Kiến trúc hạ tầng số gồm những lớp nào?

Có thể hình dung kiến trúc cơ bản theo chiều từ dưới lên:

Hạ tầng vật lý → Kết nối → Tính toán & lưu trữ → Dữ liệu → Nền tảng & dịch vụ

An toàn thông tin, quản trị, giám sát và vận hành không nhất thiết là một lớp nằm riêng phía trên mà đóng vai trò xuyên suốt tất cả các lớp.

Hạ tầng vật lý là nền móng của kiến trúc số

Lớp thấp nhất gồm các tài sản vật lý tạo điều kiện để toàn bộ hệ thống số hoạt động. Thành phần thường gặp gồm trung tâm dữ liệu, máy chủ vật lý, hệ thống lưu trữ, thiết bị mạng, nguồn điện, hệ thống làm mát, cáp và các cơ sở hạ tầng liên quan.

Vai trò của lớp này là cung cấp tài nguyên vật lý đủ năng lực, độ sẵn sàng và khả năng mở rộng cho các lớp phía trên.

Điểm quan trọng là hạ tầng vật lý không đồng nghĩa với toàn bộ hạ tầng số. Một máy chủ hoặc trung tâm dữ liệu chỉ là phần nền; giá trị số được tạo ra khi các tài nguyên này được kết nối, ảo hóa, tổ chức thành tài nguyên tính toán và cung cấp cho dữ liệu, nền tảng hoặc dịch vụ.

Lớp kết nối đưa các tài nguyên số vào cùng một hệ thống

Lớp kết nối chịu trách nhiệm truyền dữ liệu và liên kết người dùng, thiết bị, hệ thống và các trung tâm tài nguyên với nhau.

Có thể bao gồm:

·         Mạng cố định và mạng di động

·         Cáp quang và các tuyến truyền dẫn

·         Mạng diện rộng và mạng nội bộ

·         Kết nối Internet

·         Mạng không dây

·         Thiết bị định tuyến, chuyển mạch và các thành phần mạng khác

Cơ chế của lớp này tương đối rõ: dữ liệu được tạo ra tại một điểm cần có đường truyền để đến nơi xử lý hoặc lưu trữ, trong khi kết quả xử lý phải có đường quay trở lại người dùng hoặc hệ thống tiêu thụ.

Vì vậy, chất lượng của kết nối không chỉ được nhìn bằng khả năng truy cập. Các yếu tố như băng thông, độ trễ, độ ổn định, khả năng mở rộng và khả năng dự phòng đều ảnh hưởng trực tiếp đến năng lực của các lớp phía trên.

Lớp tính toán và lưu trữ biến kết nối thành năng lực xử lý

Khi dữ liệu đã có đường truyền, hệ thống cần tài nguyên để xử lý và lưu giữ chúng. Đây là lớp tính toán và lưu trữ, thường bao gồm máy chủ, CPU, GPU, bộ nhớ, hệ thống lưu trữ và các tài nguyên ảo hóa.

Lớp này thực hiện hai chức năng khác nhau nhưng liên kết chặt chẽ:

·         Tính toán: chạy hệ điều hành, phần mềm, thuật toán, cơ sở dữ liệu và các workload

·         Lưu trữ: giữ dữ liệu, bản sao dữ liệu, tệp, cơ sở dữ liệu và các trạng thái cần thiết cho hệ thống

Ảo hóa và điện toán đám mây làm thay đổi cách khai thác lớp này. Thay vì gắn một ứng dụng cố định với một máy chủ vật lý, tài nguyên có thể được gom thành các pool và phân bổ linh hoạt theo nhu cầu. Điều đó cho phép năng lực xử lý và lưu trữ được cung cấp như tài nguyên dùng chung thay vì chỉ là tài sản phần cứng riêng lẻ.

Ranh giới của lớp này cũng cần được phân biệt với nền tảng: máy chủ, CPU, GPU và storage cung cấp tài nguyên; nền tảng phía trên tổ chức những tài nguyên đó thành môi trường và năng lực dễ sử dụng hơn cho ứng dụng.

Lớp dữ liệu biến tài nguyên tính toán thành tri thức có thể khai thác

Dữ liệu là lớp trung tâm về mặt thông tin của hạ tầng số. Nó bao gồm dữ liệu được thu thập, truyền tải, lưu trữ, tích hợp, quản lý và khai thác trong các hệ thống số.

Các thành phần có thể gồm:

·         Cơ sở dữ liệu

·         Kho dữ liệu

·         Hồ dữ liệu

·         Hệ thống tích hợp và trao đổi dữ liệu

·         Metadata và cơ chế quản lý dữ liệu

·         Công cụ xử lý, phân tích và khai thác dữ liệu

Cơ chế vận hành của lớp này không chỉ là “lưu dữ liệu”. Giá trị xuất hiện khi dữ liệu từ nhiều nguồn có thể được kết nối, chuẩn hóa, quản lý quyền truy cập và đưa vào các quy trình xử lý phù hợp.

Đây cũng là nơi xuất hiện một ranh giới quan trọng: có tài nguyên lưu trữ không có nghĩa là đã có hạ tầng dữ liệu tốt. Một hệ thống có thể sở hữu dung lượng lưu trữ lớn nhưng vẫn khó khai thác nếu dữ liệu phân mảnh, thiếu khả năng liên thông, không có quản trị hoặc không xác định rõ quyền sử dụng.

Lớp nền tảng và dịch vụ biến hạ tầng thành năng lực sử dụng

Ở lớp trên cùng, các tài nguyên bên dưới được đóng gói thành nền tảng, middleware, API, dịch vụ dùng chung và các năng lực mà ứng dụng có thể trực tiếp sử dụng.

Ví dụ có thể gồm:

·         Nền tảng điện toán đám mây

·         Nền tảng container và orchestration

·         API và nền tảng tích hợp

·         Nền tảng dữ liệu

·         Nền tảng AI và phân tích

·         Dịch vụ định danh và xác thực

·         Các dịch vụ số dùng chung

Đây là lớp tạo ra mức trừu tượng hóa cao hơn. Người phát triển ứng dụng không nhất thiết phải biết một workload cụ thể đang chạy trên máy chủ vật lý nào hoặc dữ liệu đang nằm trên thiết bị lưu trữ nào. Họ có thể sử dụng một API, một dịch vụ dữ liệu hoặc một môi trường triển khai đã được nền tảng cung cấp.

Điểm này giải thích tại sao nền tảng không đồng nhất với hạ tầng vật lý. Hạ tầng cung cấp tài nguyên; nền tảng tổ chức và cung cấp tài nguyên đó dưới dạng năng lực có thể tiêu thụ.

An toàn, quản trị và vận hành là lớp xuyên suốt

Nếu chỉ xếp kiến trúc thành năm lớp từ vật lý đến nền tảng thì vẫn chưa đủ để mô tả một hạ tầng số có khả năng vận hành thực tế. An toàn thông tin, quản trị và vận hành phải được kiểm soát xuyên suốt.

Các năng lực quan trọng gồm:

·         Quản lý định danh và quyền truy cập

·         Bảo vệ mạng và dữ liệu

·         Giám sát hiệu năng và tình trạng hệ thống

·         Sao lưu và khôi phục

·         Quản lý cấu hình và tài nguyên

·         Quản lý sự cố

·         Quản lý rủi ro và tuân thủ

·         Quản lý vòng đời tài nguyên

Ví dụ, bảo mật không chỉ thuộc lớp ứng dụng. Quyền truy cập có thể liên quan đến mạng, máy chủ, dữ liệu và nền tảng cùng lúc. Tương tự, giám sát phải theo dõi được từ kết nối, tài nguyên tính toán đến trạng thái dữ liệu và dịch vụ.

Vì vậy, có thể xem đây là mặt phẳng kiểm soát xuyên lớp thay vì một lớp chức năng độc lập.

Các lớp hạ tầng số liên kết với nhau như thế nào?

Các lớp không hoạt động độc lập mà hình thành một chuỗi phụ thuộc.

Kết nối đưa dữ liệu và yêu cầu đến tài nguyên tính toán – lưu trữ. Tài nguyên này xử lý dữ liệu và cung cấp năng lực cho lớp dữ liệu. Các năng lực đó tiếp tục được nền tảng đóng gói để ứng dụng và dịch vụ sử dụng.

Có thể mô tả luồng cơ bản như sau:

Người dùng/thiết bị → Kết nối → Tính toán & lưu trữ → Dữ liệu → Nền tảng → Ứng dụng/dịch vụ

Chiều ngược lại cũng quan trọng. Khi một dịch vụ tăng số lượng người dùng, nhu cầu ở lớp nền có thể tăng theo: nền tảng cần thêm tài nguyên tính toán, dữ liệu phát sinh thêm tải lưu trữ và kết nối cần đáp ứng lưu lượng lớn hơn.

Do đó, một kiến trúc hạ tầng số tốt không chỉ tối ưu từng lớp riêng lẻ mà phải bảo đảm khả năng phối hợp, mở rộng và vận hành xuyên lớp.

Kết luận

Về cơ bản, kiến trúc hạ tầng số có thể được tổ chức thành năm lớp: hạ tầng vật lý, kết nối, tính toán – lưu trữ, dữ liệu và nền tảng – dịch vụ. Trong đó, bốn lớp sau tạo thành chuỗi năng lực từ truyền tải đến xử lý, quản lý và cung cấp dịch vụ; hạ tầng vật lý đóng vai trò nền móng.

Tuy nhiên, đây là một mô hình phân lớp để hiểu và thiết kế kiến trúc, không phải một chuẩn duy nhất áp dụng cho mọi tổ chức. Tùy mục tiêu và quy mô, một số kiến trúc có thể gộp lớp, tách lớp hoặc bổ sung các thành phần chuyên biệt. Điều không thay đổi là mối quan hệ cốt lõi: kết nối cung cấp khả năng liên thông, tính toán cung cấp năng lực xử lý, dữ liệu cung cấp tài sản thông tin và nền tảng biến các năng lực bên dưới thành dịch vụ có thể sử dụng.