Cisco HyperFlex im Einsatz (eBook)

Kapitel 2

Architektur

Cisco HyperFlex ist keine hundertprozentige Neuentwicklung, sondern verwendet das Unified Computing System (UCS) als Hardwareplattform. Die UCS-Lösung ist eine konvergente Architektur und besteht aus Servern, Netzwerk und lokalem Storage. HyperFlex erweitert die Lösung um Softwaredefined Storage, eine Verwaltungsoberfläche und einen Installations-Wizard, der aus allen Komponenten ein HyperFlex-Cluster komponiert.

Wie ist HyperFlex aufgebaut?

Die Architektur von HyperFlex besteht aus der physikalischen Ebene und der logischen Ebene. Auch wenn alle Komponenten virtualisiert sind, benötigen sie eine physische Plattform in Form von Servern, Festplatten und Switches. Auf der logischen Ebene ist alles virtuell: Auf den Servern läuft ein Hypervisor, der die Rechenleistung per Software an die virtuellen Maschinen (VM) verteilt. Die Festplatten gruppieren sich zu einem Storage-Pool, der allen VMs zur Verfügung steht. Abbildung 2.1 auf der nächsten Seite zeigt den Überblick der Ebenen und ihr Zusammenspiel.

Auf der physischen Ebene setzt Cisco auf die hauseigenen Server und Netzkomponenten, die der Abschnitt Komponenten weiter beleuchtet. Oberhalb der Server läuft der Hypervisor ESXi von VMware. Die Verwaltung übernimmt das vCenter. Zusammen stellen sie eine branchenübliche Architektur für virtuelle Maschinen dar.

HyperFlex komplementiert diese Umgebung durch ein verteiltes Dateisystem, welches alle verfügbaren Daten-Laufwerke in den Servern zu einem redundanten, ausfallgeschützten Datenpool zusammenfasst. Dazu läuft auf jedem Hypervisor ein Storage Controller als VM, der die Festplatten im lokalen Server bedient und mit den Storage Controllern auf den anderen Hypervisoren in ständigem Kontakt ist. Alle Storage Controller stellen den Datastore für die übrigen virtuellen Maschinen zur Verfügung.

Damit das vCenter Einblick in den Datastore hat, melden sich die Storage Controller als Plug-in im vCenter und berichten über Füllstand und Gesundheit der Festplatten.

Komponenten

Für HyperFlex bedient sich Cisco an seiner UCS-Produktserie und holt daraus Server und Fabric-Switches. Die Server erhalten eine neue Bezeichnung, die sie als HyperFlex-Maschine kennzeichnen.

Server

Cisco kategorisiert seine HyperFlex-Server abhängig von ihrer Aufgabe und den Laufwerkstypen. Ein Converged Node ist ein Server mit Rechenleistung und Festplatten, der sein Können dem HyperFlex-Cluster zur Verfügung stellt. Der Compute Node stellt lediglich seine CPU-Leistung zur Verfügung und hält sich bei den Festplatten zurück.

Die Converged Nodes unterscheiden sich im Storage-Medium und im Host-Bus-Adapter. Der Hybrid-Server fasst drehende Festplatten, das All Flash -Modell akzeptiert Flash-Medien mit SATA-Anschluss und der All NVMe-Server ist mit Flash-Medien bestückt, die über einen waschechten NVMe-Controller angeschlossen sind. Tabelle 2.1 zeigt die Servertypen im Vergleich. Die angegebene Laufwerksgröße bezieht sich auf ein Laufwerk ohne Verschlüsselung.

Tabelle 2.1: Server der Cisco HyperFlex HX-Serie

In den Servern sind stets ein Boot-Laufwerk, ein System-Laufwerk und ein Cache-Laufwerk verbaut. Auf diesen Medien laufen der Hypervisor und die Storage Controller-VM (siehe Seite →). In den verbleibenden Steckplätzen befinden sich die Kapazitätslaufwerke, die den Storage-Pool ausmachen. Der Servertyp bezieht sich auf die verbauten Medien. Das Hybrid-Modell HX220c M5 hat folglich drei interne Medien und bis zu acht Kapazitätsplatten.

Die maximale Anzahl der Kapazitäts-Laufwerke ist abhängig von der Bauform des Servers. Der erwähnte HX220c M5 hat zehn Einschübe, von denen zwei durch die System- und Cache-Laufwerke belegt sind. Folglich bleiben acht verfügbare Einschübe für die Kapazitätsplatten.

Fabric Interconnect

Die Server verbinden ihre Netzadapter mit einem Netzwerkswitch, um sich gegenseitig zu erreichen. In der UCS-Welt hat dieser Switch noch eine weitere Tätigkeit: Er verwaltet und konfiguriert die Server. Der Switch ist demnach der Manager der UCS-Server. Diese neue Aufgabe geht weit über den Switching-Betrieb hinaus und daher vergibt Cisco dieser Komponente den neuen Titel „Fabric Interconnect“.

Das Aussehen und die Verkabelung ähneln allerdings einem regulären Switch. Für die Verfügbarkeit gilt dasselbe, denn zwei Fabric Interconnect (FI) sind besser als einer. Jeder Server ist mit jedem FI verbunden. Cisco geht sogar noch einen Schritt weiter und unterstützt keine HyperFlex-Umgebung mit einem einzelnen FI.

Die zwei FI bilden ein Cluster für Hochverfügbarkeit. Dabei sind beide FI aktiv und transportieren Datenpakete für die Server. Die webbasierte Verwaltungsoberfläche UCS-Manager läuft auf einem FI und benötigt keine zusätzlichen Management-Server. Über den UCS-Manager lassen sich beide FI und alle angeschlossenen UCS-Server einrichten und betreiben.

Netzwerk

Der physische Netzaufbau zwischen den Servern und den beiden FI ist überschaubar. In Abbildung 2.2 ist jeder UCS-Server zweipfadig angebunden. Die Kabel enden jeweils auf einem FI. Für mehr Bandbreite kann jeder Server auch vier Uplinks haben, wobei jeweils zwei auf einem FI enden.

Der Verkabelungsaufwand ist derart gering, da die Netzadapter als converged network adapter (CNA) arbeiten und mehrere Funktionen haben: KVM-Zugriff, Out-of-Band-Management, Host-Bus-Adapter und die klassische Netzwerkkarte. Damit immer genug Luft nach oben ist, hat jeder Anschluss eine Bandbreite von 40 Gbit/s.

Auf Basis des physischen Netzwerks betreiben die Server ein logisches Netzwerk, um ihre Dienste zu unterteilen und kritische Funktionen voneinander abzuschotten. Die vier Kernbereiche des HyperFlex-Netzes sind:

• Management. Der Verwaltungszugang zu den Servern, Hypervisoren und Storage-Controllern.
• Storage. In diesem Netzabschnitt synchronisieren die Storage-Controller ihren Datenbestand und präsentieren den Hypervisoren einen einheitlichen Datastore.
• vMotion. Eine VM wechselt ihren Hypervisor durch diesen Netzbereich.
• VM-Netz. In diesem Segment sind die virtuellen Maschinen Zuhause.

Der Hypervisor erstellt die Netze als vier Portgruppen. Der Fabric Interconnect verwendet vier VLANs für die Unterteilung.

Abbildung 2.3 zeigt die logischen Netze und ihre Verbindung zu einem Hypervisor und den FI. Der Netzabschnitt für die VMs und das Managementnetz dürfen den FI verlassen und das restliche Netz betreten. Für vMotion ist das eventuell ebenfalls erwünscht, falls VMs zu Hypervisoren außerhalb des HyperFlex-Verbundes migriert werden sollen. Das Storage-Netz sollte die kontrollierte HyperFlex-Umgebung nicht verlassen, damit die Synchronisierung der Storage-Controller ungestört und unverfälscht ablaufen kann.

Lizenzierung

Die Lizenzierung der HyperFlex-Infrastruktur spaltet sich in Lizenzen für VMware vSphere und für die HyperFlex-Plattform. Ohne Lizenzen läuft VMware vSphere 60 Tage und Cisco HyperFlex immerhin 90 Tage.

Technisch benutzt das Lizenzmodell Smart Licensing: Das HX-Cluster meldet sich via Internet bei Cisco und überprüft die gekauften Lizenzen. Wenn die Lizenzen im Portal dem Kunden zugeordnet sind, darf das HX-Cluster weiterarbeiten. Falls kein Internetzugriff möglich ist, kann Cisco mit dem air-gapped-Modus nach vorheriger Prüfung eine Ausnahme...