Hochverfügbarkeitsdesign für das Datennetz eines Universitätsklinikums unter Gesichtspunkten der Anforderung klinischer Systeme
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- Vincent Brauer
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1 Hochverfügbarkeitsdesign für das Datennetz eines Universitätsklinikums unter Gesichtspunkten der Anforderung klinischer Systeme DFN Forum, Bonn, Raimund Vogl, Norbert Gietz, Markus Speer, Ludger Elkemann
2 2 Themen Die WWU, das UKM und das ZIV Anforderungen klinischer Systeme Design des WWU Netzwerks und betriebliche Erfahrungen Defizitanalyse Redesignüberlegungen für DataCenter und hochverfügbares Verteilnetz Weiterentwickeltes Design für das gesamte UKM und WWU Netzwerk Umsetzungsplan
3 3 Die Westfälische Wilhelms-Universität Münster (WWU) und das Universitätsklinikum Münster (UKM) Studierende (WS 2009/2010) Absolventen (2007) 15 Fachbereiche, 7 Fakultäten Über 110 Studienfächer mit 250 Studiengängen 331 Mio Haushalt (2008) Mitarbeiter/-innen (sowie am UKM), davon 565 Professoren / Professorinnen Wissenschaftliche Mitarbeiter/-innen Medizinische Fakultät der WWU (FB5): 132 Professoren (2008), 2853 Studierende (2009), 4 SFBs, MPI f. Molekulare Biomedizin, LIfA, EIMI UKM: Betten, 854 Ärzte, vollstat./ ambul. Fälle (2009)
4 Die WWU (rot) und das UKM (blau) in Münster 4
5 Die WWU (rot) und das UKM (blau) in Münster Datennetz Netzkennzahlen WWU+UKM (Stand ) 5 Kennzahl LWL-Netz Wert 258 km Erschlossene Gebäude 284 LAN-Verteilerstandorte Netz-Anschlussdosen WLAN Access Points TK-Nebenstellen VoIP-Telefone 888 Trouble Tickets Change Requests
6 6 Das ZIV der WWU Gründung 1964 als Universitätsrechenzentrum Seit 1996 Zentrum für Informationsverarbeitung Ca. 100 Mitarbeiter (inkl. Drittmittel; zzgl. SHKs) in 3 Abteilungen: Abt 1: Kommunikationssysteme: LAN und Telekommunikation WWU und UKM, Telefonvermittlung, AVM Abt 2: Systembetrieb: zentrale Server und Dienste (ADS, Mail, Exchange, Web, IdM, Backup/Archiv, SOI (Storage, vsphere), HPC, ) Abt 3: Anwendungen und Service: ZIVline, Beratung, Drucken, Softwareprodukte, Web-Entwicklung/CMS, Kurse, Medienkompetenz (Service Punkt Film) Service für Kommunikationssysteme außerhalb WWU: LAN-Ausbau und Betrieb für das UKM (Kooperationsvereinbarung; Personalabordnung) Betrieb Wissenschaftsnetz Münster (WNM) und TK-System für Standort (WWU, UKM, FH, MPI, KA, Studentenwerk, etc.)
7 7 Spezifische Anforderungen im klinischen Einsatz Seit 1980er Jahren Netzbetrieb für medizinische Einrichtungen/UKM Ausgeprägte Servicestruktur für LAN-Bau, Administration (NIC), Betrieb (NOC) Integriertes eigenentwickeltes Datenbanksystem (Bauprojekt-Mgmt., Infrastruktur Doku, CMDB, automatisierte Konfiguration, Case-Management) 7x24 Rufbereitschaft: primär für Erfordernisse des UKM etabliert Trotz elaboriertem Betriebskonzept sporadisch Störungen mit großer Reichweite Unterschiedliche, komplexe Ursachen: Bedarf für Simplifizierung und Fallback-System Kontinuierlich wachsende Abhängigkeit von Verfügbarkeit der IT-Verfahren im klinischen Bereich: Gefühlt massivere Auswirkungen von Störungen, trotz absolut höherer Stabilität Hilflosigkeit: Unmöglichkeit effektiver Ausweichlösungen für Ersatz IT Laufendes Rollout: PACS, elektronische KG, mobile Visite, klinisches Anforderungsmanagement, Forderung der Projektgruppe für mobile Visite nach höchster (100%) Verfügbarkeit und Konzepten zur Beherrschung von Netzausfällen (Idee: Fallback auf 3G Netze) Anforderung an ZIV: Fundierte Problemanalyse, abgeleitetes Netz-Zukunftskonzept, realistisch umsetzbares Notversorgungskonzept
8 8 Design des Netzwerks Ist-Situation - Ursachen gewachsenes LAN heutige Strukturen zum Teil aus FDDI und ATM LANE hervorgegangen großer Teil des LWL-Netzes, einige IP-Subnetze Vlan und VRF lite basierendes Sicherheitskonzept (*) 390 Endgeräte Vlans Endgeräte (IP-Adressen statisch zugewiesen) 66 VRF (ohne VPN) 2 (+1) gewachsene Rechenzentrum mit teilweise eingesammelten Servern (mit deren ursprünglichen Vlans!) Konzentration des Routing und komplexerer Netzfunktionen auf wenige Geräte Mehrhersteller-Entscheidung keine fremdadministrierten Netzwerkkomponenten Hoher Automatisierungsgrad im Change-Management * Zahlen und Werte nur UKM
9 9 Design des Netzwerks Ist-Situation - Umsetzung DFN X-WIN WNM Zugangsnetz FH MPI Studentenwerk UKM Core UNI Core DataCenter 1 DataCenter 2 Zentralgebäude Ost Zentralgebäude West Altkliniken Hauklinik ZMK Cisco Catalyst 6500 Layer 2 und Layer 3 Access-Switch Layer 2 Anwender Layer 3, BGP Layer 3 OSPF und Layer 2 HP 54xx Layer 2 Aggregierung Server Layer 3 OSPF Layer 2
10 10 Design des Netzwerks Ist-Situation Umsetzung, virtuelle Strukturen Root ROT UKM Core Root GRÜN Vlan Rot Vlan GRÜN DataCenter 1 DataCenter 2 Zentralgebäude Ost Zentralgebäude West Altkliniken Hauklinik ZMK VRF-lite Cisco Catalyst 6500 Chassis
11 11 Design des Netzwerks Ist-Situation Defizitanalyse + sehr flexibel + Vlans, Firewalls, IPS, VPN überall verfügbar + Access- und Distributionsbereich nur Layer-2-Funktion => einfache Geräte + Kostenersparnis + Personalausbildung + wenige einheitliche Geräte im Core Hohe Change-Rate bei den Endgeräteanschlüssen und Router-ACL Broad- und Multicast summieren sich über die Vlans im Core auf Single point of failure trotz Redundanz - STP-Auswirkungen - Firewall - Wartung nur schwer durchführbar - kleine Probleme im Accessbereich haben leicht globale Auswirkungen (z.b. Loops, Fehlfunktionen)
12 12 Design des Netzwerks Ist-Situation Defizitanalyse Cisco-POC im Okt 2010 in London Core-Geräte, aber auch Distribution, bei Ausfällen- und Schaltungen schnell überlastet (Controlplane PVSTP+, HSRP, OSPF, ) auch bei Unterdrückung von Fehlbeschaltungen im Accessbereich kein zuverlässiger Schutz des Core möglich neuer DataCenter-Aufbau erfolgreich getestet
13 13 Redesign Vorüberlegungen/Anforderungen einfaches und überschaubares Konzept für die Bereitstellung der Applikationen ist ein stabiler Serverbetrieb notwendig Serverbetrieb muss unabhängig vom globalen LAN sein Entkoppelung der Rechenzentren neue betriebsorientierte IP-Subnetz-Strukturierung der Server Einsatz bekannter und verlässlicher Techniken Störungen lassen sich nicht gänzlich vermeiden Begrenzung der Auswirkungen von Störungen Entkoppelung von Bereichen An sensiblen Stellen der KV Entkoppelungen bis zu den Endgeräten schaffen hochverfügbare Arbeitsplätze ausweisen reduzieren von Abhängigkeiten, Dienstekonzentration auf Geräten vermeiden Netzwerkkomponenten und Server sollten auch bei Störungen administrierbar bleiben Systeme sollten vollständig unter der eigenen Kontrolle stehen großflächiger Netzumbau nicht kurzfristig umsetzbar LWL-MM fibre-to-the-desk in vielen Gebäuden noch vorhanden
14 Redesign - Netzerweiterung DFN X-WIN 14 Zentralgebäude Ost Chirurgie Zentralgebäude West Bis 8 weitere Standorte WNM Zugangsnetz SV-LAN UKM Core UNI Core DC Core DataCenter 1 DataCenter 2 Zentralgebäude Ost Zentralgebäude West Altkliniken Hauklinik ZMK Cisco Catalyst 6500 Layer 2 und Layer 3 Access-Switch Layer 2 Anwender Layer 3, BGP Layer 3 OSPF und Layer 2 HP 54xx Layer 2 Aggregierung Server VSS 2 * 6509 Layer 3 OSPF Layer 2
15 15 Redesign Datacenter und SV-LAN WNM Zugangsnetz Layer 3, BGP Layer 3 OSPF Catalyst 6500 Chassis VRF-lite Access-Switch Layer 2 SV-LAN Anwender KV F&L Sonstiges TransferVlans, nur auf den Links konfiguriert, STP-frei VSS 2 * 6509 DNS, DHCP, NTP, etc Serverpark für KV, F&L und Sonstige
16 16 Redisgn Anforderungen ans DC und SV-LAN Datacenter Serverpark muss autark sein Alle notwendigen Dienste (DNS, DC, etc.) müssen an einem VRF-lite vorhanden sein überschaubare Anzahl von Vlans Vlans dürfen den Datacenter-Bereich nicht verlassen SV-LAN (SonderVersorgung LAN in Analogie zur Stromversorgung) Netz muss überschaubar bleiben (wenige Switches, ca 250 Clients) Clients maximal schützen ThienClients (Citrix) Switchport-Security (MAC-Sec, DHCP-Snooping, ) Stringente ACLs Clients müssen im Tagesbetrieb genutzt sein
17 17 Redesign aktueller Status DataCenter Phase 1 LAN-Struktur wurde aufgebaut Ausführliche Tests der LAN-Struktur Phase 2 (aktuell) Umzug der Priorität 1 Systeme (KV) DB, DC, Exchange, Fileserver (teilweise) erfolgt Phase 3 SV-LAN Nicht Prio 1 Systeme (kaufmännisch, etc.) Aufbau beginnt kurz vor Abschluss der Phase 2 zurzeit Suche nach geeigneten Client-Netzwerkcontroller (optisch) Entkoppelung weitere Bereiche im Laufe des Jahres
18 18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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