Kommunikationssysteme Teil 1 4 Planung und Dimensionierung Stephan

Kommunikationssysteme Teil 1. 4 – Planung und Dimensionierung Stephan Rupp Informatik Masterstudium www. dhbw-stuttgart. de Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Inhalt Planung und Dimensionierung • IP-basierte Netze • Voice over IP • Verkehrsmodelle und Systemdimensionierung • Daten und Redundanz Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 2 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

IP basierende Netze - Subnetworks (Teilnetze) sind die kleinsten Netzbereiche im Internet. • Üblicherweise entsprechen sie einem LAN-Segment. • Sie bestehen aus Workstations und Servern - „Internet Hosts“. • Jeder „Internet Host“ hat (mindestens) eine IP-Adresse. • Router bilden Übergang zwischen den Subnetworks. Host 2 Host 4 Host 6 Router LAN Host 1 Sub. Net. Work Host 3 Host 5 Quelle: Harald Orlamünder Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 3 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Verbinden von Teilnetzen (1) Internet Nutzer IP Subnetwork IP Router Internet Nutzer IP Subnetworks werden durch IP Router miteinander verbunden. Der IP Router besitzt eine IP-Adresse per Port. Quelle: Harald Orlamünder Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 4 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Verbinden von Teilnetzen (2) Internet Nutzer IP Subnetwork IP Router Internet Nutzer IP Subnetwork Um eine größere Strecke zu überwinden wird ein Router-Paar eingesetzt. Quelle: Harald Orlamünder Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 5 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

IP-Netze: Autonomes System Ein Autonomes System (AS) besteht aus einer Menge Router und Netze (Subnetworks), die einer gemeinsamen technischen Verwaltung unterstehen. Das Autonomes System ist charakterisiert durch: • ein gemeinsames Routing-Protokoll (üblicherweise) • volle Erreichbarkeit im AS IP Subnetwork Autonomous System IP Subnetwork In der OSI-Welt wird das Autonome System “Routing Domain” genannt. Quelle: Harald Orlamünder Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 6 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Verbinden Autonomer Systeme Autonomous System 1 IP Subnetwork Autonomous System 3 Interior Routing Protocols Exterior Routing Protocols IP Subnetwork IP Subnetwork Autonomous System 2 IP Subnetwork Quelle: Harald Orlamünder Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 7 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Internet Service Provider (ISP) Logische Sicht des Netzes Kunde des ISP mit permanentem Zugang (Mietleitung) Kunde des ISP mit Wähl-Zugang bzw. DSL R = Router S = Server N = Network Access Server zu anderen ISPs oder zum Backbone R N N R R S S ISP Quelle: Harald Orlamünder Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 8 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Internet Service Provider (ISP) Physikalische Sicht des Netzes Übertragungstechnisches Netz PSTN/ISDN OVst R N R R zu anderen ISPs oder zum Backbone R = Router S = Server N = Network Access Server N OVst = Orts-Vermittlungsstelle Quelle: Harald Orlamünder Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp S S ISP Standort A 9 Standort B Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Das Internet als Netz R R N ISP 1 S R N R ISP 2 S R R N N N = Network Access Server R = Router S = Server CIX = Commercial Internet Exchange ISP = Internet Service Provider 1. N R 2. CIX R R R N ISP 4 S R 3. Back- R bone ISP 3 R S S N Internet R 1. Router-Paar 2. unabhängiger Router „CIX“ 3. unabhängiges IP-Backbone N Quelle: Harald Orlamünder Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 10 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Inhalt Planung und Dimensionierung • IP-basierte Netze • Voice over IP • Verkehrsmodelle und Systemdimensionierung • Daten und Redundanz Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 11 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Sprachpakete im Internet • Digitalisieren • Kodieren • Paketieren • Auspacken • Dekodieren • Übertragen Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 12 • Zusammensetzen Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Voice over IP Von Mund zu Ohr: Telefonieren verträgt wenig Verzögerungen Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 13 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Öffentliche Netze Media Servers • announcements • customised tunes • conferences • voice mail • streaming media • trunking gateways Festnetz Media Server PSTN Trunking GW/ Signalling Gateway IP Network (Carrier) PLMN Call Server/ Gateway Controller Call Server • session states • SIP control • H. 323 control • MGCP/Megaco Trunking GW Mobilnetz Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 14 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

SIP Happens SIP: Session Initiation Protocol (Signalisierungsprotokoll für Sessions) SIP User Agent Request Response SIP User Agent • User Agent: Anwendungssoftware auf Terminals (SIP End Points) • Terminals: PCs, Telefone, … • Sind User Agents Clients oder Server? – – • Client: Ich rufe an. Server: Ich nehme einen Anruf an. User Agent: Client + Server Quelle: Gerd Siegmund Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 15 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Erst registrieren, dann telefonieren Register OK User Agent Registrar • nimmt “REGISTER requests” an und registriert Teilnehmer • Üblicherweise im SIP-Server implementiert • Verwendet SIP Location Service im Informationen über Teilnehmer zugänglich zu machen Quelle: Gerd Siegmund Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 16 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

SIP Server Proxy Server • Server und Client zur Vermittlung von Sessions • Verwaltet Zustände (states) oder wird zustandslos betrieben 1 2 Redirect Server • Nur Server • Vermittelt Server-Adressen 1 2 4 3 Quelle: Gerd Siegmund Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 17 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Verbindungsuafbau mit SIP Transaktion • SIP funktioniert wie HTTP (Web) oder SMTP (Mail) • SIP ist ein textbasiertes Protocol wie HTTP • Client schickt Service Requests und empfängt Service Responses • Server empfängt Requests und verschickt Responses • Eine SIP Transaktion besteht aus SIP • Request (Anfrage) • Ggf. Responses über Zwischenstände • Response (Antwort) • Transaktionen sind durchnumeriert (command sequence numbers, Cseq) Quelle: Gerd Siegmund Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 18 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

SIP Adressen Universal Resource Locators (URL) Sind Namen, wie E-Mail Adressen (SMTP) Beispiele für SIP Addressen: sip: hans. muster@musterbau. de sip: hans. muster@10. 1. 1. 1 sip: 8972312345@musterbau. de Um die SIP Adresse in eine Netzadrese zu übersetzten, wird DNS (Domain Name Service) verwendet, sowie der Location Server Quelle: Gerd Siegmund Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 19 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

SIP Nachrichten (Messages) generic message CRLF message body start line message header CRLF Request-Line Status-Line Define transaction general-header request-header response-header entity-header Describe transaction SDP message body Blank line Exchange capabilities Quelle: Gerd Siegmund Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 20 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Beispiel für eine SIP Nachricht Request/Status Zeile Header Body Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp INVITE sip: watson@boston. bell-tel. com SIP/2. 0 Via: SIP/2. 0/UDP kton. bell-tel. com From: A. Bell <sip: a. g. bell@bell-tel. com>; tag=3 To: T. Watson <sip: watson@bell-tel. com> Call-ID: 662606876@kton. bell-tel. com CSeq: 1 INVITE Contact: <sip: a. g. bell@kton. bell-tel. com> Subject: Mr. Watson, come here. Content-Type: application/sdp Content-Length: . . . v=0 o=bell 53655765 2353687637 IN IP 4 128. 3. 4. 5 s=Mr. Watson, come here. t=3149328600 0 c=IN IP 4 kton. bell-tel. com m=audio 3456 RTP/AVP 0 3 4 5 a=rtpmap: 0 PCMU/8000 a=rtpmap: 3 GSM/8000 a=rtpmap: 4 G 723/8000 a=rtpmap: 5 DVI 4/8000 21 Quelle: Gerd Siegmund Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

SIP Requests Jeder Request löst eine Server-Methode aus SIP definiert 6 Methoden • REGISTER registers with location service • INVITE initiates call • ACK confirms final response • CANCEL cancels a pending request • BYE for terminating sessions • OPTIONS queries feature support by remote side Quelle: Gerd Siegmund Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 22 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

SIP Status Codes Wie HTTP Response Codes 1 xx Informational ( e. g. 100 Trying, 180 Ringing ) 2 xx Successful ( e. g 200 OK) 3 xx Redirection ( e. g. 302 Moved Temporarily ) 4 xx Request Failure ( e. g 404 Not Found, 482 Loop Detected ) 5 xx Server Failure ( e. g 501 Not Implemented ) 6 xx Global Failure ( 603 Decline ) Quelle: Gerd Siegmund Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 23 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

SIP mit Rufumleitung (Redirect) berlin. de 1 cologne. de INVITE 2 302 Move temporarily 3 ACK munich. de Redirect Server bob@munich. de alice@berlin. de 4 5 100 Trying 8 180 Ringing 10 munich. de INVITE Proxy Server 200 OK 11 ACK 12 Media Session 13 BYE 14 200 OK 6 INVITE 7 180 Ringing 9 200 OK Quelle: Gerd Siegmund Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 24 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

SIP mit Verzweigung (Call Forking) berlin. de 1 munich. de INVITE 2 100 Trying 6 200 OK alice@berlin. de Proxy Server Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 7 ACK 8 Media Session 9 BYE 10 200 OK 25 3 INVITE SIP enabled 5 CANCEL mobile phone 3 INVITE SIP enabled 5 CANCEL 3 INVITE 4 200 OK Organizer SIP Phone SIP Client bob@munich. de Quelle: Gerd Siegmund Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Session Description Protocol (SDP) • SDP wird verwendet um die Medienformate zu spezifieren (Audio, Video, Codecs etc) • Format: Parameter = Value • SIP transportiert SDP im Message Body • SDP ist ebenfalls textbasierend • SDP ist specifiziert in RFC 2327 Quelle: Gerd Siegmund Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 26 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

SIP und SDP INVITE sip: bob@macrosoft. com SIP/2. 0 To: sip: bob@macrosoft. com From: sip: alice@wonderland. com Call-ID: 1234@a. wonderland. com Cseq: 1 INVITE Contact: alice@a. wonderland. com c=IN IP 4 128. 59. 19. 38 m=audio 5100 RTP/AVP 0 SIP macrosoft. com. 0 IP/2 m. S t. co sof o r ac om @m osoft. c b o acr ip: b E s b@m. 19. 38 P 0 T I o INV sip: b 28. 59 TP/AV To: IP 4 1 100 R 5 N c=I audio = m Internet IPv 4 c=IN IP 4 128. 59. 19. 38 m=audio 5100 RTP/AVP 0 SDP Audio Quelle: Gerd Siegmund Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp Zieladresse 27 Port Transp. =RTP G. 711 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Ein Beispiel SDP im SIP Message Body INVITE sip: watson@boston. bell-tel. com SIP/2. 0 Via: SIP/2. 0/UDP kton. bell-tel. com From: A. Bell <sip: a. g. bell@bell-tel. com>; tag=3 To: T. Watson <sip: watson@bell-tel. com> Call-ID: 662606876@kton. bell-tel. com CSeq: 1 INVITE Contact: <sip: a. g. bell@kton. bell-tel. com> Protocol version number Subject: Mr. Watson, come here. Content-Type: application/sdp Owner/creator and session identifier Session name Content-Length: . . . v=0 o=bell 53655765 2353687637 IN IP 4 128. 3. 4. 5 Time session starts and stops Connection information Media information s=Mr. Watson, come here. t=3149328600 0 c=IN IP 4 kton. bell-tel. com m=audio 3456 RTP/AVP 0 4 a=rtpmap: 0 PCMU/8000 a=rtpmap: 4 G 723/8000 Attributes Quelle: Gerd Siegmund Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 28 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Inhalt Planung und Dimensionierung • IP-basierte Netze • Voice over IP • Verkehrsmodelle und Systemdimensionierung • Daten und Redundanz Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 29 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Beispiel: Öffentliche Netze SIP Call Server Medien-Server • Ansagen • Konferenzen • Mailbox • … Telefonnetz Gateway IP Netz (Netzbetreiber) Mobilfunknetz Gateway Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 30 Call Server • verarbeitet Transaktionen für Telefongespräche (SIP call control) • steuert Medien-Server & Gateways Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Bemessungsgrößen für den Call Server Transaktionsrate: • Transaktionen für Anrufe (SIP Transaktionen) • Transaktion: Verbindung aufbauen, Verbindung auflösen, Ticket zur Abrechnung generieren, bzw. Ausnahmebehandlung Verkehrsmodell (Beispiel): • 1 Mio Teilnehmer (Subscribers) • 500 Bytes Daten pro Teilnehmer (Teilnehmerprofil in der Datenbank) • 4 Anrufe pro Teilnehmer in der Hauptverkehrsstunde • Bemerkung: Hauptverkehrsstunde = Bemessungsgrösse; Messwert BHCA = Busy Hour Call Attempts (Transaktionen in der Hauptverkehrsstunde) Transaktionsrate im Call Server: • ca. 1000 tps (Transaktionen pro Sekunde) • Bemerkung: Bei 1 Mio Teilnehmer: 4 Millionen BHCA, bei ca. 4000 Sekunden/Stunde ergeben sich ca. 1000 tps) Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 31 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Bemessungsgrößen (2) Durchsatz (Througpout, Verkehr in bit/s) Eingangspuffer Systemmodell Ausgangspuffer Prozessor SIP-Nachrichten 1000 tps (bei 80% Systemauslastung) • Pro Transaktion: 3 Nachrichten mit 10 k. Bit Länge pro Nachricht • 1000 Transaktionen pro Sekunde (Ergebnis siehe letzte Seite) • 30 Mbit/s Durchsatz für Signalisierung (control traffic) Datenbank: • 500 Bytes pro Teilnehmer für Call States und Teilnehmerprofil (location, presence, service settings, …) • 500 MByte Datenbank (Arbeitsspeicher & Disk) Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 32 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Modell des Call Servers Systemmodell Eingangspuffer Ausgangspuffer Prozessor SIP-Nachrichten 30 MBit/s Daten 500 MB 1000 tps (bei 80% Systemauslastung) Arbeitsspeicher und Festplatten Nichtfunktionale Anforderungen: • Verfügbarkeit (Redundanz, Kapselung, …) • Sicherheit (Schutz des Systems und der Daten) • Konventionen bzgl. Bauweise (Umgebungsbedingungen: Temperatur, EMV, mechanische Beanspruchung, Schadstoffe, Brandverhalten, …) EMV, : elektromagnetische Verträglichkeit (Einstrahlung, Abstrahlung, Spannungsspitzen, . . . ) Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 33 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Verfeinerung des Modells Dauer der Transaktion Eingangspuffer Systemmodell Ausgangspuffer Prozessor Cache Daten: Datenbank, Dateisystem, Betriebssystem Arbeitsspeicher (flüchtig) Disks (persistent) Speichern, Laden, Paging Wieviele gleichzeitig aktive Sessions gibt es? • Aktive Sessions = Transaktionen pro Sekunde x Dauer der Transaktion • Annahme: Telefonanruf dauert 100 Sekunden • 1000 tps x 100 s = 100. 000 aktive Sessions • 500 Bytes per Session (Teilnehmerprofil) => 50 MB im Arbeitsspeicher Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 34 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Zur Verweildauer der Transaktion Fast Food Restaurant Eingang Selbstbedienung & Kasse Ausgang Restaurant mit Platz für 200 Gäste Mittlere Aufenthaltsdauer pro Gast: 15 Minuten Frage: Wie viele Gäste pro Stunde (bzw. pro Minute) muss die Kasse bedienen können? Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 35 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Nichtfunktionale Anforderungen Beispiel: 2 x Redundanz als Designvorgabe RAID bzgl. Verfügbarkeit • Speicher: Disks in RAID Konfiguration (z. B. RAID 1) • Prozessor: – – storage synch Cluster-Konfiguration mit 2 x Prozessoren processor switch Datenbank im Arbeitsspeicher Synchronisation der Arbeitsspeicher im Cluster Network Switch-over und Fail-over mit gleichen IP-Adressen Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp client 36 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Call Server - Zusammenfassung Funktionale Anforderungen Verkehrsmodell (Erfahrungswerte): • 1 Mio Teilnehmer (subscribers) • 500 k. Bytes Daten pro Teilnehmer (Teilnehmerprofil in der Datenbank) • 4 Anrufe pro Teilnehmer in der Hauptverkehrsstunde • 100 Sekunden Dauer pro Anruf • 3 Nachrichten (in und out) pro SIP Transaktion • 10 k. Bits pro Nachricht Systemanforderungen (Ergebnis aus Vorgaben): • 1000 tps (Transaktionen pro Sekunde) • 30 Mbit/s Troughput für Call Control (SIP-Nachrichten) • 500 MBytes Datenbank für Teilnehmerprofile • 50 MBytes Arbeitsspeicher Nichtfunktionale Anforderungen: Verfügbarkeit, Umgebungsbedingungen Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 37 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Beispiel: Medien-Server Video/Audio Life TV/ On Demand Local TV Medien-Server Node B/BTS GGSN/HA IP Netz RAN (3 G//Wi. Max/4 G) CMTS DSLAM Ca. TV RNC/AC DSL STB CMTS: Cable Modem Termination Server Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 38 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Modell des Medien-Servers 12 Gbps (0. 64 Gbps) 10 Gbps (0. 64 Gbps) Processor Ausgangsverkehr Eingangsverkehr Arbeitsspeicher Festplatte Gleiches Vo rgehen wie beim Call Se rver, jedoch mehr Daten verkehr 200. 000 Subscribers 30 tps 180 s per transaction 5000 parallel sessions Wireless Networks 128 kbps per session 640 Mbps total traffic 25 GB (10% der aktiven. Sessions) (8 GB) 250 GB (5000 videos) (80 GB) Wireline Networks 2 Mbps per session 10 Gbps total traffic Verkehrsmodell Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 39 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Systemarchitektur des Medien-Servers Main Controllers Session Processors Internes Netzwerk (10 Gb. E) Media Processors (DSP, transcoding) Switches Uplinks (10 Gb. E) IP Netz DSP: Digitaler Signalprozessor (spezialisiert auf Bildverarbeitung bzw. Audioverarbeitung, beispielsweise zum umkodieren von Formaten) Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 40 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Gymnastik - Medienserver … … im Mobilfunk Media Server (Video Server) Verkehrsmodell 36 Mio Teilnehmer 1 Transaktion (Video) pro Teilnehmer in der Haupt-verkehrsstunde 400 Teilnehmer pro Funkzelle AG 1: 10 Zellen AG 2: 20 AG 1 Video Streams: 128 kbit/s 3 Minuten Dauer Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 41 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Medienserver im Mobilfunk (2) Fragen • Wie gross ist der Verkehr für Video-Streaming pro Funkzelle? • Wieviele Transaktionen pro Sekunde (für Anfragen und Abspielen von Videos) muss der Media-Server bedienen? • Welchen Verkehr (bit/s) muss der Media-Server bewältigen (gleichzeitig abgespielte Videos)? Bonus-Stretch (Einschätzung): • Funkzelle: Wie passt dieser Verkehr (Frage 1) zur Kapazität gängiger Mobilfunkstandards? • Media-Server: Würde man diese Menge an Verkehr (Frage 3) mit einem einzigen System bedienen wollen? • Media-Server: Kann man diese Art Server parallelisieren? Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 42 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Inhalt Planung und Dimensionierung • IP-basierte Netze • Voice over IP • Verkehrsmodelle und Systemdimensionierung • Daten und Redundanz Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 43 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Daten und Redundanz Anwendungsfall: • Laufende Transaktionen werden im Arbeitsspeicher vorgehalten. • Beispiele: Call Server, Home Location Register, Medien-Server • Wegen der hohen Anzahl Teilnehmer fallen große Datenmengen an. Aufgabe: • Schutz dieser Daten gegen Ausfälle einzelner Server. • Abspeichern auf Festplatte kommt wegen der diesbezüglichen Wartezeiten nicht in Frage. Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 44 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Lösung: Redundante Datenbank Fragmente Datenbank-Knoten (Data Nodes) Sekundäre F 1 F 2 F 3 F 4 F 3 (F 2) (F 1) (F 4) (F 3) F 4 N 1 N 2 N 3 N 4 F 2 Verteilte Datenbank: • Definiere Fragmente (F 1, F 2, …) Fragmente Zuordung der Knoten • Ordne Fragmente den Datenbank-Knoten inkl. Spiegel-Fragmenten zu (logische Organisation) N 1 F 1 • Fragmente werden zwischen den Datenbank. Knoten auf pro Transaktion synchronisiert (F 2) F 2 • Ordne Datenbank-Knoten Gruppen von Knoten (Servern) zu (phys. Organisation) N 3 (F 1) • Datenbank verbleibt im Arbeitsspeicher mit Sicherung in definierten Zeitintervallen (Checkpoints) auf Festplatte Gruppe 1 Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp Primäre und 45 zu Gruppen F 3 (F 4) N 4 N 2 F 4 Gruppen von Knoten (F 3) Gruppe 2 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Beispiel: My. SQL Cluster Minimale redundante Konfiguration Commit Transactions Disk Checkpoints Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp (F 1) Disk Checkpoints 46 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Systemarchitektur Server mit redundanter Datenbank Management Knoten Datenbank-Knoten (Data Nodes) (gedoppelt) Back-End Processors My. SQL Server (Load Sharing) A SB Main Controllers = CPU Internes Netzwerk (Gb. E) Front-End Processors Internes Netzwerk (Gb. E) Switch Uplinks IP Netz A: Aktiv SB: Standby (in Bereitschaft) Gb. E: Gigabit Ethernet Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 47 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Aufgaben der Systemkomponenten Management Knoten: • Starten alle Prozesse im Cluster • Stellen Benutzerschnittstelle zur Verfügung My. SQL Server: • Starten Leseanfragen und Schreibanfragen in den Datenbank. Knoten • Arbeiten in Lastverteilung (load sharing) Datenbank-Knoten: • führen die redundante Datenbank, Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 48 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Kritischer Pfad Time to recover Data Node 1 Fällt F 1 Data Node 1 (F 2) Data Node 2 F 2 (F 1) F 1 Data Node 1 Einsatzbereit Data Node 11 Data (F 2) F 1 (F 2) F 2 Data Node 1 F 1 (F 1) Data Node 2 F 2 (F 1) Data Node 2 kompensiert gle Einzelkämpfer (Sin is … Point of Failure) b Verlust und Wiederherstellung (Recovery) eines Datenbank-Knoten: • bei Verlust eines Knotens wird das Spiegel-Fragment im anderen Knoten aktiv • jedoch ist das System jetzt nicht mehr redundant und daher gefährdet bis zur … • … Wiederherstellung des verlorenen Datenbank-Knotens Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 49 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Fail-Over Konzept Management Knoten: • Konsequenz eines Verlustes: Keine Benutzerschnittstelle mehr, das Cluster arbeitet ohne Management weiter. • Redundanz: Active/Standby My. SQL Server: • Konsequenz eines Verlustes: Weniger Leistung, jedoch kein Datenverlust, da Anwendungen (= My. SQL Server) und Daten (= Datenbank-Knoten) getrennt sind. • Redundanz: N+1 mit Lastverteilung (Load Sharing) Datenbank-Knoten: • Konsequenz eines Verlustes: Kein Datenverlust, jedoch keine Absicherung mehr (Einzelkämpferposition des verbleibenden Spiegels), bis der Knoten wieder einsatzbereit ist. • Redundanz: bis zu 3 Kopien der Daten (bis zu 3 Spiegel-Fragmente im Arbeitsspeicher) Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 50 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013

Kommunikationssysteme ENDE Teil 1. 4 Planung und Dimensionierung Kommunikationssysteme, Teil 1. 4, S. Rupp 51 Informatik Master, PM 2100. 1, 2013