Diplomarbeit. Planung und Neugestaltung der Serverlandschaft eines mittelständischen Unternehmens

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1 Diplomarbeit Planung und Neugestaltung der Serverlandschaft eines mittelständischen Unternehmens Vorgelegt am: Von: Steve Weißflog August-Bebel-Str Lauter Studiengang: Wirtschaftsinformatik Seminargruppe: WI 08 Matrikelnummer: Praxispartner: WHS Informationssysteme GmbH Stollberger Straße Thalheim Gutachter: Herr Dipl.-Ing. Peter Espig Herr Prof. Dr. rer. nat. Reinhardt Nindel (Staatliche Studienakademie Glauchau)

2 II

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... III Abbildungsverzeichnis... V Tabellenverzeichnis... VI Abkürzungsverzeichnis... VII 1. Einleitung Grundlagen Überblick IT-Infrastruktur Begriffsdefinition Entwicklung der IT-Infrastruktur Client-Server-Prinzip Serverarten Authentifizierungs-, DHCP- und Zeitserver Dateiserver Datenbankserver Druckserver Mailserver Proxyserver Webserver Terminalserver Serverkonsolidierung Virtualisierung Funktionsweise von Virtualisierung Emulation Virtualisierung im historischen Rückblick Herausforderungen der Virtualisierung von x86-hardware Formen der Virtualisierung Software-basierte Virtualisierung Betriebssystem-Virtualisierung Paravirtualisierung Komplettvirtualisierung bzw. vollständige Virtualisierung Hardware-gestützte Virtualisierung und Hardwarevirtualisierung Vorteile Virtueller Maschinen bzw. Virtualisierungstechnologien Storagevirtualisierung Anwendungsvirtualisierung Desktopvirtualisierung III

4 3. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Investitionen im IT-Bereich Kosten und Nutzen der Informationstechnik Kosten der IT-Investition Nutzen der IT-Investition Wirtschaftlichkeit der IT-Investition Methoden zur Wirtschaftlichkeitsanalyse von IT-Investitionen Total Cost of Ownership (TCO) Fallstudie Planung und Neugestaltung der Serverlandschaft eines... mittelständischen Unternehmens Überblick Unternehmensportrait und IT-Infrastruktur Vergleich von klassischer und virtualisierter Serverneugestaltung Umsetzung der virtualisierten Lösung Sicherheit und Datensicherung im neuen System Kritische Betrachtung der Virtualisierungsumsetzung Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anhangverzeichnis IV

5 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 Sichten und Ebenen der IT-Infrastruktur... 4 Abbildung 2 Client-Server-Prinzip... 6 Abbildung 3 Serverkonsolidierung mit Virtualisierung Abbildung 4 Virtualisierung mittels VMM und virtualisierter Hardware Abbildung 5 x86-ringarchitektur Abbildung 6 Einteilung des VMM Abbildung 7 Betriebssystem-Virtualisierung Abbildung 8 Hypercalls in der Paravirtualisierung Abbildung 9 Paravirtualisierung Abbildung 10 Komplettvirtualisierung bzw. vollständige Virtualisierung Abbildung 11 Gegenüberstellung: Formen von Komplettvirtualisierung Abbildung 12 System ohne Virtualisierung/mit Virtualisierung Abbildung 13 Storage-Area-Network Abbildung 14 Applikationsvirtualisierung Abbildung 15 Desktopvirtualisierung Abbildung 16 Wirtschaftlichkeit Abbildung 17 Total Cost of Ownership Abbildung 18 IT-Infrastruktur des Unternehmens (Ausgangssituation) Abbildung 19 IT-Infrastruktur des Unternehmens (Sollzustand) V

6 Tabellenverzeichnis Tabelle 1 Server-Infrastruktur vor Neugestaltung Tabelle 2 Neugestaltung mit klassischer Server-Infrastruktur Tabelle 3 Neugestaltung mit virtualisierter Server-Infrastruktur Tabelle 4 Kostenvergleich der Umsetzungsvarianten Tabelle 5 Software-/Lizenzkosten VI

7 Abkürzungsverzeichnis API Application Programming Interface BT Binary Translation CAD Computer Aided Design CPU Central Processing Unit CRM Customer Relationship Management DB Datenbank DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DNS Domain Name System ERP Enterprise Resource Planning GB Gigabyte ID Identifikationsnummer IMAP Internet Message Access Protocol IP Internetprotokoll iscsi Internet Small Computer System Interface IT Informationstechnologie JVM Java Virtual Machine KPI Key Performance Indicator POP3 Post Office Protocol Version 3 RAID Redundant Array of Independent Disks RAM Random Access Memory RDC Remote Desktop Connection ROI Return on Investment SAN Storage Area Network TCO Total Cost of Ownership USV Unterbrechungsfreie Stromversorgung VDI Virtual Desktop Infrastructure VM Virtual Machine VMM Virtual Machine Monitor VPN Virtual Private Network x86 Herstellerunabhängige Bezeichnung einer 32-bit Architektur VII

8 1. Einleitung Der stetig steigende Bedarf an IT-Unterstützung für bestehende und neue Geschäftsprozesse lässt die Anzahl der weltweit betriebenen Server und Storage- Systeme immer weiter zunehmen. Unternehmen werden dadurch gezwungen jährlich enorme Summen ihres Budgets in Informationstechnik (IT) zu investieren. Jedoch steigt mit jeder einzelnen Erweiterung auch der Umfang der integrierten Technik im Unternehmen beständig an. Infolgedessen erhöht sich der Aufwand dieses System zu beherrschen und zu verwalten. Aber gerade eine effiziente und zuverlässige IT eines Unternehmens ist mitentscheidend für dessen Geschäftserfolg. Zunehmend werden immer mehr Prozessabläufe im Unternehmen durch den Einsatz von IT unterstützt. Oftmals ist es sogar nur noch durch die umfassende IT-Unterstützung von Geschäftsprozessen möglich, im globalen Wettbewerb erfolgreich zu sein. 1 Neue und verbesserte Anwendungen und Programm-Features erfordern leistungsfähige IT-Systeme. Die installierte Rechenleistung in modernen Unternehmen steigt somit in hohem Maße an. Selbst in den Rechenzentren kleiner und mittlerer Unternehmen sind heute Rechenleistungen installiert, die vor wenigen Jahren ausschließlich einigen Großunternehmen vorbehalten waren. Daraus ergeben sich neue Herausforderungen für die Planung, Einrichtung und den Betrieb einer IT-Infrastruktur. Durch den Einsatz moderner Technologien ist es möglich, die Anschaffungs- und Betriebskosten eines großen Rechenzentrums deutlich zu reduzieren. Als standardisierte Schlüsseltechnologien haben sich hierfür die Konsolidierung und die Virtualisierung herausgebildet. Der Einsatz dieser Technologien, mit wenigen aber leistungsfähigeren Systemen, soll eine bessere und flexiblere Auslastung der IT-Systemlandschaft gewährleisten. Nach Studien von Gartner und IDC nutzen aktuell nur knapp 18% der Unternehmen, hauptsächlich Nur Großunternehmen, die Vorteile der Servervirtualisierung. 2 Der von Virtualisierungsanbietern und vielen Marketing-Kampagnen vermittelte Eindruck, virtualisierte Maschinen und Anwendungen hätten sich bereits auf breiter Front durchgesetzt, trifft somit nicht zu. Trotz der mittlerweile deutlich ausgereiften und standardisierten Virtualisierungstechnik steht der Großteil der Unternehmen dieser Technologie weiterhin skeptisch gegenüber. Ursache dafür ist vor allem Misstrauen bezüglich der Zuverlässigkeit virtualisierter Systeme, so dass die Mehrzahl der Unternehmen noch weit davon entfernt ist virtuelle Maschinen für ihre produktiven Umgebungen einzusetzen. Sicher kann der Verzicht auf Virtualisierungstechnik aus Performance- und Sicherheitsgründen für geschäftskritische Bereiche, wie etwa bei umfangreichen ERP-Systemen und Datenbanken auch sinnvoll sein. Grundsätzlich sind aber gerade Test- und Entwicklungsumgebungen, -, Web- oder Datei-Server prädestiniert für den 1 Vgl. online: Bitkom: Leitfaden Energieeffizienz im Rechenzentrum Band 2, 2010, S.8 2 Vgl. online: CIO.de: Studien von Gartner, IDC & Co. CIOs meiden Server-Virtualisierung. 1

9 Einsatz in einer virtuellen Umgebung. 3 Die Realität sieht häufig noch anders aus. Die meisten Server innerhalb eines Unternehmens sind weiterhin nur für eine oder zwei Aufgaben zuständig. Damit ist größtenteils nur eine minimale Auslastung der angebotenen Rechentechnik, bei gleichzeitig voller Nutzung der zum Betrieb benötigten Ressourcen gegeben. Die effektive Auslastung eines solchen Systems liegt laut IDC Studien bei gerademal 5 25% 4 und ist dadurch nicht sehr wirtschaftlich. Durch Virtualisierung wäre es leicht möglich den physischen Serverbestand zu reduzieren und auch den Auslastungsgrad der verbleibenden Systeme auf 60 80% zu steigern. 5 Das enorme Spar- und Optimierungspotential dieser Technologie ist somit deutlich erkennbar. Wenn man auf einem leistungsfähigen Server weitere Serversysteme virtualisiert betreibt, spart dies nicht nur laufende Betriebskosten sondern verringert zudem auch Platz- und Kühlungsaufwendungen. Virtualisierung bewirkt darüber hinaus einen Anstieg der Flexibilität der Hardwareinfrastruktur des Unternehmens. Neue Systeme können nun in Stunden anstatt in Tagen oder sogar Wochen virtualisiert aufgesetzt und in den produktiven Betrieb aufgenommen werden. Der Anwender wird dabei kaum bemerken, ob im Unternehmen mit einer virtuellen Umgebung gearbeitet wird oder nicht. Die effektive Virtualisierung von Serversystemen und deren Integration in eine bestehende IT- Infrastruktur stellt eine große Herausforderung bei der Planung und Neugestaltung der Hardwarelandschaft innerhalb eines Unternehmens dar. Notwendige Betrachtungskriterien stellen dabei nicht nur die Einsparpotentiale und die Kostenreduktion dar, sondern auch Aspekte wie Ausfallsicherheit, Verfügbarkeit, Wartung, Sicherheit und Datensicherung. Sie müssen detailliert und sorgfältig berücksichtigt werden. Nur dann kann die Virtualisierung weiterhin eine steigende Akzeptanz finden und die klassische IT-Infrastruktur im Unternehmen ergänzen oder verdrängen. Insbesondere Großunternehmen haben das Potential der Virtualisierung bereits erkannt und nutzen oder planen zumindest virtualisierte Hardwarelandschaften. 6 Als Vorreiter profitieren sie dabei nicht nur von der gestiegenen Flexibilität und Effektivität, den günstigeren Hardwareanschaffungskosten und den geringeren laufenden Betriebskosten. Sie erhalten zudem gleichzeitig eine herausragende Ausgangslage, um auch zukünftige und gerade den Markt durchdringende Trends bzw. Technologien, wie etwa das Cloud-Computing, nutzen zu können. Fraglich ist, ob auch kleine und mittlere Unternehmen, mit ihren deutlich reduzierten Hardwarebudgets und ihrer wesentlich eingeschränkten Hardwareinfrastruktur, vom Einsatz von Server-Virtualisierung profitieren können. 3 Vgl. Runge, 2008, S.34 4 Vgl. online: Computerwoche: Server-Virtualisierung mit Intel VT-x 5 Vgl. online: VMware: Virtualization Overview, 2006, S.4 6 Vgl. online: CIO.de: Bestandsaufnahme Server-Virtualisierung. 2

10 Die vorliegende Arbeit soll auf diese Fragestellung eingehend untersuchen. Anhand eines konkreten Beispielprojekts soll gezeigt werden, welche Möglichkeiten sich für kleine und mittlere Unternehmen bei der Neugestaltung ihrer Serverlandschaft ergeben und ob diese technisch sinnvoll und wirtschaftlich sind. Voraussetzung ist zunächst die Analyse der vorhandenen IT-Infrastruktur im Unternehmen. Diese soll die Eignung der eingesetzten geschäftsprozessunterstützenden IT für die aktuellen und zukünftigen Anforderungen aufzeigen. Zeigt sich als Analyseergebnis ein Handlungsbedarf im Bereich der IT-Infrastruktur, so sollen nachfolgend sowohl klassische als auch virtualisierte Lösungen entworfen werden. Geplante Erweiterungen bzw. Veränderungen müssen sich dabei problemlos in die vorhandene Infrastruktur integrieren und sind vor allem bezüglich Anschaffungs- und Betriebskosten miteinander zu vergleichen. Weitere Betrachtungsaspekte bilden dabei die Systemverfügbarkeit, die Gewährleistung der Systemsicherheit sowie ein Konzept zur Datensicherung und Wartung. Erst diese umfassende Planung macht eine erfolgreiche Umsetzung des erarbeiteten Konzeptes im Unternehmen möglich. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein solches Konzept für einen Kunden der WHS Informationssysteme GmbH zu entwickeln und umzusetzen. Die Arbeit gliedert sich in 3 Teilbereiche: Im ersten Abschnitt werden die technischen Grundlagen betrachtet, die zum Verständnis der folgenden Neugestaltungsplanungen notwendig sind. Der Schwerpunkt dieses Kapitals liegt im Bereich der IT-Infrastruktur und setzt sich weiterführend mit den Begriffen der Konsolidierung und der Virtualisierung auseinander. Im anschließenden Kapitel erfolgt die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung einer IT-Investition. Im Mittelpunkt steht dabei, die vielmals mit großen Schwierigkeiten verbundene Kosten- und Nutzenbewertung einer IT-Investition im Unternehmen. Es werden verschiedene Verfahren zur Wirtschaftlichkeitsbewertung aufgezeigt und das sogenannte Total Cost of Ownership (TCO) Modell genauer beschreiben. Im letzten Teil der Arbeit wird ein Projekt zur Planung und Neugestaltung der Serverlandschaft eines mittelständischen Unternehmens begleitet. Die Fallstudie beginnt mit einem kurzen Unternehmensportrait und der Darstellung der technologischen Ausgangslage. Die Ziele und Anforderungen an das neue, zu planende System werden aus Unternehmenssicht nachfolgend abgeleitet. Im weiteren Verlauf erfolgt der Vergleich von klassischen und virtualisierten Lösungsansätzen. Im Ergebnis wird dabei das überlegenere Verfahren hinsichtlich der Unternehmensanforderungen und -ziele umgesetzt. Die Fallstudie schließt am Ende des letzten Kapitels mit der Betrachtung der Punkte Sicherheit und Datensicherung des neuen Serversystems. Das Fazit bewertet die neugestaltete Hardwarelandschaft unter Zugrundelegung der ursprünglichen Anforderungen und gibt eine Zusammenfassung der prägnanten Ergebnisse der vorliegenden Arbeit wieder. 3

11 2. Grundlagen 2.1 Überblick Um die Vielfältigkeit der IT-Infrastruktur Infrastruktur in einem Unternehmen umfassend zu verstehen, ist es nötig grundlegende nde Technologien und Strukturen, die häufig in Unternehmen angewandt oder geplant werden, detailliert zu betrachten. Neben den Definitionen der Begriffe IT-Infrastruktur, Serverkonsolidierung erkonsolidierung und Virtualisierung wird das Client-Server-Prinzip erklärt und ein Überblick auf vielfach anzutreffende Serverarten gegeben. Wenn in dieser Arbeit von Virtualisierung gesprochen wird, so steht grundsätzlich die Virtualisierung des (Server-)Betriebssystems im Vordergrund. Diese bildet das umfangreichste Thema dieses Grundlagenkapitels. Neben einem historischen Rückblick werden die Funktionsweisen und Ausprägungsformen betrachtet und Herausforderungen, Ziele und Probleme dieser Technologie aufgezeigt. 2.2 IT-Infrastruktur Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Planung und Neugestaltung der Serverlandschaft eines mittelständischen Unternehmens. Diese Maßnahme stellt einen großen Eingriff in die bestehende IT-Infrastruktur Infrastruktur des Unternehmens dar und es ist notwendig die Bedeutung und den Umfang dieser Strukturen im folgenden Abschnitt aufzuzeigen Begriffsdefinition Der Begriff Infrastruktur ist nicht einheitlich definiert. Historisch leitet sich das Wort Infrastruktur vom lateinischen infra für unterhalb ab. Wie in Abbildung 1 zu erkennen ist, lässt sich der Begriff aus informationstechnologischer Betrachtungsweise in zwei Sichten und mehreren Ebenen einteilen. Abbildung 1 Sichten und Ebenen der IT-InfrastrukturInfrastruktur (online: Enzyklopädie der Wirtschaftsinformatik: IT-Infrastruktur) Infrastruktur) 4

12 Aus technischer Sicht besteht IT-Infrastruktur aus Hardware, Software und baulichen Einrichtungen für den Betrieb von Anwendungssoftware. Zum Bereich der Hardware zählen dabei Rechner, Speichereinrichtungen, Netzwerktechnik, Peripheriegeräte sowie alle zum Betrieb notwendigen technischen Geräte wie beispielsweise Serverracks oder unterbrechungsfreie Stromversorgungen. Den immateriellen Bestandteil der IT-Infrastruktur bildet aus technischer Sicht die Software und dabei vor allem die Systemsoftware. Auch alle speziell für die Informationstechnik genutzten baulichen Einrichtungen werden zur IT-Infrastruktur gerechnet. Unter Einbeziehung des Informationsmanagements erweitert sich die technische Sicht um institutionelle und personelle Gegebenheiten. Zu den institutionellen Inhalten zählen Gesetze und Normen, wie beispielsweise Datenschutzrichtlinien und organisatorische Strukturen, die Einfluss auf die technische IT-Infrastruktur haben. Die Anzahl und das damit verbundene Fachwissen aller an Planung, Wartung und Betrieb benötigten Mitarbeiter bilden den personellen Betrachtungsaspekt Entwicklung der IT-Infrastruktur Technischer Fortschritt und die damit verbundene beständige Steigerung der Leistungsfähigkeit von Rechentechnik haben die Entwicklung der IT-Infrastruktur in der Vergangenheit zunehmend beschleunigt. Durch immer stärker IT-gestützte Geschäftsprozesse, Globalisierung und damit einhergehend gestiegener Anforderungen bezüglich Flexibilität und Mobilität, gestaltet sich die IT-Infrastruktur mehr und mehr dezentral und das ganze Unternehmen durchdringend. Es ist festzustellen, dass etablierte Techniken innerhalb der IT-Infrastruktur in der Regel nicht automatisch durch neue Techniken ersetzt werden. Stattdessen kommt es zu einer langsamen Verdrängung, die oftmals zu einer Koexistenz bzw. Mischung neuer und alter Systeme führt. 2.3 Client-Server-Prinzip Die IT-Struktur eines mittelständischen Unternehmens basiert im Regelfall auf einem Client-Server-basiertem Netzwerk. Größtenteils wird ein einzelner Server immer noch für nur 1 oder 2 Dienste genutzt. Somit befinden sich häufig komplexe und vernetzte Serverstrukturen innerhalb eines Unternehmens. Als Server bzw. Host bezeichnet man dabei einen Computer innerhalb dieses Netzwerks, der anderen Rechnern bzw. Benutzern den sogenannten Clients Dienstleistungen, Anwendungen, Daten oder Peripheriegeräte zur Verfügung stellt. Die folgende Abbildung 2 soll das Schema einer Client-Server Architektur verdeutlichen. 7 Vgl. online: Enzyklopädie der Wirtschaftsinformatik: IT-Infrastruktur 5

13 Abbildung 2 Client-Server-Prinzip (online: Wikipedia: Client-Server-Modell) Der Server bildet dabei das zentrale Element der Netzwerkstrukturtruktur und bedient mehrere Clients. Die Kontaktaufnahme erfolgt dabei durch die Dienstanwender, welche dem Server über bestimmte Kommunikationsports Anfragen senden. Der Server sollte immer in der Lage sein, den Clients die angeforderten Dienste anbieten zu können und läuft deshalb in der Regel im Dauerbetrieb. Daraus ergeben sich gehobenen Ansprüchen an das Serversystem. Bevorzugt sollten daher höherwertige und leistungsfähigere Komponenten eingesetzt werden. Auch ein höherer Kühlungsaufwand ist für solche Systeme unumgänglich. Oft ist es sinnvoll, die zentralen Netzwerkelemente in einem extra Raum bzw. dem Rechenzentrum des Unternehmens auszulagern und dort klimatisiert zu betrieben. Um die durch den Betrieb verursachten Kosten so gering wie möglich zu halten, sollte bei der Komponentenauswahl auch der Energiebedarf der einzelnen Bauteile berücksichtigt werden. 2.4 Serverarten Wie in Kapitel 2.3 angesprochen, können Server innerhalb des Netzwerks verschiedene Aufgaben bzw. Dienste anbieten. Sie sind dabei in der Lage, gleichzeitig mehrere Dienste zur Verfügung zu stellen oder sind als sogenannter dedizierter Server nur für einen einzigen speziellen Service ausgelegt. 8 Nachfolgend sollen die für ein Unternehmen wichtigsten und gebräuchlichsten Aufgabenbereiche eines Servers kurz genauer betrachtet werden. 8 Vgl. online: Wikipedia: Server (Software) 6

14 2.4.1 Authentifizierungs-, DHCP- und Zeitserver Ein Authentifizierungsserver verwaltet eine Datenbank mit Benutzerkennungen (IDs), den dazugehörigen Passwörtern, gegeben falls weiteren Benutzerinformationen und die für den Nutzer zulässigen Dienste. Die gespeicherten Kennwörter werden dabei verschlüsselt auf dem Server abgelegt und beim Anmelden eines Clients verglichen. Bei korrektem Password erhält der Benutzer Zugang zum System und kann seine Daten und seine verfügbaren Dienste nutzen. Es bietet sich an, den Authentifizierungsserver gleichzeitig auch für weitere Netzwerkdienste, etwa als DHCP- und Zeitserver zu nutzen. Das Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) ermöglicht dabei die Zuweisung der Netzwerkkonfiguration an die Clients. Die Zuordnung kann manuell, automatisch oder dynamisch durch den Server erfolgen. Vorteilhaft kann ebenfalls die Nutzung eines Zeitservers sein. Dieser liefert bei Anfrage seinen aktuellen Zeitstempel und dient somit zur Zeitsynchronisation aller Clients Dateiserver Ein Dateiserver hat die Aufgabe, mehreren Benutzern den Zugriff auf zentral gespeicherte Daten zu gewähren. Die Zugriffskontrolle wird dabei durch Nutzer- oder Dateiberechtigungen geregelt. Durch eine zentrale Datenhaltung wird es möglich, allen Nutzern die gleichen Dateien bzw. Dateiversionen zur Verfügung zu stellen. Dadurch erhöht sich nicht nur die Übersichtlichkeit der vorhandenen Daten sondern es werden auch Konflikte mit unterschiedlichen Ausgangsdaten vermieden. Außerdem können so Veränderungen sofort für alle Anwender getroffen werden. Die zentrale Datenhaltung begünstigt auf Grund der nun einfacher möglichen Datensicherhung zudem die Datensicherheit im Unternehmen Datenbankserver Ein Datenbankserver beinhaltet ein oder mehrere Datenbanksysteme, auf die durch entfernte Clients bzw. Applikationen zugegriffen wird. Um bei einem hohen Datenaufkommen trotzdem möglichst viele Benutzer bedienen zu können, erfolgt in der Regel die Aufteilung zwischen Daten des Datenbanksystems und der eigentlichen Datenbankanwendung auf zwei unterschiedlichen Servern. Auf dem Markt gibt es explizit für diesen Service spezialisierte Serversysteme, die einfachen Systemen um ein vielfaches überlegen sind. 7

15 2.4.4 Druckserver Die Aufgabe des Druckserver besteht im Unternehmensnetzwerk darin, Druckeraufträge entgegen zu nehmen und sie an angeschlossene Drucker oder Plotter zu verteilen. Sie sind dadurch in der Lage, Netzwerkdrucker zentral zu verwalten und netzwerkübergreifend zur Verfügung zu stellen. Zudem wird es gezielt ermöglicht, Druckaufträge in einer Druckerwarteschlage zu organisieren. Auch das Verwalten von ganzen Druckerpools kann zur Aufgabe eines Druckservers gehören Mailserver Der Empfang, Versand und die Archivierung digitaler Nachrichten bzw. s erfolgt in Unternehmen oftmals durch einen Mailserver. Dieser transportiert, filtert, sortiert und archiviert s und ermöglicht somit die Nutzung der Nachrichten durch die einzelnen Anwender Proxyserver Ein Proxyserver dient als Kommunikationsschnittstelle bzw. Vermittler in einer Netzwerkumgebung. Er nimmt im Netzwerk Anfragen ausgehend von einer Startadresse entgegen und stellt dann über seine eigene Proxyadresse eine Verbindung zur gewünschten Zieladresse her. Da dem Adressaten nur die Adresse des Proxyserver bekannt gemacht wird, bleibt die wahre Adresse des Kommunikationspartners für diesen verborgen. Ein Proxydienst ermöglicht darüber hinaus auch Verbindungen zwischen zueinander inkompatiblen Netzwerkpunkten. Auch die Analyse, Filterung oder Datenanpassung kann mit Hilfe eines Proxy erfolgen. Der Proxyserver hat somit hauptsächlich Schutz-, Kontroll- und Vermittlungsfunktionen und sollte deshalb eigenständig bzw. dediziert zur Verfügung stehen und besonders vor nicht autorisiertem Zugriff bzw. Missbrauch gesichert sein Webserver Ein Webserver überträgt nach Aufforderung Inhalte bzw. Dokumente an Clients, beispielsweise an Webbrowser. Die zur Verfügung gestellten Dateien können dabei statische oder dynamische Inhalte haben. Dynamische Inhalte werden nach Anforderung durch den Webserver zusammengestellt, aufbereitet und schließlich an den Client übermittelt. Das normalerweise parallel durchgeführte Protokollieren aller Clientanfragen ermöglicht im Nachhinein eine Auswertung der an den Webserver gerichteten Anfragen. 8

16 2.4.7 Terminalserver Ein Terminalserver enthält installierte Anwendungsprogramme. Für diese Programme stellt er seinen Clients Eingabe- und Bedienelemente, meist über eine grafische Benutzeroberfläche oder durch Kommandozeilen zur Verfügung. Durch diese Elemente können die verbundenen Clients das Anwendungsprogramm auf dem Terminalservers gleichzeitig und unabhängig voneinander nutzen. Der Client erhält nur die vom Terminalserver zur Verfügung gestellten Informationen bzw. das dort ausgeführte Anwendungsprogramm angezeigt und bekommt die Möglichkeit seine Eingaben an den Terminalserver bzw. das Anwendungsprogramm auf dem Terminalserver zurückzusenden. Das Ausführen der Anwendereingaben und das Speichern der Daten erfolgt dann zentral auf dem Terminalserver. Dies macht den Einsatz von deutlich leistungsreduzierten und kostengünstigeren Komponenten auf Clientseite möglich und sorgt zudem für eine zentrale Datenhaltung auf Seite des Terminalservers. 2.5 Serverkonsolidierung Die Neugestaltung der IT-Infrastruktur innerhalb eines Unternehmens bringt im Regelfall auch die Konsolidierung der vorhandenen Systeme mit sich. Der Begriff Serverkonsolidierung bezeichnet dabei die Reduktion von vielen Serversystemen auf einige wenige verbleibende Systeme. Ziel ist es, nicht nur die Kosten durch die Reduzierung der Serveranzahl zu senken, sondern auch eine bessere Transparenz der gesamten IT-Infrastruktur zu erreichen. Damit einhergehend wird für die verbleibenden Rechensysteme eine Vereinfachung der Administration und der Wartung erzielt. Der dafür benötige Arbeitsaufwand wird im Zuge der Serverkonsolidierung deutlich verringert und vereinheitlicht. Darüber hinaus sollte ein konsolidiertes System jedoch auch eine verbesserte Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit, eine hohe Flexibilität und Erweiterbarkeit und nicht zuletzt eine erhöhte Sicherheit bieten. Die nachfolgende Grafik soll das Prinzip der Konsolidierung mit verbundener Virtualisierung bzw. Partitionierung verdeutlichen. Die verbleibende Hardware wird dabei parallel auf die verschiedenen aufgesetzten, virtuellen Systeme aufgeteilt. 9

17 Abbildung 3 Serverkonsolidierung mit Virtualisierung (Radonic, Meyer, 2006, S. 69) Bei der Entscheidung für eine Serverkonsolidierung ist eine zukunftsorientierte Analyse der bisherigen und der gewünschten Systeme von enorm hoher Bedeutung. Eine unzureichende Planung kann bei später notwendigen Anpassungen oder Erweiterungen die anfänglichen Einsparungen schnell aufzehren Virtualisierung Im Kreise von IT-Spezialisten als auch bei leitenden IT-Verantwortlichen ist Virtualisierung wohl eines der am häufigsten gebrauchten Schlagwörter. Diese Technologie wird schon seit vielen Jahren aktiv implementiert und genutzt. Vor allem in jüngster Vergangenheit hat sie auf Basis der x86-architektur eine enorme Weiterentwickelung erfahren. Virtualisierung fundiert dabei auf einer Vielzahl von Konzepten und Technologien im Bereich der Hard- und Software. 9 Es wurde schnell deutlich, dass diese Technologie ein enormes Optimierungspotential hat. Denn Virtualisierung scheint gleichzeitig Trend, Hype, Verheißung und Wundermittel in Sachen Kostenersparnis zu sein. 10 Viele Hersteller und Anbieter ermöglichen mit ihre kategorisierten Produkten mittlerweile den Aufbau einer umfassenden virtuellen Infrastruktur. Die zahlreichen Aspekte und Ansätze der Virtualisierung ermöglichen keine eindeutige Begriffsdefinition. Um ein besseres Verständnis für diese Technologie zu entwickeln, werden im folgenden Abschnitt verschiedenen Virtualisierungsmethoden vorgestellt Vgl. Runge, 2008, S Vgl. Runge, 2008, S Vgl. Runge, 2008, S.34 10

18 2.6.1 Funktionsweise von Virtualisierung Das Grundprinzip der Virtualisierung im Bereich von Serversystemen besteht aus dem Entkoppeln der Software (Betriebssystem und Anwendungen) von der Hardware (Rechenleistung und Speicher). Diese Abstraktion wird durch das Einfügen einer Virtualisierungsschicht (Virtualisierungslayer), die den zur Steuerung nötigen Virtual Machine Monitor (VMM) bzw. Hypervisor enthält, erreicht Abbildung 4 soll das Schema auf Grundlage eines Host- bzw. Wirtsbetriebssystems verdeutlichen. Abbildung 4 Virtualisierung mittels VMM und virtualisierter Hardware (Ahnert, 2009, S. 37) Die auf diese Weise isolierte Software, wird in so genannte virtuelle Maschinen (VM) umgewandelt. Jede dieser erzeugten Maschinen ist plattformunabhängig und besteht in erster Linie aus der virtuellen Hardware. Dazu zählen Grafikkarten, Prozessoren (CPUs), Speicher (RAM), Netzwerkkarten und Festplatten an SCSI- oder IDE- Controllern. Innerhalb der virtuellen Maschine läuft ein vollständiges Betriebssystem, auch Gastbetriebssystem genannt (siehe Abbildung 4). Alle Prozesse und Programme innerhalb der virtuellen Maschine bemerken keinen Unterschied zwischen einer virtuellen Umgebung und einer exklusiven physikalischen Einzelplatzlösung. Somit bedarf es auch keinerlei Anpassungen des Gastbetriebssystems, da es aus seiner Sicht auf einem vollständigen Einzelserver aufsetzt. Sogar die standardmäßig vorhandenen Treiber würden ausreichen, um den virtuellen Betrieb zu gewährleisten. Allerdings liefern die meisten Virtualisierungsanbieter speziell angepasste bzw. optimierte Treiber für die virtuelle 12 Vgl. Runge, 2008, S Vgl. Zimmer, 2010, S.33 11

19 Hardware mit. Entscheidend dabei ist, dass die einzelnen virtuellen Maschinen über eine Virtualisierungsschicht an die reale Hardware angebunden sind. Sie können somit die Rechenleistung der realen Hardware nutzen, müssen aber dank eigener virtueller Hardware nicht mehr mit dieser physischen Hardware kompatibel sein. Die Ansteuerung der Hardware, die Ressourcenzuweisung und die Rechteverwaltung regelt dabei die Virtualisierungssoftware. Eine virtuelle Maschine wird auf dem File- System der Virtualisierungslösung als einzelne Datei oder als kleiner Verbund von Dateien abgebildet. In der Regel handelt es sich um eine Konfigurationsdatei, die u. a. beschreibt, aus welchen virtuellen Bestandteilen die virtuelle Maschine zusammengesetzt ist und die zudem auch den virtuellen Festplatteninhalt enthält. Diese virtuelle Festplatte, bildet aus Sicht der virtuellen Maschine die real existierende Festplatte ab und enthält alle Inhalte dieser in einem spezifischen Format. Für die virtuelle Maschine besteht dadurch keine Möglichkeit, aus der virtuellen Umgebung auszubrechen. Genau diese Trennung ist notwendig, um sichere und effiziente Umgebungen aufzubauen. Da einer virtuellen Maschine immer die gleiche Hardwarekonfiguration reserviert wird, ist es möglich sehr stabile und ausfallsichere Serversysteme aufzubauen. Das lange geltende Prinzip, 1-Server 1-Anwendung bzw. 1-Betriebssystem wird dabei aufgebrochen. Zudem besteht die Möglichkeit, die virtuellen Maschinen statt an einen Einzelserver an einen Serverpool anzubinden und dadurch von einem lastabhängigen Ressourcenmanagement zu profitieren. Im Falle eines Serverausfalls wird es darüber hinaus möglich, die ansteigende Last auf alle verbleibenden Server zu verteilen und somit die entstandene Lücke zu kompensieren. Die Virtualisierung wird so zu einer Hochverfügbarkeitslösung. Heute wird der Begriff Virtualisierung vielfach mit den Servervirtualisierungsprodukten von VMware, Microsoft und Xen in Verbindung gebracht. An Virtualisierungsprodukte werden folgende generelle Anforderungen gestellt: 14 Äquivalenz: Isolation: Kontrolle: Effizienz: Das virtualisierte System muss exakt dasselbe Verhalten an den Tag legen wie bei Ausführung direkt auf nicht virtualisierter Hardware. Es muss eine sichere Trennung der virtualisierten Systeme (VMs) untereinander gewährleistet sein, um Datensicherheit, Vertraulichkeit und Konsistenz von Daten und Zuständen zu garantieren. Eine instabile Virtuelle Machine (VM) darf eine andere VM, des selben physischen Systems, nicht zum Absturz bringen. Die Rechnerressourcen wie z.b. RAMs und CPUs (inkl. Core und Thread) müssen kontrolliert den VMs einzeln zugewiesen werden. Die virtuelle Maschine sollte annähernd so schnell laufen wie auf 14 Vgl. Radonic, 2006, S.54 12

20 physischer Hardware und darf aufgrund der Virtualisierung keinen unangemessenen Overhead produzieren. Abseits des klassischen Aufgabengebietes der Virtualisierung im Serverumfeld erschließen sich weitere, innovative Virtualisierungsmöglichkeiten in anderen IT- Bereichen, wie etwa Storage-, Netzwerk-, Anwendungs- und Desktopvirtualisierung Emulation Bei der Betrachtung der Virtualisierung ist es notwendig, eine klare Abgrenzung zur Systememulation vorzunehmen. Emulation kann als Bestreben definiert werden, ein komplettes Hardwaresystem mittels Software nachzubilden. Damit wird eine für diese Hardwareumgebung erstellte Software auf dem Wirt-System lauffähig. Während bei der Virtualisierung mehrere Ausführungsumgebungen auf einer einheitlichen Hardware geschaffen werden, ist man bei der Emulation bestrebt, eine Ausführungsumgebung von meist andersartiger Hardware zu simulieren. Dieser Ansatz ist durch eine hohe Rechenlast gekennzeichnet. Somit ist das Emulationsverfahren, im Vergleich zu einem direkten Hardwarezugriff natürlich vor allem geschwindigkeitsbedingt deutlich weniger effizient. Im Bereich der Virtualisierung wird nur in geringem Maße auf die Methoden der Emulation zurückgegriffen. Hier dient sie vorrangig der Bereitstellung von Peripheriegeräten für die einzelnen VMs, z.b. in Form von Netzwerk-, Grafik-, Soundadaptern oder Controllerkarten. Der Zugriff auf alle weiteren Hardwareressourcen des Hosts (z.b. CPU, RAM) wird jedoch durch den VMM überwacht und gesteuert, so dass diese Bestandteile nicht aufwändig emuliert werden müssen. Eine akzeptable Rechengeschwindigkeit kann dadurch erreicht werden. Die Tatsache, dass Emulation und Virtualisierung vielmals nicht klar unterschieden werden, lässt sich insbesondere damit begründen, dass viele Probleme sowohl durch Emulation als auch durch Virtualisierung gelöst werden können. Beispielsweise kann das gleichzeitige Ausführen mehrerer Betriebssysteme ohne Neustart mit beiden Methoden erfolgen Virtualisierung im historischen Rückblick Der Blick in weiterführende Literatur und deren Entstehungsdatum verdeutlicht, dass das Virtualisierungskonzept schon sehr früh entstand und sich kontinuierlich weiterentwickelte. Diese Erkenntnis steht im extremen Gegensatz zu der oftmals propagierten Meinung, die Virtualisierung sei noch ein junges Teilgebiet der IT. 15 Vgl. Fischer, 2009, S.66f 16 Vgl. Larisch, 2009, S14 13

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