dụng để cung cấp ứng dụng, xử lý thông tin và lưu trữ dữ liệu.

Các máy chủ này có thể được tối ưu cho nhiều loại khối lượng công việc khác nhau như trí tuệ nhân tạo (AI), học máy (ML), dữ liệu lớn và điện toán hiệu năng cao (HPC).

Tùy theo nhu cầu sử dụng, doanh nghiệp có thể lựa chọn:

• Máy chủ bare metal: Thường phù hợp với các khối lượng công việc sử dụng nhiều dữ liệu.
• Máy chủ ảo: Phù hợp hơn với các khối lượng công việc có mức độ biến động cao.
• Mô hình kết hợp: Sử dụng đồng thời máy chủ vật lý và máy chủ ảo.

Hệ thống lưu trữ

Cloud Storage sử dụng các máy chủ đặt tại trung tâm dữ liệu của nhà cung cấp dịch vụ đám mây để lưu trữ dữ liệu. Phần lớn các máy chủ lưu trữ này là máy ảo chạy trên máy chủ vật lý.

Hệ thống lưu trữ đám mây có khả năng co giãn, cho phép người dùng tăng dung lượng khi khối lượng dữ liệu tăng và giảm dung lượng khi nhu cầu sử dụng thấp hơn.

Người dùng có thể kết nối với hệ thống lưu trữ thông qua Internet hoặc kết nối riêng chuyên dụng bằng cổng thông tin web, website hoặc ứng dụng di động giao tiếp qua API. Sau đó, máy chủ kết nối sẽ chuyển dữ liệu đến một cụm máy chủ tại một hoặc nhiều trung tâm dữ liệu.

Các loại hình lưu trữ đám mây chính gồm:

• Object Storage: Dùng để lưu trữ dữ liệu phi cấu trúc.
• File Storage: Dùng để lưu trữ và chia sẻ tệp.
• Block Storage: Phù hợp với các khối lượng công việc yêu cầu nhiều thao tác đầu vào và đầu ra.

Mạng

Mạng là thành phần quan trọng của Cloud Infrastructure, cho phép các tài nguyên đám mây giao tiếp và trao đổi dữ liệu với nhau.

Phần cứng mạng bao gồm các thiết bị vật lý như switch, router và những thiết bị liên quan khác. Trong môi trường đám mây, các thiết bị mạng thường được ảo hóa trên hạ tầng vật lý.

Một số thành phần mạng phổ biến gồm:

• Switch ảo: Quản lý lưu lượng giữa các máy ảo.
• Load Balancer ảo: Phân phối lưu lượng truy cập đến nhiều máy chủ để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy.
• Tường lửa ảo: Kiểm soát lưu lượng mạng và bảo vệ tài nguyên đám mây.

Cloud Infrastructure sử dụng mạng diện rộng (WAN) để kết nối các tài nguyên phân bố tại nhiều khu vực địa lý. Trong khi đó, mạng cục bộ (LAN) hoặc mạng cục bộ ảo (VLAN) được sử dụng để tạo và quản lý mạng ảo trong môi trường đám mây.

Ngày nay, nhiều môi trường Cloud Infrastructure còn sử dụng mạng được xác định bằng phần mềm (Software-Defined Networking – SDN). Công nghệ này cho phép quản lý tập trung tài nguyên mạng thông qua phần mềm. 

Phần mềm

Phần mềm quản lý đám mây cung cấp một trung tâm tập trung để giám sát, quản lý tài nguyên và tối ưu chi phí sử dụng cloud.

Các bảng điều khiển hoặc nền tảng quản lý có thể tạo ra một giao diện tập trung duy nhất, còn gọi là Single Pane of Glass (SPOG), giúp hợp nhất thông tin và tăng khả năng quan sát. Nhờ đó, người dùng có thể đưa ra quyết định chính xác hơn về hiệu suất, danh mục tài nguyên và nhật ký hệ thống.

Các công cụ tự động hóa phần mềm còn hỗ trợ bảo mật và tuân thủ trong môi trường đám mây. Những công cụ này giúp bảo vệ dữ liệu nhạy cảm, xử lý các lỗ hổng dịch vụ và bảo đảm giao thức bảo mật luôn được cập nhật để giảm thiểu các mối đe dọa mới.

Bên cạnh đó, giải pháp quản lý danh tính và quyền truy cập (IAM) hỗ trợ các hoạt động như cấp quyền người dùng, xác thực, phân quyền và quản lý quyền truy cập.

Phần mềm kiểm soát chi phí đám mây cũng có thể tự động thực hiện các tác vụ quan trọng theo thời gian thực mà không cần con người can thiệp. Qua đó, doanh nghiệp có thể phân bổ hiệu quả hơn tài nguyên điện toán, lưu trữ và mạng.

Các mô hình triển khai Cloud Infrastructure

Mô hình triển khai đám mây xác định cách tài nguyên cloud được truy cập, quản lý và vận hành. Các mô hình phổ biến gồm:

Lưu ý: Private Cloud do một tổ chức quản lý và dành riêng toàn bộ hạ tầng cho tổ chức đó. Trong khi đó, VPC là môi trường riêng biệt được tạo trên hạ tầng Public Cloud của nhà cung cấp.

Các mô hình cung cấp Cloud Infrastructure

Ba mô hình dịch vụ đám mây chính là IaaS, PaaS và SaaS. Ngoài ra còn có Serverless Computing và FaaS. 

Cloud Infrastructure và Cloud Architecture khác nhau như thế nào?

Cloud Infrastructure và Cloud Architecture là hai khái niệm có liên quan chặt chẽ nhưng không giống nhau. Cloud Architecture đóng vai trò như bản thiết kế tổng thể, còn Cloud Infrastructure là tập hợp các tài nguyên vật lý và tài nguyên ảo được sử dụng để triển khai môi trường đám mây.

Cloud Architecture có thể được hình dung như bản thiết kế của một tòa nhà, trong khi Cloud Infrastructure là các thành phần thực tế được sử dụng để xây dựng và vận hành công trình đó.

Cloud Architect là chuyên gia CNTT chịu trách nhiệm giám sát chiến lược điện toán đám mây của tổ chức, xây dựng kế hoạch áp dụng cloud và quản lý quá trình di chuyển lên đám mây.

Một trong những nhiệm vụ của Cloud Architect là Cloud Provisioning, tức quá trình thiết lập các thành phần hạ tầng, tài nguyên, ứng dụng và dịch vụ cần thiết để tạo ra một môi trường đám mây hoàn chỉnh. Đồng thời, Cloud Architect cần bảo đảm Cloud Infrastructure phù hợp với chiến lược Cloud Architecture nhằm đáp ứng yêu cầu về hiệu suất và hiệu quả chi phí của doanh nghiệp.

Lợi ích của Cloud Infrastructure

Cloud Infrastructure giúp doanh nghiệp tối ưu hoạt động CNTT và thúc đẩy đổi mới nhờ các lợi ích sau:

• Độ tin cậy: Cloud Infrastructure bảo đảm độ tin cậy thông qua nhiều cơ chế giúp dịch vụ luôn sẵn sàng, ổn định và có khả năng phục hồi. 
• Tính linh hoạt và tốc độ: Hỗ trợ phát triển, kiểm thử, triển khai và mở rộng ứng dụng nhanh chóng, giúp doanh nghiệp đáp ứng kịp thời nhu cầu thị trường.
• Khả năng mở rộng: Cho phép tăng hoặc giảm tài nguyên theo sự phát triển của ứng dụng và khối lượng công việc mà không làm ảnh hưởng đến hiệu suất.
• Khả năng co giãn: Tự động điều chỉnh tài nguyên theo thời gian thực khi lưu lượng truy cập tăng hoặc giảm đột ngột, giúp ứng dụng hoạt động ổn định.
• Tối ưu chi phí: Chỉ sử dụng tài nguyên khi cần thiết, hạn chế cấp phát dư thừa và giảm chi phí mua sắm, lắp đặt, cấu hình, quản lý hạ tầng tại chỗ.
• Duy trì hoạt động và khôi phục sau thảm họa: Hỗ trợ sao lưu tự động và khôi phục tài nguyên giữa nhiều khu vực, qua đó giảm thời gian gián đoạn.

Cloud Infrastructure cung cấp nền tảng linh hoạt, có khả năng mở rộng và tối ưu chi phí cho hoạt động CNTT. Doanh nghiệp cần đánh giá nhu cầu về hiệu suất, bảo mật và ngân sách để lựa chọn mô hình hạ tầng đám mây phù hợp, trong đó VNPT Cloud là một lựa chọn đáng cân nhắc.