Network High Availability - administrator-tutorials

In der heutigen digitalen Welt ist Netzwerkverfügbarkeit entscheidend für den Erfolg vieler Unternehmen und Anwendungen. Ein Netzwerkausfall kann verheerende Auswirkungen auf den Betrieb haben, von Produktionsstillständen bis hin zu Kundenverlusten. Daher ist es entscheidend, Netzwerke hochverfügbar zu gestalten, sodass auch im Falle eines Hardware- oder Softwarefehlers der Netzwerkbetrieb aufrechterhalten wird.

In diesem Blogbeitrag werden wir uns mit Konzepten und Tools für Network High Availability unter Linux beschäftigen. Wir gehen auf die wichtigsten Technologien ein, wie Bonding, Failover, Load Balancing, Keepalived und Corosync/Pacemaker, und zeigen, wie Sie Ihr Netzwerk robust und ausfallsicher gestalten können.

Warum Network High Availability?

High Availability (HA) bedeutet, dass ein System so ausgelegt ist, dass es auch bei Hardware- oder Softwareausfällen kontinuierlich verfügbar bleibt. Bei Netzwerken umfasst dies den Schutz gegen Ausfälle von Netzwerkgeräten, Servern, Switches und sogar ganzen Rechenzentren. Ziele einer hochverfügbaren Netzwerkumgebung sind:

Minimale Ausfallzeit bei Hardware- oder Netzwerkproblemen.
Automatische Wiederherstellung des Netzwerks ohne manuelle Eingriffe.
Lastverteilung über mehrere Netzwerkpfade oder Server, um die Leistung zu steigern.

Konzepte der Netzwerkausfallsicherheit

Es gibt mehrere Konzepte und Technologien, die für Network High Availability in Linux-Umgebungen genutzt werden können. Diese Konzepte arbeiten oft zusammen, um eine zuverlässige und widerstandsfähige Netzwerkarchitektur zu gewährleisten.

1. Netzwerk-Bonding

Netzwerk-Bonding (auch Link Aggregation genannt) ist eine Technik, die mehrere physische Netzwerkinterfaces zu einem einzigen logischen Interface zusammenführt. Dies ermöglicht eine höhere Bandbreite und erhöht die Redundanz. Wenn eine physische Netzwerkschnittstelle ausfällt, übernimmt die andere automatisch die Last.

Typen von Netzwerk-Bonding:

Active Backup (mode=1): Im Active-Backup-Modus ist eine Netzwerkschnittstelle aktiv, während die anderen inaktiv sind. Wenn die aktive Schnittstelle ausfällt, wechselt das System automatisch zur Backup-Schnittstelle.
Load Balancing (mode=balance-rr): Daten werden gleichmäßig auf alle verfügbaren Interfaces verteilt, was die Netzwerklast verringert und die Bandbreite erhöht.

Beispiel: Bonding-Konfiguration unter Linux

Um Bonding zu konfigurieren, bearbeiten Sie die Netzwerkkonfigurationsdateien. Eine typische ifcfg-bond0-Datei könnte wie folgt aussehen:

DEVICE=bond0
TYPE=Bond
BONDING_OPTS="mode=1 miimon=100"
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=none
IPADDR=192.168.1.10
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.1.1

Die Netzwerkschnittstellen, die zum Bond gehören sollen, müssen ebenfalls in ihren Konfigurationsdateien entsprechend angepasst werden. Beispiel für ifcfg-eth0 und ifcfg-eth1:

DEVICE=eth0
MASTER=bond0
SLAVE=yes
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=none

2. Keepalived – Failover-Mechanismus für IP-Adressen

Keepalived ist ein Daemon, der für IP-Failover und Lastverteilung verwendet wird. Es ermöglicht die Überwachung von Netzwerkschnittstellen und kann im Falle eines Ausfalls einer Ressource wie einer IP-Adresse oder eines Netzwerkgeräts ein Failover auf eine Backup-Ressource durchführen.

Funktionsweise von Keepalived:

Keepalived verwendet das Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP), um eine virtuelle IP-Adresse zwischen mehreren Servern zu teilen.
Der Master hält die virtuelle IP-Adresse, während der Backup-Server diese IP übernimmt, wenn der Master ausfällt.

Beispiel: Keepalived-Konfiguration

Eine einfache Keepalived-Konfigurationsdatei (/etc/keepalived/keepalived.conf) könnte wie folgt aussehen:

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100
    }
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1234
    }
}

In dieser Konfiguration wird die virtuelle IP 192.168.1.100 auf dem Interface eth0 gehalten. Wenn der Master ausfällt, übernimmt ein Backup-Server mit einer niedrigeren Priorität die virtuelle IP.

3. Load Balancing – Lastverteilung für Netzwerkdienste

Load Balancing ist eine Technik, die den Datenverkehr auf mehrere Server oder Netzwerkschnittstellen verteilt, um die Effizienz und Verfügbarkeit eines Dienstes zu erhöhen. Dies kann auf Netzwerkebene (Layer 3 und 4) oder auf Anwendungsebene (Layer 7) erfolgen.

Unter Linux kann Load Balancing auf verschiedenen Ebenen implementiert werden:

Layer 4 Load Balancing (Transport Layer): Tools wie Keepalived oder Linux Virtual Server (LVS) können den Datenverkehr auf Basis der IP-Adressen und Ports verteilen.
Layer 7 Load Balancing (Application Layer): Tools wie HAProxy oder NGINX verteilen den HTTP/HTTPS-Verkehr basierend auf Anwendungsanforderungen wie URL, Header oder Cookies.

HAProxy ist ein häufig verwendetes Tool für Application-Layer Load Balancing. Hier ein Beispiel für eine einfache HAProxy-Konfiguration:

frontend http-in
    bind *:80
    default_backend servers

backend servers
    balance roundrobin
    server web1 192.168.1.101:80 check
    server web2 192.168.1.102:80 check

Mit dieser Konfiguration wird eingehender HTTP-Datenverkehr auf die beiden Webserver 192.168.1.101 und 192.168.1.102 im Round-Robin-Verfahren verteilt.

4. Corosync und Pacemaker – Cluster-Management und Failover

Corosync und Pacemaker sind Tools zur Verwaltung von High Availability Clustern. Sie arbeiten zusammen, um Ressourcen, einschließlich Netzwerkdiensten und IP-Adressen, in einem Cluster zu verwalten und zu überwachen.

Corosync: Zuständig für die Kommunikation und Konsensbildung zwischen den Cluster-Knoten.
Pacemaker: Verwendet Corosync, um die Cluster-Ressourcen wie Datenbankserver, Webserver oder virtuelle IP-Adressen zu verwalten. Wenn ein Knoten ausfällt, startet Pacemaker die Dienste auf einem anderen Knoten neu.

Beispiel: Pacemaker für Netzwerk-HA

Pacemaker kann verwendet werden, um Netzwerkschnittstellen und virtuelle IP-Adressen zu überwachen. Dies ist nützlich in Clustern, in denen ein Ausfall eines Servers keine Downtime verursachen soll.

Ein einfaches Beispiel für das Erstellen einer virtuellen IP-Adresse mit Pacemaker könnte wie folgt aussehen:

pcs resource create ClusterIP ocf:heartbeat:IPaddr2 ip=192.168.1.200 cidr_netmask=24 op monitor interval=30s

Dieses Setup überwacht die IP-Adresse 192.168.1.200. Falls der Server, der diese IP-Adresse hostet, ausfällt, wird sie auf einem anderen Cluster-Knoten aktiviert.

Fazit

Network High Availability unter Linux bietet eine Vielzahl von Tools und Techniken, um Netzwerke resilient und ausfallsicher zu gestalten. Durch den Einsatz von Bonding, Keepalived, Load Balancing und Cluster-Technologien wie Corosync/Pacemaker können Administratoren sicherstellen, dass das Netzwerk auch im Falle von Hardwareausfällen oder anderen Störungen nahtlos weiterläuft.

Eine gut durchdachte Hochverfügbarkeitslösung erhöht nicht nur die Ausfallsicherheit, sondern trägt auch zur Leistungsoptimierung bei, indem Lasten effizient verteilt werden. Die Kombination dieser Technologien ist in modernen IT-Umgebungen unerlässlich, um die Kontinuität des Geschäftsbetriebs zu gewährleisten und sicherzustellen, dass Netzwerke jederzeit zuverlässig verfügbar sind.