Un clúster de servidores es un grupo de servidores que colaboran en un único sistema para proporcionar a los usuarios una mayor disponibilidad. Estos clústeres se utilizan para minimizar el tiempo de inactividad y las interrupciones al permitir que otro servidor asuma el control en caso de una interrupción, una característica llamada redundancia. En este artículo, explicaremos todo sobre la agrupación de servidores, que aumenta la confiabilidad y escalabilidad de los sistemas de servidores.
¿Qué es un clúster de servidores?
Un clúster de servidores es un grupo de servidores que trabajan juntos con una dirección IP común (la dirección IP es común a través de las configuraciones del servidor y del firewall). Los servidores en clúster se utilizan comúnmente para servidores que incluyen varios servicios, como servidores de archivos, servidores de impresión y, más comúnmente, para servicios requeridos de alta disponibilidad, como bases de datos y otros servicios críticos. Un clúster de servidores mantiene la coherencia de los servicios del servidor a lo largo del tiempo. También garantiza una mayor disponibilidad, un equilibrio de carga adecuado y escalabilidad del sistema.
En un clúster de servidores, cada uno de los servidores participantes se denomina nodo. Cada servidor tiene sus propios recursos, como disco duro, RAM y CPU, para usar. La razón para implementar dicha configuración es que si falla un servidor dentro del clúster, la carga se transfiere a otro servidor, sin ningún tiempo de inactividad. Los clusters de estos se utilizan para reducir el tiempo de inactividad y las interrupciones.
¿Cómo funciona la agrupación de servidores?
Una colección de servidores está vinculada a un solo sistema. Cuando uno de estos servidores falla, la carga de trabajo se redistribuye a otro servidor para que el cliente no experimente ningún tiempo de inactividad.
Los servidores en clúster se utilizan normalmente para aplicaciones que requieren actualizaciones de datos frecuentes, siendo los servidores de archivos, impresión, bases de datos y mensajería los clústeres más comunes.
En general, los servidores en clúster brindan a los clientes un mayor nivel de disponibilidad, confiabilidad y escalabilidad que cualquier servidor individual.
En un entorno de servidor en clúster, cada servidor es responsable de la propiedad y administración de sus propios dispositivos, así como de tener una copia del sistema operativo (junto con cualquier aplicación o servicio) que se utiliza para ejecutar los otros servidores en el clúster.
Los servidores del clúster están configurados para colaborar con el fin de aumentar la seguridad de los datos y mantener la coherencia de la configuración del clúster a lo largo del tiempo.
Protección de cortes y deficiencias de clústeres
La razón principal para utilizar clústeres de servidores es evitar interrupciones y tiempos de inactividad. Como se indicó anteriormente, los servidores en clúster brindan una mayor protección contra una red completa que se apaga durante un corte de energía.
Los servidores en clúster brindan protección contra tres tipos de interrupciones: fallas de aplicaciones o servicios, fallas de hardware o sistema, fallas del sitio.
Repasaremos estos tipos de interrupciones con más detalle en las siguientes secciones, pero en resumen, la agrupación en clústeres de servidores ayuda a proteger contra interrupciones causadas por fallas de software, fallas de hardware y eventos externos que actúan en el sitio del servidor físico.
1. Fallo de una aplicación o servicio
Los eventos de fallas de aplicaciones o servicios incluyen cualquier interrupción que ocurra como resultado de errores críticos que involucran software o servicios que son críticos para el funcionamiento del servidor o del centro de datos.
Estos fallos pueden deberse a diversos factores, la mayoría de los cuales son inevitables. Aunque la mayoría de los servidores cuentan con medidas de redundancia para prevenir este tipo de fallas, las fallas de aplicaciones o servicios son difíciles de predecir y planificar.
Debido a que los datos de monitoreo del servidor son complejos, puede ser difícil para los administradores del servidor identificar y resolver problemas potenciales antes de que causen una interrupción.
Si bien un administrador de servidor atento, informado y proactivo puede identificar y abordar estos problemas antes de que se conviertan en un problema, ningún administrador de servidor puede brindar una protección integral contra este tipo de fallas.
2. Fallo del sistema o hardware
Este tipo de interrupción ocurre como resultado de fallas de hardware físico en el que se ejecuta el servidor.
Estas interrupciones pueden deberse a una amplia gama de factores y se ven afectadas por prácticamente todos los tipos de componentes críticos para el funcionamiento de un servidor o centro de datos.
Si bien la confiabilidad y la funcionalidad de los componentes del servidor mejoran constantemente, ningún componente es inmune a fallas.
El sobrecalentamiento, la mala optimización o simplemente el componente que llega al final de la vida útil del producto pueden causar esta falla.
Debido a su importancia para mantener el servidor en funcionamiento, los procesadores, la memoria física y los discos duros se encuentran entre los más propensos a fallar.
3. Problemas del sitio
En la mayoría de los casos, las fallas del sitio son causadas por eventos que ocurren fuera del entorno del centro de datos.
Si bien, en teoría, hay muchos eventos que pueden causar una falla en el sitio, los eventos que comúnmente son los culpables de las fallas en el sitio son los desastres naturales que causan cortes de energía generalizados, así como aquellos que pueden dañar el hardware dentro del centro de datos.
Si bien algunos desastres naturales no pueden evitarse con otra cosa que no sea una cuidadosa selección de la ubicación, los causados por cortes de energía y sus complicaciones asociadas pueden mitigarse mediante el uso de medidas de redundancia, como los clústeres de servidores.
Estas medidas de redundancia son críticas para los centros de datos ubicados en áreas propensas a desastres naturales.
Aunque se pueden identificar y resolver los problemas que podrían conducir a estos tres tipos distintos de fallas, las medidas de redundancia, como la agrupación en clústeres de servidores, son la única forma de garantizar una confiabilidad casi completa.
La agrupación en clústeres de servidores es una excelente manera de garantizar un rendimiento constante en los centros de datos que lo requieren cada minuto de todos los días del año.
Los servidores de clústeres se dividen en tres tipos
Los clústeres de servidores se clasifican en tres tipos según la forma en que el sistema de clústeres (denominado nodo) está conectado al dispositivo responsable de almacenar los datos de configuración.
Un clúster de quórum único (o estándar), un clúster de conjunto de nodos mayoritario y un clúster de un solo nodo son los tres tipos, y se analizan con más detalle a continuación.
1. Grupo de quórum con un quórum único (o estándar)
Este clúster es el más utilizado y consta de varios nodos con una o más matrices de discos de clúster que utilizan un único dispositivo de conexión (denominado bus).
Cada matriz de discos del clúster individual dentro del clúster es administrada y es propiedad de un solo servidor. El sistema utilizado para determinar si cada clúster individual está en línea y sin compromisos se denomina quórum titular.
En la práctica, los grupos de quórum únicos son bastante simples. Cada nodo tiene un "voto" que utiliza para notificar al bus central que está en línea y es funcional.
El clúster permanecerá operativo mientras más de la mitad de los nodos de un solo clúster de quórum estén en línea. Si más de la mitad de los nodos del clúster no responden, el clúster dejará de funcionar hasta que se resuelvan los problemas con los nodos individuales.
2. Clúster de conjunto de nodos mayoritarios
Este modelo, como el anterior, se diferencia en que cada nodo tiene su propia copia de los datos de configuración del clúster, que es coherente en todos los nodos.
Este modelo es más adecuado para clústeres con servidores individuales en diferentes ubicaciones geográficas.
Si bien los clústeres de conjuntos de nodos mayoritarios funcionan de manera similar a los clústeres de un solo quórum, el primero difiere en que no requiere un bus de almacenamiento compartido para funcionar porque cada nodo almacena un duplicado de los datos del quórum localmente.
Si bien esto no elimina por completo la utilidad de un bus compartido, proporciona más flexibilidad al configurar servidores remotos.
3. Clúster de un solo nodo
Este modelo, que se utiliza con mayor frecuencia para realizar pruebas, tiene un solo nodo. Los clústeres de un solo nodo se utilizan con frecuencia como una herramienta para el desarrollo y la investigación de aplicaciones de clústeres, pero su utilidad está muy limitada por la falta de conmutación por error.
Debido a que están formados por un solo nodo, la falla de un solo nodo hace que todos los grupos de clústeres no funcionen.
Un representante de servicio al cliente en un centro de datos local o un proveedor de alojamiento web puede explicar las diferencias entre los tres modelos y ayudarlo a decidir cuál es el mejor para su negocio.
Unless tiene requisitos inusuales (o se encuentra en varias ubicaciones geográficamente dispersas), el grupo de quórum estándar es su mejor opción.
Hay otros nombres que se dan a los tipos de agrupación de servidores, que analizaremos aquí.
4. Clústeres de servidores de alto rendimiento para alta disponibilidad
Los clústeres con alta disponibilidad (HA) son la mejor opción para sitios web con mucho tráfico. Para tiendas o aplicaciones en línea que requieren un rendimiento óptimo y continuo de sus sistemas críticos, se podrían utilizar clústeres HA.
Dado que los clústeres de alta disponibilidad se basan en hardware y software redundantes, le ayudan a evitar puntos únicos de error. Son esenciales para la conmutación por error, las copias de seguridad del sistema y el equilibrio de carga. Estos dispositivos se componen de varios hosts que pueden tomar el control en caso de que un servidor específico falle o se sobrecargue, lo que garantiza que habrá el menor tiempo de inactividad posible.
Arquitectura de servidor de alta disponibilidad
Hay dos tipos de arquitectura para clústeres de HA: activo-activo y activo-pasivo.
Todos los nodos en un clúster activo-activo equilibran las cargas simultáneamente. Por otro lado, una arquitectura activo-pasiva asigna todas las cargas de trabajo a un nodo principal. Mientras tanto, se mantiene un nodo de respaldo listo para cualquier interrupción.
Debido a que tiene la base de datos del nodo primario, el servidor secundario también se conoce como repuesto dinámico o reserva activa. Esto es un less Implementación costosa que activo-activo, ya que el hot standby está preparado para tomar el control en caso de que falle un componente.
Los clústeres de alta disponibilidad facilitan una fácil escalabilidad y aumentan su confiabilidad. Sin mencionar que brindan una sólida seguridad de la infraestructura y un mantenimiento más eficaz. Puede reducir gastos, reducir el tiempo de inactividad y mejorar la experiencia del usuario con estos clústeres.
5. Clústeres de equilibrio de carga
Las granjas de servidores llamadas clústeres de equilibrio de carga dividen las solicitudes de los usuarios entre varios nodos activos. Las tres ventajas principales son una mejor distribución de la carga de trabajo, garantía de redundancia y operaciones más rápidas.
Puede dividir cargas de trabajo entre servidores y funciones separadas con equilibrio de carga. Esta disposición ayuda a optimizar el uso de recursos. Emplea software de equilibrio de carga para asignar solicitudes, según un algoritmo, a varios servidores. Las respuestas salientes también son gestionadas por el software.
Los balanceadores de carga se utilizan en la configuración activo-activo de un clúster de alta disponibilidad. El clúster HA utiliza el equilibrador de carga para responder a varias solicitudes y enviarlas a servidores separados. Hay dos distribuciones posibles: simétrica y asimétrica, según los datos de configuración y el rendimiento del ordenador.
El equilibrador de carga realiza un seguimiento de la disponibilidad de los nodos en un clúster de alta disponibilidad activo-pasivo. Un nodo que se apaga espera para enviar más tráfico hasta que vuelve a estar en funcionamiento.
Además, puede utilizar varios enlaces simultáneamente gracias a la arquitectura de equilibrio de carga. Cuando se trata de infraestructura que necesita comunicación redundante, esta característica es extremadamente útil. Los centros de datos y las empresas de telecomunicaciones, por ejemplo, utilizan con frecuencia esta arquitectura. Las principales ventajas son una mejor escalabilidad, reducción de costos y optimización de la transferencia de datos de alto ancho de banda.
6. Almacenamiento en clústeres y de alto rendimiento
Las supercomputadoras, otro nombre para los clústeres de alto rendimiento, son máquinas con mayor capacidad, confiabilidad y rendimiento. Son utilizados con mayor frecuencia por empresas con cargas de trabajo que consumen muchos recursos.
Muchas PC conectadas a la misma red forman un grupo de servidores de alto rendimiento. Para procesar datos más rápido, puede vincular varios de estos clústeres a los centros de almacenamiento de datos de la red. Dicho de otra manera, costuraless Se proporcionan rendimiento y transferencias rápidas de datos junto con clústeres de almacenamiento de datos de alto rendimiento.
La inteligencia artificial (IA) y el Internet de las cosas (IoT) son dos aplicaciones importantes para estos clústeres. Para impulsar proyectos complejos como transmisión en vivo, predicción de tormentas y diagnóstico de pacientes, procesan cantidades masivas de datos en tiempo real. Estas características de las aplicaciones de clúster de alto rendimiento también son ventajosas para los medios, la investigación y los servicios financieros.
7. Almacenamiento con capacidades de agrupación en clústeres
El almacenamiento en clúster normalmente implica un mínimo de dos servidores de almacenamiento. Le permiten mejorar el rendimiento, las capacidades de entrada/salida (E/S) y la confiabilidad de su sistema. Dependiendo de las necesidades específicas de su negocio y de la cantidad de datos que necesita almacenar, tiene la opción de elegir entre una arquitectura estrechamente acoplada o débilmente acoplada.
Una arquitectura estrechamente acoplada se centra en el almacenamiento primario. Organiza los datos en bloques más pequeños distribuidos entre nodos.
Por otro lado, una arquitectura autónoma y débilmente acoplada proporciona mayor flexibilidad. Sin embargo, no tiene la capacidad de almacenar datos entre nodos. En una arquitectura débilmente acoplada, el rendimiento y la capacidad del nodo de almacenamiento de datos se convierten en factores determinantes. No es posible escalar con nuevos nodos en una arquitectura débilmente acoplada.
¿Cómo pueden los clústeres de servidores mejorar la escalabilidad?
Los clústeres de servidores permiten la escalabilidad horizontal dentro del sistema. Los equipos de TI tienen la flexibilidad de esforzarselessIncorporar fácilmente nodos adicionales para manejar el volumen de tráfico o transmisión de datos deseado.
Además, la presencia de servidores adicionales mejora la escalabilidad. Un solo servidor es suficiente para gestionar todos los procesos comerciales. Tener servidores adicionales en la configuración proporciona mayor flexibilidad y escalabilidad en términos de recursos, lo que conduce a una mayor tolerancia a fallos y rendimiento.
¿Cómo pueden los clústeres de servidores lograr el equilibrio de carga?
Los clústeres de servidores garantizan una distribución eficiente de la carga de trabajo al transferir automáticamente el exceso de tareas a otros nodos del sistema. Esto se puede lograr mediante una configuración activo-activo o activo-pasivo.
Cuando el tráfico entrante o las consultas de procesamiento de datos superan la capacidad de un servidor, se pueden transferir a otro servidor del clúster que esté disponible. Por lo general, esta transición puede ocurrir de dos maneras diferentes: por medios manuales o automáticos.
El uso de clústeres manuales puede resultar problemático, ya que requiere configurar un nodo con la misma dirección IP de datos, lo que genera tiempo de inactividad. Incluso un breve período de inactividad puede tener importantes consecuencias financieras u operativas. Sin embargo, con los clústeres automáticos, tiene la posibilidad de preconfigurar los ajustes del software. Esta configuración de clúster realiza el cambio de servidor automáticamente.
¿Cómo pueden los clústeres de servidores garantizar una alta disponibilidad?
Es ideal utilizar varios nodos web y de aplicaciones para garantizar la redundancia de hardware. Este tipo de arquitectura se conoce comúnmente como clúster de alta disponibilidad. Garantizar un funcionamiento ininterrumpido en caso de fallo de un componente es fundamental. Esto es particularmente evidente cuando el sistema operativo sufre un fallo por falta de redundancia en un único servidor. Sin fallas en el sitio, sus usuarios no se darán cuenta de cualquier falla del servidor.
Los clústeres HA utilizan una configuración de servidor activo-activo para unirlessintercambie recursos fácilmente sin ninguna interrupción del servicio. Si bien esta configuración es más eficiente, generalmente tiene un costo mayor en comparación con una configuración activa-pasiva (o espera activa), ya que todos los nodos del sistema deben permanecer activos.
¿Por qué debería agrupar servidores?
La redundancia es la clave para una infraestructura de TI segura. La creación de un grupo de servidores en una sola red proporciona la máxima redundancia y garantiza que un solo error no apague toda su red, lo que hace que sus servicios sean inaccesibles y le cuestan a su negocio ingresos vitales.
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