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Kommunikationssysteme Teil 1.4 – Planung und Dimensionierung. Stephan Rupp Informatik Masterstudium. www.dhbw-stuttgart.de . Inhalt. Planung und Dimensionierung IP-basierte Netze Voice over IP Verkehrsmodelle und Systemdimensionierung Daten und Redundanz. - PowerPoint PPT Presentation
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Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 2013
KommunikationssystemeTeil 1.4 – Planung und DimensionierungStephan RuppInformatik Masterstudium
www.dhbw-stuttgart.de
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 20132
Inhalt
Planung und Dimensionierung
• IP-basierte Netze
• Voice over IP
• Verkehrsmodelle und Systemdimensionierung
• Daten und Redundanz
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 20133
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.
Sub-Net-Work
Host 2
Host 1 Host 3
Host 6Host 4
Host 5
LANRouter
Quelle: Harald Orlamünder
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 20134
Verbinden von Teilnetzen (1)
IP Subnetworks werden durch IP Router miteinander verbunden.Der IP Router besitzt eine IP-Adresse per Port.
Quelle: Harald Orlamünder
IP Subnetwork IP Subnetwork
IP Subnetwork IP Subnetwork
InternetNutzer
InternetNutzer
IP Router
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 20135
Verbinden von Teilnetzen (2)
Um eine größere Strecke zu überwindenwird ein Router-Paar eingesetzt.
Quelle: Harald Orlamünder
IP Router
IP SubnetworkIP Subnetwork
IP Subnetwork IP Subnetwork
InternetNutzer
InternetNutzer
IP Router
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 20136
IP-Netze: Autonomes System
Ein Autonomes System (AS) besteht aus einer Menge Router und Netze (Sub-networks), die einer gemeinsamen technischen Verwaltung unterstehen.
Das Autonomes System ist charakterisiert durch:• ein gemeinsames Routing-Protokoll (üblicherweise)• volle Erreichbarkeit im AS
Quelle: Harald Orlamünder
In der OSI-Welt wird das Autonome System “Routing
Domain” genannt.
IP Subnetwork
IP Subnetwork
IP Subnetwork
AutonomousSystem
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 20137
Verbinden Autonomer Systeme
Quelle: Harald Orlamünder
IP Subnetwork
IP Subnetwork
IP Subnetwork
IP Subnetwork
IP Subnetwork
IP Subnetwork
IP Subnetwork
IP Subnetwork
IP Subnetwork
Autonomous System 1
Autonomous System 2
Autonomous System 3
Exterior Routing Protocols
Interior Routing Protocols
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 20138
Internet Service Provider (ISP)
Logische Sicht des Netzes
Quelle: Harald Orlamünder
ISP
R = RouterS = ServerN = Network Access Server
zu anderen ISPs oder zum Backbone
Kunde des ISP mitWähl-Zugang
bzw. DSL
Kunde des ISP mitpermanentem Zugang (Mietleitung)
N
N
R
S
R
S
R
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 20139
Internet Service Provider (ISP)
Physikalische Sicht des Netzes
Quelle: Harald Orlamünder
N
N
R
S
R
S
R
Übertragungs-technisches Netz PSTN/ISDN
OVst
zu anderenISPs oderzum Backbone
Standort A Standort B
R = RouterS = ServerN = Network Access ServerOVst = Orts-Vermittlungsstelle ISP
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201310
Das Internet als Netz
Quelle: Harald Orlamünder
N = Network Access ServerR = RouterS = Server
CIX = Commercial Internet ExchangeISP = Internet Service Provider
Internet
ISP 2
ISP 3
ISP 4
ISP 1
Back-bone
R
R
R
R
R
R
R
R
R
N
N
N
N
N
N
S
SS
S
S
N
CIXR
R
R
R
R1.
3.2.
1. Router-Paar2. unabhängiger Router „CIX“3. unabhängiges IP-Backbone
N
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201311
Inhalt
Planung und Dimensionierung
• IP-basierte Netze
• Voice over IP
• Verkehrsmodelle und Systemdimensionierung
• Daten und Redundanz
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201312
Sprachpakete im Internet
• Digitalisieren • Kodieren• Paketieren
• Auspacken • Dekodieren • Zusammensetzen• Übertragen
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201313
Voice over IP
Von Mund zu Ohr: Telefonieren verträgt wenig Verzögerungen
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201314
Öffentliche Netze
IP Network(Carrier)
PSTN
Call Server/Gateway Controller
Media Server
PLMN
Trunking GW
Trunking GW/Signalling Gateway
Call Server• session states• SIP control• H.323 control• MGCP/Megaco
Media Servers• announcements• customised tunes• conferences• voice mail• streaming media• trunking gateways
Mobilnetz
Festnetz
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201315
SIP Happens
SIP: Session Initiation Protocol (Signalisierungsprotokoll für Sessions)
• 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
SIP User Agent
Request
Response
SIP User Agent
Quelle: Gerd Siegmund
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201316
Erst registrieren, dann telefonieren
Registrar• nimmt “REGISTER requests” an und registriert Teilnehmer• Üblicherweise im SIP-Server implementiert• Verwendet SIP Location Service im Informationen über Teilnehmer
zugänglich zu machen
User Agent
Register
OK
Registrar
Quelle: Gerd Siegmund
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201317
SIP Server
Proxy Server• Server und Client zur Vermittlung von Sessions• Verwaltet Zustände (states) oder wird zustandslos betrieben
Redirect Server• Nur Server• Vermittelt Server-Adressen
1 2
2
1
3
4
Quelle: Gerd Siegmund
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201318
Verbindungsuafbau mit SIP
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)
Client Server
200(OK)
BYE
ACK
180(Ringing)
100(Trying)
INVITE
200(OK)
Quelle: Gerd Siegmund
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201319
SIP Adressen
Universal Resource Locators (URL)
Sind Namen, wie E-Mail Adressen (SMTP)
Beispiele für SIP Addressen:
sip:hans.muster@musterbau.desip:hans.muster@10.1.1.1sip: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 Informatik Master, PM2100.1, 201320
SIP Nachrichten (Messages)
genericmessage
messagebody
start line
message header
CRLF CRLF
message body
Request-LineStatus-Line
general-headerrequest-headerresponse-headerentity-header
SDP
Definetransaction
Describetransaction
Exchangecapabilities
Blankline
Quelle: Gerd Siegmund
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201321
Beispiel für eine SIP Nachricht
INVITE sip:watson@boston.bell-tel.com SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP kton.bell-tel.comFrom: A. Bell <sip:a.g.bell@bell-tel.com>;tag=3To: T. Watson <sip:watson@bell-tel.com>Call-ID: 662606876@kton.bell-tel.comCSeq: 1 INVITEContact: <sip:a.g.bell@kton.bell-tel.com>Subject: Mr. Watson, come here.Content-Type: application/sdpContent-Length: ...
v=0o=bell 53655765 2353687637 IN IP4 128.3.4.5s=Mr. Watson, come here.t=3149328600 0c=IN IP4 kton.bell-tel.comm=audio 3456 RTP/AVP 0 3 4 5a=rtpmap:0 PCMU/8000a=rtpmap:3 GSM/8000a=rtpmap:4 G723/8000a=rtpmap:5 DVI4/8000
Request/Status Zeile
Header
Body
Quelle: Gerd Siegmund
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201322
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 Informatik Master, PM2100.1, 201323
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
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201324
SIP mit Rufumleitung (Redirect)
Quelle: Gerd Siegmund
302 Move temporarily
ACK
ACK
BYE
200 OK
munich.deberlin.de
bob@munich.dealice@berlin.de
Media Session
INVITE
Redirect Server1
2
12
11
13
14
10
6
7
100 Trying
180 Ringing
200 OK9
INVITE
Proxy Server180 Ringing
200 OK
INVITE
4
5
8
3
cologne.de
munich.de
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201325
SIP mit Verzweigung (Call Forking)
Quelle: Gerd Siegmund
berlin.de
bob@munich.de
alice@berlin.de
ACK
BYE
200 OK
Media Session8
7
9
10
3
100 Trying
6 200 OK
INVITE
Proxy Server
4 200 OK
INVITE
1
2
munich.de
SIP Phone
SIP Client
SIP enabledOrganizer
SIP enabledmobile phone
3 INVITE
3 INVITE
3 INVITE
5 CANCEL
5 CANCEL
5 CANCEL
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201326
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 Informatik Master, PM2100.1, 201327
SIP und SDP
Quelle: Gerd Siegmund
macrosoft.com
INVITE sip:bob@macrosoft.com SIP/2.0To: sip:bob@macrosoft.comFrom: sip:alice@wonderland.comCall-ID: 1234@a.wonderland.comCseq: 1 INVITEContact: alice@a.wonderland.com
c=IN IP4 128.59.19.38m=audio 5100 RTP/AVP 0
SDP
SIP
c=IN IP4 128.59.19.38m=audio 5100 RTP/AVP 0
Internet IPv4 Zieladresse
Audio Port Transp.=RTP G.711
INVITE sip:bob@macrosoft.com SIP/2.0
To: sip:bob@macrosoft.com
c=IN IP4 128.59.19.38
m=audio 5100 RTP/AVP 0
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201328
Ein Beispiel
SDP im SIP Message Body
Quelle: Gerd Siegmund
INVITE sip:watson@boston.bell-tel.com SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP kton.bell-tel.comFrom: A. Bell <sip:a.g.bell@bell-tel.com>;tag=3To: T. Watson <sip:watson@bell-tel.com>Call-ID: 662606876@kton.bell-tel.comCSeq: 1 INVITEContact: <sip:a.g.bell@kton.bell-tel.com>Subject: Mr. Watson, come here.Content-Type: application/sdpContent-Length: ...
v=0o=bell 53655765 2353687637 IN IP4 128.3.4.5s=Mr. Watson, come here.t=3149328600 0c=IN IP4 kton.bell-tel.comm=audio 3456 RTP/AVP 0 4a=rtpmap:0 PCMU/8000a=rtpmap:4 G723/8000
Protocol version number
Owner/creator and session identifier
Session name
Time session starts and stops
Connection information
Media information
Attributes
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201329
Inhalt
Planung und Dimensionierung
• IP-basierte Netze
• Voice over IP
• Verkehrsmodelle und Systemdimensionierung
• Daten und Redundanz
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201330
Beispiel: Öffentliche Netze
SIP Call Server
IP Netz(Netzbetreiber)
Telefonnetz
Call Server
Medien-Server
Mobilfunk-netz
Gateway
Gateway
• verarbeitet Transaktionen für Telefongespräche (SIP call control)
• steuert Medien-Server & Gateways
Medien-Server• Ansagen• Konferenzen• Mailbox• …
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201331
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 Informatik Master, PM2100.1, 201332
Bemessungsgrößen (2)
Durchsatz (Througpout, Verkehr in bit/s)
• 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)
Systemmodell Eingangspuffer Ausgangspuffer
Prozessor
1000 tps (bei 80% Systemauslastung)
SIP-Nachrichten SIP-Nachrichten
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201333
Modell des Call Servers
Nichtfunktionale Anforderungen:• Verfügbarkeit (Redundanz, Kapselung, …)• Sicherheit (Schutz des Systems und der Daten)• Konventionen bzgl. Bauweise (Umgebungsbedingungen: Temperatur, EMV,
mechanische Beanspruchung, Schadstoffe, Brandverhalten, …)
Systemmodell Eingangspuffer Ausgangspuffer
Prozessor
1000 tps (bei 80% Systemauslastung)
SIP-Nachrichten SIP-Nachrichten
Daten 500 MB
30 MBit/s
Arbeitsspeicher und Festplatten
EMV,: elektromagnetische Verträglichkeit (Einstrahlung, Abstrahlung, Spannungsspitzen, ...)
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201334
Verfeinerung des Modells
Dauer der Transaktion
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
Systemmodell Eingangspuffer Ausgangspuffer Prozessor
Cache
Arbeitsspeicher (flüchtig)
Disks (persistent)
Daten:Datenbank,Dateisystem,Betriebssystem
Speichern,Laden,Paging
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201335
Zur Verweildauer der Transaktion
Fast Food Restaurant
Selbstbedienung & Kasse
Restaurant mit Platz für 200 Gäste
Mittlere Aufenthaltsdauer pro Gast: 15 MinutenFrage: Wie viele Gäste pro Stunde (bzw. pro Minute) muss die Kasse
bedienen können?
Eingang Ausgang
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201336
Nichtfunktionale Anforderungen
Beispiel: 2x Redundanz als Designvorgabe
bzgl. Verfügbarkeit• Speicher: Disks in RAID Konfiguration
(z.B. RAID1)
• Prozessor: – Cluster-Konfiguration mit 2x
Prozessoren– Datenbank im Arbeitsspeicher– Synchronisation der
Arbeitsspeicher im Cluster– Switch-over und Fail-over mit
gleichen IP-Adressen
processor
storage
Network
client
synch
RAID
switch
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201337
Call Server - Zusammenfassung
Funktionale AnforderungenVerkehrsmodell (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 NachrichtSystemanforderungen (Ergebnis aus Vorgaben):• 1000 tps (Transaktionen pro Sekunde)• 30 Mbit/s Troughput für Call Control (SIP-Nachrichten)• 500 MBytes Datenbank für Teilnehmerprofile• 50 MBytes ArbeitsspeicherNichtfunktionale Anforderungen: Verfügbarkeit, Umgebungsbedingungen
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201338
Beispiel: Medien-Server
IP Netz
Medien-Server
Life TV/Local TV
Video/AudioOn Demand
RAN(3G//WiMax/4G)
RNC/AC
Node B/BTS
GGSN/HA
DSLAM
STB
DSL
CMTS
STB
CaTV
CMTS: Cable Modem Termination Server
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201339
Modell des Medien-Servers
Processor
Arbeits-speicher
Festplatte
Eingangsverkehr Ausgangsverkehr
12 Gbps(0.64 Gbps)
10 Gbps(0.64 Gbps)
250 GB (5000 videos)(80 GB)
200.000 Subscribers 30 tps 180 s per transaction5000 parallel sessions
Verkehrsmodell
25 GB (10% der aktivenSessions)(8GB)
Wireless Networks128 kbps per session640 Mbps total traffic
Wireline Networks2 Mbps per session10 Gbps total traffic
Gleiches Vorgehen wie beim Call Server, jedoch mehr Datenverkehr
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201340
Systemarchitektur des Medien-Servers
IP Netz
Switches
SessionProcessors
Uplinks (10GbE)
Media Processors(DSP, transcoding)
Internes Netzwerk (10GbE)
Main Controllers
DSP: Digitaler Signalprozessor (spezialisiert auf Bildverarbeitung bzw. Audioverarbeitung, beispielsweise zum umkodieren von Formaten)
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201341
Gymnastik - Medienserver …
… im Mobilfunk Verkehrsmodell36 Mio Teilnehmer1 Transaktion (Video) pro
Teilnehmer in der Haupt-verkehrsstunde
400 Teilnehmer pro Funkzelle
AG1: 10 ZellenAG2: 20 AG1
Video Streams:128 kbit/s3 Minuten Dauer
Media Server(Video Server)
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201342
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 Informatik Master, PM2100.1, 201343
Inhalt
Planung und Dimensionierung
• IP-basierte Netze
• Voice over IP
• Verkehrsmodelle und Systemdimensionierung
• Daten und Redundanz
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201344
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 Informatik Master, PM2100.1, 201345
Lösung: Redundante Datenbank
F1
F2
F3
F4
F1
(F2)
F2
(F1)
F3
(F4)
F4
(F3)
DatenbankDatenbank-Knoten (Data Nodes)
F1
(F2)
F3
(F4)F2
(F1)
F4
(F3)
Gruppen von Knoten
N1 N2 N3 N4
Gruppe 1 Gruppe 2
N1 N2
N3 N4
Fragmente
Zuordung der Knoten zu Gruppen
Primäre undSekundäre Fragmente
Verteilte Datenbank:• Definiere Fragmente (F1, F2, …)• Ordne Fragmente den Datenbank-Knoten
inkl. Spiegel-Fragmenten zu (logische Organisation)
• Fragmente werden zwischen den Datenbank- Knoten 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
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 2013
Minimale redundante Konfiguration
46
Beispiel: MySQL Cluster
(F1)Commit Transactions
Disk Checkpoints Disk Checkpoints
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201347
Systemarchitektur
Server mit redundanter Datenbank
IP Netz
Switch
Front-EndProcessors
Back-EndProcessors
Uplinks
Main Controllers A SB
Management Knoten (gedoppelt)
Switch
Internes Netzwerk (GbE)= CPU
Internes Netzwerk (GbE)
MySQL Server(Load Sharing)
Datenbank-Knoten(Data Nodes)
A: Aktiv
SB: Standby (in Bereitschaft)
GbE: Gigabit Ethernet
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201348
Aufgaben der Systemkomponenten
Management Knoten:
• Starten alle Prozesse im Cluster
• Stellen Benutzerschnittstelle zur Verfügung
MySQL 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 Informatik Master, PM2100.1, 201349
Kritischer Pfad
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
F1
(F2) F2
(F1)
Data Node 1
Data Node 2
F1
(F2) F2
(F1)
Data Node 1
Data Node 2
F1
(F2) F2
(F1)
Data Node 1
Data Node 2F1
Data Node 1
Data Node 1 Fällt Data Node 1 Einsatzbereit
Data Node 2 kompensiert
Time to recover
Einzelkämpfer (Single
Point of Failure) bis …
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201350
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)
Kommunikationssysteme, Teil 1.4, S. Rupp Informatik Master, PM2100.1, 201351
Kommunikationssysteme
ENDE Teil 1.4
Planung und Dimensionierung
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