Niezawodność. sieci LAN

Transkrypt

1 Niezawodność sieci LAN

2 Plan wykładu Wprowadzenie Niezawodność sieci komputerowych Bezpieczeństwo danych Sieci SAN Bezpieczne zasilanie Disaster recovery Podsumowanie

4 Niezawodność Zagadnienie niezawodności systemów w i sieci komputerowych wiążą ążąsię z potrzebą zapewnienia usług ug dyspozycyjności cioraz integralności Dyspozycyjność ść(ang. availability) -usługa uga zapewnia uprawnionym osobom możliwo liwośćciągłego korzystania z zasobów w systemu w dowolnym czasie Integralność ść(ang. integrity)- usługa uga zapewnia, że e dane zawarte w systemie lub przesyłane przez siećnie będąb zmienione lub przekłamane

5 Zagrożenia dyspozycyjności ci w systemach i sieciach Zagrożenia pasywne związane zane z kataklizmami oraz awariami niezależnymi nymi od działańcz człowieka (np( np. powódź,, trzęsienie ziemi, huragan, awaria zasilania, awaria sprzętu) Zagrożenia aktywnepowodowane przez świadome działanie anie człowieka mające na celu zniszczenie lub spowodowanie awarii (np( np.. wirusy, terroryzm, wandalizm, inżynieria społeczna) Ataki typu DoS(ang. Denial of Service) i DDoS(ang ang. Distributed DOS)

6 Powody awarii kabli optycznych Inne Upadające drzewa R oboty ziemne Powódź Broń palna Pożar Sabotaż Gryzonie Linie zasilające Błędy instalatorów Samochody W ykopy Liczba awarii [Dan Crawford. "Fiber optic cable dig-ups -causes and cures". Network Reliability and Interoperability Council website /pubs/nric1/sections/abody.pdf.].]

7 Mechanizmy obrony sieci przed awariami Budowanie sieci z elementów odpornych na awarie, mających jak najmniejsze prawdopodobieństwo uszkodzenia, czyli parametry związane zane z niezawodności cią, np. MTBF Jednak, ponieważ nie ma możliwo liwości całkowitego wyeliminowania prawdopodobieństwa awarii, należy y w procesie projektowania sieci uwzględni dnićtakże e kryteria związane zane z przeżywalno ywalnością(ang. survivability) ) sieci Podstawowym mechanizmem w celu zapewnienia niezawodności jest redundancja(nadmiarowo (nadmiarowość) elementów w sieci LAN

9 Podstawowe pojęcia Mianem przeżywalnych ywalnych(ang. survivable) ) sieci komputerowych określamy sieci, które sąodpowiednio s przygotowane (topologia sieci, przepływy, reguły sterowania przepływem) na wystąpienie uszkodzenia i umożliwiaj liwiają pracę sieci pomimo awarii Mianem samonaprawialnych(ang. self-healing healing) ) sieci komputerowych określamy sieci, które posiadają zdolność śćdo samodzielnego wykrycia uszkodzenia i przekonfigurowania własnych w zasobów w w ten sposób, aby uszkodzenie w jak najmniejszym stopniu wpłyn ynęło na jakość działania ania sieci

10 Koncepcje reakcji na awarię w sieciach przeżywalnych Protekcja(ang ang.. protection). Stosowana zazwyczaj w sposób b rozproszony, bez centralnego sterowania. Zakłada, ada, że e zapasowe zasoby sieci przygotowane na wypadek awarii sąs przydzielane przed wystąpieniem awarii. W momencie awarii następuje tylko przełą łączenie ruchu sieciowego na wcześniej przygotowane zapasowe zasoby, metoda działa a bardzo szybko Odtworzenie(ang. restoration). Stosowany w sposób rozproszony lub scentralizowany. Cechuje siębrakiem wstępnie rezerwowanych zasobów w zapasowych. Po wystąpieniu awarii dynamicznie próbuje odzyskać łączno czność w sieci wykorzystując c wolne zasoby sieci. Czas działania ania jest dość śćduży, ale brak wstępnej rezerwacji zapewnia elastyczność

11 Rodzaje redundacji Sprzętowa towa duplikowane sąs urządzenia sieciowe, serwery, zasilanie itd. Połą łączeń dodawane sąnadmiarowe s łącza w sieci w celu zapewnienia alternatywnych tras przesyłania danych Programowa dodawane sąmechanizmy s wspomagania procesu powrotu sieci do normalnej pracy po awarii

12 Redundancja sprzętowa Należy y w sieci instalowaćnadmiarowe nadmiarowe elementy zabezpieczające ce najważniejsze niejsze funkcje sieci: Zewnętrzen nośniki niki informacji (archiwizacja, streamery,, sieci SAN) Dyskiw w serwerze (mirroring( mirroring, duplexing,, macierze RAID) Serwery(klastry serwerów) w) Przełą łączniki Routery Zasilacze

13 Redundancja połą łączeń Połą łączenia redundancyjne to dodatkowe połą łączenia fizyczne względem połą łączeńpodstawowych Oznacza to, że e w sieci istnieją co najmniej dwie trasy między parą węzłów Gorący backup(ang. Hot Backup) -mechanizm działa w warstwie 2 i do uaktywnienia zapasowych połą łączeń używa protokołu STP(ang. Spanning Tree Protocol) Równoległość(paralelizm) (paralelizm)-mechanizm używa u protokołów routingu działaj ających w warstwie 3 (np( np. RIP, OSPF)

14 Redundancja połą łączeń cd. do przyłączy użytkowników do przyłączy użytkowników do przyłączy użytkowników do przyłączy użytkowników okablowanie poziome Przełączniki warstwy 2 instalowane w KPD Przełączniki dystrybucyjne warstwy 2 instalowane w BPD R I R II R III R IV P I P II P III P IV R A R B Kondygnacyjny Punkt Dystrybucyjny KPD Budynkowy Punkt Dystrybucyjny BPD P A P B Blok budynkowy P k1 R k1 P k2 R k2 Połączenia podstawowe i redundancyjne bloku budynkowego z rdzeniem sieci

15 Samonaprawialne pierścienie Metoda polega na utworzeniu sieci o topologii pierścienia składaj adającej sięze specjalnie skonstruowanych urządze dzeń(przełączników) Zazwyczaj istnieją dwa pierścienie łącz czące ce wszystkie węzły, każdy z tych pierścieni transportuje dane w przeciwnym kierunku W razie awarii węzła w a lub odcinka pierścienia, przełą łączniki przekierowują przepływ z uszkodzonego pierścienia na drugi pierście cień Odtworzenie dla tej metody jest bardzo szybkie, główna wada to narzucona topologia sieci i ograniczona skalowalność Przykład: technologia FDDI

16 FDDI przykład sieci stacja typu DAS S3 stacja typu DAS S2 stacja typu DAS S4 stacja typu DAC S1 stacja typu SAC S5 stacja typu SAC S6 stacja SAS S11 stacja SAS S12 stacja SAS S7 stacja SAS S8 stacja SAS S9 stacja SAS S10

17 Niezawodność FDDI Optyczny układ obejścia (ang. optical bypass) Układ dodatkowego łącza (ang. Dual Homing) pętla FDDI optyczny okład obejściowy uaktywnia się w momencie awarii stacji lub odłączenia połączenie podstawowe (primary linka) połączenie dodatkowe (backup linka) węzeł o szczególnym znaczeniu dla sieci

18 MAC A B MAC A B Niezawodność FDDI cd. stacja 1 MAC A B obejściowy przełącznik optyczny MAC A B stacja 1 (uszkodzona) MAC A B MAC A B stacja 4 B A stacja 2 stacja 4 B A stacja 2 MAC MAC stacja 3 stacja 3

19 MAC A B MAC A B Niezawodność FDDI cd. stacja 1 MAC A B stacja 1 pojedynczy MAC pierścień (po uszkodzeniu stacji 3) A B pojedynczy pierścień (po uszkodzeniu kabla) MAC A B MAC A B stacja 4 B A MAC stacja 2 stacja 4 uszkodzony kabel B A MAC stacja 2 stacja 3 (uszkodzona) stacja 3

20 Redundancja połą łączenia z Internetem Ponieważ w wielu przypadkach działalno alność przedsiębiorstwa/instytucji zależy y od łączno czności ci z Internetem należy y zapewnić wysoką niezawodność tego połą łączenia W tym celu można wykorzystać łącza od dwóch operatorów(ang. dual homing) Aby zapewnić jak największa niezawodność należy sprawdzić czy obydwa podłą łączenia do Internet sąs rozłą łączne(nie mają wspólnych elementów) Można zastosować równoważenie obciąż ążenia (ang. load balancing) ) w celu równomiernego r wykorzystania obu łączy

21 Redundancja programowa Protokół drzewa opinającego STP(ang. Spanning Tree Protocol) ) umożliwia tworzenie w warstwie 2 nadmiarowych łączy, które sąnieaktywne s w celu uniknięcia pętli p w sieci Protokoły routingu w warstwie 3 zapewniają wyznaczenie nowych tras w przypadku awarii sieci Ochrona mechanizmu domyślnej bramy(ang. default gateway) ) w protokole IP

22 Spanning Tree Protocol Mechanizm Spanning Tree Protocol(STP STP) ) jest sprecyzowany w standardzie IEEE 802.1di i ma na celu przeciwdziałania ania powstawaniu pętli p w sieci oraz rekonfiguracji sieci po awarii połą łączenia W tym celu budowany jest graf (topologięsieci) i wyznaczane jest minimalne drzewo opinające ceten graf Wszystkie nieaktywne połą łączenia,, które nie weszły y w skład drzewa opinającego sąużywane s tylko jako połą łączenia rezerwowe,, aktywowane po awarii połą łączenia podstawowego Obecnie aktualny jest standard RapidSTP IEEE 802.1w,, który zapewnia szybszą konwergencję

23 Działanie anie STP Mosty (przełą łączniki) wybierają spośród d siebie korzeń drzewa (ang. root bridge) Następnie każdy most wyznacza najkrótsz tszą trasędo korzenia oraz port związany zany z tątrast trasą,, do którego będąb wysyłane ramki Ruch danych jest zablokowany na portach, które nie zostały y włąw łączone do drzewa opinającego. Algorytm pozwala na równoległe(redundantne) połą łączenia, które normalnie sąnieaktywne, s ale po uszkodzeniu sieci sąs aktywowane po czasie krótszym od minuty

24 STP - przykład

25 Ochrona domyślnej bramy Hot StandbyRouter Protocol(HSRP HSRP) ) jest protokołem opracowanym przez firmęcisco (RFC 2281) w celu ochrony mechanizmu domyślnej bramy (ang. default gateway) ) w protokole IP Podobną funkcjonalność zapewnia protokół Virtual Router Redundancy Protocol(VRRP VRRP) )(RFC3768) Spośród grupy routerówwybierany wybierany jest jeden podstawowy, który działa a jako brama, w przypadku jego awarii kolejny router przejmuje jego funkcję

26 Redundancja minimalnego poziomu Wymagana praca sieci na jedną zmianę Przerwy pracy sieci na konserwację można planować po godzinach pracy Uszkodzenia sieci powodują minimalne stratyi nieznacznie zmniejszają wydajność śćpracy użytkowników. w. Redundancja realizowana jest za pomocą nadmiarowości w sprzęcie cie(duplikacja urządze dzeń) Przykłady: szkoły, biblioteka

27 Redundancja średniego poziomu Wymagana praca sieci przez co najmniej dwie zmiany na dobę Serwery muszą pracować przez przerwy Przerwy pracy sieci na konserwację można planować w weekendy Uszkodzenia najważniejszych niejszych elementów w sieci powodują straty i zmniejszają wydajność śćpracy użytkowników Redundancja realizowana jest za pomocą nadmiarowości wnajwaw najważniejszym niejszym sprzęcie (duplikacja routerów, przełą łączników), redundancji programowej, redundancji połą łączeń Przykłady: firmy produkcyjne, sklepy

28 Redundancja wysokiego poziomu Wymagana praca sieci bez przerwy Przerwy pracy sieci muszą być planowane z wyprzedzeniem Uszkodzenia elementów w sieci powodują duże e straty i uniemożliwiaj liwiają pracę użytkowników Redundancja realizowana jest za pomocą kombinacji redundancji sprzętowej, redundancji programowej, redundancji połą łączeń,, redundancji UPS, itd. Przykłady: banki, szpitale, elektrownie

30 Archiwizacja Archiwizacja polega na przenoszeniu plików (migracji) na zewnętrzne nośniki niki informacji o dużej pojemności Archiwizowany plik jest usuwany z systemu,, robiąc miejsce dla nowych danych Taśmy archiwalne sązapisywane s jednorazowo Nie jest zalecana pełna archiwizacja (kopia wszystkich plików w systemu), gdyżwymaga to dużo o czasu, miejsca na nośniku niku Zazwyczaj archiwizowane sąs pliki, które zostały zmodyfikowaneod ostatniej archiwizacji.

31 Kopie bezpieczeństwa Kopie bezpieczeństwa tworzone sąw s w celu zabezpieczenia bieżą żących i aktualnych danych przed przypadkowym zniszczeniem Backup jest to wierna kopiainformacji informacji z roboczej pamięci masowej systemu tworzona w sposób b prawie ciągły y na wypadek awarii przez z góry g określony czas To umożliwia odtworzenie stanu informacji z okresu przed awarii

32 Rozwiązania zania dla tworzenia kopii zapasowych Backup pełny ny-kopiowane sąwszystkie s dane na jeden nośnik, nik, daje to najkrótszy czas odtworzenia, ale wydłuża a czas archiwizacji Różnicowy backup tygodniowy- kopiowane sąs wszystkie dane, które uległy y zmianie od ostatniej pełnej archiwizacji, przyspiesza proces archiwizacji, wymaga większej liczby nośnik ników w danych Backup przyrostowy- kopiowane sąwszystkie s dane, które uległy y zmianie od ostatniej archiwizacji lub nowe pliki, jest to najszybsza metoda archiwizacji, wymaga większej liczby nośnik ników w danych, czas odtwarzania najdłuższy

33 Macierze dyskowe Wady kopii zapasowych powodują, że e do składowanie danych stosowane sąmacierze s dyskowe typu RAID (ang. Redundant Array of Independent Disks) Zasada działania ania w systemie RAID polega na zapisywaniudanych na wielu dyskach,, co zmniejsza ryzyko utraty danych ze względu na awariędysku Macierze RAID mogą byćrealizowane programowo (przez system operacyjny) lub sprzętowo towo(odpowiedni kotroler dysku)

34 Poziomy metody RAID RAID 0polega 0 na porcjowaniu (ang. stripping) ) danych podczas zapisu, ale nie zapewnia odporności na błęb łędy. RAID 1polega 1 na lustrzanym odbijaniu (ang. mirroring) ) dysków (przechowywaniu tych samych danych na wielu dyskach), zapewnia odporność śćna błęb łędy. RAID 3/4dzieli dane między poszczególne dyski i wykorzystuje oddzielny dysk do przechowywania sum parytetów, która umożliwia odtworzenie danych po awarii RAID 5dzieli 5 dane między poszczególne dyski na poziomie bloków, ale zapisuje dane parytetu na wszystkich dyskach RAID 6dzia6 działa a jak RAID 5, ale zapewnia ochronęprzed awarią dwóch dysków

36 Sieci SAN W związku zku z przyrostem danych przechowywanych w systemach informatycznych i rosnącym znaczeniem informacji niezbędna jest realizacja elastycznych i skalowalnych metod składowania danych Sieci SAN(ang. Storage Area Network) ) sąbudowane s z wykorzystaniem specjalnie zaprojektowanej infrastruktury sieciowej wykorzystując c technologię Fibre Channel Sieci SAN mogąby byćbudowane budowane z wykorzystaniem łączy światłowodowychoraz oraz łączy miedzianych

37 Czynniki wpływaj ywające na rozwój j SAN Konsolidacja pamięci masowych i centralne zarządzanie Współdzielenie danych Bezpieczeństwo inwestycji Zdalna dystrybucja danych Wymagania wydajnościowe

38 Źródło: Realizacje sieci SAN

39 Komponenty sieci SAN Serwery(wymagana karta sieciowa HBA do Fibre Channel oraz odpowiednie oprogramowanie) Infrastruktura SAN (przełą łączniki Fibre Channel, okablowanie) Macierz dyskowa RAID Biblioteki taśmowe, optyczne i magnetooptyczne (służą do archiwizacji danych i backupu) Oprogramowanie zarządzaj dzające

40 Bezpieczeństwo pamięci masowych Wprowadzenie technologii SAN rozwiąza zało o szereg problemów w związanych zanych z urządzeniami podłą łączanymi bezpośrednio do serwerów, w, jednak istotnym problemem jest bezpieczeństwo pamięci masowych (ang. storage security) Najważniejsza zagrożenia eniadla sieci SAN to: podsłuch, ataki DoS,, ataki IP, fizyczny dostęp p do urządze dzeń Możliwe zabezpieczeniato: szyfrowanie, uwierzytelnianie i kontrola dostępu

41 Zalety sieci SAN Przyspieszenie dostępu do danych i ich transmisji Współdzielenie zasobów w między różnymi r platformami Wykorzystanie wcześniej posiadanych zasobów Zwiększenie odległości do 10 km (Fibre( Channel) Ułatwienie zabezpieczania danych Uproszczone skalowanie pojemności i wydajności Szybki i wydajny backup

43 Bezpieczne zasilanie Jedną z przyczynąstrat w sieciach i systemach informatycznych sąproblemy s z zasilaniemz z sieci energetycznej Podstawowe zagrożenia to: fluktuacje częstotliwo stotliwości, spadki napięcia, wyższe harmoniczne, szumy, krótkotrwa tkotrwałe e zaniki, dłuższe d przerwy czy okresowe przepięcia Bezpieczne zasilanieto bezawaryjny system dostarczania wysokiej jakości mocy elektrycznej do urządze dzeńsieci informacyjnej czy telekomunikacyjnej, spełniaj niający przy tym ściśle określon loną liczbę wymagań,, w tym ochronę przed wspomnianymi zagrożeniami

44 Elementy bezpiecznego zasilania Zasilacz bezprzerwowy,, zasilacz awaryjny, zasilacz UPS(ang. UninterruptiblePower Supply) -urządzenie lub system, którego funkcjąjest jest nieprzerwane zasilanie urządze dzeńelektronicznych, zasilacz jest wyposażony ony w akumulator oraz inne elementy służąs żące do stabilizacji napięcia Agregat prądotw dotwórczy,, nazywany spalinowym zespołem em prądotw dotwórczym, jest stacjonarnym lub przewoźnym źródłem napięcia przemiennego o mocy wyjściowej od kilku kvado paru MVA

45 Warianty zabezpieczenia zasilania Zasilania rozproszone wykorzystujące wiele zasilaczy UPS zasilających poszczególne urządzenia systemu Zasilania strefowe,, w którym zasilacz UPS zabezpiecza grupę urządze dzeń Zasilania centralne- UPS zasila wszystkie urządzenia pracujące ce w ramach systemu teleinformatycznego

46 Kryteria wyboru zabezpieczenia zasilania Prawidłowy dobór r mocy zasilacza UPS do zabezpieczanego urządzenia Wybór r odpowiedniej topologii zasilacza Stopień wymaganej niezawodności -redundancja Czas autonomii Prawidłowe warunki instalacji, eksploatacji i konserwacji Możliwo liwość rozbudowy Sposób b zarządzania i monitorowania Czas i sposób b usunięcia ewentualnych awarii Warunki współpracy pracy z agregatem prądotw dotwórczym

48 Disaster Recovery Wzrost zagrożenia terroryzmem uświadomił konieczność przygotowania instytucji i przedsiębiorstw do sprawnego reagowania na nieprzewidziane zagrożenia Dla zabezpieczenia systemu przed tego typu zagrożeniami niezbędne jest opracowanie planu ratunkowego DRP(ang. Disaster Recovery Plan) Ważnym mechanizmem stosowanym w DRP sąs centra zapasowelub internetowe centra danych umożliwiaj liwiające składowanie danych w lokalizacji odległej ej od siedziby firmy

49 Elementy planu ratunkowego DRP Ocena możliwych zagrożeń Określenie które elementy struktury firmy mają kluczowy dla funkcjonowania charakter Jakie sąs ich wymagania niezawodnościowe, np. dopuszczalny czas niedostępno pności Jakie sąs zależno ności pomiędzy poszczególnymi jednostkami funkcjonalnymi w momencie kryzysu (efekt domina)

51 Podsumowanie Dane przesyłane w sieci lub przechowywane na nośnikach nikach danych mają często bardzo dużą wartość Utrata tych danych lub brak ich dostarczenia może mieć poważne konsekwencje(finansowe, prawne, polityczne, militarne, zdrowotne, społeczne, itd.) Zapewniania odpowiedniego poziomu niezawodności jest procesem złożonym,, który powinien uwzględnia dniać różnego rodzaju zagrożenia Podstawową zasadąjest zarządzanie ryzykiem