Ein Servercluster ist eine Gruppe von Servern, die auf einem einzigen System zusammenarbeiten, um Benutzern eine erhöhte Verfügbarkeit zu bieten. Diese Cluster werden verwendet, um Ausfallzeiten und Ausfälle zu minimieren, indem sie es einem anderen Server ermöglichen, im Falle eines Ausfalls zu übernehmen, eine Funktion, die als Redundanz bezeichnet wird. In diesem Artikel erklären wir alles über Server-Clustering, das die Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit von Serversystemen erhöht.
Was ist ein Servercluster?
Ein Servercluster ist eine Gruppe von Servern, die mit einer gemeinsamen IP-Adresse zusammenarbeiten (die IP-Adresse ist durch Server- und Firewall-Konfigurationen gemeinsam). Geclusterte Server werden häufig für Server verwendet, die verschiedene Dienste wie Dateiserver, Druckserver und häufiger für erforderliche Hochverfügbarkeitsdienste wie Datenbanken und andere wichtige Dienste umfassen. Ein Servercluster sorgt für die Konsistenz der Serverdienste im Laufe der Zeit. Es gewährleistet außerdem eine höhere Verfügbarkeit, einen ordnungsgemäßen Lastausgleich und eine Skalierbarkeit des Systems.
In einem Servercluster wird jeder der beteiligten Server als a bezeichnet Knoten. Jeder Server verfügt über eigene Ressourcen wie Festplatte, RAM und CPU. Der Grund für die Implementierung einer solchen Konfiguration besteht darin, dass beim Ausfall eines Servers innerhalb des Clusters die Last ohne Ausfallzeit auf einen anderen Server übertragen wird. Cluster davon werden verwendet, um Ausfallzeiten und Ausfälle zu reduzieren.
Wie funktioniert Server-Clustering?
Eine Sammlung von Servern ist mit einem einzigen System verbunden. Wenn einer dieser Server ausfällt, wird die Arbeitslast neu verteilt ein anderer Server damit der Client keine Ausfallzeiten erfährt.
Geclusterte Server werden normalerweise für Anwendungen verwendet, die häufige Datenaktualisierungen erfordern, wobei Datei-, Druck-, Datenbank- und Messaging-Server die am häufigsten verwendeten Cluster sind.
Insgesamt bieten Clustering-Server Clients ein höheres Maß an Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit, als es jeder einzelne Server könnte.
In einer geclusterten Serverumgebung ist jeder Server für den Besitz und die Verwaltung seiner eigenen Geräte verantwortlich und verfügt über eine Kopie der Betriebssystem (zusammen mit allen Anwendungen oder Diensten), der zum Ausführen der anderen Server im Cluster verwendet wird.
Die Server im Cluster sind für die Zusammenarbeit konfiguriert, um die Datensicherheit zu erhöhen und die Konsistenz der Clusterkonfiguration im Laufe der Zeit aufrechtzuerhalten.
Cluster-Mangel- und Ausfallschutz
Der Hauptgrund für die Verwendung von Serverclustern besteht darin, Ausfälle und Ausfallzeiten zu vermeiden. Wie bereits erwähnt, bieten geclusterte Server erhöhten Schutz davor, dass ein ganzes Netzwerk während eines Stromausfalls dunkel wird.
Clusterserver bieten Schutz vor drei Arten von Ausfällen: Anwendungs- oder Dienstausfälle, Hardware- oder Systemausfälle, Standortausfälle.
Wir werden diese Arten von Ausfällen in den folgenden Abschnitten detaillierter behandeln, aber kurz gesagt hilft das Server-Clustering beim Schutz vor Ausfällen, die durch Softwarefehler, Hardwarefehler und fremde Ereignisse auf der physischen Server-Site verursacht werden.
1. Ausfall einer Anwendung oder eines Dienstes
Zu Anwendungs- oder Dienstausfallereignissen zählen alle Ausfälle, die als Folge kritischer Fehler bei Software oder Diensten auftreten, die für den Betrieb des Servers oder Rechenzentrums kritisch sind.
Diese Ausfälle können durch eine Vielzahl von Faktoren verursacht werden, von denen die meisten unvermeidbar sind. Obwohl die meisten Server über Redundanzmaßnahmen verfügen, um diese Art von Ausfällen zu verhindern, lassen sich Anwendungs- oder Dienstausfälle nur schwer vorhersagen und planen.
Da Serverüberwachungsdaten komplex sind, kann es für Serveradministratoren schwierig sein, potenzielle Probleme zu erkennen und zu beheben, bevor sie einen Ausfall verursachen.
Ein wachsamer, sachkundiger und proaktiver Serveradministrator kann diese Probleme zwar erkennen und beheben, bevor sie zu einem Problem werden, aber kein Serveradministrator kann einen umfassenden Schutz vor dieser Art von Fehlern bieten.
2. Ausfall des Systems oder der Hardware
Diese Art von Ausfall tritt als Folge von physischen Hardwarefehlern auf, auf denen der Server ausgeführt wird.
Diese Ausfälle können durch eine Vielzahl von Faktoren verursacht werden und werden von praktisch jeder Art von Komponente beeinflusst, die für den Betrieb eines Servers oder Rechenzentrums entscheidend ist.
Obwohl die Zuverlässigkeit und Funktionalität von Serverkomponenten stetig verbessert wird, ist keine Komponente immun gegen Ausfälle.
Überhitzung, schlechte Optimierung oder einfach das Ende der Produktlebensdauer der Komponente kann diesen Fehler verursachen.
Aufgrund ihrer Bedeutung für die Aufrechterhaltung des Serverbetriebs gehören Prozessoren, physischer Speicher und Festplatten zu den störanfälligsten.
3. Probleme mit der Website
In den meisten Fällen werden Standortausfälle durch Ereignisse verursacht, die außerhalb der Rechenzentrumsumgebung auftreten.
Obwohl es viele Ereignisse gibt, die theoretisch zu einem Standortausfall führen können, sind die Ereignisse, die am häufigsten für Standortausfälle verantwortlich sind, Naturkatastrophen, die weit verbreitete Stromausfälle verursachen, sowie solche, die die Hardware im Rechenzentrum beschädigen können.
Während einige Naturkatastrophen nur durch eine sorgfältige Standortwahl vermieden werden können, können solche, die durch Stromausfälle und die damit verbundenen Komplikationen verursacht werden, durch Redundanzmaßnahmen wie Servercluster abgemildert werden.
Diese Redundanzmaßnahmen sind von entscheidender Bedeutung für Rechenzentren, die sich in Gebieten befinden, die anfällig für Naturkatastrophen sind.
Obwohl Probleme identifiziert und behoben werden können, die möglicherweise zu diesen drei unterschiedlichen Arten von Fehlern führen könnten, sind Redundanzmaßnahmen wie Server-Clustering die einzige Möglichkeit, eine nahezu vollständige Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
Server-Clustering ist eine hervorragende Möglichkeit, um eine fehlerfreie Leistung in Rechenzentren sicherzustellen, die sie jede Minute an jedem Tag des Jahres benötigen.
Clustering-Server werden in drei Typen unterteilt
Server-Cluster werden in drei Typen eingeteilt, je nachdem, wie das Cluster-System (als Knoten bezeichnet) mit dem Gerät verbunden ist, das für das Speichern von Konfigurationsdaten verantwortlich ist.
Ein einzelner (oder standardmäßiger) Quorum-Cluster, ein Mehrheits-Knotensatz-Cluster und ein Einzelknoten-Cluster sind die drei Typen, und sie werden unten ausführlicher erörtert.
1. Quorum-Cluster mit einem einzelnen (oder Standard-) Quorum
Dieser Cluster wird am häufigsten verwendet und besteht aus mehreren Knoten mit einem oder mehreren Cluster-Festplatten-Arrays, die ein einziges Verbindungsgerät (als Bus bezeichnet) verwenden.
Jedes einzelne Cluster-Festplatten-Array innerhalb des Clusters wird von einem einzelnen Server verwaltet und gehört. Das System, mit dem festgestellt wird, ob jeder einzelne Cluster online und kompromisslos ist, wird als Titularquorum bezeichnet.
In der Praxis sind Single-Quorum-Cluster recht einfach. Jeder Knoten hat eine "Stimme", mit der er dem Zentralbus mitteilt, dass er online und funktionsfähig ist.
Der Cluster bleibt betriebsbereit, solange mehr als die Hälfte der Knoten in einem einzelnen Quorum-Cluster online sind. Wenn mehr als die Hälfte der Knoten im Cluster nicht reagieren, wird der Cluster nicht mehr funktionieren, bis die Probleme mit den einzelnen Knoten behoben sind.
2. Mehrheitsknotensatz-Cluster
Dieses Modell unterscheidet sich wie das vorherige darin, dass jeder Knoten über eine eigene Kopie der Konfigurationsdaten des Clusters verfügt, die über alle Knoten hinweg konsistent ist.
Dieses Modell eignet sich am besten für Cluster mit einzelnen Servern an verschiedenen geografischen Standorten.
Während Mehrheitsknotengruppen-Cluster ähnlich wie Einzelquorum-Cluster funktionieren, unterscheiden sich erstere darin, dass sie keinen gemeinsam genutzten Speicherbus für den Betrieb benötigen, da jeder Knoten ein Duplikat der Quorumdaten lokal speichert.
Dies eliminiert zwar nicht den Nutzen eines gemeinsam genutzten Busses vollständig, bietet jedoch mehr Flexibilität bei der Konfiguration von Remote-Servern.
3. Einzelknoten-Cluster
Dieses Modell, das am häufigsten zum Testen verwendet wird, hat einen einzelnen Knoten. Single-Node-Cluster werden häufig als Werkzeug für die Entwicklung und Forschung von Cluster-Anwendungen verwendet, aber ihr Nutzen wird durch das Fehlen von Failover stark eingeschränkt.
Da sie nur aus einem Knoten bestehen, macht der Ausfall eines einzelnen Knotens alle Cluster-Gruppen funktionsunfähig.
Ein Kundendienstmitarbeiter eines lokalen Rechenzentrums oder Webhosting-Anbieters kann Ihnen die Unterschiede zwischen den drei Modellen erklären und Ihnen bei der Entscheidung helfen, welches für Ihr Unternehmen am besten geeignet ist.
Sofern Sie keine ungewöhnlichen Anforderungen haben (oder an mehreren geographisch verteilten Standorten ansässig sind), ist der Standard Quorum Cluster die beste Wahl.
Es gibt andere Namen für Server-Clustering-Typen, die wir hier besprechen werden.
4. Hochleistungsservercluster für hohe Verfügbarkeit
Cluster mit hoher Verfügbarkeit (HA) sind die beste Option für Websites mit viel Verkehr. Für Online-Shops oder Anwendungen, die eine optimale, kontinuierliche Leistung ihrer kritischen Systeme benötigen, könnten HA-Cluster verwendet werden.
Da Hochverfügbarkeitscluster auf redundanter Hardware und Software basieren, helfen sie Ihnen, Single Points of Failure zu vermeiden. Sie sind für Failover, Systemsicherungen und Lastausgleich unerlässlich. Diese Geräte bestehen aus mehreren Hosts, die bei Ausfall oder Überlastung eines bestimmten Servers einspringen und so für möglichst kurze Ausfallzeiten sorgen können.
Hochverfügbare Serverarchitektur
Es gibt zwei Arten von Architekturen für HA-Cluster: Aktiv-Aktiv und Aktiv-Passiv.
Alle Knoten in einem Aktiv-Aktiv-Cluster gleichen die Lasten gleichzeitig aus. Eine Aktiv-Passiv-Architektur hingegen weist alle Arbeitslasten einem Primärknoten zu. Für zwischenzeitliche Ausfälle wird ein Backup-Knoten bereitgehalten.
Da sich auf dem Sekundärserver die Datenbank des Primärknotens befindet, wird er auch als Hot Spare oder Hot Standby bezeichnet. Dies ist eine kostengünstigere Implementierung als Active-Active, da der Hot Standby darauf vorbereitet ist, bei Ausfall einer Komponente die Funktion zu übernehmen.
Hochverfügbarkeitscluster ermöglichen eine einfache Skalierbarkeit und erhöhen Ihre Zuverlässigkeit. Ganz zu schweigen davon, dass sie eine starke Infrastruktursicherheit und eine effektivere Wartung bieten. Mit diesen Clustern können Sie Kosten senken, Ausfallzeiten reduzieren und die Benutzererfahrung verbessern.
5. Lastausgleichscluster
Serverfarmen, sogenannte Load-Balancing-Cluster, verteilen Benutzeranfragen auf mehrere aktive Knoten. Die drei Hauptvorteile sind eine bessere Arbeitslastverteilung, Redundanzsicherheit und schnellere Abläufe.
Mithilfe des Lastausgleichs können Sie Arbeitslasten auf Server verteilen und Funktionen trennen. Diese Anordnung trägt zur Optimierung der Ressourcennutzung bei. Es nutzt eine Lastausgleichssoftware, um Anfragen nach einem Algorithmus verschiedenen Servern zuzuweisen. Auch ausgehende Antworten werden von der Software verwaltet.
Load Balancer werden in der Aktiv-Aktiv-Konfiguration eines Hochverfügbarkeitsclusters verwendet. Der Load Balancer wird vom HA-Cluster verwendet, um auf verschiedene Anfragen zu antworten und diese an separate Server zu senden. Es gibt zwei mögliche Verteilungen: symmetrisch und asymmetrisch, abhängig von den Konfigurationsdaten und der Computerleistung.
Der Load Balancer verfolgt die Verfügbarkeit von Knoten in einem Aktiv-Passiv-Hochverfügbarkeitscluster. Ein heruntergefahrener Knoten wartet darauf, weiteren Datenverkehr zu senden, bis er wieder betriebsbereit ist.
Darüber hinaus können Sie dank der Load-Balancing-Architektur mehrere Links gleichzeitig nutzen. Wenn es um Infrastruktur geht, die redundante Kommunikation benötigt, ist diese Funktion äußerst hilfreich. Beispielsweise nutzen Rechenzentren und Telekommunikationsunternehmen häufig diese Architektur. Bessere Skalierbarkeit, Kostenreduzierung und Optimierung der Datenübertragung mit hoher Bandbreite sind die Hauptvorteile.
6. Cluster- und Hochleistungsspeicher
Supercomputer, ein anderer Name für Hochleistungscluster, sind Maschinen mit größerer Kapazität, Zuverlässigkeit und Leistung. Sie werden am häufigsten von Unternehmen mit ressourcenintensiven Arbeitslasten verwendet.
Viele PCs, die mit demselben Netzwerk verbunden sind, bilden einen Hochleistungsservercluster. Um Daten schneller zu verarbeiten, können Sie mehrere dieser Cluster mit den Datenspeicher-Hubs des Netzwerks verbinden. Anders ausgedrückt: Nahtlose Leistung und schnelle Datenübertragungen werden zusammen mit Hochleistungsdatenspeicherclustern bereitgestellt.
Künstliche Intelligenz (KI) und das Internet der Dinge (IoT) sind zwei wichtige Anwendungen für diese Cluster. Um komplexe Projekte wie Live-Streaming, Sturmvorhersage und Patientendiagnose zu ermöglichen, verarbeiten sie riesige Mengen an Echtzeitdaten. Diese Eigenschaften leistungsstarker Clusteranwendungen sind auch für Medien, Forschung und Finanzdienstleistungen von Vorteil,
7. Speicher mit Clustering-Funktionen
Clusterspeicher umfasst in der Regel mindestens zwei Speicherserver. Sie ermöglichen es Ihnen, die Leistung, die Ein-/Ausgabefunktionen (I/O) und die Zuverlässigkeit Ihres Systems zu verbessern. Abhängig von den spezifischen Anforderungen Ihres Unternehmens und der Menge der zu speichernden Daten haben Sie die Möglichkeit, zwischen einer eng oder lose gekoppelten Architektur zu wählen.
Eine eng gekoppelte Architektur konzentriert sich auf den Primärspeicher. Es organisiert Daten in kleineren Blöcken, die auf Knoten verteilt sind.
Andererseits bietet eine in sich geschlossene, lose gekoppelte Architektur eine größere Flexibilität. Es ist jedoch nicht in der Lage, Daten knotenübergreifend zu speichern. In einer lose gekoppelten Architektur werden Leistung und Kapazität des Datenspeicherknotens zu den entscheidenden Faktoren. Eine Skalierung mit neuen Knoten ist in einer lose gekoppelten Architektur nicht möglich.
Wie können Servercluster die Skalierbarkeit verbessern?
Servercluster ermöglichen horizontale Skalierbarkeit innerhalb des Systems. IT-Teams haben die Flexibilität, mühelos zusätzliche Knoten zu integrieren, um das gewünschte Verkehrs- oder Datenübertragungsvolumen zu bewältigen.
Darüber hinaus erhöht das Vorhandensein zusätzlicher Server die Skalierbarkeit. Für die Abwicklung aller Geschäftsprozesse genügt ein einziger Server. Das Vorhandensein zusätzlicher Server in der Konfiguration bietet eine größere Flexibilität und Skalierbarkeit hinsichtlich der Ressourcen, was zu einer verbesserten Fehlertoleranz und Leistung führt.
Wie können Servercluster einen Lastausgleich erreichen?
Servercluster sorgen für eine effiziente Arbeitslastverteilung, indem sie überschüssige Aufgaben automatisch auf andere Knoten im System übertragen. Dies kann entweder durch eine Aktiv-Aktiv- oder Aktiv-Passiv-Konfiguration erreicht werden.
Wenn der eingehende Datenverkehr oder die Datenverarbeitungsanfragen die Kapazität eines Servers überschreiten, können sie an einen anderen verfügbaren Cluster-Server weitergeleitet werden. Normalerweise kann dieser Übergang auf zwei verschiedene Arten erfolgen – manuell oder automatisch.
Die Verwendung manueller Cluster kann problematisch sein, da sie die Konfiguration eines Knotens für dieselbe Daten-IP-Adresse erfordert, was zu Ausfallzeiten führt. Selbst ein kurzer Ausfall kann erhebliche finanzielle oder betriebliche Folgen haben. Bei automatischen Clustern haben Sie jedoch die Möglichkeit, Softwareeinstellungen vorab zu konfigurieren. Dieses Cluster-Setup führt den Serverwechsel automatisch durch.
Wie können Servercluster eine hohe Verfügbarkeit gewährleisten?
Ideal ist die Verwendung mehrerer Web- und App-Knoten, um Hardware-Redundanz sicherzustellen. Diese Art von Architektur wird allgemein als Hochverfügbarkeitscluster bezeichnet. Die Sicherstellung eines unterbrechungsfreien Betriebs im Falle eines Komponentenausfalls ist von entscheidender Bedeutung. Dies wird besonders deutlich, wenn das Betriebssystem ausfällt und die Redundanz auf einem einzelnen Server fehlt. Da es keine Ausfälle auf der Website gibt, bleiben Ihre Benutzer von etwaigen Serverabstürzen unbemerkt.
HA-Cluster verwenden eine Active-Active-Serverkonfiguration, um Ressourcen nahtlos und ohne Dienstunterbrechung auszutauschen. Diese Konfiguration ist zwar effizienter, ist aber im Vergleich zu einer Active-Passive-Konfiguration (oder Hot-Standby-Konfiguration) in der Regel teurer, da alle Knoten im System aktiv bleiben müssen.
Warum sollten Sie Server clustern?
Redundanz ist der Schlüssel zu einer sicheren IT-Infrastruktur. Das Erstellen eines Clusters von Servern in einem einzigen Netzwerk bietet maximale Redundanz und stellt sicher, dass ein einzelner Fehler nicht Ihr gesamtes Netzwerk herunterfährt, wodurch Ihre Dienste unzugänglich werden und Ihr Unternehmen lebenswichtige Einnahmen kostet.
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