ARCH.9 Kapazitätsmanagement

Architektur für Netze SOLLTE eine bedarfsgerechte Netzanbindung installieren.

Erläuterung

Für die Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit kritischer Geschäfts‑ und Fachverfahren ist eine bedarfsgerechte Netzanbindung erforderlich. Durch das strukturierte Erfassen des Bedarfes kann eine Institution frühzeitig Engpässe erkennen, Ausfallrisiken minimieren und eine wirtschaftliche Auslegung ihrer Anschlüsse erreichen. Gleichzeitig lässt sich so eine belastbare Grundlage für Kapazitäts‑, Notfall‑ und Budget‑Planungen schaffen, ohne sich allein auf starre Hersteller‑ oder Provider‑Vorgaben zu verlassen. Relevant ist hierbei die gesamte Netzstrecke zwischen Servern und IT-Clients, zumindest bis zum Internet-Anschluss der Institution. Beispiele für den Anwendungsbereich können sehr unterschiedlich ausfallen: In einem Call‑Center kann sich der Bedarf aus der Anzahl zeitgleich aktiver Soft‑Phones ableiten, deren Codec‑Bandbreite sowie der gewünschten Gesprächsqualität (Latenz < Antwortzeit in ms). In einem Forschungslabor kann die Anbindung darauf basieren, dass täglich große Datensätze mit einer bestimmten maximalen Bandbreite in Gbit/s zu Kooperationspartnern repliziert werden. Auch eine E‑Learning‑Plattform kann berücksichtigen, dass zu Semesterbeginn Studierende gleichzeitig parallele Video‑Streams in HD abrufen, während administrative Dienste weiterhin innerhalb einer bestimmten Antwortzeit in ms reagieren sollen. Dabei ist es sinnvoll, die Netzanbindung an realistische Belastungsszenarien anzupassen.

Architektur für Anwendungen KANN eine [netzbasierte oder serverbasierte] automatische Lastverteilung aktivieren.

Erläuterung

Netzbasierte Lastverteilung bedeutet hier, dass ein dedizierter Netzwerkdienst – z. B. über Load-Balancer oder Layer-4/Layer-7-Komponenten – den eingehenden Datenverkehr dynamisch auf mehrere Server oder Dienste verteilt. Serverbasierte Lastverteilung bedeutet dagegen, dass die beteiligten Systeme selbst Mechanismen bereitstellen, um Anfragen untereinander weiterzugeben oder zu koordinieren, etwa durch eingebaute Proxy- oder Cluster-Funktionalitäten. Der Zweck einer solchen Verteilung liegt in der Absicherung der Verfügbarkeit: Ein plötzlicher Anstieg von Benutzeranfragen könnte ansonsten einzelne Systeme überlasten und zu Ausfällen führen; ebenso könnte ein Defekt in einem Knoten die Gesamtleistung stark beeinträchtigen. Mit geeigneter Lastverteilung kann die Stabilität der Anwendung verbessert und ein unterbrechungsfreier Betrieb unterstützt werden. Zur Umsetzung kann die Institution netzbasierte Verfahren einsetzen, etwa (1) hardware- oder softwaregestützte Load-Balancer, die eingehende Verbindungen nach konfigurierbaren Regeln verteilen, (2) DNS-basierte Verfahren, bei denen Abfragen gezielt auf unterschiedliche Zielsysteme geleitet werden, oder (3) virtuelle Appliances in virtualisierten oder Cloud-nahen Umgebungen. Serverbasierte Verfahren können etwa durch den Einsatz von Cluster-Software, eingebaute Reverse-Proxy-Funktionen in Webservern oder den Einsatz von Message-Queues realisiert werden. Dabei kann eine Institution darauf achten, dass Monitoring-Funktionen integriert sind, um Engpässe frühzeitig zu erkennen, und dass Konfigurationen für Failover-Szenarien getestet werden. Auch ein gestuftes Testen der Lastverteilung unter realitätsnahen Bedingungen kann helfen, die Wirksamkeit sicherzustellen.

Architektur für Anwendungen KANN eine automatische Skalierung der von der Anwendung verwendeten Computerinstanzen anhand von [Schwellwerten] aktivieren.

Erläuterung

Automatische Skalierung ist die Fähigkeit einer Anwendungsarchitektur, die Anzahl der von einer Anwendung genutzten Serverinstanzen dynamisch und automatisiert zu erhöhen oder zu verringern. Grundlage für diese Anpassungen sind definierte Schwellwerte, die beispielsweise auf Metriken wie CPU-Auslastung, Speichernutzung oder Antwortzeiten beruhen können. Damit wird festgelegt, bei welchen messbaren Bedingungen zusätzliche Server gestartet oder wieder abgeschaltet werden. Typische Werte für Schwellwerte können etwa „80 % durchschnittliche CPU-Auslastung über 5 Minuten“, „weniger als 500 MB freier Arbeitsspeicher“ oder „Antwortzeit über 2 Sekunden bei mehr als 100 gleichzeitigen Anfragen“ sein. Ohne Auto-Scaling könnte es vorkommen, dass Anwendungen unter hoher Last nicht mehr reagieren, Datenverlust entsteht oder ganze Dienste für Nutzer unerreichbar werden. Umgekehrt kann Auto-Scaling helfen, Kosten und Ressourcen zu optimieren, indem ungenutzte Server wieder abgeschaltet werden. Eine sinnvolle Umsetzung kann beispielsweise durch den Einsatz von cloudbasierten Skalierungsgruppen erfolgen, die auf klar definierte Metriken reagieren, oder durch Virtualisierungsplattformen, die zusätzliche Instanzen automatisch bereitstellen. Praktische Tipps sind etwa (1) die Definition realistischer und getesteter Schwellwerte auf Basis historischer Lastprofile, (2) die Einrichtung von Stresstests, um das Verhalten bei Erreichen der Schwellwerte zu validieren, und (3) die Einführung von Alarmierungen, die Administratoren über ungewöhnlich häufiges Hoch- oder Runterskalieren informieren können. So kann die Institution sicherstellen, dass Auto-Scaling verlässlich funktioniert und gleichzeitig eine ökonomische Ressourcennutzung gewährleistet bleibt.

Architektur für Anwendungen KANN ein Content Delivery Network installieren.

Erläuterung

Ein Content Delivery Network (CDN) ist ein Netz geographisch verteilter Server, welches Inhalte wie Webseiten und große Mediendateien auch bei hoher Last skaliert zur Verfügung stellt. CDNs sind sinnvoll für weltweit hochverfügbare Server-Anwendungen, da so Lastspitzen und DDoS-Angriffe abgemildert werden. Ein CDN kann selbst umgesetzt oder durch einen entsprechenden Dienstleister übernommen werden.

Architektur für Netze KANN Schutzmaßnahmen gegen volumetrische DoS-Angriffe aktivieren.

Erläuterung

Volumetrische Angriffe können z.B. durch die Verwendung von Anycast-DNS, Upstream Rate Limiting, On-Premise- oder Cloud-Scrubbing, BGP FlowSpec-Filter, Auto-Null-Routing oder Remotely Triggered Blackholing abgewehrt werden.