Teil 4 - Planung und Dimensionierung

Report
Technik der digitalen Netze
Teil 4 – Planung und Dimensionierung
Stephan Rupp
Nachrichtentechnik
www.dhbw-stuttgart.de
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Inhalt
Planung und Dimensionierung
•
IP-basierte Netze
•
Voice over IP
•
Verkehrsmodelle und Systemdimensionierung
•
Daten und Redundanz
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
2
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
IP basierende Netze - Subnetworks
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 den Übergang zwischen den Subnetworks.
Host 2
Host 4
Host 6
Router
LAN
Host 1
SubNetWork
Host 3
Host 5
Quelle: Harald Orlamünder
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
3
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Verbinden von Teilnetzen (1)
Internet
Nutzer
IP Subnetwork
IP Subnetwork
IP Router
Internet
Nutzer
IP Subnetwork
IP Subnetwork
IP Subnetworks werden durch IP Router miteinander verbunden.
Der IP Router besitzt eine IP-Adresse per Port.
Quelle: Harald Orlamünder
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
4
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Verbinden von Teilnetzen (2)
Internet
Nutzer
IP Subnetwork
IP Subnetwork
IP Router
IP Router
Internet
Nutzer
IP Subnetwork
IP Subnetwork
Um eine größere Strecke zu überwinden
wird ein Router-Paar eingesetzt.
Quelle: Harald Orlamünder
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
5
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
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
IP
Subnetwork
Autonomous
System
IP
Subnetwork
In der OSI-Welt wird das
Autonome System “Routing
Domain” genannt.
Quelle: Harald Orlamünder
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
6
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Verbinden Autonomer Systeme
Autonomous System 1
IP
Subnetwork
Autonomous
System 3
Interior
Routing
Protocols
Exterior Routing
Protocols
IP
Subnetwork
IP
Subnetwork
IP
Subnetwork
IP
Subnetwork
IP
Subnetwork
Autonomous
System 2
IP
Subnetwork
IP
Subnetwork
IP
Subnetwork
Quelle: Harald Orlamünder
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6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
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
R
R
N
S
S
ISP
Quelle: Harald Orlamünder
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8
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
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
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
S
S
ISP
Standort A
9
Standort B
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Das Internet als Netz
R
R
N
ISP 1
ISP 2
S
S
R
N
N = Network Access Server
R = Router
S = Server
CIX = Commercial Internet Exchange
ISP = Internet Service Provider
R
R
R
N
N
1.
N
R
S
2.
CIX
R
R
R
N
ISP 4
S
R
3.
Back- R
bone
ISP
R3
S
N
Internet
R
1. Router-Paar
2. unabhängiger Router „CIX“
3. unabhängiges IP-Backbone
N
Quelle: Harald Orlamünder
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
10
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Inhalt
Planung und Dimensionierung
•
IP-basierte Netze
•
Voice over IP
•
Verkehrsmodelle und Systemdimensionierung
•
Daten und Redundanz
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6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Sprachpakete im Internet
• Digitalisieren
• Kodieren
• Paketieren
• Auspacken
• Dekodieren
• Übertragen
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12
• Zusammensetzen
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Voice over IP
Von Mund zu Ohr: Telefonieren verträgt wenig Verzögerungen
0 - 25 ms
Gut - akzeptabel
150 ms
400 ms
verständlich
Nicht akzeptabel
Roger and
over ...
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
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Öffentliche Netze
Festnetz
Media Servers
• announcements
• customised tunes
• conferences
• voice mail
• streaming media
• trunking gateways
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
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
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6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
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
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
15
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Erst registrieren, dann telefonieren
Register
OK
User Agent
Registrar
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
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
16
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
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
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6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Verbindungsuafbau mit SIP
SIP Transaktion
C lie nt
•
SIP funktioniert wie HTTP (Web) oder
SMTP (Mail)
•
SIP ist ein textbasiertes Protocol wie
HTTP
S e rve r
IN V IT E
1 0 0 (T rying )
1 8 0 (R ing ing )
•
Client schickt Service Requests und
empfängt Service Responses
•
Server empfängt Requests und verschickt
Responses
2 0 0 (O K )
•
Eine SIP Transaktion besteht aus SIP
•
Request (Anfrage)
•
Ggf. Responses über Zwischenstände
•
Response (Antwort)
•
Transaktionen sind durchnumeriert
(command sequence numbers, Cseq)
ACK
BYE
2 0 0 (O K )
Quelle: Gerd Siegmund
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18
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
SIP Adressen
Universal Resource Locators (URL)
Sind Namen, wie E-Mail Adressen (SMTP)
Beispiele für SIP Addressen:
sip:[email protected]
sip:[email protected]
sip:[email protected]
Um die SIP Adresse in eine Netzadrese zu übersetzten, wird DNS
(Domain Name Service) verwendet, sowie der Location Server
Quelle: Gerd Siegmund
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
19
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
SIP Nachrichten (Messages)
Request-Line
Status-Line
Define
transaction
general-header
request-header
response-header
entity-header
Describe
transaction
start line
generic
message
message header
CRLF
message
body
CRLF
Blank
line
SDP
message body
Exchange
capabilities
Quelle: Gerd Siegmund
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
20
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Beispiel für eine SIP Nachricht
Request/Status Zeile
Header
Body
INVITE sip:[email protected] SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP kton.bell-tel.com
From: A. Bell <sip:[email protected]>;tag=3
To: T. Watson <sip:[email protected]>
Call-ID: [email protected]
CSeq: 1 INVITE
Contact: <sip:[email protected]>
Subject: Mr. Watson, come here.
Content-Type: application/sdp
Content-Length: ...
v=0
o=bell 53655765 2353687637 IN IP4 128.3.4.5
s=Mr. Watson, come here.
t=3149328600 0
c=IN IP4 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 G723/8000
a=rtpmap:5 DVI4/8000
Quelle: Gerd Siegmund
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
21
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
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
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
22
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
SIP Status Codes
Wie HTTP Response Codes
1xx Informational
( e.g. 100 Trying, 180 Ringing )
2xx Successful
( e.g 200 OK)
3xx Redirection
( e.g. 302 Moved Temporarily )
4xx Request Failure
( e.g 404 Not Found, 482 Loop Detected )
5xx Server Failure
( e.g 501 Not Implemented )
6xx Global Failure
( 603 Decline )
Quelle: Gerd Siegmund
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
23
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
SIP mit Rufumleitung (Redirect)
berlin.de
1
cologne.de
INVITE
2
302 Move temporarily
3
ACK
munich.de
Redirect Server
[email protected]
[email protected]
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
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
24
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
SIP mit Verzweigung (Call Forking)
berlin.de
1
munich.de
INVITE
2
100 Trying
6
200 OK
[email protected]
Proxy Server
3
INVITE
SIP enabled
5
CANCEL
mobile phone
3
INVITE
SIP enabled
5
CANCEL
3
INVITE
5
CANCEL
3
INVITE
4
200 OK
Organizer
SIP Phone
SIP Client
[email protected]
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
7
ACK
8
Media Session
9
BYE
10
200 OK
Quelle: Gerd Siegmund
25
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
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
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
26
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
SIP und SDP
SIP
INVITE sip:[email protected] SIP/2.0
To: sip:[email protected]
From: sip:[email protected]
Call-ID: [email protected]
Cseq: 1 INVITE
Contact: [email protected]
c=IN IP4 128.59.19.38
m=audio 5100 RTP/AVP 0
macrosoft.com
Internet IPv4
c=IN IP4 128.59.19.38
m=audio 5100 RTP/AVP 0
SDP
Audio
Quelle: Gerd Siegmund
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
Zieladresse
27
Port
Transp.=RTP
G.711
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Ein Beispiel
INVITE sip:[email protected] SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP kton.bell-tel.com
From: A. Bell <sip:[email protected]>;tag=3
To: T. Watson <sip:[email protected]>
Call-ID: [email protected]
SDP im SIP
Message Body
Protocol version number
Owner/creator and session identifier
Session name
Time session starts and stops
Connection information
Media information
CSeq: 1 INVITE
Contact: <sip:[email protected]>
Subject: Mr. Watson, come here.
Content-Type: application/sdp
Content-Length: ...
v=0
o=bell 53655765 2353687637 IN IP4 128.3.4.5
s=Mr. Watson, come here.
t=3149328600 0
c=IN IP4 kton.bell-tel.com
m=audio 3456 RTP/AVP 0 4
a=rtpmap:0 PCMU/8000
a=rtpmap:4 G723/8000
Attributes
Quelle: Gerd Siegmund
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
28
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Inhalt
Planung und Dimensionierung
•
IP-basierte Netze
•
Voice over IP
•
Verkehrsmodelle und Systemdimensionierung
•
Daten und Redundanz
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
29
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Beispiel: Öffentliche Netze
SIP Call Server
Medien-Server
Medien-Server
• Ansagen
• Konferenzen
• Mailbox
•…
Telefonnetz
Gateway
IP Netz
(Netzbetreiber)
Mobilfunknetz
Gateway
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
30
Call Server
• verarbeitet
Transaktionen für
Telefongespräche (SIP
call control)
• steuert Medien-Server
& Gateways
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
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)
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
31
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Bemessungsgrößen (2)
Durchsatz (Througpout, Verkehr in bit/s)
Eingangspuffer
Systemmodell
Ausgangspuffer
Prozessor
SIP-Nachrichten
SIP-Nachrichten
1000 tps (bei 80%
Systemauslastung)
•
Pro Transaktion: 3 Nachrichten mit 10 kBit 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)
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
32
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Modell des Call Servers
Systemmodell
Eingangspuffer
Ausgangspuffer
Prozessor
SIP-Nachrichten
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, ...)
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
33
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
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
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
34
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
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?
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
35
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Nichtfunktionale Anforderungen
Beispiel: 2x Redundanz als Designvorgabe
RAID
bzgl. Verfügbarkeit
•
Speicher: Disks in RAID Konfiguration
(z.B. RAID1)
•
Prozessor:
–
synch
Cluster-Konfiguration mit 2x
Prozessoren
Datenbank im Arbeitsspeicher
–
Synchronisation der
Arbeitsspeicher im Cluster
Network
Switch-over und Fail-over mit
gleichen IP-Adressen
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
processor
switch
–
–
storage
client
36
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Call Server - Zusammenfassung
Funktionale Anforderungen
Verkehrsmodell (Erfahrungswerte):
•
1 Mio Teilnehmer (subscribers)
•
500 kBytes 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 kBits 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
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
37
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Beispiel: Medien-Server
Video/Audio
Life TV/
On Demand
Local TV
Medien-Server
Node B/BTS
GGSN/HA
IP Netz
RAN
(3G//WiMax/4G)
CMTS
DSLAM
CaTV
RNC/AC
DSL
STB
STB
CMTS: Cable Modem
Termination Server
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
38
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Modell des Medien-Servers
12 Gbps
(0.64 Gbps)
10 Gbps
(0.64 Gbps)
Processor
Ausgangsverkehr
Eingangsverkehr
Arbeitsspeicher
Festplatte
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 aktivenSessions)
(8GB)
250 GB (5000 videos)
(80 GB)
Wireline Networks
2 Mbps per session
10 Gbps total traffic
Verkehrsmodell
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
39
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Systemarchitektur des Medien-Servers
Main
Controllers
Session
Processors
Internes Netzwerk (10GbE)
Media Processors
(DSP, transcoding)
Switches
Uplinks (10GbE)
IP Netz
DSP: Digitaler Signalprozessor (spezialisiert auf Bildverarbeitung bzw. Audioverarbeitung, beispielsweise zum umkodieren von Formaten)
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
40
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
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
AG1: 10 Zellen
AG2: 20 AG1
Video Streams:
128 kbit/s
3 Minuten Dauer
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
41
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
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?
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
42
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Inhalt
Planung und Dimensionierung
•
IP-basierte Netze
•
Voice over IP
•
Verkehrsmodelle und Systemdimensionierung
•
Daten und Redundanz
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
43
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
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.
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
44
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Lösung: Redundante Datenbank
Datenbank
Fragmente
Datenbank-Knoten (Data Nodes)
F1
F1
F2
F3
F4
F3
(F2)
(F1)
(F4)
(F3)
F4
N1
N2
N3
N4
F2
Verteilte Datenbank:
• Definiere Fragmente (F1, F2, …)
• Ordne Fragmente den Datenbank-Knoten
inkl. Spiegel-Fragmenten zu (logische
Organisation)
• Fragmente werden zwischen den DatenbankKnoten auf pro Transaktion synchronisiert
• Ordne Datenbank-Knoten Gruppen von
Knoten (Servern) zu (phys. Organisation)
• Datenbank verbleibt im Arbeitsspeicher mit
Sicherung in definierten Zeitintervallen
(Checkpoints) auf Festplatte
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
Primäre und
Sekundäre
Fragmente
Zuordung der Knoten
zu Gruppen
F1
(F2)
N1
F2
N3 (F1)
Gruppe 1
45
F3
(F4)
N4
N2
Gruppen
von Knoten
F4
(F3)
Gruppe 2
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Beispiel: MySQL Cluster
Minimale redundante Konfiguration
Commit Transactions
Disk Checkpoints
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
(F1)
Disk Checkpoints
46
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Systemarchitektur
Server mit redundanter Datenbank
Management
Knoten
Datenbank-Knoten
(Data Nodes)
(gedoppelt)
Back-End
Processors
A
SB
Main
Controllers
= CPU
Internes Netzwerk (GbE)
MySQL Server
(Load Sharing)
Front-End
Processors
Internes Netzwerk (GbE)
Switch
Switch
Uplinks
IP Netz
A: Aktiv
SB: Standby (in Bereitschaft)
GbE: Gigabit Ethernet
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
47
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Aufgaben der Systemkomponenten
Management Knoten:
•
Starten alle Prozesse im Cluster
•
Stellen Benutzerschnittstelle zur Verfügung
MySQL Server:
•
Starten Leseanfragen und Schreibanfragen in den DatenbankKnoten
•
Arbeiten in Lastverteilung (load sharing)
Datenbank-Knoten:
•
führen die redundante Datenbank,
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
48
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Kritischer Pfad
Time to recover
Data Node 1 Fällt
F1
Data Node 1
(F2)
Data Node 2
F2
(F1)
F1
Data Node 1 Einsatzbereit
Data Node
Node 11
Data
(F2)
F1
(F2)
F2
Data Node 2
Data Node 1
F1
(F1)
Data Node 2
F2
(F1)
Data Node 2 kompensiert
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
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
49
6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Fail-Over Konzept
Management Knoten:
•
Konsequenz eines Verlustes: Keine Benutzerschnittstelle mehr, das Cluster
arbeitet ohne Management weiter.
•
Redundanz: Active/Standby
MySQL Server:
•
Konsequenz eines Verlustes: Weniger Leistung, jedoch kein Datenverlust,
da Anwendungen (= MySQL 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)
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
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6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014
Kommunikationssysteme
ENDE Teil 4
Planung und Dimensionierung
Technik der digitalen Netze, Teil 4, S. Rupp
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6. Semester, Nachrichtentechnik, 2014

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