Sau khi lựa chọn được các m áy chủ có độ ổn định cao phù hợp với yêu cầu của hệ thống chúng ta thực hiện tiếp việc đảm bảo độ sẵn sàng cao cho các máy chủ này. Để đảm bảo độ sẵn sàng cao cho các máy chủ thì chúng ta cần phải thực hiện tính sẵn sàng cao cho hệ thống lưu trữ và m ạng của m áy chủ đó.
- 7 6 -
Kết nối mạng
Máy chủ
H ìn h 2 -18: M ô h ìn h m á y ch ủ có đ ộ sẫ n s à n g ca o
Để đảm bảo tính sẵn sàng cao cho m ạng của m áy chủ m ỗi máy chủ thường phải có ít nhất 2 cạc m ạng hoàn toàn độc lập nhau. Các cạc mạng này có thể hoạt động ở m ột trong các ch ế độ sau:
• C hế độ dự phòng: trong chế độ này m ột cạc hoạt động và m ột cạc dự phòng, nếu cạc m ạng chính gặp sự cố thì cạc m ạng dự phòng sẽ hoạt động thay thế. C hế độ này sẽ gây ngừng cung cấp dịch vụ khoảng 1 giây khi có sự cố nhưng sau đó tốc độ của hệ thống khòng bị ảnh hưởng
• C hế độ cân bằng tải: trong ch ế độ này tất cả các cạc m ạng cùng hoạt động và tạo thành m ột cạc ảo có tốc độ bằng tổng tốc độ của tất cả các cạc. Khi có m ột cạc bị sự cố thì cạc m ạng này sẽ bị loại bỏ các cạc còn lại vẫn hoạt động bình thường. Như vậy trong trường hợp này khi gặp sự cố thì hệ thống vẫn liên tục cung cấp dịch vụ nhưng tốc độ xử lý của hệ thống sẽ giảm xuống do băng thông không còn được bằng như ban đầu.
M ột điều cũng cẩn quan tâm nữa là các cạc m ạng này phải được kết nối với hệ thống m ạng có dự phòng để tránh sự cố đối với hệ thống m ạng này làm ngừng mọi kết nối đến máy chủ, khi đó sự hoạt động của m áy chủ là không có ý nghĩa nữa.
-77 -
Đối với hệ thống lưu trữ cho m áy chủ thông thường có hai lựa chọn là sử dụng các ổ cứng đơn (có thể nằm bên trong hoặc ngoài m áy) hoặc sử dụng các tủ RAID. Các ổ cứng sử dụng trong hệ thống lưu trữ này thường là các ổ cứng cắm nóng cho phép thay thế các ổ này trong khi m áy chủ đang hoạt động.
Đối với hệ thống lun trữ sử dụng các tủ đơn thì để đảm bảo tính sẵn sàng cao của hệ thống này đòi hỏi phải thực hiện soi gương cho hệ thống lưu trữ này. Để kết nối với hệ thống lưu trữ này máy chủ sẽ sử dụng hai bộ điều khiển đĩa khác nhau và kết nối bằng hai đường hoạt động độc lập (ví dụ 2 cạc SCSI hay 2 cạc FC). Việc soi gương hệ thống lưu trữ này được thực hiện bằng phần mềm. Như vậy hệ thống lưu trữ này luôn đảm bảo độ sẵn sàng cao chống lại được các sự cố đối với ổ cứng, cạc ổ cứng hai đường kết nối.
Đối với hệ thống lưu trữ sử dụng tủ R A ID thì phải đảm bảo rằng trong các tủ R A ID này không có điểm chết tức là điểm m à nếu nó không hoạt động sẽ gây sự cố cho toàn hệ thống lưu trữ. Hơn nữa hệ thống lưu trữ này sẽ được kết nối với m áy chủ bằng 2 cạc điều khiển ổ cứng độc lập. Trong mô hình này cả hai cạc cùng nối đến một thiết bị lưu trữ chung vì vậy hệ điều hành của máy chủ phải hỗ trợ m ô hình kết nối đôi đến m ột máy chủ. Khi m ột kết nối gặp sự cố thì hệ điều hành phải tự động phát hiện sự cố này và chuyển sang dùng đường kết nối còn lại. M ột số hệ điều hành không có khả năng hỗ trợ tính năng này, trong trường hợp này chúng ta phải xem xét các phần mềm nâng cấp để tăng cường thêm cho hệ điều hành này. Điểm yếu của các phần m ềm này là chỉ làm việc với m ột số hệ thống lưu trữ nhất định mà thôi.
Trong trường hợp các tủ R A ID này vẫn có điểm hỏng trong hệ thống thì phải sử dụng hai tủ R A ID độc lập và sử dụng cách thức của hệ thống lưu trữ với các tủ đơn.
-78 -
2 .8 .5 Đ ả m b ả o tín h sẵ n sà n g c a o vớ i h ệ th ố n g c ó n h iề u m á y c h ủ
Các hệ thống với nhiều máy chủ có thể sử dụng các m áy chủ hỗ trợ lẫn nhau để tăng cao tính sẵn sàng của hệ thống. Với các hệ thống này có thể đảm bảo tính sẵn sàng của hệ thống cả khi một m áy chủ gặp sự cố. Hơn thế nữa hệ thống này cho phép thực hiện việc ngừng hệ thống có hoạch định m à không ảnh hưởng đến tính sẵn sàng của hệ thống nhờ khả năng các máy chủ có thể hoạt động thay th ế cho m áy chủ cần dừng hoạt động trong thời gian này.
Để đảm bảo tính sẵn sàng cao cho hệ thống gồm nhiều m áy chủ chúng ta có thể sử dụng hai phương pháp chính là sử dụng công nghệ cụm m áy chủ và công nghệ cân bằng tải. Công nghệ cụm m áy chủ cho phép đảm bảo độ sẵn sàng cao cho mọi loại máy chủ trong trung tâm dữ liệu. Công nghệ cân bằng tải cho phép đảm bảo độ sẵn sàng cao đối với các m áy chủ không phải chia sẽ dữ liệu. Nhưng ngược lại công nghệ này cho phép đảm bảo độ sẵn sàng cao hơn và với chi phí thấp hơn. Vì vậy thông thường trong trung tâm dữ liệu các vùng dịch vụ cơ bản và vùng ứng dụng thường sử dụng công nghệ cân bằng tải để đảm bảo độ sẵn sàng cao. Công nghệ cụm máy chủ thường dùng cho các m áy chủ trong vùng dữ liệu và vùng quản trị. Các vùng khác thường không phải là các máy chủ m à là các thiết bị ví dụ như bộ dẫn đường hay các thiết bị lưu trữ, các thiết bị này đều có khả năng đảm bảo tính sẵn sàng của riêng chúng. Vì vậy đối với các vùng này tính sẵn sàng cao được đảm bảo cho việc lựa chọn các thiết bị thích hợp.
Trong hai phần sau đây chúng ta sẽ đề cập chi tiết hơn về công nghệ cụm m áy chủ và công nghệ cân bằng tải.
5.1 Đảm bảo tính sẵn sàng cao với công nghệ cụm máy chủ
M á y chủ
H ệ th ố n g lưu trữ
H ìn h 2-19: M ỏ h ìn h cụ m m á y ch ủ
Trong mô hình cụm m áy chủ các m áy chú sử dụng chung một thiết bị lưu trữ và có một đường kết nối riêng kết nối các máy chủ này với nhau. Đường kết nối các máy chủ này với nhau được dùng để trao đổi thông tin về trạng thái giữa các máy chủ này cũng như các thông tin về các dữ liệu dùng chung. Với hệ thống lưu trữ chung cho phép các m áy chủ này có thể truy nhập đến dữ liệu của nhau.
Các m áy chủ này có thể hoạt động trong chế độ tích cực hoặc dự phòng. Trong ch ế độ tích cực mỗi m áy chủ thực hiện việc xử lý riêng của mình. Khi có m ột máy chủ gặp sự cố thì các máy chủ khác sẽ thực hiện thêm phần xử lý của ứng dụng này. Trong trường hợp này chi phí của hệ thống thấp hơn nhưng khi có sự cố thì có thể xảy ra là thời gian trả lời của hệ thống sẽ cao hơn.
Trong chế độ dự phòng một m áy chủ có thể không thực hiện gì và ở trong ch ế độ chờ. Khi có m ột máy chủ gặp sự cố thì m áy chủ này sẽ hoạt động thay thế. Trong trường hợp này chi phí cho hệ thống sẽ lớn hơn nhưng thời gian trả lời
- 8 0 -
của hệ thống không thay đổi sau khi hệ thống gặp sự cố. C hế độ này thường được sử dụng cho các cụm m áy chủ có nhiều m áy chủ khi đó chi phí dự phòng này chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ trong tổng chi phí m à thôi.
Khi thực hiện việc xử lý thay th ế thì quyền quản lý dữ liệu của m áy bị sự cố cùng phải được chuyển sang máy chủ này để m áy chủ này có khả năng truy nhập vào các dữ liệu cần thiết. Việc chuyển quyền này được thực hiện bởi các phần mềm cụm máy chủ. Chính vì vậy công nghệ cụm m áy chủ có khả năng đảm bảo độ sẵn sàng cao cho các m áy chủ cần xử lý dữ liệu.
Sô lượng m áv chủ trong một cụm phụ thuộc vào hệ điều hành và phần mềm cụm máy chủ. Với hệ điều hành W indow s số lượng m áy chủ thường chỉ là 2 và lớn nhất là 4 m áy chủ với bản W indow s 2000 D ata Center. Với hệ điều hành Unix số lượng m áy chủ này có thể lên đến 16 m áy chủ, một số hệ điều hành còn hỗ trợ đến 32 máy chủ. Với số lượng m áy chủ lớn hơn trong cụm cho phép hệ thống có thể m ở rộng khả năng xử lý trong tương lai dễ dàng hơn.
2 .8 .5 .2 Đ ả m b ả o tín h sẵ n sà n g c a o vớ i c ô n g n g h ệ c â n b ằ n g tả i
Load Balancing
Máy chủ Máy chủ Máy chủ Máy chủ
H ìn h 2-20: Mô h ìn h c â n b ằ n g tải
Trong mô hình cân bằng tải các thiết bị cân bằng tải nhận các yêu cầu của người sử dụng và chuyển các yêu cầu đó cho các m áy chủ xử lý. Việc lựa chọn
- 8 1 -
m áy chủ nào để chuyển yêu cầu đến phụ thuộc vào khả năng xử lý của máy chủ, máy chủ nào có thời gian trả lời nhanh nhất tại thời điểm đó sẽ nhận được yêu cầu xử lý này. Các thông tin về khả năng xử lý của các m áy chủ này đểu được các thiết bị cân bằng tải này tính theo thời gian thực. Vì vậy khi có m ột m áy chủ gặp sự cố thì các thiết bị cân bằng tải này sẽ phát hiện và không thực hiện việc chuyển các yêu cầu tới các máy chủ này m à chỉ chuyển đến các máy chủ đang hoạt động bình thường. K hả năng này cho phép tự động loại bỏ m áy chủ gặp sự cố giúp hệ thống vẫn sẵn sàng khi có m áy chủ gặp sự cố.
Các thiết bị cân bằng tải chỉ có thể thực hiện việc chuyển yêu cầu từ máy này sang m áy khác mà không có khả năng chuyển quyền quản lý dữ liệu từ máy này sang m áy khác vì vậy nó không thích hợp với các m áy chủ cần xử lý dữ liệu.
Trong hệ thống này nếu thiết bị cân bằng tải gặp sự cố thì các máy chủ sẽ không nhận được yêu cầu nào cả. Vì vậy để đảm bảo tính sẵn sàng cao của hệ thống thì chúng ta phải đảm bảo tính sẵn sàng cao của các thiết bị càn bằng tải.
Để đảm bảo tính sẵn sàng cao của thiết bị cân bằng tải chúng ta phải sử dụng hai thiết bị cân bằng tải khác nhau một thiết bị hoạt động và m ột thiết bị dự phòng. Hai thiết bị này được kết nối với nhau bằng m ột đường kết nối riêng. Thông qua đường kết nối này thiết bị cân bằng tải dự phòng có thể biết được trạng thái của thiết bị kia. Nếu thiết bị đang hoạt động gặp sự cố thì thiết bị dự phòng sẽ tự động chuyển sang chế độ hoạt động thay thế. Vì vậy nếu có sự cố đối với thiết bị cân bằng tải thì cũng không làm hệ thống ngừng hoạt động.
Như vậy m ô hình cân bằng tải này giúp đảm bảo tính sẵn sàng cao đối với các máy chủ không phải chia sẽ dữ liệu.
- 82 -
2 .9 .1 C á c vấn đ ề đ ặ t ra đ ô i vớ i việc x â y d ự n g m ạ n g
Trong một vài năm trước đây với sự phát triển của các thiết bị chuyên m ạch lớp 2 (layer 2 switch) dẫn đến việc các thiết bị này được đặt vào vị trí trọng tâm trung thiết k ế mạng. Kiến trúc này được coi là kiến trúc phẳng vì nó tránh việc tạo thành các cấu trúc logic, được phân cấp và được kết nối lại bằng các bộ dẫn đường.
Việc xuất hiện những thiết bị chuyển m ạch lớp 3 trong những năm gần đây đã giúp tăng tốc độ dẫn đường lên nhiều lần do công việc này được cài đặt bằng phần cứng trong các thiết bị này. Việc sử dụng các thiết bị này trong thiết k ế mạng cho phép các m ạng này có thể được chia thành nhiều phần nhỏ dễ quản lý hơn rất nhiều so với kiến trúc phẳng trước đây. Các thiết bị này cũng giúp tăng khả năng mỏ' rộng của mạng và tăng tính sẵn sàng cao của mạng.
Trong các m ạng ngày này thường kết hợp các thiết bị chuyển m ạch ở lớp 2 và lớp 3 với nhau. Kiến trúc của m ạng ngày nay phải quan tâm giải quyết các vấn đề sau:
• M iền sự cố
M ột nhóm các thiết bị chuyển m ạch lớp 2 được kết nối với nhau thành m ột miền chuyển m ạch lớp 2. Các m iền chuyển mạch lớp 2 này được coi là một m iền sự cố bởi nếu có một trạm làm việc tại đây được cấu hình không đúng hay gặp sự cố thì có thể gây lỗi làm ảnh hưởng tới hoạt động của toàn bộ m iền thậm chí có thể làm ngừng hoạt động của toàn bộ m iền này. M ột cạc m ạng hỏng có thể làm tràn toàn bộ m iền bởi việc quảng bá các gói tin trong toàn mạng. M ột trạm làm việc với một địa chỉ IP sai có thể tạo thành một lỗ đen cho các gói dữ liệu. Các sự cố này rất khó có thể cục bộ được để thực hiện việc phát hiện lỗi.
Các gói tin quảng bá làm tràn các m iền chuyển m ạch lớp 2. Các thiết bị chuyển mạch lớp 3 được sử dụng để thu nhỏ phạm vi của các m iền quảng bá. Hơn thế nữa m ột số thiết bị chuyển mạch lớp 3 có khả năng hiểu các giao thức để có thể chuyển các gói tin quảng bá (ví dụ D ynam ic H ost C onfiguration Protocol) thành các gói tin tới m ột điểm duy nhất.
M iền spanning-tree
Các thiết bị chuyển m ạch hỗ trợ giao thức spanning-tree có khả năng tự loại bỏ các vòng lặp trong mô hình m ạng lớp 2. Nếu có các vòng lặp trong mô hình m ạng thì m ột số các đường kết nối dư thừa sẽ bị chặn lại và không cho các gói tin có thể chuyển qua đây. Các đường kết nối dư thừa này được sử dụng để tăng tính sẵn sàng của mạng. Khi m ột trong các kết nối đang được sử dụng bị sự cố thì các đường kết nối dư thừa có thể được kích hoạt để thay thế. Đây là một ưu điểm của giao thức spanning-tree nhưng giao thức này có thời gian trễ khá cao từ 30 đến 50 giây. Trong thời gian này một số kết nối trong m ạng bị gián đoạn. Vì vậy để giảm thời gian trễ này mà vẫn đảm bảo tính sẵn sàng cao của m ạng thì các thiết bị chuyển m ạch lớp 3 có thể được sử dụng. Các vòng lặp được hạn chế. Điều này đặc biệt được quan tâm tại các khu vực đòi hỏi tốc độ truyền lớn và quan trọng ví dụ như trong khu vực xương sống của mạng.
VLAN
Một VLAN là một m ở rộng của miền chuyển m ạch mức 2. Nếu có các VLAN trên m ột số thiết bị chuyển m ạch thì mỗi m ạng riêng
- 8 4 -
ảo này có cùng đặc tính của m iền sự cố, m iền quảng bá và miền spanning-tree được mô tả ở trên. Việc tạo dựng các V LA N làm tãng tính phức tạp của mạng. Việc hạn chế các V LA N trong từng thiết bị chuyển m ạch và tránh các vòng lặp có thể giảm bớt độ phức tạp của mạng.
Trước đây V LA N được dùng để tăng tốc độ của m ạng nhưng ngày nay với việc xuất hiện các thiết bị chuyển m ạch lớp 3 thì ưu điểm này không còn nhiều ý nghĩa. Tuy nhiên V LA N vẫn được sử dụng nhiều với công dụng là phân chia logic m ạng thành nhiều mạng con và thực hiện việc phân quyền theo từng m ạng con này.
Thông thường mỗi VLAN này cũng được đặt tương ứng với một IP subnet. Việc này sẽ làm cho m ạng trở nên đơn giản và dễ quản lý hơn nhiều.
2 .9 .2 M ô h ìn h k ế t n ô i n h iều m ứ c
Mô hình thiết kế m ạng nhiều mức được thực hiện trên các mô đun. Mỗi mô đun thường tương ứng với m ột toà nhà. Toàn bộ m ạng được thực hiện bằng cách kết nối các mỏ đun này với nhau thông qua m ột m ạng xương sống. Trong các phần tiếp theo chúng ta sẽ xem xét việc xây dựng các mô đun cũng như việc