Virtualisierungslösungen für den Mittelstand

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1 Virtualisierungslösungen für den Mittelstand Enterprise-Funktionalitäten trotz begrenzter Budgets ACM/GI (241) Dirk Richter

2 Agenda Server-Virtualisierung Storage & Backup Desktop-Virtualisierung Kritik & Selbstkritik / Ausblick ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 2

3 Nur am Rande Die Netzwerk-Virtualisierung (VLAN nach IEEE 802.1Q) ist seit über 10 Jahren weit verbreitet Sie ermöglicht auch in KMU die sinnvolle Segmentierung des Datennetzes (Server, Mitarbeiter, Gäste, Geschäftsführung, etc.) Ohne VLAN-Einsatz muss die sichere Kommunikation in einer virtuellen Infrastruktur und/oder einem Speicher-Netzwerk gesondert betrachtet werden (IPsec; physikalisch getrennte Netze; VPN/SSH-Tunnel; NFSv4) Workshop-Idee Netzwerk und Netzwerk-Sicherheit in KMU inkl. DHCP-Snooping, ARP Inspection, BPDU Guard, WLAN, etc. ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 3

4 Vorbemerkungen IT-Architektur-Überlegungen setzen eine gewisse IT-Affinität voraus bzw. eine leicht überdurchschnittliche Bedeutung der IT für den Unternehmenserfolg auch Unternehmen, die ihre gesamte IT einem Dienstleister anvertraut haben, kommen mit Virtualisierung in Berührung, aber sie müssen darüber nicht nachdenken ( -> HBT KMU-Box ) Alle Unternehmen, die 1-2 Vollzeit-Mitarbeiter für die Unternehmens-IT einsetzen, können der Virtualisierung (Server und/oder Desktop) kaum ausweichen, denn Die Virtualisierungs-Technologien sind Admin-Technologien : sie ermöglichen punktuelle Produktivitätsfortschritte bzw. Leistungsfortschritte in einem Umfang, der eine vollständige Abstinenz quasi unmöglich macht, wenn man den Admin-Wettbewerb nicht kampflos verloren geben will In vielen Unternehmen sind die virtualisierten Systeme noch nicht produktiv, und in kaum einem Unternehmen findet sich nicht irgendwo ein VMware Server oder ESXi-Host oder eine Hyper-V-Partition oder ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 4

5 Vorbemerkungen Im folgenden tritt häufig der Marktführer in Erscheinung, was in erster Linie mit Funktionsumfängen zum Zeitpunkt der Strategiefindung (Mitte 2008) zusammenhängt (Virtual Switches, Importer, mögliche Gäste) Insbesondere auch Hyper-V, die Virtualisierungs-Plattform von Microsoft, bietet für KMU interessante Perspektiven, wenn ohnehin Windows Server 2008 im Einsatz sind (ggf. mit System Center VMM 2008 R2) Genauso können eher Linux-basierte Installationen mit Citrix/Xen oder KVM/QEMU die wesentlichen Ziele erreichen Und nicht zuletzt die kostenlose Nutzung von Oracle VirtualBox (teilkompatibel mit VMware) durch Privat-Personen und Bildungseinrichtungen könnte auch dieser Plattform nennenswerte Marktsegmente sichern Die Architektur ist wie meistens von größerer Bedeutung als das konkrete Produkt ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 5

6 5 Thesen: 1. Die Vorteile der Server-Virtualisierung greifen auch und gerade im KMU- Umfeld: Probleme mit Stromverbrauch, Klima oder Gerätevielfalt sind hier häufig schwerer zu lösen als in Rechenzentren 2. Server-Virtualisierung ist auch in KMU nur die Hälfte wert ohne begleitende Storage-Konsolidierung (für die ein wesentlicher Teil des Budgets reserviert werden sollte!) 3. Jede Virtualisierungs-Plattform stellt eine zusätzliche Komplexitätsebene mit eigenen Kosten und Risiken dar, die nicht zu ignorieren sondern zu verrechnen sind die Bilanz ist auch bei KMU in der Regel positiv 4. Bei Verzicht auf bestimmte Enterprise-Funktionalitäten sind die Anschaffungs-Kosten der Virtualisierungs-Plattform vernachlässigbar im Vergleich zu ggf. notwendigem Know-How-Aufbau und dem Premium- Storage (Virtualisierung umsonst / Verwaltungswerkzeuge kosten) 5. Die/Eine Desktop-Virtualisierung folgt der Server-Virtualisierung nicht selten ungefragt jedoch nicht immer im selben Umfang ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 6

7 Die bekannten Vorteile der Server-Virtualisierung: 1. Bessere Auslastung der Hardware 2. Dadurch geringerer Strom-Verbrauch und weniger Klimatisierungs- Aufwände ( Green-IT ) 3. Reduzierung von Hardware-Ausfällen und Hardware-Wartung Konzentration auf wenige Unternehmens-Standards 4. Erhöhung der Verfügbarkeit und Reduzierung von Down-Times durch die Möglichkeit der Online- oder Offline-Migration von VMs 5. Schnelles Prototyping und just in time Bereitstellung von Test- und Temporär-Umgebungen 6. ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 7

8 Die nicht zu verschweigenden Nachteile der Server-Virtualisierung: 1. Häufig wird ein Verhältnis von 10 zu 1 bei virtualisierten Systemen zu Host-Systemen erreicht leider wächst die Anzahl der virtualisierten Systemen bezogen auf die vorher vorhandenen physikalischen häufig in einem vergleichbaren Umfang 2. Jede Virtualisierungs-Plattform stellt eine zusätzliche Komplexitätsebene dar, die wie jede IT-Schicht für Störungen und Ausfälle sorgen kann (VM startet nicht mehr, ungewollte negative gegenseitige Beeinflussung von VM) 3. Störungen der Virtualisierungs-Plattform oder beim zentralen Storage beeinträchtigen die gesamte Unternehmens-IT / bei fortgeschrittener Desktop-Virtualisierung sind schlimmstenfalls die Mitarbeiter arbeitsunfähig 4. Die Zwischenschicht Virtualisierung wird häufig unterschätzt oder ganz ignoriert Fortbildungsbedarf bei den Administratoren ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 8

9 Welche Vorstellung hatten wir von einer typischen KMU-Umgebung, als wir die Server-Virtualisierung planten? 1. Ein Verzeichnisdienst für die Mitarbeiter und Systeme des Unternehmens und zur Namensauflösung Microsoft Active Directory oder OpenLDAP, 2 Server, DNS, DHCP 2. ein Fileserver für die datei-basierte Dokumenten-Ablage (klassischer Windows-Fileserver oder auch Samba) 3. Ein - und Groupware-Server (gemeinsamer Kalender, öffentliche Ordner, etc. Exchange, Lotus Notes, Open-Xchange, Zimbra ) 4. Ein Web-Server für die Außenpräsentation auf der Basis eines Content- Management-Systems (Sharepoint, Typo3, Drupal, Joomla!, Plone, ) Und zusätzlich: ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 9

10 1. Mindestens eine Branchen-Software (hier für den Bereich Software- Entwicklung: Versionierung und Archivierung mit Apache Subversion und Bug Tracking mit Mantis 2. eine Wissensmanagement- und Intranet-Plattform (hier MediaWiki) 3. Ein VPN-System für den sicheren Fernzugang 4. Management-Systeme für die Telefonanlage, die Endsystem-Wartung und das Monitoring (GEONetWatch) 5. In einem zweiten Schritt: Router und Firewall (je nach Zählung immerhin schon ein gutes Dutzend Systeme) ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 10

11 Zielarchitektur: Virtuelles System 01 Virtuelles System 02 Virtuelles System 03 Virtuelles System N VWware ESX 1 (2 x Intel X5350 QuadCore (Supermicro X7DB8); 32 GB RAM) VWware ESX 2 (2 x Intel X5350 QuadCore (Supermicro X7DB8); 32 GB RAM) ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 11

12 Anforderungen an ein Enterprise -Storage-System: Sicherheit und Zuverlässigkeit Performance Unterstützung eines non-disruptive Backup Erweiterbarkeit Multiprotokoll-Fähigkeit (NFS, CIFS, iscsi, FTP/SCP, HTTP/WebDAV) Erweiterte Dateirechte (POSIX, ACL) Echte Snapshots (Copy on Write / s.a. VSS: requestors/providers/writers) Kompression, Verschlüsselung, Deduplizierung auf File-System-Ebene Wünschenswert sind zudem: Einheitliche Administration (möglichst mit Web-Schnittstelle) Quotierung, Reservierung Erweiterte SAN-Funktionalitäten: Snap-Clone, Snap-Restore, Replikation Integrierte Möglichkeiten zum Performance-Monitoring ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 12

13 [ ZFS Präsentation von Ulrich Gräf Oracle / Sun Microsystems Deutschland ] ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 13

14 (Quelle: ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 14

15 ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 15

16 (Quelle:http://www.linux-magazin.de/layout/set/print/content/view/full/37333) ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 16

17 (Quelle: ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 17

18 (Quelle:http://www.linux-magazin.de/layout/set/print/content/view/full/37333) ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 18

19 ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 19

20 Lokale Replikation: Zweimal stündlich; Dauer: ca. 3 Minuten; geringe Beeinflussung der Anwendungen Adressierte Risiken: mögliche ZFS-Bugs (junges Filesystem), Admin-Fehler (zpool destroy), Standort-Bedrohung Serverraum (Feuer, Wasser, selektiver Diebstahl) WAN-Replikation: Viermal täglich; Dauer: ca. 1 Stunde bei 10 Mbit/s; keine Beeinflussung der Anwendungen zfs send -i "${LAST_SNAP} "${THIS_SNAP}" gzip --best -c \ split -b 500m - "${TMP_PATH}/wanrep.zfs-send.gz_ cat "${THIS_PART}" ssh ${MY_TARGET_HOST} "/opt/mbuffer/bin/mbuffer -i - -o - -r ${TRANSFER_RATE} -R ${TRANSFER_RATE} -v 4 > \"${WAN_TMP_PATH}/WANREP/${THIS_PART}\" Adressierte Risiken: Standort-Bedrohungen (Feuer, Wasser, Diebstahl) ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 20

21 Voraussetzungen der WAN-Replikation: Begrenzte effektive Änderungsrate (bei HBT gegeben für alle betriebskritischen Daten. Repliziert werden: Domänen Controller, File Server, Exchange Server, Software-Quellen / ca. 5 GB pro Replikation) Ein physikalisches oder virtuelles (!) Solaris-System bei einem Hoster mit entsprechender Festplattenkapazität Freie Internet-Bandbreite im erforderliche Umfang (bei HBT max. 30% der Gesamt-Bandbreite) Initialisierung / Recovery: zfs send / zfs recv auf einzelne Festplatte oder separaten Pool Transport der Festplatte(n) zum Hoster / zum Unternehmen Sync-Verlust sollte vermieden werden; Recovery nur im Desaster-Fall ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 21

22 Kleine Überraschungen: Es stimmt: die Lese- und Schreib-Raten von Festplatten halten mit der Prozessorentwicklung nicht Schritt, gesicherte Weisheiten ( Online- Kompression kostet Performance ) bröckeln Die spezielle ZFS-Kompression lzjb spart bei den Persistenzen der VM ca. 40% der Platzbelegung und erhöht gleichzeitig den Durchsatz um knapp 20% (ist nicht ohne weiteres übertragbar auf anders strukturierte Daten) Eine Unterbuchung des ESX-RAM ist eher die Regel als die Ausnahme Random Schreib-Operationen bestimmen den Storage-Alltag; entsprechende Optimierung ist sinnvoll ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 22

23 Kleine Rückschläge: ZFS kennt (noch) keine Priorisierung von Scrub- oder Rekonstruktions- Läufen Merkliche Beeinflussung der Anwendungen Wechsel von automatischen zu manuellen Hot Spares (möglich wegen der hohen Sicherheitsreserven) Billige Hardware kann letztlich ziemlich teuer werden ZFS Schreiboptimierungen sind nicht ausreichend für kleine Random Writes Nachrüstung von Batterien für HBA-Cache (Alternative: SSD als Seperate Log Device (ZIL)) Unklare Zukunft von Opensolaris nach der Übernahme von Sun durch Oracle Downgrade von Opensolaris zu Solaris 10 ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 23

24 Desktop-Virtualisierung Ähnlich wie zu Beginn der Server-Virtualisierung startet die Desktop- Virtualisierung häufig im Test- und Prototyping-Umfeld Desktop-Virtualisierung erfordert bei größeren Stückzahlen besondere Lösungen und Veredelungen Man kann Server-Based - und Client-Based Desktop-Virtualisierung unterscheiden (mögliche) Vor- und Nachteile einer(!) VDI gegenüber lokalen PC: Daten und Anwendungen liegen (sicher) im Data Center Desktops laufen zuverlässig und hoch verfügbar auf Server-Hardware Verwaltung der Virtual Desktops auf der Basis von Master Images Offline Einsatz auf Notebooks ist nicht trivial Zentrale Probleme schlagen unmittelbar bis zum Arbeitsplatz durch ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 24

25 Desktop-Virtualisierung (mögliche) Vor- und Nachteile einer(!) VDI gegenüber dem Server Based Computing (Terminalserver): Mehr Möglichkeiten zur individuellen Anpassung der Systemumgebung Zuverlässigere Ressourcen-Verwaltung, bessere Priorisierungsmöglichkeiten Anwendungen müssen nicht terminalserver-fähig sein Sicherheitsvorteile wegen der gekapselten System-Umgebung Ggf. Lizenzkostenvorteile weil keine Server-Versionen benötigt werden (auch laufende) VM können flexibel die Hardware-Plattform wechseln Pflegearbeiten an n Systemen; ggf. aufwändiges Deployment Geringere User-Zahlen pro Server (ca. Faktor 5 für XP) ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 25

26 Desktop-Virtualisierung Interessante Hybrid-Formen: Server- und/oder Client-Based Desktop- Virtualisierung Vmware ThinApp / Citrix XenApp Nicht Systeme, sondern Anwendungen werden virtualisiert, die Ausführung kann zentral oder lokal erfolgen (wichtig insbesondere für Notebooks) ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 26

27 Desktop-Virtualisierung in KMU als Lösungsansatz für Spezialanforderungen 1. Sicherheitsgetrieben Anforderung: bewusst getrennte Netze und die zugehörigen Anwendungen dürfen nicht integriert werden; Netz-Trennung bis zum Arbeitsplatz Bisherige Lösung: jeder Mitarbeiter hat mehrere Windows-Desktops Jetzt: Linux-Trägersystem (ohne Login-Möglichkeit) plus VirtualBox mit Virtual Switch; mehrere Windows- und künftig ggf. Linux-VM 2. Temperaturgetrieben Anforderung: in einem Komplexraum soll die Anzahl der Arbeitsplätze erhöht werden, eine Ertüchtigung der Klimaanlage ist zu vertretbaren Kosten nicht möglich; die Ahuptanwendung ist nicht terminalserver-fähig Lösung: Desktop-PC werden durch Thin Clients ersetzt; anhand eines Master-Image werden 60 VM erzeugt und den Thin Clients fest zugeordnet (kein Connection Broker nötig) ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 27

28 Desktop-Virtualisierung in KMU als Lösungsansatz für Spezialanforderungen 3. Anwendungsgetrieben Problem: ein innovativer Mitarbeiter nutzt bereits Windows 7 und stellt nach einiger Zeit fest, dass eine weniger häufig genutzte aber dennoch wichtige Applikation auch im Kompatibilitäts-Modus nicht läuft Lösung: In der normalen Server-Virtualisierungs-Umgebung wird ein XP-System bereitgestellt, dass unternehmensweit die seltene Anwendung 4. Lizenzgetrieben Problem: ein Unternehmen verzichtet auf ein Update von Office 2003 auf Offfice 2007/2010 und investiert das Schulungs-Budget stattdessen in einen Wechsel zu OpenOffice. Einige Kooperationspartner verschicken Dokumente jedoch im Office 2007-Format, und möchten sie zwar bearbeitet aber unkonvertiert zurück erhalten Lösung: Für diese Fälle und etwaige Konvertierungs-Aufgaben wird eine (!) Office-Lizenz auf einem virtuellen PC unternehmensweit bereitgestellt ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 28

29 (vorläufiges) Fazit Die Attraktivität der Desktop-Virtualisierung steigt mit der Anzahl der Arbeitsplätze / der Unternehmensgröße; Server-Virtualisierung lohnt sich früher als Desktop-Virtualisierung Die Berechnung der effektiven TCO ist nicht trivial; ein Mini-PC [z.b. transtec SENYO 620 / 400 EUR / 25 Watt] ist zwar merklich teurer als ein Thin Client [z.b. IGEL one / 150 EUR / 10 Watt]; die Differenz reicht aber nicht in jedem Fall für die Server-Hardware + Storage + VDI-Lösung Die benötigten Qualifikationen für das Management einer VDI sind andere (und z.t. höhere) als diejenigen des klassischen PC-Betreuers (der in vielen Fällen weiterhin benötigt wird) Der gefühlte Komfort des Anwenders sinkt sowohl in der VDI als auch beim SBC (gewisse Ausnahme: client-based VM); Server-Virtualisierung macht den Admin in der Regel beliebt, Desktop-Virtualisierung nicht unbedingt Für KMU könnten data-less unmanaged PC mit VM Fallback interessant sein Abgesehen vom klassischen Sachbearbeiter-Arbeitsplatz wird der Desktop zunehmend vom Notebook verdrängt; das macht intelligente Sync-Mechanismen mindestens so notwendig wie eine weitere Virtualisierung Parallele / konkurrierende Entwicklung: (Private) Cloud Computing / Software as a Service / Chromium OS ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 29

30 Ausblick: Eine generische KMU-Box als Collapsed Infrastructure für Arzt-Praxen, Kanzleien, etc. Ein Standard-Zwei-Sockel-Server mit Einschüben für 5-8 Festplatten Mini-PC Mini-PC 01 Mini-PC 02 Mini-PC 03 Mini-PC N Virtuelle Server AD; CIFS; Exchange; Branchen- Software + VPN/Wartung Virtuelle Desktops N Desktops (z.b. Windows XP) erstellt auf der Basis eines Master-Image durch VI-Cloning oder SAN-Cloning ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 30

31 Vielen Dank! ACM/GI (241) Dirk Richter Folie 31

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