A ideia geral

Quando falamos em "nuvem", parece algo abstrato, como se os dados ficassem flutuando em algum lugar. Mas a nuvem é bem concreta: ela é feita de prédios cheios de servidores espalhados pelo mundo. A AWS (Amazon Web Services) é, no fundo, uma rede gigante desses prédios, conectados por fibra ótica e organizados de um jeito muito específico para nunca parar de funcionar.

Este documento explica essa organização em duas partes. Primeiro, as três camadas principais que estruturam tudo. Depois, o que existe fisicamente dentro de um data center, para que a ideia de "nuvem" deixe de ser abstrata.

As três camadas principais

A infraestrutura da AWS se organiza em três níveis. Cada um resolve um problema diferente.

1. Regiões: onde no mundo seus dados ficam.
2. Zonas de Disponibilidade (AZ): como garantir que nada caia se um prédio falhar.
3. Borda (Edge): como entregar o conteúdo rápido para o usuário final.

Regiões

Uma região é uma área geográfica do mundo, como São Paulo, Norte da Virgínia ou Irlanda. Hoje existem 36 regiões. Cada uma é totalmente isolada das outras, ou seja, um problema em uma região não afeta as demais.

Você escolhe uma região por três motivos principais:

• Latência: quanto mais perto dos seus usuários, mais rápido.
• Lei e conformidade: algumas leis exigem que os dados fiquem dentro do país.
• Custo: os preços variam de uma região para outra.

Zonas de Disponibilidade (AZ)

Dentro de cada região existem as zonas de disponibilidade. Uma AZ é um ou mais data centers com energia, refrigeração e rede próprias, separados fisicamente uns dos outros, mas ligados por fibra de altíssima velocidade.

Toda região tem no mínimo 3 zonas, e no total existem 114 zonas no mundo. Esse é o ponto mais importante: as zonas ficam perto o bastante para trabalharem juntas, mas longe o suficiente para que um incêndio, uma enchente ou uma queda de energia atinja apenas uma delas.

Por isso a recomendação é sempre distribuir uma aplicação por várias zonas. Se uma cair, as outras continuam funcionando e o usuário nem percebe.

A estrutura física de um data center

Agora vamos ao concreto. Cada zona de disponibilidade é feita de data centers, que são prédios reais cheios de equipamentos. O que transforma esses prédios em "nuvem" é a engenharia em torno de três sistemas que nunca podem falhar: energia, refrigeração e rede.

Energia

A eletricidade nunca chega direto da rua até os servidores. Ela passa por uma cadeia de proteção, em que cada parte cobre a falha da anterior:

1. A energia vem da concessionária (a rede elétrica comum).
2. Se a rede cai, um banco de baterias (chamado UPS) segura tudo por alguns segundos.
3. Esses segundos dão tempo para os geradores a diesel ligarem e assumirem por horas ou dias.

Como cada zona tem sua própria alimentação independente, uma queda de energia em uma zona não derruba as outras.

Refrigeração

Servidores esquentam muito, e calor demais danifica os equipamentos. Por isso o data center é refrigerado o tempo todo.

O modelo clássico organiza os servidores em "corredor frio" e "corredor quente". O ar frio sobe pelo piso, passa pela frente dos servidores, sai quente por trás e volta para o sistema de refrigeração, em um ciclo constante.

Com a chegada da inteligência artificial, os chips passaram a esquentar tanto que o ar sozinho não dá mais conta. A AWS desenvolveu então o próprio sistema de refrigeração líquida, que combina ar e líquido conforme a necessidade. Os data centers mais novos chegam a reduzir o consumo de energia mecânica em até 46% e operam com eficiência muito acima de um data center comum.

Rede

Tudo isso só vira "nuvem" porque está conectado. Dentro de cada data center existe uma malha de equipamentos de rede ligando os servidores. As zonas de uma mesma região são interligadas por fibra dedicada, redundante e de baixa latência, com todo o tráfego criptografado. E a AWS opera o próprio cabeamento de fibra ligando as regiões pelo mundo.

Segurança física

Os prédios têm segurança em várias camadas, com controle de acesso por biometria. A AWS nem divulga os endereços exatos dos data centers. A ideia é que ninguém entre fisicamente onde não deve.

A borda (Edge)

A borda é a camada mais próxima do usuário final, separada das regiões e das zonas. Enquanto regiões e zonas hospedam suas aplicações, a borda existe para entregar o conteúdo rápido, no ponto geográfico mais perto de quem acessa.

O funcionamento se baseia em cache, ou seja, em guardar cópias do conteúdo perto do usuário. Quando alguém pede uma imagem ou um vídeo, a requisição vai primeiro ao ponto de borda mais próximo. Se a cópia já estiver lá, a resposta sai na hora. Se não estiver, o pedido segue para camadas mais distantes até chegar à origem (seus servidores na região).

Tipos de localizações de borda

Existem três tipos, do mais próximo ao mais distante do usuário:

• Embedded PoPs: ficam dentro da rede dos provedores de internet, ou seja, dentro da própria operadora do usuário. São mais de 1.140 no mundo. É a camada mais perto possível de quem acessa.
• Points of Presence (PoPs): ficam dentro da rede da AWS e são os pontos clássicos de borda. São mais de 750. Têm cache menor, mas estão muito espalhados.
• Regional Edge Caches: ficam dentro das regiões, entre a origem e os PoPs. São cerca de 15. Têm cache grande e guardam conteúdo por mais tempo, servindo de apoio aos PoPs.

A borda também faz mais do que cache. Ela roda código leve perto do usuário e aplica segurança (como proteção contra ataques) antes que o tráfego chegue à sua aplicação.

Resumo

A estrutura da AWS pode ser entendida em uma frase: as regiões dizem em que lugar do mundo sua aplicação vive, as zonas garantem que ela não caia, e a borda faz com que ela chegue rápido até o usuário.

E nada disso é abstrato. Por trás de cada uma dessas camadas existem prédios reais, com energia redundante, refrigeração avançada, chips projetados sob medida e quilômetros de fibra ótica conectando tudo.