Un cluster de serveurs est un groupe de serveurs qui collaborent sur un seul système pour offrir aux utilisateurs une disponibilité accrue. Ces clusters sont utilisés pour minimiser les temps d'arrêt et les pannes en permettant à un autre serveur de prendre le relais en cas de panne, une fonctionnalité appelée redondance. Dans cet article, nous expliquerons tout sur le clustering de serveurs, qui augmente la fiabilité et l'évolutivité des systèmes serveurs.
Qu'est-ce qu'un cluster de serveurs ?
Un cluster de serveurs est un groupe de serveurs travaillant ensemble avec une adresse IP commune (l'adresse IP est commune via les configurations de serveur et de pare-feu). Les serveurs en cluster sont couramment utilisés pour les serveurs qui incluent divers services tels que les serveurs de fichiers, les serveurs d'impression et plus communément pour les services à haute disponibilité requis tels que les bases de données et d'autres services critiques. Un cluster de serveurs maintient la cohérence des services serveur au fil du temps. Il garantit également une plus grande disponibilité, un équilibrage de charge approprié et une évolutivité du système.
Dans un cluster de serveurs, chacun des serveurs participants est appelé un nœud. Chaque serveur dispose de ses propres ressources telles que le disque dur, la RAM et le processeur à utiliser. La raison de la mise en œuvre d'une telle configuration est que si un serveur du cluster tombe en panne, la charge est transférée vers un autre serveur, sans aucun temps d'arrêt. Les clusters de ceux-ci sont utilisés pour réduire les temps d'arrêt et les pannes.
Comment fonctionne le clustering de serveurs ?
Un ensemble de serveurs est lié à un seul système. Lorsque l'un de ces serveurs tombe en panne, la charge de travail est redistribuée à un autre serveur afin que le client ne subisse aucun temps d'arrêt.
Les serveurs en cluster sont généralement utilisés pour les applications qui nécessitent des mises à jour fréquentes des données, les serveurs de fichiers, d'impression, de base de données et de messagerie étant les clusters les plus courants.
Dans l'ensemble, les serveurs de cluster offrent aux clients un niveau de disponibilité, de fiabilité et d'évolutivité plus élevé que n'importe quel serveur unique.
Dans un environnement de serveurs en cluster, chaque serveur est responsable de la propriété et de la gestion de ses propres périphériques, ainsi que d'une copie du le système d'exploitation (ainsi que toutes les applications ou services) qui est utilisé pour exécuter les autres serveurs du cluster.
Les serveurs du cluster sont configurés pour collaborer afin d'augmenter la sécurité des données et de maintenir la cohérence de la configuration du cluster dans le temps.
Protection contre les défaillances et les pannes de cluster
La principale raison d'utiliser des clusters de serveurs est d'éviter les pannes et les temps d'arrêt. Comme indiqué précédemment, les serveurs en cluster offrent une protection accrue contre l'extinction d'un réseau entier lors d'une panne de courant.
Les serveurs en cluster offrent une protection contre trois types de pannes : pannes d'applications ou de services, pannes matérielles ou système, pannes de sites.
Nous passerons en revue ces types de pannes plus en détail dans les sections suivantes, mais en bref, le clustering de serveurs aide à protéger contre les pannes causées par une panne logicielle, une panne matérielle et des événements externes agissant sur le site du serveur physique.
1. Défaillance d'une application ou d'un service
Les événements d'échec d'application ou de service incluent toutes les pannes qui se produisent à la suite d'erreurs critiques impliquant des logiciels ou des services essentiels au fonctionnement du serveur ou du centre de données.
Ces défaillances peuvent être causées par divers facteurs, dont la plupart sont inévitables. Bien que la plupart des serveurs aient mis en place des mesures de redondance pour empêcher ce type de défaillance, les défaillances d'applications ou de services sont difficiles à prévoir et à planifier.
Les données de surveillance du serveur étant complexes, il peut être difficile pour les administrateurs de serveur d'identifier et de résoudre les problèmes potentiels avant qu'ils ne provoquent une panne.
Alors qu'un administrateur de serveur vigilant, bien informé et proactif peut identifier et résoudre ces problèmes avant qu'ils ne deviennent un problème, aucun administrateur de serveur ne peut fournir une protection complète contre ce type de défaillance.
2. Défaillance du système ou du matériel
Ce type de panne se produit à la suite de pannes matérielles physiques sur lesquelles le serveur s'exécute.
Ces pannes peuvent être causées par un large éventail de facteurs et sont affectées par pratiquement tous les types de composants essentiels au fonctionnement d'un serveur ou d'un centre de données.
Alors que la fiabilité et la fonctionnalité des composants du serveur s'améliorent régulièrement, aucun composant n'est à l'abri des pannes.
Une surchauffe, une mauvaise optimisation ou simplement le composant en fin de vie du produit peuvent tous provoquer cette défaillance.
En raison de leur importance pour assurer le fonctionnement du serveur, les processeurs, la mémoire physique et les disques durs sont parmi les plus sujets aux pannes.
3. Problèmes de site
Dans la plupart des cas, les défaillances du site sont causées par des événements qui se produisent en dehors de l'environnement du centre de données.
Bien que de nombreux événements puissent théoriquement provoquer une défaillance du site, les événements qui sont le plus souvent à blâmer pour les défaillances du site sont les catastrophes naturelles qui provoquent des pannes de courant généralisées, ainsi que celles qui peuvent endommager le matériel du centre de données.
Alors que certaines catastrophes naturelles ne peuvent être évitées que par une sélection minutieuse de l'emplacement, celles causées par des pannes de courant et leurs complications associées peuvent être atténuées en utilisant des mesures de redondance telles que des clusters de serveurs.
Ces mesures de redondance sont essentielles pour les centres de données situés dans des zones sujettes aux catastrophes naturelles.
Bien que les problèmes pouvant potentiellement conduire à ces trois types de défaillances distincts puissent être identifiés et résolus, les mesures de redondance telles que le clustering de serveurs sont le seul moyen d'assurer une fiabilité quasi-totale.
Le clustering de serveurs est un excellent moyen d'assurer des performances sans faille dans les centres de données qui en ont besoin à chaque minute de chaque jour de l'année.
Les serveurs de clustering sont divisés en trois types
Les clusters de serveurs sont classés en trois types en fonction de la manière dont le système de cluster (appelé nœud) est connecté au périphérique responsable du stockage des données de configuration.
Un cluster de quorum unique (ou standard), un cluster d'ensemble de nœuds majoritaire et un cluster de nœud unique sont les trois types, et ils sont discutés plus en détail ci-dessous.
1. Groupe de quorum avec un quorum unique (ou standard)
Ce cluster est le plus couramment utilisé et se compose de plusieurs nœuds avec une ou plusieurs baies de disques de cluster qui utilisent un seul périphérique de connexion (appelé bus).
Chaque baie de disques de cluster individuelle au sein du cluster est gérée et détenue par un seul serveur. Le système utilisé pour déterminer si chaque cluster individuel est en ligne et sans compromis est appelé quorum titulaire.
En pratique, les clusters à quorum unique sont assez simples. Chaque nœud dispose d'un "vote" qu'il utilise pour notifier au bus central qu'il est en ligne et fonctionnel.
Le cluster restera opérationnel tant que plus de la moitié des nœuds d'un cluster de quorum unique sont en ligne. Si plus de la moitié des nœuds du cluster ne répondent pas, le cluster cessera de fonctionner jusqu'à ce que les problèmes avec les nœuds individuels soient résolus.
2. Cluster d'ensembles de nœuds majoritaires
Ce modèle, comme le précédent, diffère en ce que chaque nœud possède sa propre copie des données de configuration du cluster, qui est cohérente sur tous les nœuds.
Ce modèle est le mieux adapté aux clusters avec des serveurs individuels dans différents emplacements géographiques.
Alors que les clusters à ensemble de nœuds majoritaires fonctionnent de la même manière que les clusters à quorum unique, le premier diffère en ce qu'il ne nécessite pas de bus de stockage partagé pour fonctionner car chaque nœud stocke localement un duplicata des données de quorum.
Bien que cela n'élimine pas entièrement l'utilité d'un bus partagé, cela offre plus de flexibilité lors de la configuration des serveurs distants.
3. Cluster à nœud unique
Ce modèle, qui est le plus couramment utilisé pour les tests, a un seul nœud. Les clusters à nœud unique sont fréquemment utilisés comme outil de développement et de recherche d'applications de cluster, mais leur utilité est fortement limitée par leur manque de basculement.
Parce qu'ils sont constitués d'un seul nœud, la défaillance d'un seul nœud rend tous les groupes de clusters inopérants.
Un représentant du service client d'un centre de données local ou d'un fournisseur d'hébergement Web peut expliquer les différences entre les trois modèles et vous aider à choisir celui qui convient le mieux à votre entreprise.
À moins que vous n’ayez des besoins inhabituels (ou que vous soyez situé dans plusieurs endroits géographiquement dispersés), le cluster de quorum standard est votre meilleur choix.
Il existe d'autres noms donnés aux types de clustering de serveurs, dont nous parlerons ici.
4. Clusters de serveurs hautes performances pour une haute disponibilité
Les clusters à haute disponibilité (HA) sont la meilleure option pour les sites Web avec beaucoup de trafic. Pour les boutiques en ligne ou les applications qui nécessitent des performances optimales et continues de la part de leurs systèmes critiques, des clusters haute disponibilité peuvent être utilisés.
Les clusters haute disponibilité étant basés sur du matériel et des logiciels redondants, ils vous aident à éviter les points de défaillance uniques. Ils sont essentiels pour le basculement, les sauvegardes du système et l’équilibrage de charge. Ces appareils sont constitués de plusieurs hôtes capables de prendre le relais en cas de panne ou de surcharge d'un serveur spécifique, garantissant ainsi qu'il y aura le moins de temps d'arrêt possible.
Architecture de serveur haute disponibilité
Il existe deux types d'architecture pour les clusters HA : active-active et active-passive.
Tous les nœuds d'un équilibre de cluster actif-actif se chargent simultanément. En revanche, une architecture active-passive attribue toutes les charges de travail à un nœud principal. Entre-temps, un nœud de sauvegarde est prêt à faire face à toute panne.
Étant donné qu'il contient la base de données du nœud principal, le serveur secondaire est également appelé serveur de secours ou serveur de secours à chaud. Il s'agit d'une implémentation moins coûteuse que le mode actif-actif, car le serveur de secours à chaud est prêt à prendre le relais en cas de défaillance d'un composant.
Les clusters haute disponibilité facilitent l’évolutivité et augmentent votre fiabilité. Sans oublier qu’ils offrent une sécurité renforcée des infrastructures et une maintenance plus efficace. Vous pouvez réduire les dépenses, réduire les temps d'arrêt et améliorer l'expérience utilisateur avec ces clusters.
5. Clusters d'équilibrage de charge
Les batteries de serveurs appelées clusters d'équilibrage de charge répartissent les requêtes des utilisateurs entre plusieurs nœuds actifs. Les trois principaux avantages sont une meilleure répartition de la charge de travail, une assurance de redondance et des opérations plus rapides.
Vous pouvez répartir les charges de travail entre les serveurs et séparer les fonctions grâce à l'équilibrage de charge. Cet arrangement contribue à optimiser l’utilisation des ressources. Il utilise un logiciel d'équilibrage de charge pour attribuer les requêtes, selon un algorithme, à différents serveurs. Les réponses sortantes sont également gérées par le logiciel.
Les équilibreurs de charge sont utilisés dans la configuration active-active d'un cluster haute disponibilité. L'équilibreur de charge est utilisé par le cluster HA pour répondre à diverses requêtes et les envoyer à des serveurs distincts. Il existe deux répartitions possibles : symétrique et asymétrique, en fonction des données de configuration et des performances de l'ordinateur.
L'équilibreur de charge assure le suivi de la disponibilité des nœuds dans un cluster haute disponibilité actif-passif. Un nœud qui s'arrête attend d'envoyer du trafic jusqu'à ce qu'il soit de nouveau opérationnel.
De plus, vous pouvez utiliser plusieurs liens simultanément grâce à l'architecture d'équilibrage de charge. Lorsqu'il s'agit d'infrastructure nécessitant une communication redondante, cette fonctionnalité est extrêmement utile. Les centres de données et les entreprises de télécommunications, par exemple, utilisent fréquemment cette architecture. Une meilleure évolutivité, une réduction des coûts et une optimisation du transfert de données à large bande passante sont les principaux avantages.
6. Stockage en cluster et hautes performances
Les supercalculateurs, autre nom pour les clusters hautes performances, sont des machines offrant une capacité, une fiabilité et des performances supérieures. Ils sont le plus souvent utilisés par les entreprises dont les charges de travail sont gourmandes en ressources.
Plusieurs ordinateurs reliés au même réseau constituent un cluster de serveurs hautes performances. Pour traiter les données plus rapidement, vous pouvez relier plusieurs de ces clusters aux concentrateurs de stockage de données du réseau. En d'autres termes, des performances fluides et des transferts de données rapides sont assurés avec des clusters de stockage de données hautes performances.
L’intelligence artificielle (IA) et l’Internet des objets (IoT) sont deux applications majeures de ces clusters. Pour alimenter des projets complexes tels que la diffusion en direct, la prévision des tempêtes et le diagnostic des patients, ils traitent d'énormes quantités de données en temps réel. Ces caractéristiques des applications de cluster hautes performances sont également avantageuses pour les médias, la recherche et les services financiers,
7. Stockage avec capacités de clustering
Le stockage en cluster implique généralement un minimum de deux serveurs de stockage. Ils vous permettent d'améliorer les performances, les capacités d'entrée/sortie (E/S) et la fiabilité de votre système. En fonction des besoins spécifiques de votre entreprise et de la quantité de données que vous devez stocker, vous avez la possibilité de choisir entre une architecture étroitement ou faiblement couplée.
Une architecture étroitement couplée se concentre sur le stockage principal. Il organise les données en blocs plus petits répartis entre les nœuds.
D’un autre côté, une architecture autonome et faiblement couplée offre une plus grande flexibilité. Cependant, il n’a pas la capacité de stocker des données entre les nœuds. Dans une architecture faiblement couplée, les performances et la capacité du nœud de stockage de données deviennent des facteurs déterminants. La mise à l'échelle avec de nouveaux nœuds n'est pas possible dans une architecture faiblement couplée.
Comment les clusters de serveurs peuvent-ils améliorer l’évolutivité ?
Les clusters de serveurs permettent une évolutivité horizontale au sein du système. Les équipes informatiques ont la possibilité d'intégrer sans effort des nœuds supplémentaires pour gérer le volume de trafic ou de transmission de données souhaité.
De plus, la présence de serveurs supplémentaires améliore l’évolutivité. Un seul serveur suffit pour gérer tous les processus métier. Avoir des serveurs supplémentaires dans la configuration offre une plus grande flexibilité et évolutivité en termes de ressources, conduisant à une tolérance aux pannes et à des performances améliorées.
Comment les clusters de serveurs peuvent-ils parvenir à équilibrer la charge ?
Les clusters de serveurs garantissent une répartition efficace de la charge de travail en transférant automatiquement les tâches excédentaires vers d'autres nœuds du système. Ceci peut être réalisé via une configuration active-active ou active-passive.
Lorsque le trafic entrant ou les requêtes de traitement de données dépassent la capacité d'un serveur, ils peuvent être transférés vers un autre serveur de cluster disponible. Habituellement, cette transition peut se produire de deux manières différentes : par des moyens manuels ou automatiques.
L'utilisation de clusters manuels peut s'avérer problématique car elle nécessite la configuration d'un nœud avec la même adresse IP de données, ce qui entraîne des temps d'arrêt. Même une brève période d'arrêt peut avoir des conséquences financières ou opérationnelles importantes. Cependant, avec les clusters automatiques, vous avez la possibilité de préconfigurer les paramètres du logiciel. Cette configuration de cluster effectue automatiquement le changement de serveur.
Comment les clusters de serveurs peuvent-ils garantir une haute disponibilité ?
Il est idéal d’utiliser plusieurs nœuds Web et applications pour garantir la redondance matérielle. Ce type d'architecture est communément appelé cluster haute disponibilité. Garantir un fonctionnement ininterrompu en cas de panne d’un composant est crucial. Cela est particulièrement évident lorsque le système d'exploitation subit une panne, faute de redondance sur un seul serveur. En l’absence de panne de site, vos utilisateurs ne seront pas au courant des pannes de serveur.
Les clusters HA utilisent une configuration de serveur actif-actif pour échanger des ressources de manière transparente sans interruption de service. Bien que cette configuration soit plus efficace, elle est généralement plus coûteuse qu'une configuration active-passive (ou de secours), car tous les nœuds du système doivent rester actifs.
Pourquoi devriez-vous mettre en cluster des serveurs ?
La redondance est la clé d'une infrastructure informatique sécurisée. La création d'un cluster de serveurs sur un seul réseau offre une redondance maximale et garantit qu'une seule erreur n'arrête pas l'ensemble de votre réseau, rendant vos services inaccessibles et coûtant à votre entreprise des revenus vitaux.
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