Disaster Recovery. DR issues in the Data area.

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1 Disaster Recovery. DR issues in the Data area. Matthias Reß, IT Storage Architect, T-Systems Backend-basierte Disaster-Recovery-Verfahren. Hauptproblematik. Antwortzeitverhalten Kommunikation Infrastruktur Antwortzeitverhalten: Infrastruktur: Lizenzen Kommunikation: Remotebetrieb Konsistenz: Recovery Time: Recovery Point: Abhängigkeit von der Anwendung Standbysystem, Remotespeicher, Monatliche Kosten für Netzwerke, Beibehaltung der Datenkonsistenz Zeitdauer bis zur Wiederherstellung Verlustmenge 1

2 Backend-basierte Disaster-Recovery-Verfahren. RPO, RTO und GPO. Recovery Point Objective (RPO) - Der Zeitpunkt, für den gültige Daten bereit stehen - Definition der maximal zulässigen Datenverluste Recovery Time Objective (RTO) - Der Zeitpunkt zu dem Daten bereitstehen müssen - Zeitraum an dem die Geschäftsdaten wieder verfügbar sind Geograhical Point Objective (GPO) - minimal distance due to e.g. governmental requirements. (siehe Anforderungen aus Sarbanes-Oxley, SEC, Basel 2) Application Point Objective (APO) - maximum application performance reduction that is allowed. Wks Days Hrs Mins Secs Secs Mins Hrs Days Wks Recovery Point Recovery Time Disaster-Recovery-Methods. components and layers. Application File/record layer TA-Monitore, Redolog Shipping,... Application File/record layer Database (dbms) Database (dbms) Storage domain File system (fs) Block aggregation Replicator, TDMF, VolumeMgr., Backup,... Storage domain DataCore, Falconstore, FAP,... File system (fs) Block aggregation Storage devices (disks,...) EMC² SRDF, HDS TruCopy, IBM PPRC,... Storage devices (disks,...) Block layer Block layer 2

3 Disaster-Recovery-Verfahren. Abdeckungsgrad. Wochen Tage Std. Min. Sek. 0 Sek Backup Asynchrone Kopie Synchrone Kopie Backend-basierte Disaster-Recovery-Verfahren. Inhalt. T-Systems-Umfeld Verfahren und Methoden Array-basierte Verfahren Praxisbeispiele Zusammenfassung und Ergebnisse 3

4 Array-basierte Disaster-Recovery-Verfahren. Asynchron. Standort 1 Standort Stärken Geringer Einfluss auf die Anwendung Niedrigere Übertragungsbandbreite (Netzkosten) Schwächen Sekundärseite ist nicht so aktuell wie die Primärseite (RPO) Keine Konsistenz der Daten! 3 Array-basierte Disaster-Recovery-Verfahren. Konsistenzgesicherte, asynchrone Verfahren (Logging). Standort 1 Standort 2 Platte lokal Cache lokal Cache remote Platte remote Sehr kleine RPO Werte möglich (> 2 Sekunden) Meist nur für High End Systeme verfügbar (SRDF/A, TruCopy etc.) Hohe Cachesizes erforderlich (in Abhängigkeit vom Write-Aufkommen) Kritisch bei Unterbrechung der Verbindung 4

5 Array-basierte Disaster-Recovery-Verfahren. Asynchrone Snapshot-Replikation. Standort Stärken Wie asynchron Sofortige Verfügbarkeit am Sekundärstandort (RTO) Sekundärseite lesend nutzbar Cachenutzung normal Schwächen Wie asynchron, aber konsistent 1-3 fache Datenkapazität erforderlich RPO im Stundenbereich Standort Array-basierte Disaster-Recovery-Verfahren. Synchrone Replikation. Standort 1 Stärken Standort Maximale Aktualität der Daten (RPO) Sofortige Verfügbarkeit am Sekundärstandort (RTO) Schwächen Mögliche Performance-Einbußen am Primärstandort Schreibvorgänge hängen von der Netzwerk- Latenz ab

6 Backend-basierte Disaster-Recovery-Verfahren. Inhalt. T-Systems-Umfeld Verfahren und Methoden Rahmenparameter Praxisbeispiele Zusammenfassung und Ergebnisse Disaster-Recovery-Methods basics distance and latency Km = 20mSec transmission delay Komm. Fibre Channel: takes 2KByte blocks. basis flow control req. 8 frame credits. Write: 16 KBytes at 622 Mbit/sec = 205μSec (t=s/v and v= km/s) 20 msec 8 x Acklowledgements 20 msec it requires 39.8 msec to transfer 16 Kbytes over the wire. Our maximum achivable data transfer rate is at 402 Kbytes/sec. Besides distance protocoll is also a limiting factor but not the link bandwith! 6

7 Disaster-Recovery-Verfahren Rahmenparameter. Optimierungsmöglichkeiten Latency. Die Single Stream Performance ist durch die Lichtgeschwindigkeit in Glas (v = km/sec) gegeben und kann somit nicht verbessert werden!! Um den Durchsatz der Multistream-Performance zu erhöhen existieren eine Reihe von Optimierungsmöglichkeiten: - Protokolländerung von FC auf IP - Extend the Frame Credits - Erhöhung der Leitungsgüte (Drop Values) - Einbindung von PreCommitment Engines Disaster-Recovery-Verfahren Rahmenparameter. Optimierungsmöglichkeiten Framecredits. 16 k 16 k 16 k 16 k 16 k Die Leitung ist (für einen einzelnen 16k Write I/O) zu gering ausgelastet. Durch Erhöhung der Acknowledges kann Auslastung verbessert werden. ACK ACK Komm. 7

8 Disaster-Recovery-Verfahren Rahmenparameter. Optimierungsmöglichkeiten Framecredits. 16 k 16 k 16 k 16 k 16 k Die Erhöhung der Buffercredits verbessert die Gesamtperformance die Single-Stream-Performance wird dadurch nicht verbessert! ACK ACK Komm. Disaster-Recovery-Verfahren Rahmenparameter. Optimierungsmöglichkeiten Framecredits. Bis 50km stellen die meisten FC-Switche ausreichend Framecredits bis 2Gb/sec zur Verfügung. Um einen WDM Kanal mit 2,488 Gb/sec optimal auszunutzen, sollte 1 Gb/sec FC nur zum Einsatz kommen, falls die höhere Bandbreite nicht benötigt wird (niedrigere Bandbreiten werden mittels Time Division Multiplexer zusammengefasst z.b. ESCON). Für größere Entfernungen können aktive WDM Komponenten eingesetzt werden. aktive WDM Komponenten müssen vom Switchhersteller zertifiziert sein. Anwendungen, die Single-Stream-Performance benötigen, eignen sich nicht für die Spiegelung über große Entfernungen!! 8

9 Disaster-Recovery-Verfahren Rahmenparameter. Optimierungsmöglichkeiten - Protokolländerung. Nutzung des IP Protokolls verbessert ab ca. 60 km die Gesamtperformance, muss aber vom Storage-Hersteller (z.b. SRDF on IP) oder vom Switch-Hersteller (z.b. IFCP Tunneling) unterstützt werden. Bei IP Nutzung sind viele Rahmenparameter zu beachten: - Unterstützung von Jumbo Frames - Network Congestion - Jitter - BER - Bit Error Rates usw. IP Optimierungslösungen (IP Accelerators) für Storage derzeit durch eine Reihe von Startups (NetEX HyperIP, Orbital IP Express, Riverbed Steelhead, usw.) verfügbar. Tests bei T-Systems mit SRDF/IP haben 49,5 ergeben 1.5 TB in 8,5h Disaster-Recovery-Verfahren Rahmenparameter. Optimierungsmöglichkeiten Kommunikation. Protokolltransparente Verbindung (FC, IP) WDM direkt via dark fibre bis zu 1Tb/s WDM als Service - mehrfache OC48 (2,4 Gb/s) Verbindungen Ethernet over SDH/Sonet (z.b. T-COM SDN ). IP over ATM (maximal OC12). FibreChannel kann direkt genutzt (via WDM, SD/SONET, ATM) oder getunnelt werden (via ISCSI, IFCP, FCIP). Seitens T-Systems sind bei synchronen Verbindungen in der Regel WDM dark fibres im Einsatz. Bei Nutzung von Dark Fibre ist die Netzgüte zu beachten ab 80km werden vom Provider Signalregeneratoren (EDFA) genutzt. 9

10 Disaster-Recovery-Methods - basics. synchronous vs. asynchronous 30 km 100km 143km 70% of all DR configurations are in a range of < 30km. for some applications even 10km is too far the largest known synchronous mirroring is at 4000km the longest known synchronous mirroring at germany is at 143 km (mainframe) Array-basierte Disaster-Recovery-Verfahren. Inhalt. T-Systems-Umfeld Verfahren und Methoden Praxisbeispiele Zusammenfassung und Ergebnisse 10

11 Praxisbeispiel 1. Host-basierte Spiegelung mit Stretched Cluster. Cluster member 2 Standort 1 SUN 10k IP Verbindung Standort 2 Cluster member 1 SUN 15k SAN Brocade 1 8m DWDM Strecke 2x1 Gb/sec Brocade 12k SAN Sorren to 6m Sorren to LUN 1 HDS 9970V HDS 9980V LUN 2 Praxisbeispiel 1. Host-basierte Spiegelung - Vorteile. Außer der WDM Strecke wird keine zusätzliche Hardware benötigt. Alle beteiligten Systeme sind aktiv für die Produktion nutzbar dadurch eine sehr kostengünstige Lösung. Die Anwendung (SAP) hat eine maximale Write Transaktionsrate von 2,5 MB/sec in Peak-Zeiten (Single Stream Performance per FC Exchange) die maximale Single Stream Performance liegt bei 3.4 MB/sec über die Distanz. Zum Einsatz kommt der Veritas Volume Manager mit erhöhter Blocksize von 16k Read Transaktionen erfolgen lokal. Die Extended SAN Anbindung erfolgt mittels Brocade 3900 Switchen. Die Framecredits reichen für die Entfernung (bei 1Gb/sec) aus. 11

12 Praxisbeispiel 1. Host-basierte Spiegelung mit Stretched Cluster. Cluster member 2 SAN Standort 1 SUN 10k Brocade 1 IP Verbindung 86 km DWDM Strecke 2x1 GbF Standort 2 Cluster member 1 Brocade 12k Das Rolling Disaster Problem SUN 15k SAN Sorren to 64 km Sorren to LUN 1 HDS 9970V HDS 9980V LUN 2 Rolling Disasters a typical host based cluster configuration Location 1 Room B Room B Location 2 Room A Room A Room C Room C Host writes Data to both storage arrays via volume manager private IP heartbeat for interconnect. Full Active/Active configuration only one host Writes are shown 12

13 Rolling Disasters Desaster Phase #1 Room B fails Location 1 Room B Room B Location 2 Room A Room A Room C Room C State transition within one of the SANs Heartbeat interconnected interrupted for a short time period related to failover time Rolling Disasters Desaster Phase #1 Failover takes place Location 1 Room B Room B Location 2 Room A Room A Room C Room C Heartbeat failover Multipathing software handels failover to other SAN Still both members active 13

14 Rolling Disasters Desaster Phase #2 Room A starts failing with passive infrastructure Location 2 Location 1 Room B Room B Room A Room A Room C Room C Heartbeat still active no cluster state transition I/O now committed to Location 1 - not applied to location 2 Disaster still in progress! Rolling Disasters Desaster Phase #2 Room A starts failing with passive infrastructure Location 2 Location 1 Room B Room B Room A Room A Room C Room C Committed I/Os at Location 1 are now lost forever!! Effect would be the same if Room C starts failing after B Failed This is not the problem of a double error - 80% of all disasters take longer than 1 second (Elevator Group 2004) 14

15 Rolling Disasters Desaster Phase #2 - Scenario B Room C fails Location 1 Location 2 Room B Room B Room A the Rolling Disaster Problem Room A Room C Room C Heartbeat not active anymore failover to quorum disk (50% chance to fail to wrong site) I/O now committed to Location 1 - not applied to location 2 Disaster still in progress! Praxisbeispiel 1. Rolling Disaster Problematik. 80% of all disasters take longer than 1 second! ( Elevator Group ). Example: vapor giving of by burning cable material. Even with a synchronous mirror you end up with data loss in case of a disaster. Every HA software solutions interprest DR as a component loss not a a location loss. redundances reduce the risk they dont avoid the risk Consistency of the data may become a problem even your backup might be inconsistent! Only solution: Introducing a 3rd location the cluster software must support this function e.g. ASE/DT, EMC² Geospan, HP MetroCluster, IBM GeoCluster). 15

16 Praxisbeispiel 2. Netapp NAS Filer Replikation. Frankfurt Nord Frankfurt Süd AIX Solaris HP-UX Windows low cost Backup Array Read-only IP Storage Network Increment al Backups IP Storage Network Online NAS Storage SnapShot 1 Daily Full Backup Incremental Restore SnapVault Praxisbeispiel 2. Vorteile und Nachteile. Vorteile Low Cost Absicherung Restore im Fehlerfall von Platte (statt Tape). RPO im Stundenbereich. Konsistenz beim Split muss über Anwendungs-Layer realisiert werden (-> Nachteile kurze Downtime, oder Online Backup Mode). Derzeit noch kein Booten über ISCSI möglich dadurch Anpassungen im Disaster-Recovery-Fall erforderlich. Anbindung der Windows Hosts mittels ISCSI kann Performance-Probleme mit sich bringen. 16

17 Praxisbeispiel 3. Asynchrone Spiegelung über Snapshots. Standort 1 Standort 2 Produktio n SUN 10k Entwicklung und Test SUN 15k SAN Brocade 24k 94km ATM Strecke 622 Mbs Brocade 12k SAN LUN 1 HDS 9960 Sorren to 48km HDS TruCopy/Asynchron Sorren to HDS 9960 LUN 2 Array-basierte Disaster-Recovery-Verfahren. Inhalt. T-Systems-Umfeld Verfahren und Methoden Praxisbeispiele Zusammenfassung und Ergebnisse 17

18 Zusammenfassung. Disaster-Recovery-Verfahren und Betriebssysteme. HA und DR sind diametrale Technologien, wenn es um Erhöhung der Verfügbarkeit geht Die Einfügung von DR in HA Environ-ments reduziert die Verfügbarkeit, insbesondere wenn RPO= 0 ist. Abgleich von Remote-Systemen ist im DR Fall sehr aufwändig typische Probleme: - fehlerhafte Umschaltskripte. - temporäre Nutzung von nicht DR-gespiegelten Platten. - DR-fähige Systemsoftware kann diese Risiken minimieren (z.b.hp MetroCluster, EMC² GeoSpan, IBM GeoCluster). Bei asynchronen Verfahren ist zu beachten, dass jede initiale Befüllung des Remote-Systems sehr lange dauern kann insbesondere bei Nutzung von RAID5 Zusammenfassung. Logische Fehler und Transaktionssicherheit. Alle Verfahren berücksichtigen nur physikalische Fehler logische Fehler müssen auf höheren Ebenen abgefangen werden (z.b. durch DB Replikation, Redologshipping via Dataguard usw.). Die Domain of Recovery also die gesamte Transaktionskette ist unbedingt zu beachten. Consistency Groups müssen erforderlichenfalls vom Storage-Backend unterstützt werden. 18

19 Zusammenfassung. Abhängigkeiten von der Anwendung. Bis zu welcher Länge eine synchrone Spiegelung problemlos funktioniert, ist vor allem von der Anwendung abhängig. In der Regel werden alle Tests mit einer laufenden Anwendung durchgeführt. Grund: - Die Anwendungslast ist i.d.r. sehr schwer zu analysieren. - Für einen Test sind komplexe Anwendungsgeneratoren erforderlich. - Außer dem Anwendungszeitverhalten gibt es keine verlässlichen Messverfahren im Open- Systems-Bereich. Vorhandene Konfigurationen reagieren meist problemlos auf Erhöhung der Transaktionslast nicht aber auf Änderung der Anwendungslogik (horizontale Zusammenfassung. Entfernung und Protokolle. Durch ausreichende Framecredits kann die Gesamt- Performance wesentlich gesteigert werden. Ab 50km kann die Nutzung des IP Protokolls die Gesamt Performance ebenfalls verbessern. Host-basierte Spiegelungen und Stretched-Cluster- Konfigurationen können bei synchronen Anforderungen z Datenverlusten führen. Es gibt eine Reihe von DR Verfahren und Methoden die Komplexität ist im Regelbetrieb teilweise nur schwer zu handhaben. Bei hohen Anforderungen sollten Verfahren auf höherer Ebene genutzt werden (z.b. Transaktionsmonitore, File-basierte Replikation Oracle Redolog Shipping via Dataguard) 19

20 Zusammenfassung. Anforderungen an Hersteller. Messmethoden wie in der Mainframe-Welt fehlen. Berechnungsverfahren für die Dimensionierung asynchroner Lösungen. Bessere Skriptingtoolkits durch die Storage-Hersteller. Cluster-Lösungen, die DR-Fähigkeit aufweisen wie z.b. VMSCluster, fehlen meist noch in der UNIX und Windows Welt. Vorhandene DR Cluster-Lösungen sind von Herstellern oftmals nur für eigene Storage-Systeme freigegeben (z.b. IBM/ESS, HP/XP) in der Regel ohne technische Gründe. Disaster-Recovery-Verfahren. Ausblick. Virtual Tape Solutions (z.b. Alacritus, EMC² Legato) ermöglichen zukünftig kostengünstigere Verfahren der Vollsicherung auf SAN Ebene. TCP/IP WAN Accelerators (NetEx HyperIP, Orbital Data IP Express, Riverbed Steelhead) ermöglichen, die Risiken bei Nutzung von IP Verbindungen zu reduzieren. SAN-basierte DR Verfahren über Appliances ermöglichen einfachere Verfahren. 20

21 Disaster Recovery. Weiterführende Informationen. Storage Network Performance Analysis, Huseyin Simitici Oracle High Availability with RAC, Flashback and Data Guard Disaster Recovery Planning, J. Toigo Fragen? 21

22 Backupfolien. Praxisbeispiel 5. Backend-basierte, synchrone Spiegelung Verdrängungssystem Standort 1 Standort 2 Produktio n SUN 10k Entwicklung und Test SUN 15k SAN Brocade 24k 94km DWDM Strecke 2 x 2 GbE Brocade 12k SAN HDS 9960 Sorren to 48km Sorren to LUN 1 HDS TruCopy HDS 9960 LUN 2 22

23 Praxisbeispiel 5. Vorteile und Nachteile. Vorteile Kein explizites Remote-System erforderlich im DT Fall werden Entwicklung und Test eingestellt zugunsten der Produktion. Doppelung der Kapazität ausreichend. Kombinierbar mit Replikationsverfahren auf IP Ebene z.b. Oracle Dataguard zur Absicherung logischer Fehler. Nachteile Schwierige Verwaltung alle Systemanpassungen müssen mitgeführt werden. Optimal ist eine Spiegelung der Systemplatten > Latency- Problem wenn Page- und Swapdisks nicht ausgelagert werden können. SRDF/IP Tests bei T-Systems Testaufbau SRDF/IP Tests Schematische Darstellung Netz 1 Vlan A Transfernetz Vlan X Netz 2 Vlan B EMC² Array 1 Layer 3 Switch Layer 3 Switch EMC² Array 2 23

24 SRDF/IP Tests Testaufbau SRDF/IP Tests Physikalische Darstellung Switch 1 Switch 2 LWL- 1.1/Lx Kabeltrommel 1.1/Lx km (9/125um) EMC² Array Mgnt Mgnt EMC² Array 2 Cat4rz10 x/c Cat4rz10 x/c Erste Resultate des SRDF/IP Tests in Münster II. Durchsatz rund 2,9 GB /min. 49,5 MB/s über GiGE (1Gb/sec). 1,466 TB Daten wurden in 8 Stunden 24 Minuten transferiert. 24

25 Theoretische Betrachtung. Anforderungen typischer Anwendungen. Print Server HR database R&D Server ERP Nicht geschäftskritisch Geschäftskritisch Web Server e- Commerce CRM Keine Toleranzen Wks Days Hrs Mins Secs Secs Mins Hrs Days Wks Recovery Point Recovery Time Quelle: Veritas 25

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