Hyperkonvergovaná infrastruktura: jak funguje a není to jen další buzzword?

V cloudu zajišťují výpočetní výkon servery, storage je zpravidla oddělená a vše je do sítě zapojeno přes switche a další síťové prvky. Architektura hyperkonvergované infrastruktury (HCI) je jiná, byť se na první pohled zdá, že má s cloudem hodně společného.

HCI je softwarově definovaná infrastruktura, která integruje výpočetní výkon, úložiště i síťové prvky do jednoho systému a umožňuje jejich centrální správu. Značná část architektury přitom neběží na několika různých typech hardware, ale pouze na serverech.

Takto navržená architektura umožňuje nahradit komplexní infrastrukturu, kterou běžně poskytují nadnárodní provideři typu AWS. Ušetří na nákladech a přináší řešení pro případy, kdy je z bezpečnostních nebo legislativních důvodů potřeba uchovávat data lokálně, nikoli ve veřejném cloudu.

Rozdíl mezi tradiční infrastrukturou, HCI a cloudem

Základem tradiční infrastruktury jsou 3 složky – servery zajišťující výpočetní výkon, úložiště a síť. Tyto složky jsou vzájemně propojeny a komunikují spolu, ale spravují se individuálně.

Pro dosažení optimální kompatibility jednotlivých prvků infrastruktury, se často volí hardware od jednoho výrobce. Oficiálně se tento přístup dá dohledat pod pojmem konvergovaná infrastruktura. Stále jde o tradiční typ infrastruktury s jediným rozdílem – servery, switche i disková pole jsou od stejného vendora, např. Dell EMC nebo Cisco.

V praxi se k takovému řešení přistupuje zpravidla už při nákupu. Je totiž jednodušší si od výrobce pořídit rovnou celý „balík“ hardware, než řešit výběr jednotlivých kusů zvlášť a riskovat, že bude chybět třeba modul síťové karty či jiná komponenta.

Provázanost jednotlivých prvků ale určitým způsobem svazuje ruce a většinou se i hodně prodraží. Infrastruktura je závislá pouze na jednom dodavateli. Všechny upgrady je vždy potřeba řešit právě s ním. V opačném případě je velká pravděpodobnost, že infrastruktura nebude fungovat. Vlivem implementace komponenty jiného výrobce můžete rovněž přijít o support.

Kvůli vysokým nákladům i rostoucímu tlaku na flexibilitu při rozšiřování zdrojů se ale od specializovaného hardware upouští. Například drahou fiber storage postupně vytlačuje iSCSI protokol standardní IP sítě a vysoká dostupnost úložiště se přesouvá na úroveň software. Vše se přitom provozuje na klasickém serveru (hardware typu x86), tj. úložiště známé pod názvem softwarově definovaná storage.

Protože servery i storage běží na stejném typu hardware, většinou x86, a jsou připojeny do sítě přes switche, je jednodušší vše spojit dohromady. Na stejném serveru pak bude jak virtualizovaný výpočetní výkon, tak storage i některé síťové prvky. Tato kombinace představuje hyperkonvergovanou infrastrukturu.

Rozdíl mezi tradiční, konvergovanou a hyperkonvergovanou infrastrukturou.

Cloud oproti tomu sestává z fyzického výpočetního výkonu, storage systému a síťových komponent, které propojuje pomocí virtualizace a poskytuje je jako služby, které mohou využívat aplikace či uživatelé, snadno je konfigurovat a nasazovat třeba přes API.

Jaký je tedy vztah mezi cloudem a hyperkonvergovanou infrastrukturou? Není HCI jen jiným názvem pro cloud? Ano i ne. Je to spíše tak, že cloud a HCI se dobře doplňují. Dá se říct, že hyperkonvergovaná infrastruktura je jedním ze způsobů, jak cloud implementovat.

Plusy a minusy hyperkonvergované infrastruktury

Hyperkonvergovaná infrastruktura umožňuje zprovoznění sofistikované architektury cloudu, jakou poskytuje třeba AWS, za řádově nižší částky. Navíc vyžaduje nižší investice do hardware a minimální konfiguraci. Mezi její výhody patří:

• privátní infrastruktura – odstraňuje veškerá rizika veřejného cloudu. Data zpracovává lokálně a může pomoct splnit různé legislativní požadavky.
• úspora na hardware – k sestavení je potřeba pořídit jen server x86 a síťové prvky. Odpadá tedy nákup specializovaného hardware. Storage i některé části sítě se tvoří na úrovni software, např. ve VMware vSphere.
• snadné škálování – když vám nestačí výkon nebo máte nedostatek úložiště, stačí dokoupit nový server a zapojit ho do clusteru.
• jednoduchá konfigurace – nově připojený server do clusteru nevyžaduje žádné zdlouhavé nastavení. Softwarová vrstva konfiguraci usnadní.
• centrální správa – všechny prvky infrastruktury se spravují z jednoho místa, a proto není nutné se přihlašovat do několika různých portálů.

Komplexnost hyperkonvergované infrastruktury nemusí být vždy žádoucí a má i své nevýhody:

• tlak na lineární škálování – někdy potřebujete spíš vyšší výkon, jindy rozšířit kapacity storage, s HCI si ale vždy koupíte unifikovaný server, jehož součástí je obojí. Ve výsledku skončíte sice s ideálním množstvím CPU, ale kapacitu úložiště už nenaplníte.
• nepraktické updaty – updatovat server u tradiční infrastruktury znamená přijít pouze o výkon. Velikost úložiště se však v případě použití diskového pole nemění. Při updatování serveru, který je součástí hyperkonvergované infrastruktury, ale přicházíte s výkonem dočasně i o kapacitu úložiště celého clusteru.
• složitý debugging – proces hledání a řešení chyb je u HCI náročný a vyžaduje znalosti někoho, kdo se v systému dobře vyzná a rozumí mu.

Dostupné nástroje, varianty HCI a použití

HCI tedy v základu obsahuje výpočetní výkon virtualizovaný přes hypervizorHypervizorHypervizor umí virtualizovat hardware do izolovaných virtuálních strojů.více, softwarově definovanou storage a softwarově definovaný networking, tedy síťové prvky. Nástroje pro vytvoření a správu všech prvků infrastruktury jsou součástí komplexních systémů. K těm nejznámějším patří například VMware vSAN, Nutanix Acropolis, Cisco HyperFlex, NetApp HCI nebo Dell EMC VxRail.

Některá zařízení se dají pořídit předinstalovaná. Nativně mají implementovaný hypervizor i řadič úložiště, což výrazně usnadní počáteční konfiguraci, která vyžaduje hlubší znalosti konkrétního nástroje, pro nějž se firma rozhodne.

V opačném případě mohou posloužit i servery, které firma už dávno používá. Stačí si ověřit, zda jejich parametry odpovídají hardwarovým nárokům softwaru.

Před implementací by se měly stanovit nároky na celý cluster, počet požadovaných replik dat i očekávaný růst do budoucna. Z toho už se dá vyvodit, kolik uzlů s jakými parametry by infrastruktura měla mít, a to i s ohledem na určitou odolnost vůči selhání, tzn. o kolik uzlů lze přijít, aniž by se to negativně projevilo na provozu.

Kompletní virtualizace infrastruktury, její sestavení i správa na úrovni software ne vždy nabývá svého potenciálu. Otázka tedy je: V jakých případech může být užitečným pomocníkem?

Když víte, že kapacita úložiště i výkonu narůstají rovnoměrně, je použití hyperkonvergované infrastruktury přesně pro vás.

Pokud opakovaně navyšujete především kapacitu storage, ale výkon vám dlouhodobě stačí, hrozí, že na implementaci HCI spíš proděláte a budete zbytečně utrácet peníze za navyšování výkonu, který vlastně nevyužijete. Stejně tak pokud potřebujete zvyšovat výkon, ale kapacita úložiště je dostatečná.

Někteří dodavatelé software nabízejí i tzv. disagregované varianty HCI, v nichž jsou CPU a paměť odděleny od úložiště na dvou samostatných zařízení. Tady už zřejmě řada uživatelů přestane vnímat rozdíl mezi konvergovanou a hyperkonvergovanou infrastrukturou.

Hyperkonvergovaná infrastruktura nemusí být nutně pro každého, může se ale hodit pro některé části byznysu, např. pro jednu z poboček. V takovém případě jde o tzv. side-by-side implementaci HCI, která koexistuje spolu s tradiční infrastrukturou. Jinou variantou je ještě nasazení „per-application“, jež využívá HCI pro provoz konkrétních aplikací nebo clusterů.