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citiworks / Stadtwerke München
Hochverfügbares Storage Netzwerk - Komplettumsetzung einer heterogenen Enterprise Speicherstruktur mit Anbindung von hochverfügbaren File-, Intranet-, Email- und Datenbankservices zum online Energiehandel
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Hochverfügbares Storage-NetzwerkKomplettumsetzung einer heterogenen Enterprise Speicherstruktur mit Anbindung von hochverfügbaren File-, Intranet-, Email- und Datenbankservices zum online Energiehandel. unser Partner: citiworks Endkunde: Stadtwerke München Aufgabenstellung Die wohl im Bereich Speichernetzwerke und Speicherkonsolidierung am häufigsten verwendeten und strapazierten Begriffe, sind die “Hochverfügbarkeit” und die “Offenheit” oder Herstellerunabhängigkeit”.Was dahinter steckt und wann sich ein hochverfügbares und offenes Speichernetzwerk überhaupt lohnt, soll in diesem Artikel an Hand eines reellen Projektes beschrieben werden. Der Nutzer kommt in diesem Beispiel aus dem Bereich Energie bzw. Stromversorgung und bietet seinen Kunden komplette Energielösungen. Hierbei werden ausschliesslich Gross- und Bündelkunden angesprochen. Das Rechenzentrum des Anwenders hat einerseits dafür zu sorgen, dass ein online Handel und Vertriebssystem für Energie rund um die Uhr funktionsfähig ist, in dem Kunden- und Handelsdaten gespeichert werden. Das Vertriebssystem setzt auf die Datenbank Oracle 8.i für Linux auf. Ein Ausfall dieses Systems würde extrem hohe Kosten verursachen. Neben dem Onlinehandel sollen auf die konsolidierte Datenhaltung weitere unternehmensinterne Applikationen zugreifen. Die unternehmensweiten Daten werden auf einem Linux Fileserver gehalten und für die Mails ist Windows 2000 mit Exchange zuständig. Zu dem Projektzeitpunkt sollen bis zu 200 User die Dienste nutzen können. Das System soll jedoch in Zukunft stark ausgeweitet werden. Auch diese Applikationen sind als unternehmenskritisch gekennzeichnet und verursachen hohe Kosten bei Fehlverhalten. Das zu konzipierende Speichernetzwerk verwaltet somit alle unternehmenskritischen Daten und würde extrem hohen Kosten bei einem Fehlverhalten verursachen. Eine sehr wichtige Eigenschaft der Speicherinfrastruktur für den Nutzer ist die Offenheit und einfache Skalierbarkeit. Es soll möglich sein in Zukunft auch Systeme anderer Hersteller einfach in die Infrastruktur zu integrieren damit nicht ein Abhängigkeitsverhältnis zu einzelnen Herstellern entsteht. Außerdem muss die Erweiterung des Storagenetzwerks durch Komponenten höherer Bandbreite einfach möglich sein. Jede Applikation wird durch einen High Availability (HA) Cluster abgesichert. D.h. falls ein Server ausfallen sollte, wird die betroffene Anwendung von einem zweiten Server aufgefangen. Abbildung 1 zeigt die logische Struktur des geforderten Speicherkonzeptes. Jedes Serverpaar teilt sich eine logische Datenplatte, die von dem Storagenetzwerk zur Verfügung gestellt wird. Aufgabenstellung des Kunden  Verfügbarkeitsüberlegungen Im Folgenden werden einige Verfügbarkeitsüberlegungen angestellt. Es werden hierbei nur Näherungswerte angegeben, da eine genaue Analyse den Rahmen dieses Artikels überschreiten würde. Es wird beispielhaft davon ausgegangen, dass der Ausfall eines Systems an einem Tag ca. 50.000 Euro kostet. Eine einfache Konfiguration, die keine Redundanz enthält hat rechnerisch eine Verfügbarkeit von 99,5%. Das bedeutet im Jahr eine theoretische durchschnittliche Ausfalldauer von 1,825 Tagen. Bei einer Laufzeit von 3 Jahren fallen somit ausfallbedingte Kosten in Höhe von ca. 270.000 Euro an. Dagegen hat ein voll redundantes System eine Verfügbarkeit von 99,99%. Die ausfallbedingten Kosten betragen hier im Schnitt nur noch 5.500 Euro. Die doppelten Investitionskosten eines voll redundanten Systems können somit während des Betriebes die ausfallbedingten Kosten um 98% reduzieren. Aus diesem Grund hat sich der Kunde für ein voll redundantes System entschieden. Grobkonzept der Realisierung  Umgebungsbeschreibung Die Abbildung zeigt den konzeptuellen Aufbau einer voll redundanten Infrastruktur. Jeder Server ob für Oracle oder der Fileserver und Mailserver sind auf Basis eines Hochverfügbarkeits-Clusters ausgestattet. Das heisst, dass bis hin zur Anwendungs-Software jede Komponente (Hard- oder Software) redundant ausgelegt ist. Fällt auf einem der Server z.B. die Datenbank aus, fährt sofort der passive Hochverfügbarkeits-Server die Datenbankdienste mit den exakt gleichen Daten und Zuständen vor dem Fehler hoch, ohne dass der Benutzer davon in Mitleidenschaft gezogen wird. Jeder Server selbst ist wiederum über zwei physikalisch getrennte Wege via Fibre-Channel an den Festplattenspeicher angeschlossen. Fällt nun entweder ein Fibre-Channel Fabric Switch oder ein Controller im RAID-System oder im Rechner aus, initiiert eine Software auf den jeweiligen Rechnern eine für die Applikation transparente Umschaltung auf den übrigen Pfad. Es reicht natürlich nicht, nur die Infrastruktur gegen Ausfall abzusichern, sondern auch die Daten, selbst müssen redundant vorgehalten werden. In diesem Fall sorgt dafür ein externes RAID-System, das für jede Anwendung einen eigenen Speicherbereich vorhält, auf den auch nur diese Anwendung exklusiv zugreifen kann. Feinkonzept Bei derartigen heterogenen Anforderungen (im Bezug auf das Betriebssystem) ist es sehr problematisch eine Storage-Infrastruktur zu finden, die “offen” ist und die unterschiedlichen Betriebssysteme im Hochverfügbarkeitsmodus” unterstützt. Bei der Wahl der Speicherkomponenten (Switches und Raid-System) müssen in einem solchen Fall Anforderungen wie Herstellerunabhängigkeit und zugleich Investitionssicherheit mit Interoperabilität zusammengebracht werden. Das zentrale Management der Geräte, z.B. über eine Web Browser, ist ein ebenso wichtiges Kriterium, um die Verwaltung leicht und offen zu gestalten. Bei diesem Projekt war es außerdem wichtig, einen gewissen Preisrahmen einzuhalten. Es gibt viele Hersteller auf dem Markt, die einzelne oder mehrere der geforderten Merkmale erfüllen. Wichtig ist bei einer solchen Lösung jedoch, dass der Kunde einen Ansprechpartner für die komplette Lösung hat. ATIX arbeitet hierbei mit den Herstellern Qlogic und Ciprico zusammen. So werden in diesem Projekt die Fabric-Switches SANBox™ 16 von Qlogic eingesetzt, da diese sehr gut unterschiedlichste Fibre-Channel Geräte unterstützen und außerdem für die Zukunft eine einheitliche 2-GBit Fibre-Channel Produktreihe vorweisen. In beiden Produktreihen der 1-GBit und 2-GBit Serie werden durch die konsequente Implementierung der so genannten “E-Port” Standards des Fibre-Channel auch der Anschluss anderer “Fibre-Channel Fabric Switches” möglich. Zusammen mit dem “Storage-Raidsystem” NetArray 1000™ von Ciprico, kann unter Linux, Windows und Solaris eine vollkommen redundante Infrastruktur aufgebaut werden, so dass der Storage über zwei getrennte Pfade angesprochen werden kann. Das NetArray erfüllt alle geforderten Vorraussetzungen, wie z.B. Redundanz in allen Teilen und die Verwaltung durch ein Webbased-Management.” Der Linux-Storage Der Kunde fordert eine Hochverfügbarkeitslösung unter Linux. Des Weiteren soll der Linux Logical Volume Manager (LVM) eingesetzt werden. Unter Linux gab es bis vor kurzem keine Software, die ein transparentes Failover von zwei getrennten Pfaden zum selben Storage unterstützt. Seit einiger Zeit ist diese Software als Teil des neuesten Linux-Kernels verfügbar und ermöglicht den Anschluss beliebiger Storage-Geräte im Hochverfügbarkeitsmodus. Um die Offenheit der Storage-Infrastruktur zu verbessern wurde darauf die unter Linux seit längerem verfügbare Volume-Management-Software - dem so genannten Linux Volume Manager - aufgesetzt. Dadurch können nun im laufenden System neue heterogene Storage-Geräte beliebiger Hersteller den Linux-Rechnern hinzugefügt werden bis hoch zum Dateisystem, sodass sowohl die Oracledatenbank als auch der Fileserver flexibelste Speicherzuweisungsanforderungen erfüllen. Des weiteren ermöglicht der LVM “Snapshotting”, sodass auch eine optimale Datensicherheit gewährleistet ist. Einmal im laufenden Zustand lässt sich das Linuxsystem durch die “webbased Managementsoftware” webmin™ und ein dafür von ATIX eigens entwickeltes “LVM-Modul” einfach und benutzerfreundlich verwalten. Diese bestmögliche Flexibilität hat natürlich ihren Preis. Daher ist es ein offenes Geheimnis, dass zwar grundsätzlich alles unter Linux funktioniert, aber nicht so einfach. So ist es auch oder gerade bei dieser relativ neuen Konfiguration sehr wichtig, sich bewusst zu sein, dass sehr umfangreiches Verständnis der eingesetzten Technologien und kleine Anpassungen von Nöten sind. Z.B. mussten teilweise Linux-Sourcen angepasst werden, um die notwendige Kompatibilität zu gewährleisten. Bei einem solchen Ergebnis lohnt sich das natürlich. Der Windows-Storage So flexibel wie unter Linux ist die Konfiguration unter Windows leider nicht, aber die wichtigsten Anforderungen werden auch hier erfüllt. So ist es möglich, mit Hilfe einer speziellen herstellerabhängigen Software das “Storage-RAID-System” über zwei getrennte Pfade hochverfügbar zu machen. Da Windows 2000 eingesetzt wird und hier bereits eine einfache Volume-Management-Software integriert ist, besteht die Möglichkeit auch hier “Volumes” im laufenden System zu vergrößern und die Verwaltbarkeit macht die bekannte “Windowseinfachheit. Zusammenfassung Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Storage-Netzwerke, wenn sie richtig konzeptioniert sind, eine optimale Zukunftssicherheit bieten, da sie einfach verändert und erweitert werden können. Es ist aber noch immer kein Kinderspiel, offene Storage-Netzwerke aufzubauen. Gerade wenn man, wie es in den meisten Fällen üblich ist, von Hochverfügbarkeit spricht. Denn wenn Storage-Netzwerke eingeführt werden, dann bringt der Vorteil der Konsolidierbarkeit und die damit verbundenen Einsparungen im Management, meistens den Zwang nach Hochverfügbarkeit mit sich. Gerade wenn unterschiedliche Betriebssysteme das gleiche Storage-Netzwerk ansprechen - wiederum eine durchaus übliche Anforderung -, werden die Herausforderungen schrittweise zu nehmen und man muss auf neue Stolpersteine achten. Es ist zwar kein Problem unterschiedlichste Betriebsysteme an ein Storage-Netzwerk anzuschließen, nur die wirklichen Vorteile dieser Technologie zu nutzen, wie Volumemanagement” oder Hochverfügbarkeit über “Dual- oder Multipathing”, setzt eine Menge an Vorkenntnissen und Erfahrung voraus. |
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