Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
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© 2020 Markus Stubbig
Herstellung und Verlag: BoD – Books on Demand GmbH, Norderstedt
1. Auflage 2020
ISBN: 978-3-7519-3996-6
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Konvergent, hyperkonvergent, wer bietet mehr? Was hier nach tiefer, breiter, schneller klingt, ist keine neue Wunder-Appliance, sondern eine Mischung aus Effizienz und Rückschritt. Das Konzept dahinter ist einfach: weg von komplexen Storage-Arrays, verschachtelten Netzstrukturen, wilden Verkabelungen und Hersteller-Mix. Zurück zum lokalen Storage und zwei Netzanschlüssen pro Server.
Die Anbieter von hyperkonvergenten Produkten versprechen den potenziellen Kunden, dass alles einfacher wird. Ob das stimmt oder nicht verrät ein Blick in ein hyperkonvergentes Mini-Rechenzentrum: zwei Switches und drei Server. Insgesamt fünf Höheneinheiten. Und es ist vollständig! Nach ein paar Stunden der Planung, Verkabelung und Einrichtung ist das Ding einsatzbereit.
Das Konzept kommt am Markt gut an: Die Kunden fühlen sich mit simpler IT wohl und bescheren den Herstellern neue Umsätze. Und Gartner spendiert dem Geschehen sogar einen eigenen Quadranten für Hyperconverged Infrastructure. Cisco platziert sich mit HyperFlex im rechten, oberen Block bei den „Gewinnern“. Zugegeben: Es gibt noch Abstand zum Marktführer und zu den anderen Storage-Profis.
Aber wie werden zwei Switches und drei Server hyperkonvergent? Im Hintergrund wandert mehr Intelligenz in die Software. Die Hardware degradiert sich zur Standardhardware. Im Rack wohnen handelsübliche x86-Server und darin stecken normale Festplatten oder Solid-State-Laufwerke. Die Software kümmert sich um die Details und komponiert ein Dateisystem über alle Disks. Flott und robust.
Die Zeit wird zeigen, ob HyperFlex die Rechenzentren überschwemmen wird oder nur ein modischer Trend ist. Aber wenn das erste hyperkonvergente System an die eigene Tür klopft, wird es Zeit für fundiertes Grundwissen. Falls die offizielle Dokumentation von Cisco zu langatmig ist, liegt die Kurzform gebunden oder als E-Book vor Ihnen: Denn dieses Buch will einen schnellen Einstieg in HyperFlex liefern und die Besonderheiten vorführen, die mit der Lösung möglich sind.
Viel Spaß beim Ausprobieren, Staunen und Fluchen.
Kapitel 1 beschreibt den Wandel im Rechenzentrum von gewachsenen Strukturen bis zur hyperkonvergenten Infrastruktur. Als anschauliches Produkt erklärt Kapitel 2 die Architektur von HyperFlex und die enthaltenen Komponenten. Noch konkreter wird das Beispielnetz, welches eine reale HyperFlex-Umgebung plant. Aus der Planung wird in Kapitel 3 Wirklichkeit durch Vorbereitung der Server und Switches. Danach darf der Installer loslegen und daraus ein HX-Cluster formen.
Die neue Umgebung nimmt Kapitel 4 unter die Lupe und spielt mit Datastores, virtuellen Maschinen und Updates. Bevor der erste Workload startet, fallen in Kapitel 5 Festplatten, Server, Netzteile und Switches aus, ohne dass die Umgebung ernsthaft Schaden nimmt.
Mit dem frisch gewonnenen Vertrauen beginnt in Kapitel 6 die Migration einer bestehenden Umgebung auf das HyperFlex-Cluster. Parallel dazu klopft Kapitel 7 die Sicherheit ab und liefert hier und da einen Security-Tipp.
Damit schnurrt die neue Hardware, aber Kapitel 8 bohrt etwas tiefer und erklärt, wie das software-definierte Speichernetz von HyperFlex unter der Oberfläche arbeitet. Für den regulären Betrieb sichert Kapitel 9 die Konfiguration und überwacht die Server per Monitoringsystem auf Ausfälle.
Danach stellt Kapitel 10 die HyperFlex-Umgebung auf den Prüfstand und verteilt Tipps für die Dimensionierung einer neuen Umgebung. Zuletzt gibt Kapitel 11 einen Ausblick auf größere und kleinere Cluster.
Der beste Einstiegspunkt für Dokumentation rund um HyperFlex und UCS-Server ist die Cisco HyperFlex Systems Documentation Roadmap [1]. Hier tummeln sich Anleitungen, Checklisten, Admin-Guides und Release Notes zu allen Hardwarekomponenten und Softwareständen.
Für die visuellen Lerner gibt es bereits eine beachtliche Auswahl an Videos auf YouTube. Das Spektrum reicht von kurzen Werbeclips, Diskussionen zwischen Experten bis zum vollständigen Installationsvideo.
Für den Praktiker stellt Cisco kostenlos eine simulierte HyperFlex-Demo-Umgebung in der dCloud bereit. Dort können Interessierte in der vorgegebenen Topologie mit den Komponenten experimentieren. Für den Einstieg eignet sich das Szenario „Installation and Management Lab“.
Nichtproportionalschrift zeigt die erzeugte Ausgabe eines Kommandos.
Schreibmaschinenschrift wird für Konfigurationen und Schlüsselwörter benutzt, die buchstabengetreu eingetippt werden müssen.
Nichtproportionalschrift Fett zeigt Befehle, die eine Ausgabe erwarten.
Hervorhebungen weisen auf besondere Wörter oder Zeilen innerhalb von Kommandos oder Bildschirmausgaben hin.
ein-sehr-langer-kommando-aufruf --mit --sehr \
--vielen "Optionen"
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Eine hyperkonvergente Infrastruktur (HCI) bringt Rechenleistung (compute), Speicherplatz (storage) und Netzwerk (networking) zusammen und packt sie in ein einzelnes IT-System. HCI implementiert die drei Säulen in Software und ersetzt damit die bisherigen hardware-basierten Systeme. Das Ergebnis ist eine Plattform mit Hypervisor, software-definiertem Storage und virtualisiertem Netzwerk. Die Software läuft auf Standard-Servern und nutzt reguläre Speichermedien.
HCI ist ein recht neues Konzept und die Vorteile werden deutlicher, wenn man den Wandel im Rechenzentrum betrachtet. Zwei Evolutionsschritte vorher, im traditionellen Rechenzentrum, liefen die Applikationen auf dedizierten Servern. Jeder Server hat mehrere Verbindungen ins lokale Netzwerk und mehrere Zugänge ins Speicher-Netz. Die Anwendungen legen ihre Daten nicht lokal ab, sondern auf Festplatten im Storage-Netzwerk. Die drei Bereiche compute, storage und networking sind separate Einheiten, physikalisch getrennt und werden meist von unterschiedlichen Teams betreut. Abbildung 1.1 auf der nächsten Seite zeigt den traditionellen Ansatz.
Je nach Anbieter, Modell und Konfiguration zeigt sich ein operatives Problem, denn das Zusammenspiel der Einheiten ist nicht garantiert. Im Fehlerfall sind mehrere Hersteller involviert und die potenzielle Ursache wird gerne hin-und-her geschoben.
Abbildung 1.1: Der traditionelle Aufbau unterteilt in Speicher, Server und Netzwerk
Und selbst ein funktionierendes System kann nach einem Update wackeln, denn Softwareupdates sind komplex, da es viele Abhängigkeiten gibt. Die Zeitspanne von der Planung bis zur Inbetriebnahme liegt bei Monaten.
Vor dem Hintergrund der traditionellen Architektur sind erste Trends zum Zusammenspiel erkennbar. Hersteller testen Interoperabilität und veröffentlichen ihre Ergebnisse als Referenzdesign oder Aufbauanleitung (Beispiel: Cisco FlexPod).
In der konvergenten Infrastruktur sind Compute, Storage und Netzwerk immer noch separate Einheiten, aber von einem Partner zusammengestellt. Der Anbieter verkauft sein Produkt als Gesamtpaket. Der Vorteil: Alle Bauteile sind gegeneinander getestet und validiert.
Um ein einheitliches Gesamtpaket zu verdeutlichen, legt der Anbieter eventuell eine Managementsoftware bei, die alle Komponenten zusammenfasst und dem Anwender präsentiert.
Beim Softwareupdate schreibt der Anbieter die Versionen aller Bauteile vor, um die Stabilität weiterhin zu gewährleisten. Natürlich bleiben Fehler nicht aus, aber im Supportfall gibt es nur noch eine Nummer zum Anrufen.
Die Zeitspanne von der Planung zur Inbetriebnahme liegt bei Wochen (Beispiel: VCE VBlock).
Der hyperkonvergente Ansatz fasst Compute und Storage zusammen und baut sie in die Server ein. Eine zusätzliche Software verwaltet den Storage in den Servern. Diese Software weiß genau, welche Festplatte in welchem Server den angefragten Datenblock gespeichert hat. Ein separates SAN gibt es nicht. Das Ergebnis ist ein Software-defined Storage.
Die Hyperkonvergente Infrastruktur (HCI) ist das harmonische Zusammenspiel von Serverhardware mit der HCI-Software. Grundsätzlich können Hardware und Software von unterschiedlichen Herstellern kommen. Bei HyperFlex kommt beides von Cisco. Das Ergebnis ist eine perfekte Optimierung der Software an die verwendete Hardware. Der Support aller Komponenten kommt aus einer Hand.
Die Zeitspanne von der Planung bis zur Inbetriebnahme liegt bei Tagen.
Weder HCI noch HyperFlex ist die ultimative Allzweckwaffe gegen jede Art von Problemen im Rechenzentrum. Allerdings deckt es viele Workloads ab und vereinfacht die Administration.
Vorteile
Die hyperkonvergente Infrastruktur benötigt weder spezielle Server, komplizierte Storage-Systeme oder Spezialwissen. Die verwendeten Server teilen die Arbeit unter sich auf. Der Storagecontroller verteilt die Datenblöcke auf alle Festplatten und hat den Füllstand stets im Blick. Das Ergebnis ist eine bessere Auslastung aller Ressourcen.
Wenn die verfügbare Rechenleistung oder Speichermenge schwindet, lässt sich der Engpass durch zusätzliche Server beheben. Jede weitere Maschine beschert dem HCI-Cluster ein bisschen Compute und ein bisschen Storage. Das Konzept skaliert, bis es an die festgelegte Grenze von 64 Servern stößt. Weiterhin versprechen die Marketingbroschüren eine Reduktion der Datenmenge durch Deduplizierung (20-30%) und Komprimierung (30-50%). Die Weboberfläche von HyperFlex (vgl. Kap. 4) wird zeigen, wie hoch die Einsparungen tatsächlich sind.
Zuletzt reduziert sich die Vielzahl der Verwaltungsmöglichkeiten auf wenige Weboberflächen. Bei HyperFlex sind es „nur“ noch drei, wovon im Tagesgeschäft lediglich der vSphere Client übrig bleibt.
Nachteile
Die HyperFlex-Lösung verwendet ausschließlich Komponenten von Cisco. Ein Beimischen von Hardware eines Drittanbieters ist nicht möglich, da sich der Installer stark an der UCS-Plattform ausrichtet. Folglich zieht mit HyperFlex ein Vendor-Lock-in ins Rechenzentrum ein, welches für spätere Erweiterungen des HCI-Clusters berücksichtigt sein muss.
Die Leistung von Compute und Storage skaliert zusammen. Zusätzliche Server bescheren dem Cluster mehr Storage und mehr Compute. Wenn das Cluster mehr Storage benötigt, bringen die Maschinen immer etwas Compute-Leistung mit – auch wenn es niemand braucht. Andersrum gibt es reine Compute-Nodes, die Rechenleistung ohne Speicherplatz bieten.
HCI ist nicht für jeden Workload geeignet. In den Bereichen Big-Data-Analyse, künstliche Intelligenz und bei leistungshungrigen Anwendungen ist Vorsicht geboten. Dann muss eine Demo-Umgebung nachweisen, dass HyperFlex für den Workload tatsächlich infrage kommt.
HyperFlex vereint die drei Disziplinen Server, Speicher und Netzwerk, die organisatorisch im Unternehmen durch drei unterschiedliche Teams verwaltet werden. Welche Abteilung soll zukünftig den HyperFlex-Cluster betreuen? Weiterhin benötigt die HyperFlex-Lösung weniger Fachwissen, da die Bereiche weniger komplex ausgeführt sind.
Wer immer noch nicht abgeschreckt ist, sollte zuletzt berücksichtigen, dass HyperFlex eine relativ junge Lösung ist und noch Entwicklung (und Fehler) bringt.
HyperFlex ist die HCI-Plattform von Cisco. Als Hardware benutzt Cisco das hauseigene Unified Computing System (UCS) und setzt eine Verwaltungssoftware obendrauf, die sich um den Storage kümmert.