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Netzwerkmanagement und -Monitoring

Virtualisierung sorgt für optimale Serverauslastung

Server-Virtualisierung ist aktuell einer der wichtigsten Technologietrends in der IT. Bei adäquatem Einsatz lassen sich positive Auswirkungen auf die Energiekosten wie auch auf die Kapazität für Rechenzentren erzielen. Eine hoch virtualisierte Umgebung ist von der Effizienz und Zuverlässigkeit des jeweiligen Netzwerks abhängig. Eine Netzwerküberwachung liefert hierfür die entscheidenden Informationen für die Konzeption und den Test virtualisierter Umgebungen.

Bei erfolgreichem Einsatz hat Server-Virtualisierung trotz aller Einschränkungen eine sehr positive Wirkung sowohl auf Energiekosten als auch auf die Kapazität von Rechenzentren. Außerdem kann die Lebensdauer älterer Rechenzentren verlängert werden und bei großen Unternehmen mit mehreren Rechenzentren lassen sich unter Umständen ganze Bereiche einsparen. Das ermöglicht bereits die erste Generation von Virtualisierungstech­nologien. Eine zweite Generation, die den Einsatz multipler virtueller Server mit einer einzigen Lizenz des Betriebssystems erlaubt, verspricht eine weitere Konsolidierung. Dies kann soweit gehen, dass 50 bis 100 virtuelle Server auf einem physikalischen Rechner be­trieben werden, der dann rechenintensive Applikationen verarbeiten kann.

Virtualisierung erlaubt den Betrieb mehrerer Applikationen auf einem Server, erschließt aber auch einer einzelnen Applikation die Ressourcen eines ganzen Netzwerks. Eine der Aussichten der Virtualisierung ist die Möglichkeit, dass Applikationen – dynamisch je nach Anforderung und verfügbaren Ressourcen – von einem Server auf einen anderen wechseln, ohne dass dadurch der Service unterbrochen wird.

SANs effektiver als Attached-Storage-Lösungen

Wenn bei der Virtualisierung eine Applikation über mehrere Host-Server verteilt betrieben werden soll, verlangt dies als Speicherlösung die Nutzung von SANs (Storage-Area Networks), die die Daten über das Netzwerk übertragen. Damit rücken Netzwerke weiter in den Mittelpunkt der IT-Infrastruktur und -Architektur.

Unter Sicherheitsaspekten betrachtet erzeugt die Konzentration multipler Anwendungen auf einem einzigen Rechner einzelne, zentrale Risikopunkte, und zwar sowohl über den physikalischen Server als auch über dessen Netzwerkanbindung. Stürzt ein Host-Server ab oder wird seine Netzwerkverbindung langsam oder unterbrochen, so sind davon sofort alle auf diesem Host virtualisierten Dienste betroffen. Für die Netzwerkplanung bedeutet dies, dass sich der Netzwerkverkehr auf wenige große Server konzentriert, statt auf eine große Anzahl kleinerer Computer im Rechenzentrum verteilt zu werden.

Meist ist der Betrieb von virtualisierten Netzwerken mit alleinstehenden Speicherlösungen (SAN) viel effektiver als mit Attached-Storage-Lösungen. Der Betrieb mit SAN erfordert aber sehr schnelle und zuverlässige Netzwerkverbindungen zwischen Servern und Speichermedien. Unternehmen, die im Rahmen der Virtualisierung von Attached-Storage-Lösungen zu SANs wechseln, generieren damit einen enormen Anstieg ihres Netzwerkverkehrs. All dies erfordert verstärkt eine konsequente Überwachung des Netzwerks.

Eine in hohem Maß virtualisierte Umgebung steht und fällt mit der Effizienz und Zuverlässigkeit ihres Netzwerks. Ausfälle von physikalischen Servern, Verbindungen, Switches oder Routern können teuer werden, wenn dadurch Mitarbeiter, automatisierte Produktionsstraßen oder Internet-Shops keinen Zugang mehr zu unbedingt betriebswichtigen IT-Funktionalitäten haben.

Netzwerk-Monitoring kann entscheidende Informationen für die Planung und den Test virtualisierter Umgebungen liefern. So ist es beispielsweise äußerst wichtig zu er­mitteln, welche Applikationen sich nicht für eine Virtualisierung eignen. Umfang und Art des Netzwerkverkehrs können wichtige Hinweise zur Identifizierung dieser Anwendungen liefern.

Kosteneinsparung durch Virtualisierung

Die inzwischen ausgereifte Server-Virtualisierung bietet hinsichtlich einer sich anbahnenden weltweiten Rezession, kontinuierlich steigender Energiekosten und der Tatsache, dass viele Rechenzentren an ihre Grenzen stoßen, eine entscheidende Möglichkeit, Kosten einzusparen.

Häufig ist gerade in Rechenzentren mittlerer und großer Unternehmen die Serverauslastung sehr gering. In nicht virtualisierten Umgebungen ist oft weniger als eine durchschnittliche Auslastung von 20 Prozent vorzufinden: eine enorme Energieverschwendung, die sich quasi verdoppelt, da jedes verbrauchte Kilowatt Wärme erzeugt und somit eine entsprechende Kühlung für die optimale Arbeitstemperatur erforderlich ist. Dies hat ernste Auswirkungen auf die Lebensdauer von Rechenzentren, da immer mehr Unternehmen bei Energie, Kühlung und oft auch beim Gebäude den Rotstift ansetzen müssen.

Virtualisierung bietet einen Ausweg, indem sie die Verwaltung mehrerer Applikationen auf einem Server und die Verteilung der verfügbaren Ressourcen automatisiert. Damit ist eine Steigerung der Serverauslastung auf bis zu 80 Prozent möglich.

Die konkrete Bedeutung dieses Umstands für große Unternehmen zeigt das Beispiel des britischen Unternehmens BT. Der global agierende Kommunikationsanbieter konnte durch konsequente Virtualisierung eine Reduktion seiner 3.000 Wintel-Server um den Faktor 15 erzielen und damit annähernd 2 Megawatt Strom und 2,4 Millionen US-Dollar einsparen. Die Kosten für die Wartung der Server konnten um 90 Prozent gesenkt, 225 Tonnen Ausrüstung (umweltgerecht) entsorgt und mehrere Rechenzentren in Großbritannien geschlossen werden. Ohne die geringsten geschäftlichen Einbußen hat dieses Projekt das Konzept der »grünen Unternehmensführung« untermauert, die von BT zu Beginn dieses Jahrzehnts in der EU und in den USA eingeführt wurde. [1]

Kleinere Firmen werden in absoluten Zahlen proportional geringere Einsparungen verbuchen können. Die prozentualen Anteile allerdings sind für Unternehmen mit mehr als 50 Servern absolut realistisch. Damit können sie die effektive Lebensdauer ihrer Rechenzentren verlängern und auch die Energiekosten senken. Kleinere Unternehmen profitieren vor allem von einer Virtualisierung, wenn sie vor einem Server-Upgrade stehen. Ein großer Server verursacht geringere Kosten bei Anschaffung, Betrieb und Wartung als selbst eine geringe Anzahl kleiner Server. Die Automatisierung beim Management der verschiedenen Applikationen, die die Virtualisierung leistet, kann auch zu einer deutlichen Entlastung des Personals führen.

Virtualisierung mit Hypervisor-Technologie

Die genannten Einsparungen werden unter anderem durch den Einsatz der Hypervisor- Technologie bei der Virtualisierung erreicht, die von den Produkten VMWare Server, Microsoft Virtual Server, XenServer und vergleichbaren Produkten eingesetzt wird.

Hypervisor erfordert, dass jeder virtuelle Server über eine eigene Kopie des Betriebssystems verfügt. Dies ist die bevorzugte Lösung, wenn Anwendungen, die auf unterschiedlichen Betriebssystemen laufen, zum Beispiel Windows, Unix oder Linux, und als virtualisierte Anwendungen auf einem physikalischen Rechner betrieben werden sollen, das heißt jeder virtuelle Rechner denkt, er hätte die Hardware für sich allein. Wenn aber verschiedene Applikationen, die unter dem gleichen Betriebssystem laufen, virtualisiert werden sollen, gibt es effizientere Lösungen.

In diesem Fall bietet die Virtualisierung von Applikationen (im Gegensatz zur Server-Virtualisierung) eine deutlich effizientere Lösung, indem sie mehreren virtuellen Anwendungen die Nutzung einer einzigen Kopie des Betriebssystems ermöglicht, zum Beispiel mit Virtuozzo oder OpenVZ. Je nach Applikation können so auch hoch performante Applikationen virtualisiert werden, die sich für eine Virtualisierung mittels Hypervisor-Technik nicht eignen.

Virtualisierung führt die Anwendungen auf einem oder einigen wenigen physikalischen Servern zusammen und schafft so zentrale Risikopunkte. Beeinträchtigungen der übrigen Server oder ihrer Netzwerkanbindung können auch massive Beeinträchtigungen für den gesamten Geschäftsbetrieb zur Folge haben.

Eine geeignete Lösung zur Netzwerküberwachung reagiert bereits auf kleinste Änderungen im Netzwerkverkehr, genauso wie bei Fehlfunktionen von Geräten oder Applikationen, und kann so bei Störungen eines Windows-Servers oder seiner Netzwerkanbindung die zuständige IT-Abteilung sofort benachrichtigen, so dass diese umgehend reagieren und schlimmere Folgen verhindern kann.

Migration hin zu Storage-Area-Networks

Server-Virtualisierung stellt die Möglichkeit in Aussicht, Ressourcen wie beispielsweise den vorhandenen Festplattenspeicher dynamisch zwischen verschiedenen Applikationen aufzuteilen und zu verschieben. In einer Umgebung mit verschiedenen Servern erfordert dies die Migration von Attached-Storage-Lösungen (Server verfügen wie PCs oder Laptops über eigene Festplatten) hin zu Systemen mit getrennten Speichermedien, sogenannten SANs (Storage Area Networks), die Teil einer umfassenden Netzwerkinfrastruktur sind.

Diese Migration vollzieht sich schon seit den späten 1990er Jahren und bietet verschiedene Vorteile in Hinblick auf Flexibilität und Datensicherheit. Sie wird sich noch beschleunigen, sobald die Server-Virtualisierung auch Unternehmen erreicht hat, die Applikationen mit Attached-Storage-Lösungen betreiben.

Der Nachteil dabei ist, dass dann der gesamte Datenverkehr von Applikationen über das Netzwerk erfolgt und schon kleinste Verzögerungen bei Applikationen Probleme verursachen können. Dadurch können virtualisierte Umgebungen Ausfälle von Switches oder Überlastungen des Netzwerks nur schwer tolerieren. Hier ist es ratsam, mit zuverlässigen Netzwerküberwachungslösungen die kritischen Punkte des Netzwerks kontinuierlich zu überwachen und so auch langfristige Trends zu erkennen. Damit können Netzwerkverantwortliche vorausschauend planen und Engpässen besser vorbeugen.

Rechenintensive und speicherlastige Anwendungen haben sich als schlechte Kandidaten für die Virtualisierung mit Hypervisor-Technologie erwiesen. Als Folge davon kann eine generelle Virtualisierung ernsthafte Probleme bei der Einhaltung von Service Levels verursachen.

Allerdings ist es nicht immer einfach, Applikationen zu identifizieren, die besser auf einem Dedicated Server betrieben werden sollten. Art und Umfang des Datentransfers von und zu einer Applikation liefern dabei die entscheidenden Hinweise. Präzise Monitoring-Daten liefern die Basis zur Identifikation dieser Anwendungen.

Effiziente Nutzung der IT-Ressourcen

Servervirtualisierung verspricht die dynamische Zuweisung von Rechenleistung und Speicherplatz, um Verbrauchsspitzen einzelner Applikationen abfangen zu können. Das würde eine deutlich effizientere Nutzung vorhandener Ressourcen ermöglichen. Einer der Hauptgründe für den niedrigen Nutzungsgrad von nicht-virtualisierten Umgebungen liegt darin, dass für jede Applikation ausreichend Ressourcen (Rechenkapazität, Arbeitsspeicher, Festplattenspeicher) bereitgestellt werden müssen, um die jeweiligen Bedarfsspitzen inklusive einer Reserve für möglicherweise steigende Anforderungen abzufangen.

Oft ist es schwierig, gerade diese Steigerung der Anforderungen vorherzusagen. Meist kann man hier mit einem exponentiellen Anstieg anstatt einer sanften Kurve rechnen: Solange Mitarbeiter sich mit einer neuen Applikation vertraut machen, ist deren Nutzung meist recht gering. Haben die Mitarbeiter aber den Nutzen der Applikation für ihre Arbeit erst einmal erkannt, wird diese auch massiv eingesetzt.

Viele Anwendungen unterliegen starken zyklischen Schwankungen bei der Nutzung, die in wöchentlichem, monatlichem oder jährlichem Rhythmus stattfinden können. Für diese Schwankungen müssen in einer nicht-virtualisierten Umgebung ständig die vollständigen Ressourcen für die Maximalanforderungen bereitgehalten werden. Das kann zu enormen Investitionen in Rechenleistung und Speicher führen, die dann die meiste Zeit brachliegen.

Virtualisierung löst dieses Problem durch die dynamische Zuweisung der Ressourcen an die einzelnen Applikationen. Der Bedarf der einzelnen Applikationen in einem Rechenzentrum verläuft gewöhnlich nach unterschiedlichen Zyklen. Eine Applikation kann bei hoher Beanspruchung Ressourcen von anderen Anwendungen »ausleihen«, die gerade wenig gefordert sind. In äußersten Fällen sollen virtualisierte Umgebungen in der Lage sein, ganze Applikationen über das Netzwerk von einem Server auf einen anderen umzuziehen, um diesen Anforderungen zu begegnen. In letzter Konsequenz führt dies dazu, dass sich alle Server und Speichermedien in einer virtualisierten Umgebung zur Ressourcenplanung als ein einziger großer Rechner behandeln lassen. Alle Ressourcen können addiert und gegen die Summe der Anforderungen aller Applikationen verrechnet werden.

In der Praxis wird dies nur innerhalb eines einzigen Rechenzentrums funktionieren, da geringe Einbußen in der Verbindungsgeschwindigkeit bereits zu Leistungseinbrüchen führen können. Außerdem kann dieser Ansatz nur funktionieren, solange das Netzwerk, das die physikalischen Server verbindet, schnell und hochgradig fehlertolerant ist. Um die benötigte Leistung zu gewährleisten, ist wiederum ein sorgfältiges Netzwerkmanagement und Netzwerk-Monitoring erforderlich.

Netzwerk im Zentrum der IT-Infrastruktur

Auf den ersten Blick scheint die Virtualisierung geringe Auswirkungen auf das Netzwerkmanagement zu haben. Nach wie vor laufen in demselben Rechenzentrum die gleichen Applikationen, nur eben auf einem anderen Gerät. Bei genauerem Hinsehen zeigen sich allerdings durchaus Folgen für das Netzwerkmanagement. Der Umfang dieser Folgen hängt in hohem Maß von der Architektur ab, wie sie vor der Virtualisierung aufgestellt war. Eine umfassende Virtualisierung ist eine von mehreren Ursachen für die Ablösung von zentralen Rechensystemen durch das Netzwerk als Mittelpunkt der IT-Infrastruktur. Dies erhöht die Bedeutung des Netzwerkbetriebs ebenso wie die potenziellen Auswirkungen von Störungen und macht die konsequente Überwachung des Netzwerks zu einer essenziellen Notwendigkeit für Unternehmen.

Eine geeignete Netzwerk-Monitoring-Lösung sollte alle Aspekte professioneller Netzwerküberwachung erfassen: Verfügbarkeitsüberwachung, Bandbreiten- und Nutzungs­messung, SNMP, NetFlow, WMI, Packet Sniffing und vieles mehr, kombiniert mit umfassenden Analyse- und Darstellungs-Features. Bereits in der Planungsphase zur Virtualisierung können zu erwartende Leistungsansprüche verschiedener Applikationen identifiziert werden. Langzeittrends lassen Prognosen über zu erwartende Lastspitzen zu und ermöglichen eine bedarfsgerechte Planung der Ressourcen.

Darüber hinaus ist eine lückenlose Überwachung virtueller Umgebungen in Echtzeit möglich. Risiken, die durch die Konzentration zentraler Applikationen auf wenigen physikalischen Servern entstehen, werden ständig kontrolliert, so dass bei Ausfällen und Beeinträchtigungen sofort reagiert werden kann und sich schwerwiegende Folgen vermeiden lassen. Durch die Auswertung langfristiger Überwachungsdaten können Schwachstellen aufgedeckt, Ausfälle verhindert und so die generelle Leistungsfähigkeit verbessert werden.

Dirk Paessler, Vorstand der Paessler AG

Bei der Attached-Storage-Lösung (Abb. 1) funktioniert die Verbindung zwischen Applikation und Speicher unabhängig vom Netzwerk. Bei Ausfällen des Netzwerks können Nutzer von der Applikation getrennt werden, die Applikation funktioniert jedoch weiter.
Bei der SAN-Lösung (Abb. 2) erfolgt der Zugriff der Applikation auf den ihr zugewiesenen Speicher über das Netzwerk. Damit ist die Applikation unabhängig von einem physikalischen Server und kann freie Ressourcen im gesamten Netzwerk nutzen.

Eingabefenster für die Sensor-Typen.

Live-Daten zum Virtual Server 1.

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