Die Infrastruktur wird hyperkonvergent

Wenn in der Business-IT von „hyperkonvergenten Infrastrukturen“ die Rede ist, dann verfallen viele Anbieter in Superlative. Sie sehen „revolutionäre Änderungen der gesamten IT“ heraufziehen und malen sogar das Ende des herkömmlichen Rechenzentrums an die Wand.

com! professional zeigt, was an Substanz hinter diesem Konzept steckt, und dass es viel mehr ist als nur ein Marketing-Hype. Der Artikel diskutiert die Vor- und Nachteile hyperkonvergenter Systeme und stellt die wichtigsten Protagonisten und ihre Lösungen vor.

Der Begriff Konvergenz hat sich inzwischen für viele Bereiche und Lösungen durchgesetzt, die noch vor wenigen Jahren von den Herstellern als integrierte Systeme bezeichnet wurden. In der IT kommen konvergente Systeme in den unterschiedlichsten Ausprägungen vor. Immer handelt es sich dabei um eine Kombination aus CPU-Rechenleistung (Compute), integriertem Speicherplatz (Storage) und Netzwerk samt Switching-Fähigkeit (Network).

Zwar dreht sich bei einigen konvergenten Lösungen bislang immer noch alles um die Hardware, aber auch hier gewinnt die eingesetzte Software immer mehr an Bedeutung. Mit ihrer Hilfe sollen verschiedene Hardware-Schichten in Software umgesetzt werden, um so das gesamte System-Design schlanker und vor allen Dingen flexibler zu machen. Als wesentliche Gründe für den vermehrten Einsatz konvergenter Infrastrukturen gerade in den größeren Unternehmen nennen Analysten die stetig steigende Komplexität der Storage-Lösungen und Skalierungsprobleme.

Hyperkonvergente Lösungen unterscheiden sich von konvergenten Lösungen vor allem in einem Punkt: Sie führen die bislang getrennten Ebenen Computing (Rechenleistung) und Storage (Speicher) in einem Produkt zusammen.

Dabei sind hyperkonvergente Systeme grundsätzlich softwarezentriert. Einige bestehen aus einem Hardware-Stack, der zusammen mit der entsprechenden Software geliefert wird. Die Software kann dann unter anderem noch Zusatzfunktionen wie Backup oder Unterstützung von Snapshots beinhalten. Andere Systeme wiederum bestehen nur aus Software, die mit bereits vorhandener Hardware zusammenarbeiten kann.

Eine entscheidende Rolle in der Software von hyperkonvergenten Systemen spielen Virtualisierungstechniken. Die Softwareschicht soll sowohl die traditionellen Lösungen für das Systemmanagement als auch die Lösungen für die Virtualisierungsverwaltung, wie sie heute in der Regel im Rechenzentrum im Einsatz sind, weitgehend ersetzen.

Auf Hyperkonvergenz-Systemen arbeitet neben dem Hypervisor und seinen virtuellen Maschinen auch eine Software, die die direkt mit dem System verbundenen Festplatten beziehungsweise SSD-Medien in Form eines virtuellen Pools bereitstellt. Die Systeme virtualisieren also nicht nur CPU und Hauptspeicher, sondern auch den Storage und das Storage-Netzwerk.

Weil sie den Storage virtualisieren, können hyperkonvergente Systeme den sogenannten I/O-Blender-Effekt deutlich vermindern. Dabei handelt es sich um Zugriffsprobleme, die besonders dann auftreten, wenn – wie in traditionellen IT-Infrastrukturen üblich – eine Reihe von physikalischen Servern zusammen ein Storage-System benutzen. Da auf diesen Servern meist etliche virtuelle Maschinen aktiv sind, treffen deren ganz individuellen Lese- und Schreibanforderungen auf das Storage-System, was Probleme beim Datenzugriff verursachen kann. Bei hyperkonvergenten Systemen ist das Speichernetzwerk Teil der Appliance, deshalb lassen sich diese Zugriffe optimieren.

Hyperkonvergente Infrastrukturen haben aber nicht nur Vorteile. Da es die Systeme immer nur im Paket gibt, sind die Kosten im Vergleich zu traditionellen Server-Systemen zunächst höher. Braucht die IT beispielsweise mehr Rechenleistung, so muss sie immer eine Box mit CPUs, Storage und Netzwerk hinzufügen, selbst wenn diese Ressourcen noch in ausreichender Menge vorhanden sind.

Viele Analysten gehen davon aus, dass bei hyperkonvergenten Systemen fast die vierfachen Kosten eines normalen Servers entstehen. Allerdings ist das zu kurz gedacht, denn hyperkonvergente Systeme sparen im Bereich Storage und Netzwerk Kosten ein, da diese Teile der Infrastruktur nicht mehr separat gekauft werden müssen.

Wer sich auf dem Markt umsieht, der findet bei fast jedem Anbieter die eine oder andere Lösung, die sich mit dem Attribut „hyperkonvergent“ schmückt. Drei der wichtigsten stellen wir kurz vor.

Unter dem Namen EVO:RAIL präsentierte VMware 2014 in Zusammenarbeit mit Hardware-Anbietern wie Fujitsu, EMC, Hitachi Data Systems oder Dell vorkonfigurierte, zwei Höheneinheiten umfassende Server-Appliances, die mit vier x86-Server-Nodes ausgestattet sind. Diese Lösung lässt sich auf bis zu vier Appliances mit 16 Nodes skalieren.

Wie bei vielen hyperkonvergenten Lösungen dienen zwei 10-Gigabit-Anschlüsse als Netzwerkschnitt stellen. Der von VMware gelieferte Software-Stack umfasst neben der EVO:RAIL-Engine die Komponenten vSphere Enterprise Plus, Virtual SAN, vCenter Server und vRealize Log Insight.

Seit der diesjährigen VMworld gibt es eine größere Variante von EVO:RAIL auf Rack-Basis namens EVO SDDC (für Software-defined Datacenter). Damit sollen unter anderem OEMs in die Lage versetzt werden, schnell und problemlos softwaredefinierte Rechenzentren oder sehr weit skalierbare Cloud-Lösungen auszurollen.

EVO SDDC nutzt einen großen Teil der Softwarekomponenten, die schon in EVO:RAIL stecken; der entscheidende Unterschied ist der EVO SDDC Manager. Er soll einen sehr weit automatisierten Prozess bereitstellen, der sowohl die Konfiguration der Hardware als auch das Ausrollen der Software, die Verwaltung der gesamten Lösung sowie aller Updates und Patches umfasst.

2011 stellte Nutanix als einer der Pioniere auf dem Gebiet hyperkonvergenter Architekturen sein Produkt Web-scale Infrastructure vor. Die Bezeichnung soll die Nähe zu Lösungen verdeutlichen, wie sie von Google oder Facebook verwendet werden. Auch in deren Rechenzentren kommen kleine Einheiten „von der Stange“ zum Einsatz, bei denen es sich in der Regel um reguläre x86-Server handelt. Dadurch ist – zumindest in der Theorie – ein unbegrenztes Scale-out möglich, also eine horizontale Skalierung ohne Limitierung durch die Hardware.

Von Nutanix gibt es außerdem Nutanix Xtreme, eine Software, die unter anderem auf Hardware-Appliances von Partnern wie Dell verwendet werden kann.

Anders als die konkurrierenden Lösungen etwa von VMware und SimpliVity unterstützt Nutanix nicht nur den Hypervisor ESXi beziehungsweise vSphere, sondern zusätzlich Microsofts Hyper-V. Zudem stellt Nutanix mit dem proprietären Hypervisor Acropolis eine weitere Alternative bereit.

Die Lösung von Nutanix enthält darüber hinaus noch eine Software namens NOS, die zusätzliche Features wie Disaster Recovery, Backup und Recovery sowie Deduplizierung bereitstellt.

SimpliVity setzt in seinen OmniCube-Produkten ganz auf Appliances – ähnlich wie Nutanix. Aktuell gibt es verschiedene Modelle, verteilt auf die Serien CN-1000, CN-2000, CN-3000 und CN-5000.

Die kleineren Modelle, beginnend bei CN-1200, sind unter anderem für Zweigstellen mit bis zu zwanzig virtuellen Maschinen gedacht. Eine solche Appliance ist mit einer CPU mit acht Kernen ausgestattet und bietet eine Storage-Kapazität von zirka 2,4 Terabyte.

Die größte Version der Appliances, die CN-5400, ist mit zwei CPUs mit bis zu 28 Kernen ausgestattet und unterstützt eine Storage-Kapazität von bis zu 43 Terabyte.

Die Architektur der OmniCube-Systeme basiert immer darauf, dass zwei Komponenten zusammenspielen: die Omni-Stack Data Virtualization Platform und die OmniStack Accelerator Card.

Die OmniStack-Software ist für die Virtualisierung und das Management verantwortlich und stellt unter anderem Funktionen wie ein auf Richtlinien basierendes Backup für die virtuellen Maschinen und eine WAN-optimierte Replikation für Disaster Recovery zur Verfügung.

Bei der Accelerator Card handelt es sich um eine speziell entwickelte PCI-Express-Karte, die Aufgaben wie Inline-Kompression, Deduplizierung und Optimierung übernimmt und so die zentralen CPU-Ressourcen von Last befreit, was zu höherem Durchsatz für die Geschäftsanwendungen führen soll. Da sich die Appliances zu Clustern zusammenfassen lassen, die über mehrere Standorte verteilt sind, eignet sich OmniCube auch gut für den Einsatz in Cloud-Infrastrukturen.

Eines haben die verschiedenen hyperkonvergenten Lösungen in jedem Fall gemeinsam: Sie bringen gravierende Veränderungen für das klassische Rechenzentrum mit sich.

Matthias Schorer, Head of Strategy Consulting CEMEA bei VMware, wollte sich auf der VMworld in Barcelona im Gespräch mit com! professional allerdings nicht der Extrem-Position anschließen, dass das traditionelle Rechenzentrum vor dem Aus stünde.

Er hob aber hervor, dass VMware gerade sehr viele Kunden aus dem Mittelstand habe, die sich mit hyperkonvergenten Lösungen für ihre Zweigstellen beschäftigen. „Diese Kunden sehen, dass sie aktuell in ihren Zweigstellen einen riesigen Aufwand betreiben müssen. Dort stehen vielleicht zehn Server, Router und Switches, eine Backup-Appliance und ein Storage-System – das alles muss verwaltet und betreut werden.“ Schorer sieht hier die große Chance der hyperkonvergenten Systeme: „Damit kann die Lösung zentral betreut werden. Sie ist sehr schnell ausgerollt, konfiguriert sich selbst und ist zudem ausfallsicher.“

Pai Venugopal, Vice President of Alliances and Business Development bei Nutanix, hob – ebenfalls in einem Gespräch auf der VMworld – hervor, dass sich die traditionelle IT-Architektur in den großen Unternehmen über die Zeit nur wenig geändert habe. Separate Silos für Server, Netzwerk und Storage seien noch überall zu finden.

Seiner Ansicht nach werden hyperkonvergente Systeme – vor allem, wenn sie Kapazitäten und Funktionalitäten bieten, die großen professionellen Umgebungen genügen – einen immer größeren Teil der Rechenzentren ausmachen: „Wir glauben, dass die Einfachheit und die Möglichkeit, hyperkonvergente Lösungen horizontal zu skalieren den Unternehmen im Lauf der Zeit eine Menge Vorteile in Bezug auf Flexibilität und Planbarkeit bringen. Sie werden damit gegenüber dem traditionellen 3-Tier-Ansatz deutlich an Boden gewinnen.“

Henri Mak, Director Solution Architects Central Europe bei SimpliVity, ergänzt dazu: „Hyperkonvergenz entwickelt sich immer mehr zur bevorzugten Lösung für das moderne Rechenzentrum. Hyperkonvergente IT-Strukturen knüpfen an die Konsolidierungsbestrebungen an, die mit der Virtualisierung begonnen haben. Aber sie gehen noch einen Schritt weiter und öffnen den Weg hin zu den Möglichkeiten der Cloud.“

Mak zufolge wird die IT-Infrastruktur dadurch nicht nur einfacher, sondern bekommt auch mehr Tempo und Flexibilität beim Einsatz der Ressourcen. „Also stellt Hyperkonvergenz nicht einfach nur eine neue Trendtechnologie neben vielen dar, sondern sie bedeutet einen Paradigmenwechsel für die IT und wird sich langfristig sicher durchsetzen“, fasst er seine Einschätzung zusammen.

Einig sind sich die Anbieter hyperkonvergenter Lösungen auch hinsichtlich der positiven Effekte ihrer Produkte auf die IT-Budgets: Unisono weisen sie darauf hin, dass ihr Einsatz auch dort für Stabilität und Vereinfachung sorgen kann. Das begründen sie vor allem damit, dass die IT-Abteilungen durch hyperkonvergente Lösungen die benötigen Infrastrukturen genau dann zur Verfügung haben, wenn sie sie benötigen. Weil die Ressourcen nicht lange im Voraus angeschafft werden müssen, rechnen sich IT-Investitionen sehr viel schneller.

Der Einsatz hyperkonvergenter Lösungen und Techniken verändert nicht nur die Infrastruktur, die von den Profis verwaltet wird, grundlegend, sondern auch das Arbeitsumfeld der IT-Abteilungen. Schließlich gehört es zu den großen Vorteilen hyperkonvergenter Systeme, dass sie den administrativen Aufwand, der durch eine virtualisierte Infrastruktur entsteht, ebenso wie den dabei vorhandenen Overhead bei der Verwaltung deutlich reduzieren können.

Deshalb bedeutet die Einführung dieser Techniken für die CIOs nicht nur die Auflösung der alten Silos (siehe dazu auch die Einschätzung des Analysten Martin Kuppinger), sondern sie versprechen sich davon zudem eine deutliche Reduzierung der Betriebsausgaben. Das heißt oft auch, Stellen zu reduzieren. Noch sieht es in den IT-Abteilungen vieler Firmen genauso aus wie in den Rechenzentren. Es herrscht eine Art von „Silo-Kultur“, in der die IT-Experten für genau bestimmte Bereiche wie beispielsweise Netzwerk, Storage, Datenbanken oder Server-Systeme verantwortlich und zumeist auch nur in diesen Bereichen tätig sind. Eine übergreifende Verantwortung gibt es kaum noch, und auch entsprechende Schulungen finden bislang sehr selten statt. Das aber muss sich mit dem Einsatz von konvergenten und hyperkonvergenten Systemen ändern.

Solche Lösungen erleichtern zwar ohne Zweifel die Provisionierung der Ressourcen deutlich, auf der anderen Seite aber bleiben – neben anderen, komplexeren Aufgaben – Arbeiten wie das Erstellen und Verwalten der VLANs oder das Einrichten, Verändern und Überwachen von Firewall-Regeln bei den virtuellen Maschinen bestehen.

Hinzu kommen die Anforderungen, die sich aus dem Zusammenwachsen von IT-Betrieb und Software-Entwicklung ergeben und für die nicht zuletzt die neue Position des DevOps entstanden ist. Deshalb gilt für die IT- und Virtualisierungs-Profis mit der steigenden Verbreitung hyperkonvergenter Lösungen, dass auch sie ihre „Silos“ verlassen müssen.