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19.11.1999 - 

Clustering/Digitalisierung des Sendebetriebs mit Wintel-Servern

Schweizer Radio verläßt sich auf Cluster unter Windows NT

Im Zuge der Digitalisierung des Produktions- und Sendebetriebs entschied sich das Schweizer Radio DRS für eine Hochverfügbarkeitslösung unter Windows NT. Arne Stoffregen* berichtet über das Umstellungsprojekt.

Auf die Vorteile eines digitalen Betriebs aller Wellen wollte das Schweizer Radio DRS (SR DRS) nicht länger verzichten. Doch stellt ein Radiobetrieb, wie ihn der Sender unterhält, enorme Anforderungen an die technischen Komponenten. Der Produktionsumfang beträgt 33600 Stunden im Jahr. Längere Sende- oder Produktionsausfälle sind nicht tragbar; eine hohe Verfügbarkeit der IT war deshalb Pflicht.

Darüber hinaus sind auch die Anforderungen an die im Netz zur Verfügung gestellte Bandbreite hoch, da ein Redakteur beim lokalen Bearbeiten eines Beitrags große Datenmengen überträgt. Alle Audiodateien sind im Format MPEG I, Layer II, (384 Kbit/s) komprimiert abgelegt und belegen somit zirka 3 MB pro Minute. Es gab daher genaue Startdefinitionen für das Projekt (siehe Kasten "HSM-System"). Eine Hochverfügbarkeitslösung unter Windows NT 4.0 mit zwei geclusterten Servern sollte die erwünschte Performance und Verfügbarkeit bringen.

Für das SR DRS stand von Anfang an fest, daß die Digitalisierung des Betriebs mit dem zum europäischen Standard avancierten Programm "D''Accord" der Hamburger Firma Management Data erfolgen sollte. Langjährige Erfahrung der Spezialisten und der erfolgreiche Einsatz der Software in mehr als 70 Rundfunk- und Fernsehanstalten sprachen für diese Lösung. Die Hamburger machten allerdings darauf aufmerksam, daß sich die Software auf Unix-Servern in Verbindung mit einem hierarchischen Storage Management (HSM) vielfach bewährt habe, daß Erfahrungen unter Windows NT aber weitgehend fehlten. Um einen reibungslosen Ablauf zu garantieren, forderte Management Data deshalb ein Gutachten eines externen Dienstleisters für die NT-Installation. Dies erstellte der Essener Trainings- und Consulting-Anbieter BOV.

Die Entscheidung zugunsten einer NT-Lösung fällten die Schweizer IT-Verantwortlichen aufgrund strategischer und finanzieller Überlegungen. Zum einen basierten beim Sender bereits weite Teile der benötigten Infrastruktur, etwa die Benutzerverwaltung und etliche Standardanwendungen, auf dem Microsoft-Betriebssystem. Administratoren und Benutzern war die Software bekannt, so daß eine hohe Akzeptanz zu erwarten war. Die Einbindung eines Unix-Cluster-Systems wäre nicht nur ein technologischer, sondern auch ein administrativer Fremdkörper gewesen, der erst über den Einsatz neuer Software in die bestehende Netzstruktur hätte eingebettet werden müssen.

Zu den strategischen Gründen kamen auch finanzielle Überlegungen. Die Implementierung eines Unix-Clusters hätte umfangreiche Anwender- und Administratorenschulungen nach sich gezogen. Die Installation eines Unix-Systems unter Verwendung der Software D''Accord wäre zwar schneller zu bewerkstelligen gewesen, jedoch erhoffte sich das SR DRS von der NT-Lösung insgesamt niedrigere Kosten bei voraussichtlich gleicher Leistungsfähigkeit im Einsatzbereich des Senders.

Das Projekt zur Umstellung der bisher eingesetzten Hardware (kleineres Sendesystem für zwei Wellen) auf das neue digitale System startete im November 1998. Die Implementierung der Software und die damit verbundene Anpassung der internen Prozesse wurden von der Einrichtung der Cluster-Infrastruktur getrennt durchgeführt. Zum Einsatz kam die Windows NT 4.0 Server Enterprise Edition, die einen Zwei-Knoten-Cluster unterstützt, bei dem beide Rechner mit unterschiedlichen Anwendungen aktiv sein können.

Die eingesetzte Client-Software benötigt zur Ablage der Audiodateien den Datei- und Druckdienst des NT-Servers, der vom Cluster unterstützt wird. Beide Server werden aktiv verwendet, wobei ein Knoten die Audiodaten und der andere die Dateien der Bürokommunikation verwaltet.

Gleich zu Beginn des Projekts traten mit dem anfangs eingesetzten Fibre-Channel-Arbitrated-Loop-(FC-AL-) Speichersubsystem größere Kompatibilitätsprobleme in Verbindung mit dem Microsoft-Cluster auf. Darüber hinaus war kein Volume Manager verfügbar, der gewährleistet hätte, daß sich alle Festplatten-Arrays zu einem logischen Laufwerk zusammenfassen lassen. Das HSM-System unterstützte die Microsoft-Cluster-Software nicht und reagierte bei einem Failover nicht korrekt. Im Stand-alone-Betrieb funktionierte das HSM-System zwar erwartungsgemäß. Trotzdem war eine Zertifizierung zu diesem Zeitpunkt in weite Ferne gerückt.

Um das System dennoch aufzusetzen, verwendete der Sender ab Februar 1999 Komponenten eines anderen Herstellers. Für dessen Hardware waren für den Cluster zertifizierte Treiber und auch der erforderliche Volume Manager vorhanden, der Partitionen bis zu einem Terabyte verarbeitet. Ein wesentliches Problem für die Ansprache durch die D''Accord-Software war damit gelöst.

Die Testumgebung bestand nun vollständig aus Compaq-Komponenten mit zwei "Proliant 6500"-Servern - ausgestattet mit jeweils zwei Pentium-III-Prozessoren -, die über zwei Fibre-Channel-Hubs mit den Festplatten-Arrays verbunden waren. Die einzelnen Plattenstapel waren nach dem Raid-Level 5 konfiguriert. Alle Verbindungskomponenten, Netzteile etc. waren redundant ausgelegt.

Als aktive Netzkomponenten setzten die Projektverantwortlichen "Gigabit"-Switches von 3Com ein. Für die Tests im Cluster installierten die Techniker zwölf Clients (sowohl NT 4.0 als auch Windows-95-Systeme), die die notwendige Netzlast erzeugten. Auch dieses System konnte das ursprünglich geforderte hierarchische Storage-Management über einen Bandroboter nicht fahren, da am Markt keine Lösung zur Verfügung stand. Nun stand die Umgebung auf dem Prüfstand. Falls die Performance den vorher definierten Ansprüchen dennoch genügen sollte, wollte das SR DRS zunächst auf das hierarchische Speicher-Management verzichten und statt dessen ein größeres Platten-Array einsetzen. Denn auch die Redakteure rechneten nicht damit, die Speicherkapazitäten der Platten in den nächsten zwei Jahren auszureizen.

Die Meßreihen verliefen positiv. In der Testumgebung wurde bei teilweise über zwölf Stunden Testdauer ein weitgehend konstanter Datendurchsatz von 30,4 MB/s gemessen. Der geforderte Wert von mindestens 20 MB/s wurde demnach weit übertroffen. Darüber hinaus war kein Single-Point-of-Failure zu lokalisieren, der Datenstrom riß auch durch den Ausfall von Einzelkomponenten wie Stromversorgung, Fibre-Channel-Karte oder Netzwerkkarte nicht ab.

Beim Ausfall eines aktiven Knotens im Cluster wurde der Datenstrom kurz unterbrochen. Wurde dieser Ausfall manuell eingeleitet, etwa für Wartungsarbeiten, war die vollständige Übertragung der Ressourcen (Name, IP-Adresse, Freigabe) in wenigen Sekunden vollzogen. Bei einer kompletten Havarie eines Rechners hing die Failover-Zeit stark von der Größe des verwendeten Plattenstapels ab und bewegte sich im Bereich von zehn Sekunden bis drei Minuten. Die Entwickler der BOV konnten den Cluster-Betrieb daher zertifizieren; der Implementierung in die bisherige IT-Struktur von SR DRS stand nichts mehr im Wege.

Angeklickt

Die Digitalisierung des Betriebs stellte das Schweizer Radio DRS vor ein Problem: Die für dieses Vorhaben als Standard geltende Software "D''Accord" hatte sich bislang lediglich in Unix-Umgebungen bewährt. Erfahrungen mit NT-Systemen gab es nahezu keine. Wegen der vorhandenen IT-Struktur und aus finanziellen Gründen entschied sich der Sender dennoch für eine NT-basierte Lösung mit Intel-Servern. Zwei Rechnerknoten unter NT 4.0 Enterprise Edition bilden einen Failover-Cluster, der einen zuverlässigen Betrieb sicherstellen soll.

HSM-System

Das insgesamt erforderliche Datenvolumen beim Schweizer Radio betrug 10 TB. Dabei sollten 800 GB in einer logischen Datenpartition vorhanden sein, der Rest durch ein HSM-System (Hierarchisches Speicher-Management) abgedeckt werden. Ein Datendurchsatz von mindestens 20 MB/s bei einem potentiellen Datenvolumen von 800 GB in einem logischen Laufwerk waren Voraussetzung für den reibungslosen Radiobetrieb.

Das HSM-System sollte die Ablage oder automatische Archivierung von länger nicht verwendeten Beiträgen, Werbung, Jingles und vor allem Musikstücken übernehmen. Nach bestimmten Regeln können bei dieser Technik Dateien, auf die länger nicht zugegriffen wurde oder die eine gewisse Größe überschreiten, auf einen angeschlossenen Bandroboter migriert werden. Übrig bleibt ein Verweis im Dateisystem, so daß der Vorgang für den Anwender transparent ist.

Wird auf die Datei zugegriffen, wird sie je nach Auslastung des Roboters und Lage des Bandes innerhalb von 30 Sekunden bis zu einer Minute zurück auf die Platten gespielt und ist wieder direkt vom Client ansprechbar. Dieses System ist im Nicht-Microsoft-Umfeld seit Jahren erprobt. Die Kapazität des Festplatten-Arrays kann durch diese Technik geringgehalten werden. Beim Schweizer Radio wurden 800 GB veranschlagt.

*Arne Stoffregen ist Manager Research & Development bei der BOV AG in Essen.