Definition

Hyperkonvergenz (Hyperconvergence)

Hyperkonvergenz ist eine softwarezentrierte Architektur, die Rechen-, Speicher- und Virtualisierungsressourcen eng in einem einzigen System integriert, das normalerweise aus x86-Hardware besteht. Ein hyperkonvergentes System kann auch als Software verkauft werden, die auf der vorhandenen Hardware eines Käufers installiert werden kann, oder als Hardware, die speziell für die Installation erworben wurde.

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Ein hyperkonvergentes System ermöglicht die Verwaltung der integrierten Technologien als ein einziges System durch einen gemeinsamen Tool-Satz. Die meisten hyperkonvergenten Systeme benötigen mindestens drei Hardwareknoten für eine hohe Verfügbarkeit (HA, High Availability) und können durch Hinzufügen von Knoten zur Basiseinheit erweitert werden. Eine Gruppierung von Knoten wird als Cluster bezeichnet.

Hyperkonvergenz begann seinen Siegeszug in kleineren Anwendungsfällen, wie zum Beispiel bei der virtuellen Desktop-Infrastruktur (VDI), aber Unternehmen nutzen die Technologie inzwischen häufig, um die Bereitstellung, Verwaltung und Skalierung von IT-Ressourcen zu vereinfachen und Capex- und Opex-Vorteile zu nutzen.

Hyperkonvergente Infrastruktur (Hyper-Converged Infrastructure, HCI) begann als Domäne von Startups, wie Maxta, Nutanix, Pivot3, Scale Computing und SimpliVity. Als Zeichen für die Reife von HCI sind größere Server- und Speicheranbieter wie Cisco, Dell EMC (einschließlich VMware), Hewlett Packard Enterprise (HPE), Lenovo und NetApp auf den Markt gekommen. Einige dieser Anbieter haben mehrere HCI-Produkte, oft in Verbindung mit Softwarepartnern.

Gründe Hyperkonvergenz zu nutzen

Die All-in-One-Eigenschaften des hyperkonvergenten Rechenzentrums sind für IT-Fachleute attraktiv, die es gewohnt sind, diese Komponenten selbst oder mit der manchmal kostspieligen Unterstützung von Anbietern und IT-Beratern zusammenzusetzen. Hyperkonvergenz ermöglicht auch Generalisten die Verwaltung der Systeme.

Hyperkonvergenz ist eine gute Option für Unternehmen, die stark in Virtualisierungstechnologien investiert haben, aber immer noch Schwierigkeiten mit der Komplexität und den Kosten von Data Protection und Storage haben. Es ist auch eine äußerst attraktive Technologie für Unternehmen, die es vorziehen würden, ihre Zeit, ihr Geld und ihre Mitarbeiterressourcen mehr auf die operativen Aspekte ihres Geschäfts und weniger auf die Wartung der Infrastruktur zu konzentrieren.

Es besteht jedoch das Risiko der Herstellerbindung. Beispielsweise können Sie keine hyperkonvergenten Knoten von einem Anbieter mit denen eines anderen kombinieren, falls letzterer Ihnen ein besseres Angebot unterbreitet oder die Balance zwischen Rechen-, Speicher- und Netzwerkressourcen bietet, die Sie zu einem späteren Zeitpunkt in neuen Knoten benötigen.

Trotz der technischen und finanziellen Rigidität, die mit Hyperkonvergenz verbunden ist, sind die Gesamtbetriebskosten oft niedriger als bei der Alternative. Nehmen wir an, Sie wollten eine gesamte IT-Infrastruktur in die Cloud migrieren - eine beliebte Alternative zur heutigen Hyperkonvergenz. Wenn Sie einen hyperkonvergenten Ansatz wählen würden, würden Sie einfach Knoten hinzufügen oder entfernen, um die Ressourcen zu erhöhen oder zu verringern. Bei der Cloudmüssen Sie möglicherweise zu einem anderen Cloud-Service migrieren, falls Ihr aktueller Provider Ihre Expansionspläne nicht unterstützt - ein teurer und oft komplizierter Prozess an sich.

Wie Hyperkonvergenz funktioniert

Eine hyperkonvergente Plattform integriert in der Regel Rechen-, Speicher- und Netzwerktechnik mit einem oft intelligenten und automatisierten Managementsystem für Software-defined Data Center (SDDC) und einer Softwareschicht, die die betrieblichen Aspekte dieser Infrastruktur definiert. Nicht alle SDDC-Architekturen sind jedoch hyperkonvergent, einschließlich solcher, die andere, nicht integrierte Hardwareplattformen und -komponenten aufweisen.

Ein Hypervisor - vom Hersteller speziell für die Arbeit mit seinem Produkt entwickelt oder modifiziert - orchestriert die Speicher-, Rechen- und Netzwerkbereitstellung. Da ein hyperkonvergentes System alle Ressourcen virtualisiert, können diese Ressourcen so angepasst werden, dass sie mehr oder weniger virtuelle Maschinen (VMs) im laufenden Betrieb aufnehmen können, ohne dass die Aktivität einer zu diesem Zeitpunkt laufenden VM unterbrochen werden muss.

Sobald die Anzahl der VMs die Kapazität der hyperkonvergenten Infrastruktur erreicht hat, ist die Skalierung so einfach wie das Hinzufügen weiterer Knoten. Neue Knoten - mit Rechen-, Speicher- und Netzwerkressourcen - können dem Gesamtspeicherpool hinzugefügt werden, um von den VMs gemeinsam genutzt zu werden.

Das zentrale Management (Single Pane of Glas) bietet Administratoren einen umfassenden Überblick über den Zustand der von ihnen verwalteten IT-Umgebung, indem Daten aus verschiedenen Datenquellen in einer Konsole integriert und präsentiert werden, die Einrichtung, Konfiguration, Verwaltung und Überwachung vereinheitlicht.

Hyperkonvergente Anbieter bauen häufig Data Protection - Spiegelung, Replikation, Striping, Erasure Coding - für Zuverlässigkeit und Datenreduzierung sowie Backup und Wiederherstellung, Disaster Recovery (DR) und andere Business Continuity (BC)-Funktionen ein. Die gebündelte Software enthält häufig auch Unterstützung für Automatisierung, VM-Migration, Management-Tools, Last- und Ressourcenausgleich und die Möglichkeit, rollierende Updates zu implementieren, während die VMs weiter laufen. Automatisches Failover bedeutet, dass der Verlust eines Computerknotens oder Speichergeräts weder einzelne VMs noch das System als Ganzes zum Absturz bringt.

Warum Hyperkonvergenz wichtig ist

Hyperkonvergenz trägt dazu bei, die Verwaltung virtueller IT-Umgebungen zu verbessern, dient als Baustein für die Cloud und verändert die Rollen der IT-Teams.

Unternehmen sollten genau wissen, was sie beim Kauf von HCI erhalten, inklusive der Garantie, dass die verschiedenen Komponenten gut zusammenarbeiten und leicht zu verwalten sind. Wenn es an der Zeit ist, IT-Ressourcen hinzuzufügen und zu skalieren, sollte der Prozess so einfach sein wie der Kauf und das lineare Anschließen eines weiteren, automatisch auffindbaren Knotens Ihres Systemanbieters.

Vielleicht, und das ist das Wichtigste, besteht für die IT-Abteilung keine Notwendigkeit, Server, Speicher, Hypervisor und Netzwerkgeräte in einer hyperkonvergenten Umgebung separat verwalten und konfigurieren zu müssen.

Im Vergleich: Hyperkonvergenz vs. Konvergenz

In einer konvergenten Infrastruktur bleiben die Server-, Rechen- und Netzwerkkomponenten getrennt und sind nicht wie bei hyperkonvergenten Systemen in Knoten integriert. Eine konvergente Infrastruktur bietet Kunden im Grunde ein Rezept, wie sie vorab zertifizierte, erstklassige Komponenten kaufen können, die garantiert einwandfrei zusammenarbeiten.

Abbildung 1: Verschiedene Infrastrukturmodelle in Kürze erklärt und verglichen.
Abbildung 1: Verschiedene Infrastrukturmodelle in Kürze erklärt und verglichen.

Auch der Hypervisor ist in hyperkonvergenten Systemen stärker integriert als in konvergenten Systemen. Während die meisten konvergenten Infrastrukturen VMware und in der Regel auch andere Hypervisor unterstützen, werden in einer hyperkonvergenten Infrastruktur alle wichtigen Rechenzentrumsfunktionen als Software auf dem Hypervisor ausgeführt.

Ein frühes Versprechen der Hyperkonvergenz war die Vernetzung im Stack, aber das befindet sich noch im Anfangsstadium. Die Anbieter von Hyperkonvergenz arbeiten noch immer daran, Netzwerkressourcen auf dieselbe Weise bereitzustellen und zu verwalten, wie sie die Datenspeicherung und -berechnung unterstützen.

Ben Woo, Geschäftsführer von Neuralytix, erklärt, wann und wofür in Ihrem Unternehmen hyperkonvergente oder konvergente Infrastrukturprodukte eingesetzt werden sollten.

Fast alle Hyperkonvergenzanbieter unterstützen die marktführende Hypervisor-Software von VMware und viele ihnen unterstützen Microsoft Hyper-V und Kernel-basierte Virtual Machine (KVM)-Hypervisoren. Hyperkonvergenzpionier Nutanix verkauft sein eigenes Hypervisor-Produkt Acropolis, das auf Open-Source-KVM basiert, unterstützt aber weiterhin auch VMware-Hypervisors.

Vor- und Nachteile der Technologie

Die enge Integration der Komponenten in einer hyperkonvergenten Infrastruktur bietet diese Hauptvorteile: einfache Verwaltung und leichte Skalierbarkeit. Da alle Komponenten von Grund auf neu entwickelt oder vom Hersteller so modifiziert wurden, dass sie eng zusammenarbeiten, ist es möglich, alle Ressourcen von einem Management-Tool oder einer Konsole aus zu verwalten, einschließlich Compute, Speichernetzwerk und Virtualisierung.

Abbildung 2 zeigt die Vorteile und die Herausforderungen, die HCI mit sich bringt.
Abbildung 2 zeigt die Vorteile und die Herausforderungen, die HCI mit sich bringt.

Wenn eine Organisation mehr IT-Ressourcen benötigt, ist die Erweiterung des HCI einfach eine Frage des Hinzufügens weiterer Knoten. Dies führt auch zu einem der Hauptnachteile einer hyperkonvergenten Infrastruktur: Alle Ressourcen müssen skaliert werden, auch wenn eine Organisation nur eine beliebige Ressource erweitern muss. Frühe HCI-Produkte erforderten, dass ein Unternehmen bei einer Speichererweiterung alle Rechenressourcen und die Anzahl der VMs erweitern musste. Um dieses Problem zu eliminieren, enthalten neuere HCI-Plattformen Knoten, die entweder speicher- oder rechenzentriert sind.

Wichtige Anbieter und Produkte

Dell EMC verkauft seine VxRail-Appliance mit VMware vSAN HCI-Software für Kunden, die VMware-Hypervisors verwenden. Der Anbieter vertreibt zudem seine XC-Serie auch für Kunden mit einem anderen Hypervisor als dem von VMware, der bereits in der IT-Infrastruktur installiert ist. Die XC-Serie verwendet den Nutanix-Software-Stack über eine Partnerschaft zwischen Dell und Nutanix.

Nutanix ist das erfolgreichste der HCI-Startups und gehört weiterhin zu den Marktführern. Der Anbieter begann mit der Auslieferung von HCI-Geräten im Jahr 2013, wurde 2016 ein Aktienunternehmen. Nutanix bietet ein NX-Appliances an und vertreibt seine Software auch über Partnerschaften mit Serverherstellern wie Dell und Lenovo.

HPE, das SimpliVity Anfang 2017 für 650 Millionen Dollar erworben hat, verkauft ein hyperkonvergentes HPE SimpliVity-Produkt, das die SimpliVity OmniStack-Software auf HPE ProLiant-Servern verpackt.

Cisco kaufte im September 2017 den HCI-Softwareanbieter Springpath für 320 Millionen Dollar und führt die Springpath-Software auf seinen Unified Computing System (UCS)-Servern in seiner HyperFlex HCI-Appliance aus.

Ein anderer Serverhersteller, Lenovo, verpackt seine Hardware mit Software von mehreren Partnern, darunter Nutanix.

NetApp begann 2017 mit dem Verkauf von NetApp HCI-Appliances, die Flash-Hardware von seiner SolidFire-Hardwareplattform verwenden.

Unabhängig von der Hardwaremarke liefern VMware und Nutanix den Großteil der Software, die die zentrale Hyperkonvergenzfunktionalität bietet. Laut einer Marktstudie von IDC lief die Software von VMware und Nutanix auf Appliances, die im ersten Quartal 2018 70 Prozent des HCI-Umsatzes ausmachten.

Die Zukunft der Hyperkonvergenz

Es ist zu erwarten, dass hyperkonvergente Systeme immer leistungsfähiger werden, da die Leistung aufgrund von Fortschritten in der Solid-State-Drive-Technologie (SSD) - wie zum Beispiel Non-volatile Memory Express (NVMe) - weiter zunimmt, so dass Server mit weniger Einheiten pro Arbeitslast viel mehr leisten können.

Die Einführung von Storage Class Memory (SCM), insbesondere von SCM NVDIMMS, wird auch mehr Instanzen pro Server ermöglichen, indem sie als DRAM-Expander fungiert und - sobald Betriebssysteme und Compiler dies unterstützen - die Anwendungsleistung erheblich beschleunigen wird. Im weiteren Verlauf könnten Variationen der Hybrid Memory Cube-Architektur, die CPU und DRAM einander näher bringen, größere Bandbreiten für eine bessere Verbindung von DRAM und CPUs und eine Erhöhung des L4-Cache auf CPUs zu enormen Verbesserungen der hyperkonvergenten Leistung führen. Darüber hinaus könnten Pläne, HCI-Speicher über einen ganzen Cluster gemeinsam nutzbar zu machen, die Leistung schließlich noch weiter steigern.

Die SSD-Kapazitäten steigen weiterhin an. In der Zwischenzeit werden neuere, kleinere und schnellere Formfaktor-SSDs- wie die auf der M.2-Spezifikation basierenden - dazu beitragen, hyperkonvergente Knoten zu höheren Speicherkapazität in immer kleineren Geräten zu führen. Beispielsweise kann ein einziger 3,5-Zoll-Laufwerksschacht 10 M.2 SSD-Karten aufnehmen.

Die Hersteller befassen sich auch mit einem wichtigen Problem im Zusammenhang mit der Hyperkonvergenz, nämlich der Unfähigkeit, Speicherkapazität getrennt von der Rechenleistung für Anwendungen zu erwerben. Einige bieten jetzt Knoten an, die sich in die eine oder andere Richtung neigen - Rechenleistung oder Kapazität. Ein verwandter Trend, bekannt als Disaggregation, könnte in naher Zukunft auch in Hyperkonvergenzkreisen mehr Zugkraft gewinnen. Disaggregation zielt darauf ab, die Ressourcennutzungsraten weit über den heutigen Stand hinaus zu steigern und damit den Kühlungs-, Strom- und Platzbedarf von Rechenzentren zu reduzieren.

Ziel ist es, hyperkonvergente Systeme flexibler und ressourceneffizienter zu machen, indem bestimmte Arten von Funktionalität - Rechenleistung, Flash-Kapazität, Speicher, Festplattenkapazität usw. - über alle Knoten hinweg gebündelt und allen Anwendungen in einer hyperkonvergenten Infrastruktur zur Verfügung gestellt werden.

Diese Definition wurde zuletzt im Juni 2020 aktualisiert

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