Thành phần hạ tầng số gồm những nhóm cơ bản nào?

Trong thực tế, đặc biệt khi nhìn từ chiến lược hạ tầng số tại Việt Nam, phạm vi còn bao gồm mạng băng rộng, trung tâm dữ liệu, điện toán đám mây và các nền tảng công nghệ số như IoT, AI, dữ liệu lớn và an ninh mạng.

Vì vậy, nếu cần trả lời ngắn gọn câu hỏi “thành phần hạ tầng số gồm những gì?”, có thể quy về các nhóm chính: kết nối; tính toán và xử lý; lưu trữ và trung tâm dữ liệu; cloud và lớp ảo hóa; nền tảng dữ liệu, tích hợp và các lớp bảo đảm an toàn.

Hạ tầng kết nối: lớp đưa dữ liệu đi và đến

Hạ tầng kết nối là lớp đầu tiên vì các hệ thống số không thể trao đổi dữ liệu nếu thiếu đường truyền và mạng truy nhập.

Nhóm này gồm:

·         Mạng cáp quang cố định

·         Mạng di động 4G, 5G và các thế hệ tiếp theo

·         Mạng truyền dẫn và mạng lõi

·         Cáp quang biển và các tuyến kết nối quốc tế

·         Thiết bị mạng như router, switch, gateway

·         Các công nghệ kết nối cho IoT và thiết bị đầu cuối

Chức năng chính của lớp kết nối là truyền dữ liệu giữa người dùng, thiết bị, hệ thống và các trung tâm xử lý. Chất lượng của nó được thể hiện qua những thông số như băng thông, độ trễ, độ ổn định, khả năng mở rộng và mức độ sẵn sàng.

Đây cũng là lý do các mục tiêu phát triển hạ tầng số thường gắn trực tiếp với tốc độ truy nhập, độ phủ mạng và năng lực kết nối quốc tế. Chiến lược hạ tầng số của Việt Nam đặt mục tiêu đến năm 2030 người sử dụng có khả năng truy nhập cáp quang từ 1 Gb/s trở lên và mạng 5G phủ 99% dân số.

Điểm cần phân biệt: thiết bị người dùng như điện thoại hay máy tính là điểm cuối của mạng, còn hạ tầng kết nối là hệ thống giúp các điểm cuối đó trao đổi dữ liệu với nhau và với các tài nguyên số phía sau.

Hạ tầng tính toán và xử lý: nơi dữ liệu được biến thành kết quả

Nếu kết nối quyết định dữ liệu có thể đi đâu thì hạ tầng tính toán quyết định dữ liệu được xử lý như thế nào.

Thành phần điển hình gồm:

·         CPU và GPU

·         Máy chủ vật lý

·         Máy chủ ảo

·         Cụm máy chủ

·         Hệ thống tính toán hiệu năng cao

·         Nền tảng điều phối tài nguyên

·         Phần mềm hệ thống và lớp ảo hóa

Tài nguyên tính toán được dùng để chạy ứng dụng, xử lý giao dịch, phân tích dữ liệu, huấn luyện mô hình AI, xử lý hình ảnh hoặc thực hiện các tác vụ nghiệp vụ khác.

Điểm quan trọng là năng lực tính toán không chỉ được đánh giá bằng số lượng máy chủ. Với một hệ thống thực tế, cần quan tâm đến khả năng mở rộng, hiệu năng, mức sử dụng tài nguyên, độ sẵn sàng và khả năng phân bổ tài nguyên theo tải.

Chẳng hạn, một ứng dụng có lượng truy cập tăng đột biến cần thêm tài nguyên xử lý trong thời gian ngắn. Nếu hạ tầng không có khả năng mở rộng, hệ thống có thể chậm hoặc ngừng phục vụ dù đường truyền vẫn hoạt động bình thường.

Hạ tầng lưu trữ và trung tâm dữ liệu: nơi dữ liệu được giữ và bảo vệ

Tính toán tạo ra kết quả nhưng dữ liệu cần được lưu giữ để có thể truy cập, sao lưu, phân tích và phục hồi khi cần.

Hạ tầng lưu trữ thường gồm:

·         Ổ đĩa và hệ thống lưu trữ

·         Storage Area Network hoặc các kiến trúc lưu trữ tương đương

·         Lưu trữ đối tượng, tệp và khối

·         Cơ chế sao lưu và phục hồi

·         Hệ thống quản lý dữ liệu

·         Thiết bị và hệ thống dự phòng

Ở cấp độ vật lý, các tài nguyên này thường được tập trung trong trung tâm dữ liệu. Một trung tâm dữ liệu không chỉ là nơi đặt máy chủ mà còn cần điện, làm mát, mạng, kiểm soát môi trường, dự phòng và các cơ chế bảo đảm tính liên tục của dịch vụ.

Vai trò của trung tâm dữ liệu ngày càng mở rộng khi các hệ thống AI, dữ liệu lớn và dịch vụ trực tuyến cần lượng tài nguyên tính toán và lưu trữ lớn. Chương trình phát triển Chính phủ số của Việt Nam cũng định hướng hình thành hạ tầng lưu trữ, tính toán đạt tiêu chuẩn quốc tế và phát triển các cụm trung tâm dữ liệu quy mô lớn.

Một điểm quan trọng là lưu trữ không đồng nghĩa với sao lưu. Lưu trữ phục vụ việc giữ và truy cập dữ liệu trong vận hành; sao lưu tạo thêm bản sao để phục hồi khi dữ liệu gốc bị mất, hỏng hoặc bị sự cố.

Điện toán đám mây và ảo hóa: cách cung cấp tài nguyên hạ tầng linh hoạt

Điện toán đám mây thường được nhắc đến như một thành phần của hạ tầng số, nhưng về bản chất cần hiểu chính xác hơn: cloud là mô hình cung cấp và sử dụng tài nguyên tính toán, lưu trữ, mạng và dịch vụ, không đơn thuần là một loại máy chủ mới.

Theo NIST, cloud cung cấp quyền truy cập theo nhu cầu vào một tập tài nguyên tính toán dùng chung, trong đó có mạng, máy chủ, lưu trữ, ứng dụng và dịch vụ; các tài nguyên này có thể được cấp phát và thu hồi nhanh chóng.

Lớp ảo hóa giúp tách tài nguyên vật lý thành các tài nguyên logic có thể phân bổ linh hoạt. Nhờ đó, một máy chủ vật lý có thể cung cấp nhiều máy ảo hoặc nhiều môi trường xử lý khác nhau.

Cloud thường được triển khai dưới các mô hình như:

·         IaaS: cung cấp tài nguyên hạ tầng như xử lý, lưu trữ và mạng

·         PaaS: cung cấp môi trường và nền tảng để phát triển, triển khai ứng dụng

·         SaaS: cung cấp phần mềm dưới dạng dịch vụ

NIST cũng phân biệt các mô hình triển khai như private cloud, public cloud, community cloud và hybrid cloud.

Do đó, khi phân loại thành phần hạ tầng số, cloud nên được xem là lớp cung cấp và trừu tượng hóa tài nguyên, có thể bao phủ các tài nguyên mạng, tính toán và lưu trữ bên dưới, thay vì hiểu nó là một thành phần vật lý tách biệt hoàn toàn.

Nền tảng dữ liệu và tích hợp: kết nối các hệ thống thành một hệ sinh thái

Một hạ tầng số hoàn chỉnh không dừng ở việc có mạng, máy chủ và lưu trữ. Các hệ thống còn phải trao đổi dữ liệu và phối hợp với nhau.

Nhóm này gồm:

·         Nền tảng dữ liệu

·         API và cổng tích hợp

·         Hệ thống trao đổi, chia sẻ dữ liệu

·         Nền tảng định danh và xác thực

·         Hệ thống quản lý dữ liệu dùng chung

·         Nền tảng IoT

·         Các dịch vụ nền tảng phục vụ AI, dữ liệu lớn hoặc phân tích

Vai trò của lớp tích hợp là tạo ra khả năng tương tác giữa các hệ thống vốn có thể được xây dựng bằng công nghệ hoặc kiến trúc khác nhau.

Ví dụ, trong một hệ sinh thái số, hệ thống định danh có thể cung cấp thông tin xác thực cho nhiều dịch vụ; nền tảng tích hợp có thể giúp một hệ thống nghiệp vụ lấy dữ liệu từ hệ thống khác thông qua API; còn nền tảng dữ liệu giúp nhiều ứng dụng khai thác cùng một nguồn dữ liệu theo quyền được cấp.

Định hướng phát triển hạ tầng số tại Việt Nam cũng nhấn mạnh các nền tảng như định danh, xác thực, thanh toán, hóa đơn và tích hợp, chia sẻ dữ liệu như một lớp hạ tầng tiện ích số.

An toàn, bảo mật và khả năng vận hành là lớp xuyên suốt

An toàn thông tin không nên được hiểu đơn giản là một “thiết bị” đứng cạnh máy chủ hay mạng. Đây là lớp xuyên suốt toàn bộ hạ tầng số.

Nó bao gồm:

·         Kiểm soát truy cập và định danh

·         Mã hóa

·         Giám sát và phát hiện sự cố

·         Phòng chống tấn công mạng

·         Sao lưu và khôi phục

·         Dự phòng và khả năng chịu lỗi

·         Quản lý cấu hình và tài nguyên

·         Giám sát hiệu năng và tính sẵn sàng

Mối quan hệ này có thể hình dung như sau: kết nối đưa dữ liệu đến hệ thống; tính toán xử lý dữ liệu; lưu trữ giữ dữ liệu; cloud giúp cung cấp tài nguyên linh hoạt; nền tảng tích hợp giúp các hệ thống trao đổi với nhau; còn bảo mật và vận hành bảo đảm toàn bộ chuỗi hoạt động an toàn và liên tục.

Vì vậy, một hạ tầng có nhiều máy chủ nhưng thiếu dự phòng, kiểm soát truy cập hoặc khả năng phục hồi vẫn chưa phải là hạ tầng số có độ tin cậy cao.

Có thể tóm tắt thành phần hạ tầng số thành 5 nhóm lõi: kết nối → tính toán/xử lý → lưu trữ/trung tâm dữ liệu → cloud/ảo hóa → nền tảng dữ liệu và tích hợp, với an toàn thông tin, dự phòng và vận hành là các lớp xuyên suốt. Cách phân nhóm này giúp tránh một nhầm lẫn phổ biến: cloud không thay thế mạng, máy chủ hay lưu trữ; nó tổ chức và cung cấp các tài nguyên đó theo một mô hình linh hoạt hơn.