Cluster und Load Balancer

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1 Cluster und Load Balancer

2 Hochverfügbare Systeme... vermindern das Risiko eines Totalausfalls durch Redundante und ausfallsichere Serverkonfiguration Redundante und ausfallsicher Netzwerkkonfiguration Ausfallsichere Plattenspeicher, Disk Arrays Einsatz einer USV/UPS Verwenden von Load Balancern zur Verteilung der Last und Verbessung der Skalierbarkeit

3 Glossar Hochverfügbar: Die Fähigkeit Hardware und Softwareausfälle auf einzelnen Servern zu umgehen. Diese Ausfälle können geplant oder ungeplant sein. Cluster: eine Gruppe von Servern, die nach außen hin als ein einzelner Server angesprochen werden. Cluster werden zur Lastverteilung und Erhöhung der Ausfallssicherheit eingesetzt. Failover: Wenn ein Server ausfällt, übernehmen die anderen Server im Cluster seine Last. Load Balancing: Die Fähigkeit eines Netzwerkes, Anfragen an ein und die selbe Adresse an mehrere Server zu verteilen.

4 Definition - Cluster Eine Gruppe von Komponenten, welche auf Basis von Redundanz zusammenarbeiten, um eine performantere und höher verfügbare Lösung als eine einzelne Komponente zu bieten; wobei diese Gruppe sich nach außen hin wie eine einzelne Komponente präsentiert.

5 Wozu Cluster? Redundanz Ausfallzeiten verringern! Lastverteilung Mehr User abdecken, als es eine einzelne Maschine könnte mit einheitlicher Konfiguration

6 Zwei Clustertechnologien Server Cluster Vorranging für statusbehaftete Dienste File und Print SQL Server Mail / Exchange Server Network Load Balancing Cluster Vorrangig für nicht statusbehaftete Dienste Web Server

7 Typische Konfiguration eines Webserver-Clusters

8 Erweiterte Konfiguration mit Backend Cluster Stage1 Windows NT Server IIS4, -SP4, PDC, DNS Laptop Internet User Internet User INTERNET Router Firewall Switch FrontEnd1 NT Server Enterprise Edition WLBS Site Server IIS4, -SP4 FrontEnd2 NT Server Enterprise Edition WLBS Site Server IIS4, -SP4 Switch ComCluster1 NT Server Enterprise SQL 7.0 Hub ComCluster2 NT Server Enterprise SQL 7.0 Disk array Fiber Interconnect RAID5 cluster.domain.com FrontEnd3 NT Server Enterprise Edition WLBS Site Server IIS4, -SP4 BackEnd SQL SQL

9 Server Cluster Prinzip: Mehrere Server greifen auf gemeinsame Festplatten zu Bei Ausfall eines Rechners übernimmt der andere die Dienste

10 Schematischer Aufbau eines Serverclusters Boot Internet Heartbeat privat Daten Boot

11 Benötigte Hardware Mindestens 2 NICs pro Knoten 1 private Schnittstelle zur Verbindung untereinander Nur 2 Knoten: Cross-Over-Kabel reicht/eigenes IP-Subnetz Austausch von Heartbeats Mir geht s noch gut - Meldung Kommunikation untereinander Abstimmung der Konfiguration 1 öffentliche Eigene IP-Adresse pro NIC Virtuelle Adresse(n) für den Cluster

12 Benötigte Hardware Eigene Bootpartition pro Knoten Betriebssystem Installierte Anwendungen sollen auf diese Platten, nicht auf die gemeinsam genutzten Fehlertoleranz mit Standardmitteln Einsatz eines RAID 1

13 Benötigte Hardware Clusterfähige SCSI-Controller Cluster Mode muss üblicherweise eigens eingeschaltet werden Cluster-Storage-Einheit Enthält Clustercontroller und Platten Wird via SCSI-Kabel mit allen (!) Cluster-SCSI-Controllern der Knoten verbunden Nur Cluster-zertifizierte Hardware wählen Nicht ganz billig

14 Aufgabe 1. Recherchieren Sie Im Internet und verschaffen Sie sich einen Überblick über Clusterfähige Betriebssysteme!

15 Benötigte Software Clusterfähige Anwendungen File & Print out of the Box SQL Server, Exchange Server: Enterprise Edition Normale Dienste können mit Einschränkungen vom Cluster verwaltet werden

16 Konfiguration Betriebssysteme installieren Mit Treibern für die Clusterhardware Netzwerke konfigurieren "Heartbeat" configuration on a cluster server Gemeinsame Platten formatieren

17 Das Quorum-Laufwerk Eine Partition auf einer gemeinsam genutzten Platte Speichert die Clusterkonfiguration Empfohlen: RAID 1 Partition nicht größer als 1 GB machen Sonst Performancenachteile Eigene Platten! Auch wenn sie dann nicht ausgenutzt werden! Sonst evtl. Konfigurationsschwierigkeiten

18 Die eigentliche Clusterkonfiguration Beispiel: Fileserver Cluster auf erstem Knoten erstellen Zweiten Knoten beitreten lassen Evtl. Beitritt weiterer Knoten

19 Die eigentliche Clusterkonfiguration Cluster-IP-Adresse Cluster-Netzwerkname Abhängig von IP-Adresse Physikalische Plattenressource Auf den gemeinsamen Platten Freigaben Abhängig von Netzwerkname und Plattenressource

20 Die Clusterverwaltung

21 Eine Cluster-Ressource

22 Normalfunktion Cluster Ein Server führt die Platten den Dienst (z. B. SQL Server) die Cluster-IP-Adresse dafür + den Cluster-Netzwerknamen

23 Was passiert bei Knotenausfall? Der andere Server merkt das Heartbeat bleibt aus Er übernimmt die Ressourcen Platten, IP-Adresse, Netzwerkname und startet den Dienst. Clients reden (evtl. nach Reconnect) mit dem anderen Knoten Gleicher Computername und gleiche IP-Adresse! Failover in < 1 min oder wenigen Sekunden

24 Load Balancing

25 Network Load Balancing Ausfallschutz und Lastverteilung auf Verbindungs-Ebene Keine besondere Hardware notwendig Gut geeignet für Webserverfarmen Alle Knoten werden genutzt Status muss auf anderen Rechnern geführt werden Evtl. Servercluster

26 Was ist Load Balancing Lastverteilung von Netzwerkverkehr bei Zugriff auf Server Dienste werden auf mehrere Server verteilt Ziel = Last der Dienstzugriffe auf mehrere Server aufteilen Dienst bei Hardware-Ausfall vor Totalausfall zu schützen Zusätzliche Rechenleistung kann bei Bedarf hinzugefügt werden Gewähr, dass Anwender immer mit demselben Server in Verbindung bleibt. (bei SSL-gesicherte Verbindung oder Session-ID /Online-Banking oder Online-Shops)

27 Hardware Load balancer Hardware Load Balancer Layer-4 bis 7-Switch

28 Software Load Balancer Produkt ist abhängig von Situation und Anforderungen Angewiesen auf Einsatz eines einzigen Server- Betriebssystems Lassen Kein Zusammenfassen von unterschiedlichen Betriebssystemen und unterschiedlichen Aufgaben zu!

29 Load-Balancing-Verfahren 1. DNS-Variante 2. Round-Robin-Verfahren 3. NAT mit Feedback 4. URL-basiertes Verfahren 5. Dienst-basiertes Verfahren

30 1. DNS-Variante Klassisches Load Balancing ist das DNS selbst Auf DNS-Server der eigenen Domain werden mehrere IP-Adressen eingetragen, unter der der Host-Name zu erreichen ist. Hinter jeder IP-Adresse ein seperater und eigenständiger Server. Anfragen der Clients werden der Reihe nach mit eingetragenen IP-Adressen bedient. Dieses Verfahren ist sehr leicht einzurichten.

31 DNS-Variante - Funktion 1. DNS-Anfrage nach der IP-Adresse 2. Auflösung der IP-Adresse und Antwort des DNS-Servers mit der IP- Adresse 3. Verbindungsaufbau zum Server

32 2. Round-Robin-Verfahren kommt mit einer einzigen IP-Adresse aus NAT-Proxy übernimmt die Lastverteilung Proxy leitet alle Anfragen an die ihm bekannten Zielsysteme weiter merkt sich welche IP-Adresse mit welchem Server eine Verbindung hatte und leitet eine erneute Anfrage an diesen Server weiter Vorteile nur eine IP-Adresse zum Internet geringer Administrationsaufwand

33 Round-Robin-Verfahren Keine richtige Lastverteilung - Zustand einzelner Server wird nicht berücksichtigt!

34 3. NAT mit Feedback Nachteil Hoher Installations- und Konfigurationsaufwand Vorteil Austausch zwischen Server und Load Balancer Ist ein Server nicht mehr erreichbar Entfernen der IP- Adresse aus seiner Liste Läuft Server wieder Hinzufügen zur Liste

35 NAT mit Feedback-funktion Bekommt Informationen zur realen Auslastung der einzelnen Server Erstellt sich aus den Daten Ranglisten zur Ermittlung des nächsten Ziel-Servers Kommunikation zwischen Server und Load Balancer erfolgt: über serielle Leitungen Periodische Batchjobs SNMP-Abfragen

36 4. URL-basiertes Verfahren speziell für HTTP- oder FTP-Server geeignet entscheidet anhand der URL welcher Server für Anfrage zuständig ist Verzeichnisse werden auf unterschiedlichen Rechnern abgelegt Analyse des Datenverkehrs muss erfolgen, um festzustellen welche Bereiche mehr Rechenleistung und Bandbreite benötigen. Die Analyse vor und während des Betriebs - Nutzungsverhalten der Besucher

37 URL-basiertes Verfahren Lastverteilung ergibt sich aus Zielverzeichnis Beschaffung spezieller Hardware oder eine sehr schneller Computers notwendig Nur für Webauftritte, aber nicht für -Server oder Dienste mit Transaktionen geeignet.

38 5. Dienst-basiertes Verfahren Dienste nutzen einen Port - Datenpaket wird Anwendung oder einem Dienst zugewiesen Verteilung der Dienste auf unterschiedlichen und eigenständigen Servern Last wird dienstabhängig verteilt Analyse des Datenverkehrs muss vorher stattfinden (Bandbreite/Zugriffe) Einfach zu installieren, da die Server nur einen Dienst zur Verfügung stellen

39 Dienst-basiertes Verfahren Das Routing übernimmt z. B. NAT-Router mit konfiguriertem Port-Forwarding Im Router wird ein Port einer festen IP-Adresse zugewiesen

40 Wann welches Verfahren? Meist wird eine Kombination aus zwei oder mehr Verfahren verwendet Entweder verschachtelt oder ineinander integriert Es entsteht ein komplexes System, das ständig überwacht und an neue Anforderungen angepasst werden muss. Daten müssen auf den einzelnen Servern immer synchron sein. Hier empfiehlt sich eine zentrale Speicherlösung für alle Server. (SAN- Systeme) Vor dem Einsatz eines Load Balancers sind die vorhandenen Programme und Anwendungen zu untersuchen. Eine umfangreiche Analyse des Datenstroms ist unbedingt notwendig.

41 ENDE Vielen Dank!

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