Modernisierung der Serverlandschaft mit VLAN und 10 Gbit/s

Modernisierung der Serverlandschaft mit VLAN und 10 Gbit/s

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 Heutige Systeme werden immer leistungsfähiger. Das ist soweit gut, wenn hierdurch Kosten bei Neubeschaffung eingespart werden können. Leider gehen die Trends aktuell dahin, dass die Anforderungen und Vielzahl der zu betreibenden Systeme stetig steigen. Eines der Zauberworte der Vergangenheit war Virtualisierung, um vorhandene Hardware besser zu nutzen.

Aktuelle Serverhardware ist in der Lage, problemlos zehn oder zwanzig virtuelle Maschinen gleichzeitig auszuführen. Wenn jedoch alte Netzwerkstrukturen beibehalten werden sollen, müssten Virtualisierungshosts mit einer Masse an Netzwerkkarten gespickt werden. Schließlich gilt es, Bereiche im Netzwerk wie Management, Backup, Office-Netz, Storage (bei abgesetztem Fileserver) und gegebenenfalls einer DMZ (demilitarisierte Zone) getrennt zu führen.

VLAN Trunking

Die Lösung zur Reduzierung größerer Kabelmengen im Netzwerkbereich heißt Trunking.

Trunking ist eine Multiplexertechnik, mit der verschiedene VLANs über ein einziges Kabel transportiert werden können. Das klassische Einsatzgebiet besteht in der Kaskadierung von Switches. Hier möchte man mit einem einzigen Uplinkkabel zum übergeordneten Switch auskommen, da ansonsten keine Reduzierung des Verkabelungsaufwandes stattfindet.

Technisch wird dieses Trunking nach dem Standard .1Q (dot-Eins-Q) derart erledigt, dass eingehende Datenpakete um eine Information zur VLAN-ID erweitert werden. Dieser Vorgang nennt sich tagging. Die Gegenstelle (in der Regel der Uplinkswitch) entfernt diese Information anschliessend wieder.Somit unterscheidet ein Switch zwischen sogenannten Endgeräteports und “getaggten” Ports.

Virtualisierung und VLAN-Tagging sind ein gutes Paar

Moderne Netzwerkkarten sind ebenfalls in der Lage, an getaggte Switchports angeschlossen zu werden. Hier wird in der Konfiguration des Betriebssystems festgelegt, welche VLAN-ID diese benutzen sollen.
Einen Schritt weiter gehen Virtualisierungslösungen wie Hyper-V. Hier werden sogenannte virtuelle Switches ausgebildet, über die eine VM mit den jeweiligen VLANs kommunizieren kann.
Zur Sicherheit wird hierbei in der Konfiguration der virtuellen Maschine festgelegt, zu welchen VLANs diese Zugang hat.

Übersichtlichkeit und Geschwindigkeit

Wenn mehrere bisherige Datenleitungen im Netzwerk durch eine einzige neue Verbindung ersetzt werden soll, ist auf die benötigte Bandbreite zu achten. Die neuen Komponenten müssen folglich in Summe die bisherigen genutzten Datenraten leisten können.

Ein Ersatz alter 1Gbit/s Netzwerkkarten und Switches durch modernere Hardware wie 10Gbit/s – fähiges Equipment löst oft mehrere Probleme auf einmal. Weniger Kabel im Serverschrank bringen eine bessere Durchlüftung und Kühlung, und wenn unter Umständen lassen sich mehrere Switches auf neue 10Gbit/s-Switches konsolidieren. Von einer Umstellung auf höhere Geschwindigkeiten profitiert auch die Datensicherung, die in deutlich kürzerer Zeit durchläuft- bzw. im Fehlerfalle somit schneller zurückgespielt ist. Die bessere Übersichtlichkeit eines solchen ertüchtigten Systems erhöht meist auch die Sicherheit, da weniger vermeidbare Fehler passieren.

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Verbesserung der Sicherheit im Netzwerk durch Einsatz von VLANs

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Verbesserung der Sicherheit im Netzwerk durch Einsatz von VLANs


Sicherheit in der IT wird heutzutage spätestens seit dem Aufkommen von Ransomware großgeschrieben. Ein Beispiel aus Anwendersicht ist das Verschlüsseln von Kommunikation, welches durch das berühmte grüne Schloss im Webbrowser angezeigt wurde – Sicherheit beginnt jedoch bereits viel früher damit, im Netzwerk Bereiche zu segmentieren- vergleichbar den Schotten in einem Schiff.

Netzwerksetup und Switches

In heutigen Netzwerken werden meist Ethernet-Switches zur Verbindung der Rechner untereinander eingesetzt. Die Bezeichnung “Switch” ist die Kurzform von “Switching Hub” und deutet darauf hin, dass früher einmal jeder Netzwerkverkehr quasi als Rundsendung an alle angeschlossenen Stationen gesendet worden ist.

Switches funktionieren hier etwas selektiver ähnlich wie eine Telefonvermittlung, die nur Verbindungen zwischen den Teilnehmern direkt zulässt. Dies bedeutet, dass die Datenpakete anhand ihrer ID gezielt an den Zielport übermittelt werden. Eine Ausnahme stellen Rundsendungen, sogenannte Broadcasts dar.

Diese sind ein Standardmechanismus, um beispielsweise Zuordnungen von IP-Adressen zu Netzwerkports und den damit verbundenen MAC-Adressen zu aktualisieren.

Sicherheit und bessere Performance durch Aufteilung des Netzwerkes

Unter Sicherheitsaspekten ist es sinnvoll, ein Netzwerk in verschiedene Bereiche zu unterteilen. Im Serverraum werden als “Best Practice” Netzwerksegmente für Management und Backup auf getrennte Switches verkabelt. Auf den daran angeschlossenen Netzwerkports sind unterschiedliche Firewallregeln aktiv, sodass beispielsweise Wartungszugriffe auf das Betriebssystem möglich sind.

Durch die Trennung von Management- und Backupnetz und dem Benutzer zugewandten Segment lässt sich die gesamte Bandbreite erhöhen, da sich die Datenströme auf verschiedene Anschlüsse verteilen. Gleichfalls bleiben Broadcasts in ihrem Segment. Bei Nutzung einer Firewall zur weiteren Segmentierung des Netzes müssen die Bereiche zwingend trennbar sein, da IP-Adressen von Benutzern selbst geändert werden können. Eine verbreitete Praxis besteht darin, einem VLAN auch einen kompletten Subnetzbereich wie /24 zuzuordnen.

VLAN als Mechanismus zur Reduzierung benötigter Hardware

Moderne Switches beherrschen die Möglichkeit, intern verschiedene Ports zueinander zuzuordnen. Diese Technik wird als VLAN (Virtual Local Area Network) bezeichnet. Hierdurch entfällt die Nutzung von mindestens einem physischen Switch pro Netzwerksegment.

Dies bedeutet weniger Hardwareeinsatz sowie übersichtlichere Netze. Da VLANs in der Regel über eine Firewall miteinander verbunden werden, fließen zwangsweise alle Datenströme durch diese.

Somit sind einfache Angriffsszenarien auf Switches wie MAC-Flooding nahezu wirkungslos, da diese nur einen Teilausschnitt des Netzwerkes betreffen.

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Virtualisierung und Effizienzsteigerung

Virtualisierung und Effizienzsteigerung

.eVirtualisierung- Effizienzsteigerung für Netzwerke

Die klassischen Grenzen in der IT verwischen zunehmend. Früher gab es DEN Computer, auf dem eine Anzahl von Programmen installiert waren. War dieser kaputt, musste oftmals langwierig das Betriebssystem neu aufgesetzt werden.

Zum Test, ob Updates fehlerfrei funktionieren, wurden oft aufwändige Testsysteme installiert. Mit zunehmender Leistungsfähigkeit der Technik lassen sich heute übliche Rechner jedoch von mehreren Instanzen gleichzeitig nutzen. Die Technik dahinter wird als Virtualisierung bezeichnet. Diese erlaubt eine Entkopplung eines Systems von der Hardware.

Funktionsweise von Virtualisierung

Klassisch ist auf einem Rechner genau ein Betriebssystem installiert. Dieses verwaltet u.a. den Zugang zu den Hardwareressourcen, die die jeweils verwendete Software benötigt. Das bedeutet, dass das Betriebssystem “auf dem Blech” (bare Metal) installiert ist, also direkten Hardwarezugang hat. Ein Betriebssystem kann jedoch auch in einer weiteren speziellen Software, dem sogenannten Hypervisor, installiert werden- diese simuliert gegenüber dem installierten Gast-Betriebssystem einen PC mit all seinen Ressourcen. Hierbei lassen sich die zur Verfügung gestellten Ressourcen limitieren. Beispielsweise sind im Host-PC 32GB Hauptspeicher vorhanden und 1 Terabyte Massenspeicher. In der virtuellen Instanz als Gast-Betriebssystem werden aber nur 4 Gigabyte Hauptspeicher und 50 Gigabyte “Festplatte” zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise lassen sich mehrere “Gast-Instanzen” gleichzeitig betreiben.

Nutzen von Virtualisierung

Im Rahmen von Desktop-Virtualisierung lassen sich bereits mit kostenlosen Programmen (wie dem in Windows enthaltenen Hyper-V) auf einem Arbeits-PC virtuelle Maschinen bauen. Dies erlaubt beispielsweise das bequeme Ausprobieren von Betriebssystemen wie Linux oder der neuesten Windows-Version, ohne dass am bestehenden System etwas geändert werden muss.

Auch Testsysteme lassen sich auf definierten Stand zurücksetzen. Hierdurch können ohne erneutes Aufsetzen eines PC Änderungen getestet werden.

Auch alte Software, die nur unter Windows 95 funktioniert, lässt sich so betreiben. Im Falle von spezieller Branchensoftware oder Steuersoftware für Maschinen lassen sich so teure Geräte weiternutzen.

Einsatz im Netzwerk

Größere Netzwerke werden zunehmend virtualisiert. Der Vorteil hierbei besteht darin, dass auf leistungsfähiger Hardware viele virtuelle Maschinen laufen, und somit der Wartungsaufwand, Platzbedarf und Stromkosten verringert werden. Kleinere Instanzen lassen sich schneller sichern und zurückspielen, auch ist bei einem Neustart nur ein kleiner Teil vom Netzwerk betroffen.

Selbstverständlich ist es auch möglich, bereits vorhandene physikalische Systeme zu virtualisieren. 

Mit spezieller Backup-Software können virtuelle Instanzen sogar im laufenden Betrieb gesichert werden, die im Fehlerfall zeitnah auf einem anderen Rechner im Netzwerk wieder zurückgesichert werden können. Hierdurch wird eine hohe Verfügbarkeit der Dienste erzielt.

Microsoft honoriert dieses im Rahmen der Lizensierung: Eine Windows-Server Standard Lizenz kann wahlweise einmal “auf Blech” oder für 2 VM (und dem darunterliegenden Rechner als Hostsystem) eingesetzt werden.

Bild von Tobias Heine auf Pixabay

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