INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y
ELÉCTRICA
CONSOLIDACIÓN DE SERVIDORES CON VMWARE ESX, EN EL CENTRO DE DATOS DE LA DIRECCIÓN DE CÓMPUTO Y COMUNICACIONES
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA
PRESENTA
FRANCISCO DAVID FRANCO GUERRERO
ASESORES
ROJAS SALGADO ARTURO ROLANDO IGNACIO DÍAZ SANDOVAL JOSE MARTIN HARO MARTÍNEZ
ii
ÍNDICE
GLOSARIO _______________________________________________________________ iii
OBJETIVO GENERAL ______________________________________________________ vii
JUSTIFICACIÓN __________________________________________________________ viii
INTRODUCCIÓN __________________________________________________________ x
CAPÍTULO 1 –ANTECEDENTES- _______________________________________________ 1
MARCO DE REFERENCIA _________________________________________________________ 2
IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA _________________________________________________ 13
CAPÍTULO 2 –MARCO TEÓRICO- ____________________________________________ 15
¿QUÉ ES LA VIRTUALIZACIÓN? ___________________________________________________ 16
VMWARE ____________________________________________________________________ 19
VT INTEL (IVT) ________________________________________________________________ 23
AMD (AMD-V) ________________________________________________________________ 24
NUEVAS TECNOLOGIAS Y OBJETIVOS DE LAS ORGANIZACIONES _______________________ 24
CONTINUIDAD EN EL SERVICIO __________________________________________________ 27
CAPÍTULO 3 –CASOS DE USO- ______________________________________________ 29
CAPÍTULO 4 –ANÁLISIS, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN- __________________________ 35
HIPÓTESIS ___________________________________________________________________ 36
ANÁLISIS ____________________________________________________________________ 36
DISEÑO _____________________________________________________________________ 43
IMPLEMENTACIÓN ____________________________________________________________ 50
CAPÍTULO 5 –EVALUACIÓN DE LA SOLUCIÓN- _________________________________ 60
ANÁLISIS ECONÓMICO _________________________________________________________ 61
REPORTE DE USO DE LA INFRAESTRUCTURA VIRTUALIZADA AL PRIMER SEMESTRE DEL 2009 63
CONCLUSIONES _________________________________________________________ 72
TRABAJO A FUTURO ______________________________________________________ 76
BIBLIOGRAFIA ___________________________________________________________ 78
i
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 (Vmware, 2009) ... 30
Tabla 2 (Vmware, 2009) ... 31
Tabla 3 (Vmware, 2009) ... 32
Tabla 4 Monitoreo de 20 servidores BL10 en un periodo de 30 días. ... 39
Tabla 5 Resultado de la conversión de servidores para el muestreo del tiempo de conversión ... 41
Tabla 6 Distribución de las Zonas de los switches de la SAN ... 59
Tabla 7 Análisis económico ... 61
Tabla 8 Comportamiento de la arquitectura virtual. ... 63
Tabla 9 Consumo eléctrico a precios de 2009. ... 71
ii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Organigrama de la DCyC ... 9
Figura 2 Sistema Virtualizado (VMWare Cloud Computing with Virtualization, Green IT, Virtual Machine & Servers, 2009) ... 20
Figura 3 (VMWare Cloud Computing with Virtualization, Green IT, Virtual Machine & Servers, 2009) ... 21
Figura 4 (VMWare Cloud Computing with Virtualization, Green IT, Virtual Machine & Servers, 2009) ... 22
Figura 5 (VMWare Cloud Computing with Virtualization, Green IT, Virtual Machine & Servers, 2009) ... 23
Figura 6 Recuperada de la Consola de Administración del Sistema de Monitoreo de la DCyC ... 37
Figura 7 Recuperado de la Consola de Administración del Sistema de Monitoreo de la DCyC ... 38
Figura 8 Uso medio de los recursos de CPU de los servidores BL10 ... 40
Figura 9 Diseño físico de la solución de almacenamiento. ... 44
Figura 10 Diseño físico detallado de las conexiones de fibra para el sistema de almacenamiento. ... 45
Figura 11 Diagrama lógico de la distribución de las LUNs en la SAN ... 46
Figura 12 Diagrama detallado de la configuración de red de los servidores ESX. ... 47
Figura 13 Diseño final de la solución de virtualización para la DCyC. ... 48
Figura 14 Instalación de vmware ESX 3.5 ... 50
Figura 15 Instalación de vmware ESX 3.5 ... 51
Figura 16 Instalación de vmware ESX 3.5 ... 52
Figura 17 Instalación de vmware ESX 3.5 ... 53
Figura 18 Instalación de Vcenter. ... 55
Figura 19 Instalación de Vcenter. ... 55
Figura 20 Instalación de Vcenter. ... 56
Figura 21 Instalación de Vcenter ... 57
Figura 22 Distribución de discos en la SAN ... 58
Figura 23 Diagrama lógico del acceso a los discos en la SAN. ... 59
Figura 24 Recuperado de la consola de administración de vmware, muestra el uso del servidor “RH-Web” en un periodo de un año. ... 65
Figura 25 Recuperado de la consola de administración de vmware, muestra el uso del servidor “SCCM” en un periodo de un año. ... 66
Figura 26 Uso de CPU del Servidor de admisión. ... 67
Figura 27 Uso de CPU de la solución de virtualización. ... 69
iii
iv
BIOS Acrónimo de Basic Input – Output System, es un código de software que reconoce todos los dispositivos necesarios para cargar el Sistema Operativo en la Memoria RAM.
Clúster El término se aplica a los conjuntos o conglomerados de computadoras construidas mediante la utilización de
componentes de hardware comunes y que se comportan como si fueran una sola computadora.
Emulación Imitar las acciones de otro procurando igualarlas e incluso excederlas. En informática, se lleva a cabo con el uso de software.
HBA Host Bus Adapter. Término utilizado principalmente para hacer referencia a los dispositivos para la conexión SCSI, Fibre Channel y dispositivos eSATA, pero los dispositivos para la conexión al canal IDE, Ethernet, FireWire, USB y otros sistemas también pueden ser llamados adaptadores de host.
Hz Unidad de frecuencia del Sistema Internacional de Unidades. Un hercio representa un ciclo por cada segundo, entendiendo ciclo como la repetición de un evento.
LUN Es el identificador de una unidad lógica SCSI. Una unidad lógica es una entidad de protocolo SCSI que realiza operaciones de almacenamiento clásicas tales como leer y escribir.
Máquina Virtual
Software que emula a una computadora y puede ejecutar programas como si fuese una computadora real.
NIC Acrónimo de Network Interface Card, es la tarjeta que da conectividad de red al servidor.
v
SAN Storage Area Network, Red de área de almacenamiento. Es una red concebida para conectar servidores con sistemas de
almacenamiento basada en tecnología de fibra canal. Su función es la de conectar de manera rápida y segura servidores con unidades de almacenamiento. Una red SAN se distingue de otros modos de almacenamiento en red por el modo de acceso a bajo nivel. El tipo de tráfico en una SAN es muy similar al de los discos duros como ATA, SATA y SCSI. En otros métodos de almacenamiento, como SMB o NFS, el servidor solicita un determinado archivo, por ejemplo “/home/usuario/file”. En una SAN, el servidor solicita un bloque específico de un disco. La mayoría de las SANs actuales usan el protocolo SCSI para acceder a los datos, aunque no usen interfaces físicas SCSI. Todo esto controlado por software propietario para el manejo de los volúmenes lógicos y de la conexión con los equipos cliente. La interconexión se lleva a cabo mediante HBAs, que son tarjetas conectadas al servidor, cables de fibra, en su mayoría LC – LC, switches diseñados específicamente para éste propósito y la unidad de almacenamiento. Estos switches se configuran para que los servidores accedan directamente a los discos destinados, mediante ¨rutas¨ específicas, dictadas por el WWN de la HBA y el WWN del sistema de almacenamiento.
SATA Acrónimo de Serial Advanced Technology Attachment, es una interfáz de transferencia de datos de la tarjeta madre (mother board) y dispositivos de almacenamiento, como puede ser disco duro, y unidades ópticas. Con tasas de transferencia de hasta 6Gbps.
Servidor Un servidor es una computadora que, formando parte de una red, provee servicios a otras computadoras denominadas clientes.
Sistema Operativo
Un conjunto de programas de computación destinados a realizar muchas tareas entre las que destaca la administración eficaz de sus recursos.
Sub utilización
vi
Switch Es un dispositivo digital de lógica de interconexión de redes de computadoras que opera en la capa 2 del modelo OSI. Su función es interconectar dos o más equipos en la red de datos, dentro del mismo dominio de colisión.
Tecnologías de
Información –TI-
Las tecnologías de la información son un conjunto de técnicas, desarrollos y dispositivos avanzados que integran
funcionalidades de almacenamiento, procesamiento y transmisión de datos. Las TIC tienen como fin la mejora de la calidad de vida de las personas dentro de un entorno, y que se integran a un sistema de información interconectado y
complementario.
vii
OBJETIVO GENERAL
Implementar una solución de virtualización para el Centro de Datos de la Dirección de
Cómputo y Comunicaciones del Instituto Politécnico Nacional, que permita la correcta
viii
JUSTIFICACIÓN
Hoy en día, los Centros de datos están experimentando un crecimiento, debido a la
demanda creciente de aplicaciones que faciliten las labores cotidianas de los usuarios.
Cada vez hay una mayor demanda en el manejo y uso de la información de las
organizaciones y también aumentan los requerimientos que las organizaciones deben
cumplir. Esto implica en muchos de los casos que por cada aplicación por lo menos debe
existir un servidor asociado, y en la mayoría de las ocasiones, los servidores no están
siendo ocupados en su totalidad.
Si se analizan los casos que se presentan en cuanto a la sub utilización de los recursos, de
los cuales existen millones en todo el mundo, podemos encontrar estadísticas
interesantes de cómo se aprovechan entre un 10% y 30% de la capacidad de proceso de
estos servidores. Es decir, a cualquier servidor a nivel global le sobra el 70% de sus
recursos o inclusive en algunos casos hasta más.
Las organizaciones se encuentran con un terreno infrautilizado y con dificultades de
mantenimiento. Además, se dan situaciones en donde la demanda de capacidad de
procesamiento excede los límites permitidos en los servidores. Como resultado, los
usuarios de las aplicaciones tienen que trabajar con servicios por debajo del nivel estándar
hasta que se incremente el poder de capacidad, lo cual puede llevar varias horas o incluso
días.
Desde el punto de vista de recursos humanos, cada servidor requiere de la administración
de su sistema. Entre mayor sea el número de servidores, mayor es el costo de
mantenerlos y administrarlos. Además en la perspectiva de los profesionales de TI, se
encuentran con el constante desafío en resolver el conflicto entre la necesidad de crear
una infraestructura que le brinde flexibilidad a los empleados para manejar libremente las
organizaciones y el control necesario para proteger los recursos de la empresa con
ix
Por otra parte, desde una perspectiva global, la preocupación, es el consumo de energía
generado por los centros de datos. Existen estudios, como el que realizó la firma McKinsey
& Company (2007) junto con otras organizaciones aliadas, en donde informan que el
consumo de energía eléctrica a nivel mundial se duplicó del 2000 al 2006. Otro estudio
realizado por Lawrence Berkeley Lab (Lawrence Berkeley Labs, 2006), concluyó que los
costos de la energía eléctrica usada por los servidores, así como por la infraestructura
auxiliar y de enfriamiento, se estima que ascendieron a 2 mil 700 millones de dólares en
los Estados Unidos y a 7 mil 300 billones de dólares en todo el mundo en el 2005.
Derivado de lo anterior se pretende analizar la situación actual del Centro de Datos de la
Dirección de Cómputo y Comunicaciones del Instituto Politécnico Nacional, para incluir
una solución de virtualización que permita en el corto plazo:
• Reducir la subutilización de los recursos físicos, para un mejor aprovechamiento.
• Reducir los costos por mantenimiento en el Centro de Datos, sustituyendo servidores físicos con una edad superior a 8 años, por servidores virtuales alojados
en equipos de nueva generación.
• Proporcionar un servicio de calidad, en materia de cómputo, a los usuarios de la red institucional.
• Proporcionar herramientas para la recuperación ante fallas en los sistemas.
x
INTRODUCCIÓN
Las Tecnologías de la Información (TI), integran y convergen en la computación, las
telecomunicaciones y la técnica para el procesamiento de datos, donde sus principales
componentes son: el factor humano, los contenidos de la información, el equipamiento, la
infraestructura, el software y los mecanismos de intercambio de información.
Los Sistemas de Información (SI) y las Tecnologías de Información (TI) han cambiado la
forma en que operan las organizaciones actuales. A través de su uso, se logran
importantes mejoras, automatizan los procesos operativos, suministran una plataforma
de información necesaria para la toma de decisiones y lo más importante, su implantación
logra ventajas competitivas.
Pero debido a la creciente demanda de más aplicaciones, los departamentos de TI
enfrentan un gran problema. Cuando una compañía implementa o crea nuevas
aplicaciones, típicamente adquiere un servidor por aplicación y en algunos casos más de
dos, dependiendo del tipo de solución. Este crecimiento en algunos casos desmedido por
tratar de satisfacer las necesidades de mas sistemas informáticos, llevan al Departamento
de TI a problemas relacionados con la disponibilidad de espacio físico, incremento en el
uso de sistemas de enfriamiento, aprovisionamiento de conectividad de red para los
nuevos servidores, sub utilización de los recursos físicos de hardware, por mencionar
algunos.
Este trabajo presenta una solución de virtualización para abatir la sub utilización en el
xi
El contenido del presente trabajo se desglosa en cuatro capítulos los cuales se describen a
continuación:
CAPÍTULO 1
Se describe la historia de la Dirección de Cómputo y Comunicaciones desde su creación en
1993 y la renovación tecnológica que ha tenido hasta la fecha.
CAPÍTULO 2
Se analizan las teorías existentes en materia de virtualización y sus aplicaciones en las
organizaciones.
CAPÍTULO 3
Se muestran casos de éxito en el uso de vmware para la consolidación de servidores y
para la reducción de costos en varios centros de cómputo alrededor del mundo.
CAPÍTULO 4
Se analiza el comportamiento de los servidores para valorar si son candidatos o no a
virtualizar, y se diseñará la solución en su conjunto para alojar los equipos virtuales.
CAPÍTULO 5
Se analiza el impacto económico de la aplicación y se presentan los resultados para su
1
CAPÍTULO 1 –ANTECEDENTES-
El objetivo de este capítulo es mencionar los antecedentes históricos de la computación
en el Instituto Politécnico Nacional, la evolución tecnológica de la Dirección de Cómputo y
2
MARCO DE REFERENCIA
El Instituto Politécnico Nacional es una institución educativa de la cual egresan cada año
13,000 técnicos, 14,000 profesionales y un importante número de posgraduados, es un
activo para la sociedad mexicana (Calvillo Velasco & Ramirez Palacios, 2006).
La historia del Instituto Politécnico Nacional se encuentra estrechamente relacionada con
el desarrollo de la educación técnica en México, la cual se impulsó gracias a ideologías y
precursores de este tipo de formación que comprendieron la necesidad de establecer
escuelas para su enseñanza, con objeto de consolidar la independencia alcanzada por
medio de las armas y de la sangre derramada de un gran número de sus habitantes.
Los ideales de estos destacados personajes fructificaron parcialmente en el siglo XIX al
establecerse algunas escuelas técnicas, comerciales, de artes y oficios, pero trabajaron
aisladas y en condiciones precarias. La situación general de la nación era de atraso,
agravado por las guerras e invasiones. En el siglo XX, después del movimiento
revolucionario, se incrementó la creación de escuelas con estas características, no sólo en
la Ciudad de México, también en otras ciudades que contaban con centros de trabajo
importantes.
La educación técnica tiene antecedentes remotos, pero el gobierno mexicano comenzó a
organizarla con mayor formalidad en 1925, al crear el Departamento de Enseñanza
Técnica, Industrial y Comercial, cuya jefatura fue ocupada por brillantes personajes. Esos
funcionarios, en especial el ingeniero Juan de Dios Bátiz, trabajaron con el propósito de
impulsar esta educación, hasta culminar, en 1936, con la creación del Instituto Politécnico
Nacional, en el cual las principales escuelas técnicas, industriales y comerciales existentes
se agruparon de manera organizada por áreas de conocimiento y niveles de enseñanza.
Los primeros esfuerzos en materia de computación en el Instituto, fueron el 7 de Enero de
3
reglamento y plan de trabajo. Su objetivo fue impulsar el desarrollo de la investigación
científica y tecnológica, pero también cooperar con la administración pública y privada
mediante la presentación de servicios y la formación de personal especializado en el uso
adecuado de máquinas electrónicas. Durante su primer año de actividades, impartió
cursos sobre computación, electrónica básica y programación de sistemas IBM, cursos
sobre análisis numérico, e incluso de inglés intensivo. La preparación del personal también
incluyó la participación de cinco personas en cursos de uso, programación y operación de
la computadora IBM-709 en Estados Unidos. Se construyeron clubes de cálculo formados
por elementos de las diferentes escuelas superiores del IPN, de la UNAM, de la Escuela
Nacional de Agricultura de Chapingo, de la Escuela Militar de Ingenieros, y de la Facultad
de Ingeniería de la UNAM.
La importancia de la aplicación de la tecnología de computadoras permitió que le CENAC
tuviera una enorme demanda; poco tiempo después sus cursos abarcaron a participantes
de la Escuela Superior de Física y Matemáticas del IPN, la Universidad Veracruzana, la
ESIME, la ESIQIE, la Compañía de Luz y Fuerza del Centro, entre otras.
El CENAC dependió jerárquicamente del Patronato de Talleres, Laboratorios y Equipos del
Instituto Politécnico Nacional, su máxima autoridad era el director del centro quien contó
con colaboradores de las más diversas ramas y coordinadores en las diferentes escuelas
que formaban al instituto. El centro se integró por los departamentos de enseñanza e
investigación de cómputo, administrativo, de construcción y mantenimiento.
Pero los avances en el conocimiento de la computación abrieron nuevas necesidades. No
bastaba con la enseñanza de alto nivel, (Calvillo Velasco & Ramirez Palacios, 2006)
también se hizo necesario impartir conocimientos de esta nueva área desde el nivel
medio. Con esta idea el Consejo Técnico General discutió en marzo de 1963 los proyectos
para impartir cursos vespertinos y nocturnos en la Escuela Pre vocacional 3. Éstos
4
proyectaron las especialidades de computación electrónica y la de mantenimiento de
sistemas de computación, ambas de tipo sub profesional.
En 1986 la administración del Politécnico orientó sus acciones de investigación científica,
tecnológica y educativa a contribuir en la solución de los problemas prioritarios del país,
hacia campos en donde el Politécnico contaba con infraestructura física, humana y
material, para asegurar que los resultados impactaran realmente en la satisfacción de las
diversas necesidades. Para lograr este propósito se imprimió una característica
primordialmente tecnológica a la investigación, sin descuidar la básica, que tanta tradición
y prestigio le había conferido. Fue entonces que se formuló el Programa Institucional de
Investigación y Desarrollo Tecnológico (PIIDT), sustentado en los planteamientos del
Programa Nacional de Educación, Cultura, Recreación y Deporte 1984 – 1988 y del
Programa Nacional de Desarrollo Tecnológico y Científico (PRONDETYC) 1984 – 1988. El
PIIDT subrayó la urgencia de articular las actividades de investigación y desarrollo
tecnológico con los sectores productivos de bienes y servicios, así como la contribución
activa en los procesos de modernización de la industria nacional (Calvillo Velasco &
Ramirez Palacios, 2006).
Dentro de este contexto, en una primera etapa, se definieron las áreas de investigación de
mayor importancia para grandes rubros: industria, computación, energéticos, alimentos,
recursos naturales, medio ambiente y salud, para que los proyectos de investigación se
aplicaran a dichas áreas y con la intención de que en el futuro próximo se integraran
programas inter y multidisciplinarios que abordaran demandas de tecnología de punta,
principalmente en micro computación, biotecnología, tecnología de materiales, desarrollo
de bienes de capital, diseño, construcción de equipo y creación de tecnología, de modo
que lo anterior sirviera de apoyo a la industria nacional con la infraestructura científica y
tecnológica institucional para que aumentara la competitividad internacional.
Así se empezó a conformar la idea de crear un centro con esas características, el cual
5
actividad realizada antes de iniciar su trabajo formalmente fue el equipamiento en
materia de cómputo a finales de 1986 con el apoyo de dieciséis personas en el segundo
piso del edificio de graduados de la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingenieria,
Ciencias Sociales y Administrativas UPIICSA. Este centro fue creado por acuerdo del
Consejo General Consultivo el 14 de agosto de 1987 con los siguientes objetivos:
• Ofrecer estudio de maestría y doctorado en ingeniería de cómputo en las áreas de programación (software) y equipo (hardware).
• Realizar investigación aplicada en estas mismas áreas, que desemboquen en productos susceptibles de ser industrializados tanto para la satisfacción de las
necesidades del mercado nacional como, en el mediano plazo, del mercado de
exportación.
• Desarrollar los programas de auto equipamiento en materia de cómputo del Instituto, tanto el actualmente vigente como otros que pudieran definirse en el
futuro.
Los lineamientos de planeación, que enmarcaban el quehacer cotidiano de las
instituciones de educación superior, se tomaron en consideración en el Plan Nacional de
Desarrollo 1989 – 1994, el Programa Nacional para la Modernización Educativa 1989 –
1994 y el Programa Nacional de Ciencia y Modernización Tecnológica 1990 – 1994, los
cuales reflejaban, en su momento, la integración de un amplio proceso participativo de la
comunidad politécnica durante el Programa Operativo Anual Institucional (POAI) en el que
se diseñaron las políticas, lineamientos y estrategias internas conducentes a formar un
proyecto de administración racional y de austeridad, pero que al mismo tiempo incluyeran
el aumento en la productividad (Calvillo Velasco & Ramirez Palacios, 2006).
Este programa giraba alrededor de dos líneas rectoras con principios sencillos: en el
ámbito académico, que los estudiantes estudien, que los profesores enseñen y que los
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apoyan al proceso educativo cumplan con esa labor ya no sólo con eficacia, sino que se
realizaran con eficiencia. Estos planteamientos fueron concretados en el Programa
Institucional de Desarrollo 1989 – 1994, documento rector del quehacer
institucional(Calvillo Velasco & Ramirez Palacios, 2006).
Como parte de estos programas estaba el establecimiento del presupuesto anual
autorizado, éste comprendía el financiamiento de las actividades consideradas en el
Programa Operativo Anual Institucional de 1989, en donde se otorgó al Politécnico un
presupuesto inicial de 377,896 000,000 de pesos, el cual se distribuyó de acuerdo con las
prioridades definidas en la planeación del Instituto, con apego a las políticas sectoriales de
austeridad en el gasto y uso racional de los recursos físicos, humanos y de tiempo
disponibles, de manera congruente con los lineamientos y prioridades derivados de los
procesos internos de planeación del desarrollo institucional.
Entre los resultados de mayor impacto destacaron los ahorros logrados mediante la
administración racional de los recursos humanos, al reubicar a quienes querían mantener
prebendas dentro de las nóminas de la institución, tanto a nivel medio superior y superior.
Para esto se establecieron normas en cuanto a la asistencia, puntualidad y permanencia
del personal, la regularización de los horarios y jornadas de trabajo, el incremento de la
eficiencia en los reportes de inasistencia y manejo de los días económicos.
Estas medidas implantadas permitieron una disminución en las planillas laborales y el
ahorro en el presupuesto asignado permitió aplicar fondos al desarrollo de programas con
insuficiencias presupuestales, como fue la revitalización de programas curriculares. Estos
recursos se destinaron a los siguientes proyectos institucionales:
• Apoyo para proyectos de investigación en las escuelas que lo solicitaran.
• Apoyo para la construcción de microcomputadoras que permitió ampliar la base y
7
• Apoyo bibliográfico para complementar los centros de apoyo a la docencia y a la investigación incluyendo la consolidación del Centro Nacional de Información y
Documentación Tecnológica.
• Apoyo para congresos y convenios de divulgación científica en relación con la difusión de la cultura científica y tecnológica que el Instituto generaba.
• Apoyo al intercambio de experiencias docentes y de investigación con otras instituciones educativas.
Derivado de manera directa de la autorización para usar los recursos, en forma racional y
provechosa, el Instituto se dio a la tarea de consolidar su estructura de cómputo mediante
dos acciones fundamentales: continuar con el equipamiento de las aulas de cómputo
iniciadas en las pasadas administraciones y la creación y puesta en marcha del Programa
Académico de Cómputo.
De los resultados más relevantes alcanzados durante 1990 se destaca el impulso y
fortalecimiento de la infraestructura computacional del Instituto pues se lograron avances
sin precedentes en este campo. Al respecto, los trabajos para su interconexión con
tecnología de fibra óptica se iniciaron durante ese año, de tal manera que el Politécnico,
con la operación de esta red de cómputo facilitó que todas las escuelas y entidades del
IPN compartieran la información que se generaba en los campos académico, técnico,
científico y de la administración institucional; todo ello con el propósito de poner a la
disposición de la comunidad politécnica este tipo de servicios de acuerdo con la tecnología
moderna.
El Proyecto Red Académica de Cómputo también contemplaba la capacitación y formación
de los recursos humanos que se harían cargo de su operación. Una parte de este personal
fue capacitado en el CENAC, para que se aprovechara al máximo los beneficios que este
8
Durante 1991, el Instituto realizó esfuerzos para que todas sus escuelas, centros y
unidades contaran con redes de área local, con el fin de compartir y optimizar recursos de
informática, así como para establecer la comunicación entre redes. Como parte
importante de la difusión de los servicios de la Red IPN se realizaron diferentes reuniones
con profesores e investigadores de las escuelas, centro y unidades de enseñanza y de
investigación de cada una de las ramas del conocimiento, con el fin de dar a conocer este
proyecto y para que aprendieran a explotar las aplicaciones que el equipo ofrecía.
Desde su creación en 1993, la Dirección de Cómputo y Comunicaciones (DCyC),
dependiente de la Coordinación General de Servicios Informáticos del Instituto Politécnico
Nacional, es la unidad responsable que tiene bajo su encargo el mantener en operación
permanente los servicios de la Red Institucional de Cómputo y Telecomunicaciones (RICT),
entre los que destacan los servicios de telecomunicaciones y videoconferencia,
transmisión por Internet, conectividad, telefonía, administración del centro de cómputo
institucional, alojamiento de sitios Web, correo electrónico institucional, capacitación en
informática, difusión de novedades tecnológicas, etc.
La infraestructura tecnológica y humana de que dispone, permite que algunos de estos
servicios puedan ser ofrecidos al público en general, propiciando de esta manera acciones
de integración social para contribuir a cumplir con los compromisos que sobre la materia
tiene establecidos el Instituto, mientras que otros son ofrecidos sólo a la comunidad
politécnica para favorecer el desempeño de las funciones académicas, de investigación,
docencia, difusión y administración.
La Dirección de Cómputo y Comunicaciones cuenta con tres divisiones y un departamento
administrativo; la división de cómputo, que se encarga de la administración de los equipos
informáticos y sirve como nexo entre los usuarios y los sistemas; la división de
telecomunicaciones, que es la encargada de brindar la conectividad a los diferentes
centros, escuelas y unidades del instituto, la división de servicio técnico, encargada de la
9
departamento de servicios administrativos que es la encargada de la gestión del capital
humano. La forma en que estas áreas están ubicadas dentro del organigrama que se
[image:22.612.99.509.170.550.2]muestra en la figura 1.
Figura 1 Organigrama de la DCyC
En el año 2000, la infraestructura de cómputo estaba dotada por 2 servidores, los cuales
brindaban servicio de correo institucional y página web. Siendo estos los primeros
servicios de la Dirección.
Para 2005, la Dirección creció considerablemente la infraestructura de cómputo, se
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• 20 Servidores tipo navaja (blade) marca HP modelo BL10 con un procesador Pentium M a 700 MHz, 1 GB de memoria RAM, y un disco duro de 30 GB.
• 8 Servidores tipo navaja, marca HP modelo BL20p, estos más robustos que los
anteriores, con 2 procesadores Intel Xeon a 2.36 GHz, 2 GB de memoria RAM, y
dos discos duros SCSI de 36 GB, con opción de manejo de RAID 0,1.
• 4 Servidores de Rack DL-380 G2, que servían como cluster de base de dato en Oracle, manejadas por el CENAC –Centro Nacional de Cálculo- y brindan servicio a
todo el Instituto para el hospedaje de Bases de Datos.
• Una unidad de almacenamiento tipo SAN también marca HP tipo EVA familia 3000 con 3 TB de almacenamiento –disponible antes de particionamiento-. La cual se
conecta mediante fibra a una velocidad de 2Gbps a los equipos BL20 y a los nodos
del cluster de Oracle.
• Una unidad de respaldos HP Storage Works MSL 6000, con tecnología LTO con capacidad de respaldo de 200 GB nativos y 400 GB en compresión por cinta.
• 3 Servidores para alojar la página web y darle robustez, debido a que la página web institucional ya era usada en los procesos de admisión y tenía una identidad
propia.
• Un servidor que hospeda las páginas web de los distintos Centros y Unidades del Instituto, debido a que las escuelas desarrollaban sus propios contenidos para sus
sitios web, en ambientes Linux.
• Dos servidores de web cache para los usuarios de la red Institucional, para facilitar
la navegación.
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• 2 Servidores Pinnacle para la edición de video.
• Y por último pero no menos importante 2 balanceadores de carga F5 BigIP, los
cuales enmascaran las aplicaciones, al mismo tiempo que brindan seguridad
usando NAT.
Los cuales alojaban aplicaciones como:
• Página web Institucional.
• Correo Institucional.
• Hospedaje de páginas web para las diferentes escuelas, centros y unidades del Instituto, en dos plataformas –Linux y Windows.
• Hospedaje de Diplomados de Formación Docente.
• Hospedaje de Diplomados de la Asociación Nacional de Universidades e Instituciones de Educación Superior.
• Hospedaje de Bases de Datos en Oracle, MySQL y MS SQL.
En el 2008 la Dirección de Cómputo y Comunicaciones adquirió un total de 59 servidores,
1 unidad de almacenamiento tipo SAN, 7 switches de comunicaciones para la
interconexión de los equipos con una velocidad de 1Gbps y dos balanceadores de carga F5
para esquemas de alta disponibilidad. Integrando nuevas soluciones, como:
• Microsoft Exchange para funcionarios.
• Portal Web Institucional –Web Sphere IBM-
• Chat Institucional –Microsoft Office Communicator-
• Administración de la Identidad –Microsoft Active Directory-
12
• CRM de la Coordinación General de Servicios Informáticos.
• Hospedaje de la página web del Centro Mexicano para la Producción más Limpia.
Estos servicios han orientado el rumbo actual de la Dirección de Cómputo y
Comunicaciones y han representado un reto en materia de disponibilidad del servicio,
13
IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
Los servidores que ejecutan aplicaciones de infraestructura de TI representan la mayor
parte del crecimiento desmedido de servidores. Existen diferentes categorías, como son,
servidor de archivos y de impresión, la infraestructura de directorio, servidores Web,
firewalls, servidores NAT/DHCP, etc.
A pesar que la mayoría de estos servidores utiliza solo de 10% a 15%, de sus capacidades,
los problemas de arquitectura, seguridad y compatibilidad llevan a recomendar que se
dedique una plataforma física separada para cada una de estas aplicaciones. La
administración, aplicación de correcciones y la configuración de la seguridad consume
valioso tiempo de TI. Además, la proliferación de los servidores físicos ocasiona costos
operacionales generados por las instalaciones, la energía y el enfriamiento.
Debido al bajo nivel de utilización de los servidores, la combinación de requisitos menores
de CPU, requisitos medianos de I/O y a los costosos planes de mantenimiento de
hardware, los servidores de infraestructura de TI son los principales candidatos para la
virtualización y la consolidación asociada a ella.
En el Centro de Datos de la Dirección de Cómputo y Comunicaciones, existe una sub-
utilización de los recursos informáticos. Siendo estos recursos finitos y de costo elevado
por las tecnologías que integran.
Existen aplicaciones residentes en servidores que no han sido ocupados en la totalidad de
su capacidad, es el caso de las aplicaciones alojadas en la infraestructura HP del Centro de
Datos, la cual se lista a continuación:
• 20 servidores tipo Blade HP bl10p
• 8 servidores tipo Blade HP Bl20p
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• 4 servidores ProLiant DL380
• 1 unidad de respaldos LTO
• 1 unidad de almacenamiento EVA 3000
Estos servidores tiene una edad de ocho años de uso, y para el primer trimestre del 2010,
el fabricante –HP- dejará de dar soporte a toda la infraestructura antes señalada. La
mayoría de los fabricantes de hardware coinciden en que la infraestructura –
independientemente de la marca, no deberá ser utilizada mas allá de 3 años, debido a los
costos de mantenimiento y a los riesgos que representa la confiabilidad del equipo.
En muchos de los casos, estos servidores están siendo utilizados entre un 10% y un 30%,
ahora bien, existen otros casos en donde las aplicaciones residentes ocupan la totalidad
de los recursos del servidor. Es por ello que se debe abatir la sub-utilización de los
recursos físicos y en algunos casos específicos se deben ampliar dichos recursos para
brindar un mejor servicio.
La continuidad del servicio no deberá ser comprometida, ya que las dependencias del
Instituto alojan aplicaciones que se utilizan 7 días a la semana, 24 horas al día, los 365 días
del año y una caída del servicio comprometería la migración.
Es por ello que se debe encontrar un mecanismo que permita una migración transparente
y que no represente una baja sustancial en el servicio, ya que en algunas plataformas se
tienen alojadas aplicaciones que vinculan al personal e investigadores del Instituto con
15
CAPÍTULO 2 –MARCO TEÓRICO-
16
¿QUÉ ES LA VIRTUALIZACIÓN?
La virtualización no es un tema nuevo, lleva ya varios años aplicándose en computadoras
centrales o mainframes. La virtualización en el sentido más amplio es la emulación de una
o más estaciones de trabajo o servidores, en una sola computadora física. En otras
palabras, es la emulación de hardware mediante software. Este tipo de virtualización
algunas veces es descrita como “virtualización nativa” y permite que una sola máquina
física aloje y comparta los recursos físicos entre varias máquinas virtuales
El concepto de virtualización fue concebido en la década de los 60’s. Fue implementado
por IBM para ayudar a separar en múltiples “máquinas virtuales” un mainframe, la razón
que llevo a IBM a hacer esto, fue para maximizar el uso de los mainframes. Antes de la
introducción de éste concepto, los mainframes solo podría ejecutar un proceso a la vez,
siendo esto un desperdicio de recursos.
En 1974 surge un escrito en donde Gerald J. Popek y Robert P. Goldberg (Popek &
Goldberg, 1974) en colaboración, dictan un conjunto de condiciones suficientes para el
diseño de arquitecturas de computadora para soportar eficientemente la virtualización de
sistemas. Este escrito es conocido como “Formal Requirements for Virtualizable Third Generation Architectures”. A pesar de que los requisitos se derivan bajo supuestos simplificadores, siguen representando una manera conveniente de determinar si un
equipo es compatible con la arquitectura de virtualización y eficiente proveedor de
directrices para el diseño de arquitecturas de sistemas virtualizados.
El documento destaca que un sistema de máquinas virtuales debe ser capaz de virtualizar
un conjunto completo de recursos de hardware, incluyendo el procesador –o
procesadores-, la memoria, los recursos de almacenamiento y dispositivos periféricos. Un
monitor de máquina virtual –VMM por sus siglas en ingles Virtual Machine Monitor- es la
pieza de software que proporciona la abstracción de una máquina virtual. Hay tres
17
EQUIVALENCIA
Un programa que se ejecuta en el marco del VMM debe exhibir un comportamiento
prácticamente idéntico al que demostró cuando se ejecutaba en una máquina física.
CONTROL DE RECURSOS
El VMM debe estar en control total de los recursos virtualizados.
EFICIENCIA
Una fracción estadísticamente dominante de instrucciones de la máquina deben ser
ejecutados sin la intervención del VMM.
Estos requerimientos son eficientes, para el diseño tanto de hardware, como de software
de virtualización.
Debido a que la arquitectura x86 se convirtió en la arquitectura dominante en la década
de los 80’s, y el modelo cliente servidor fue establecido para facilitar el cómputo
distribuido la necesidad de virtualización no fue más requerida, debido al bajo costo de las
estaciones de trabajo.
Sin embargo, nadie podría haber imaginado el enorme crecimiento en el uso de la
tecnología informática y esto creó nuevas demandas de infraestructura en el
departamento de TI, así como problemas, algunos son:
• Baja utilización de los recursos de hardware.
• Crecimiento desmedido del número de servidores.
• Incremento en el costo de la infraestructura.
• Incremento en el costo de operación del departamento de TI.
18
• Un incremento en el uso del espacio físico para alojar la infraestructura.
La solución más viable que encontraron para resolver estos problemas fue la virtualización
y es por ello que en 1999 vmware introduce su primer software de virtualización para
sistemas basados en arquitectura x86. Existen dos tipos de virtualización, nativa o
completa y virtualización por sistema operativo u hospedada (Rule & Dittner, 2007).
La virtualización nativa, se lleva a cabo cuando el software de virtualización está
directamente instalado en el hardware, sustituyendo a un sistema operativo cliente el cual
maneje los recursos, en este tipo de virtualización encontramos a vmware con su versión
ESX, Virtual Iron, Xen Server (Rule & Dittner, 2007). Este tipo de virtualización es
conveniente para las organizaciones que tengan una implementación más robusta y con
servidores en producción.
Por otro lado, la virtualización hospedada, depende de un sistema operativo cliente el cual
gestione los recursos y a su vez, el software encapsule las máquinas virtuales y las
presente al usuario. En este caso se encuentra Hyper-V de Microsoft, Parallels, Virtual PC
de Microsoft, Virtual BOX. Este tipo de virtualización por lo general es utilizada, en
ambientes de desarrollo, por tener la ventaja de instalarse en los equipos de escritorio de
19
VMWARE
Fundada en 1998 por Diane Greene, quien introdujo la virtualización en los sistemas x86
como un medio para solucionar de manera eficiente muchos de estos problemas y
transformar los sistemas x86 en sistemas para uso general, en infraestructuras de
hardware compartido que ofrecen un aislamiento completo, movilidad y opciones de
elección del sistema operativo de los entornos de aplicación.
A diferencia de los mainframes, las máquinas x86 no fueron diseñadas para admitir una
virtualización completa, por lo que vmware tuvo que superar muchos desafíos para crear
máquinas virtuales en computadoras basadas en x86.
La función básica de la mayoría de los CPUs, tanto en mainframes como en PCs, es
ejecutar una secuencia de instrucciones almacenadas (por ejemplo, un programa de
software). En los procesadores x86, hay 17 instrucciones específicas que generan
problemas en el momento de virtualizar, y provocan que el sistema operativo muestre un
aviso, que se cierre la aplicación o simplemente que falle completamente. Como resultado
de ello, estas 17 instrucciones constituían un obstáculo importante a la implementación
inicial de la virtualización de ordenadores x86(VMWare Cloud Computing with
Virtualization, Green IT, Virtual Machine & Servers, 2009).
Para hacer frente, a las instrucciones problemáticas de una arquitectura x86, vmware
desarrolló una técnica de virtualización adaptable que las “atrapa” cuando se generan y
las convierte en instrucciones seguras que se pueden virtualizar, al tiempo que permite al
resto de instrucciones ejecutarse sin intervención. El resultado es una máquina virtual de
alto rendimiento que se adapta al hardware host y mantiene una total compatibilidad de
software. vmware fue pionero de esta técnica y actualmente es el líder indiscutido de la
tecnología de la virtualización con más de 5 mil clientes en todo el mundo incluyendo el
20
En un sistema clásico, el Sistema Operativo (SO) está directamente instalado en el
hardware del equipo y las aplicaciones sobre éste, en un sistema virtual, esto cambia, la
capa de virtualización –VMM- mejor conocido como Hipervisor, está instalada
directamente sobre el hardware y esto permite tener múltiples Sistemas Operativos
[image:33.612.144.471.276.582.2]instalados compartiendo el mismo hardware, como se muestra en la figura 2:
21
VENTAJAS COMPETITIVAS DE VMWARE
Existen diversas aplicaciones para virtualizar Sistemas Operativos algunas de ellas son:
• Microsoft Windows Server 2008 Hyper-V.
• Virtual BOX
• Citrix
• XEN
Pero VMWare sobre sale de este tipo de software por contar con las siguientes ventajas
competitivas:
• VMotion: Esta característica de VMWare facilita migrar las máquinas virtuales entre los servidores físicos, esto sin necesidad de apagar los equipos y moverlos de
servidor. Esta capacidad también se puede utilizar en caso de que se lleve a cabo
un mantenimiento a los servidores o en caso de falla del hardware.
Figura 3 (VMWare Cloud Computing with Virtualization, Green IT, Virtual Machine & Servers, 2009)
22
• HA: Esta característica de Alta Disponibilidad (HA), en caso de falla de algún
servidor físico, analiza el estado de las máquinas virtuales contenidas hasta el
momento de la falla, y reanuda las máquinas virtuales en otro servidor disponible
de la arquitectura.
Figura 4 (VMWare Cloud Computing with Virtualization, Green IT, Virtual Machine & Servers, 2009)
• DRS: Dynamic Resource Scheduling, analiza la utilización de los recursos del sistema y con ayuda de vmotion, migra las máquinas entre servidores para evitar la
saturación de los equipos físicos. Esta reasignación o reacomodo de las máquinas
virtuales puede efectuarse de manera manual o automática, previa configuración
23
Figura 5 (VMWare Cloud Computing with Virtualization, Green IT, Virtual Machine & Servers, 2009)
DRS 1 (Vmware, 2009)
Todas estas características dan pie a que VMWare se convierta en la empresa con más
ventas en cuanto a software de virtalización se refiere, con una participación en el
mercado del 78% (Mosquera, 2008).
VT INTEL (IVT)
La extensión de Intel para virtualización de la arquitectura de 32 y 64 bits se llama IVT
(Intel Virtualization Technology: Tecnología de virtualización de Intel) y se la referencia a
veces por el nombre "Vanderpool". Intel ha publicado las especificaciones del Vanderpool
para el IA-64 (procesadores Itanium). Anteriormente, la virtualización IA-64 tenía el
[image:36.612.147.467.170.386.2]24
Intel VT se publicó oficialmente en el Intel Developer Forum en la primavera del 2005. Está disponible para todos los procesadores Pentium 4 6x2, Pentium D 9x0, Xeon
3xxx/5xxx/7xx, Intel Core e Intel Core 2. En algunas implementaciones, Vanderpool puede
ser desactivado desde el BIOS.
AMD (AMD-V)
La extensión de virtualización AMD para la arquitectura de 64 bits x86 se llama AMD
Virtualization (abreviada AMD-V) AMD para la arquitectura de 64 bits x86 se llama AMD
Virtualization (abreviada AMD-V), y a menudo se la referencia por el nombre en clave
"Pacífica".Los procesadores AMD que usan Socket AM2, Socket S1 y Socket F incluyen
AMD-V. En mayo de 2006, AMD introdujo estas versiones en el procesador Athlon 64 y el
Turion 64.
NUEVAS TECNOLOGIAS Y OBJETIVOS DE LAS ORGANIZACIONES
Analistas del sector como Gartner e IDC proyectan que para el año 2010 la virtualización
será la tecnología más importante en la infraestructura de TI y sus operaciones. IDC espera
que el 14.6% de los servidores sean virtualizados. Dicho de otra manera, 1.7 millones de
servidores físicos correrán 7.6 millones de servidores virtuales.(HP, 2008).
Desde el aspecto técnico, la virtualización resuelve un problema fundamental: ofrece la
posibilidad de que diferentes aplicaciones funcionen de modo independiente sin
necesidad de un servidor físico. Los eventos que ocurran dentro de una maquina virtual
no tendrán ningún impacto sobre otro. Gracias al aislamiento, un fallo general de sistema
de una máquina virtual no afecta al resto de las máquinas virtuales. Las aplicaciones
25
entrega de aplicaciones alojadas en los sistemas virtuales, tienen mayor seguridad ya que
incluyen políticas de acceso que protegen la información. En general, hay un incremento
en la agilidad de la infraestructura de TI.
Es por eso que las organizaciones buscan en la virtualización:
• Incrementar el uso de los recursos físicos: En estos días, la tecnología en los
servidores ha mejorado significativamente y en promedio solo está siendo utilizada
entre 10-30%. Este problema es muy parecido al de los años 60’s, en donde los
mainframes se desperdiciaban. Uno de los objetivos de las organizaciones en el
uso de la virtualización es resolver el problema de la subutilización poniendo
énfasis en el uso eficiente de la tecnología.
• Reducción de los costos. Debido a la gran cantidad de servidores físicos en uso hoy en día, la mayoría de las organizaciones tienen que abordar cuestiones tales como
el espacio, energía y refrigeración. Esto no solo es malo para el medio ambiente,
debido al incremento en la demanda de energía, la construcción o ampliación de
más espacios, etc., esto al final del día representa gastos para la organización.
• Mejorar la flexibilidad de la organización. Cada vez que una organización necesita ampliar su cantidad de servidores, es usualmente un proceso largo y costoso. La
organización debe destinar o construir un espacio para confinar los equipos. Los
nuevos equipos deben ser armados, configurados, etc. Estas actividades consumen
tiempo y se destinan muchos recursos de la empresa para dicha tarea. Las
máquinas virtuales, son fácilmente configurables y no requieren de espacio físico
adicional.
• Mejorar la seguridad y reducir las caídas. Cuando un equipo físico falla,
usualmente todo el software contenido en él se vuelve inaccesible. Todo el servicio
se ve afectado hasta poder solventar el problema. Las máquinas virtuales son
26
infectada por un virus, está completamente aislada del resto de las máquinas
virtuales y no representa un riesgo para las demás. Otro beneficio clave de las
máquinas virtuales es la no dependencia de hardware físico. Esto significa que si el
servidor físico que contiene a las máquinas virtuales llegara a fallar, estas
máquinas pueden ser rápidamente restauradas en otro servidor diferente sin
necesidad de reconfigurarlas.
El primer paso que toman las organizaciones es la consolidación de las aplicaciones en uno
o varios servidores.
Para muchas empresas, el concepto de consolidación de servidores implica proyectos
radicales que sustituyen a numerosos pequeños servidores con poderosos caballos de
batalla. Muchas organizaciones han adoptado este enfoque y se han dado cuenta de los
ahorros en costos significativos y una mayor eficiencia. El logro de los beneficios de la
consolidación del servidor, sin embargo, no se requiere necesariamente un esfuerzo a
gran escala que es extenso y costoso en términos de un ciclo de planificación de largo y
una inversión inicial.
Muchas organizaciones consolidan los servicios como parte del ciclo de renovación natural
de su infraestructura tecnológica. Estos esfuerzos son más procesos iterativos que de
proyectos de una sola ocasión, que se centran en la reducción del número de la
infraestructura de tecnología que se utiliza.
Los resultados son significativos. Mediante la consolidación, las organizaciones son
capaces de aumentar la eficiencia y mejorar sus capacidades de servicio, manteniendo
una infraestructura que es a la vez robusta, altamente disponible y adaptable a las
27
CONTINUIDAD EN EL SERVICIO
El plan de continuidad, tiene como objetivo proteger los procesos críticos de las
organizaciones, contra desastres o fallas mayores, junto con las posibles consecuencias
que se puedan tener, como pérdidas de tipo financiero, credibilidad, productividad, etc.,
debido a la falta de disponibilidad de los recursos de la organización. El Plan de
Continuidad del Negocio, busca mitigar el riesgo a dichas fallas o desastres, mediante un
plan que permita la pronta recuperación de la operación, en caso de presentarse algún
evento que afecte el flujo normal de las actividades.
A pesar de los efectos negativos en las organizaciones, muchas empresas aún no toman
medidas para contar con planes que les permitan lograr la continuidad en el servicio, y por
ende en el negocio, el 72% de todas las organizaciones tiene alguna de estas condiciones:
• No tiene Plan de Continuidad del Negocio.
• Si lo tiene, pero nunca lo han probado.
• Su Plan falló cuándo lo probaron.
• Solamente 18% de los datos de usuario final están protegidos.
Es notoria la necesidad de que la organización basada en Tecnologías de información
tenga siempre funcionando sus aplicaciones, ya que de ello dependerá en gran medida el
éxito o no de la misma.
Debido a que las máquinas virtuales no son más que archivos, se pueden restaurar dichas
maquinas a partir de respaldos con aplicaciones de terceros, o de los propios archivos
28
No obstante se debe diseñar una solución integral para la mitigación de los desastres, que
contemple los siguientes puntos:
• El daño total del servidor físico.
• Daño o falla en los sistemas de almacenamiento.
• Daño en el sistema operativo de la máquina virtual.
• Daño en los archivos contenidos en la máquina virtual.
29
CAPÍTULO 3 –CASOS DE USO-
El objetivo de este capítulo es presentar el uso y las ventajas de la virtualización en las
30
Alrededor del mundo vmware tiene 150 mil usuarios empresariales que usan la versión
ESX de éste software, esto representa el 78% del mercado (Rule & Dittner, 2007).
Uno de los casos de éxito de éste software es Wendy’s, ésta empresa orientada a la
elaboración de comida rápida (hamburguesas), obtuvo una baja significativa en el gasto
por la operación de los servidores y un incremento en el uso de los recursos. Contaba con
200 servidores que albergaban diversas aplicaciones, los resultados de dicha virtualización
se muestran en la tabla 1.
Tabla 1 (Vmware, 2009)
Cálculo del Costo de Pertenencia
Sin VMware Con VMware
Total de Servidores 200 49
Costo del Hardware y Software
Hardware $ 1,450,000 $ 355,250
Software de Respaldos y Monitoreo $ 503,200 $ 503,200
Licencia de vmware $ 0 $ 156,800
Gastos de Instalación $ 493,000 $ 155,428
Software de Administración de Servidores $ 26,298 $ 6,443
Soporte de Software de vmware $ 0 $ 26,656
Mantenimiento anual de Hardware $ 325,000 $ 122,500
Servicios Profesionales de vmware $ 0 $ 4,655
Capacitación de vmware $ 0 $ 2,327
Total $ 2,797,498 $ 1,333,259
31
Tabla 2 (Vmware, 2009)
Costo de Operación
Costo anual de mano de obra en la instalación de servidores $ 420,766 $ 77,316
Costo anual en la actualización de servidores $ 546,723 $ 80,537
Administración General y Soporte $ 115,257 $ 12,886
Costo de las instalaciones $ 200,000 $ 49,000
Costo total de Operación $ 1,282,756 $ 219,739
Cambio en el costo anual 83%
32
Otro caso es Vodafone en el Reino Unido, ésta empresa contaba con 45 servidores para
llevar a cabo sus tareas cotidianas, existían diversas aplicaciones, desde bases de datos,
hasta firewalls .Su objetivo era reducir costos de operación por el uso de la
infraestructura. Al momento de virtualizar, vmware encontró que los 45 servidores físicos
que poseía la organización se podían virtualizar en solo 3, el estudio económico se
muestra a continuación:
Tabla 3 (Vmware, 2009)
Análisis del primer año Sin VMWare Con VMWare
Número de Servidores 45 3
Costo de adquirir los servidores $ 184,500 $ 60,000
Costo de adquisición de la red $ 36,000 $ 18,000
SAN $ 0 $ 40,000
Licencias de VMWare $ 0 $ 42,000
Costo mensual por servidor $ 34,020 $ 2,880
Costo mensual por mantenimiento Hw p.s. $ 86,400 $ 4,320
Costo mensual por mantenimiento SW p.s. $ 60,480 $ 60,480
Costo de la renta p.s. $ 7,020 $ 3,600
Mantenimiento de la red $ 7,020 $ 3,600
Costo del primer año $ 417,060 $ 232,432
33
Otro caso es el equipo de baseball de “Los Indios de Cleveland”, el cual, al inicio del
proyecto se plantearon el objetivo de aumentar el uso de la infraestructura, consolidando
sus aplicaciones en VMware. Comenzaron utilizando “Workstation” en 2004, y poco a
poco fueron avanzando, hasta instalar ESX 3 para ambientes de preproducción.
El administrador del Departamento de TI, Kuszmaul en conjunto con su equipo, con base
en los resultados de las pruebas de pre-producción, decidió expandir el portafolio de
virtualización de la compañía para incluir aplicaciones en producción en sistemas
Windows en el año 2006.
Las aplicaciones Microsoft de la compañía parecían tener mejor desempeño en ambientes virtuales, en comparación, con el escenario físico que tenían.
Al parecer el beneficio clave que los Indios de Cleveland observaron en VMware, era el
poder correr sus aplicaciones, sin la necesidad de agregar nuevo hardware y aunado a
ellos, la facilidad de administración.
Datos de la empresa revelan que sin la virtualización, la compañía tendría que haber
gastado 2 mil 500 dólares por servidor para satisfacer las necesidades. (Vmware, 2009).
En 2008 Gartner, lanza un reporte enfocado al impacto de la virtualización en las áreas de
TI. Analiza a miles de clientes alrededor del mundo que interactúan con arquitecturas x86
virtualizadas desde 2001, donde se encontró una duda constante en todos ellos, “¿Cuáles
son las mejores prácticas para iniciar un proyecto de virtualización?”, la consultora
identificó seis consideraciones:
• Empezar con un escenario pequeño, pero pensando en grande. Se debe visualizar primero la posibilidad de consolidar los servidores que se tienen en las
organizaciones, para después pasar a un escenario controlado en donde las
34
• Se requiere una tasa de retorno de la inversión rápida. En el caso de las empresas con fines de lucro, éste es un punto a destacar, debido a que la inversión destinada
a los proyectos deberá retornar en seis meses como máximo.
• Virtualizar las aplicaciones correctas. No todas las aplicaciones deben ser
virtualizadas, en particular las aplicaciones con una demanda elevada de los
recursos como disco y procesador.
• Definir la estrategia de almacenamiento. Se debe decidir cómo y dónde se deben almacenar las máquinas virtuales y los datos críticos de las aplicaciones, éste punto
es determinante para la decisión de un sistema de almacenamiento.
• Entender los cambios del software. Debido al incremento en las ventas de los diversos productos de virtualización, los precios de éstos tenderán a elevarse en el
futuro.
• Combinar eficientemente las máquinas virtuales. Se debe analizar el comportamiento de las aplicaciones en los sistemas virtualizados, para lograr una
35
CAPÍTULO 4 –ANÁLISIS, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN-
El objetivo de este capítulo es definir la solución en su conjunto y dar pautas para la
36
HIPÓTESIS
Con la virtualización de equipos, se podrán disminuir considerablemente la subutilización
de los recursos informáticos con los que cuenta la Dirección de Cómputo y
Comunicaciones y se reducirán los costos de operación por concepto de mantenimiento.
ANÁLISIS
Anualmente la Dirección de Cómputo y Comunicaciones gasta por concepto de
mantenimiento 3.7 millones de pesos de los cuales 1.7 millones son destinados para el
mantenimiento de la infraestructura de HP.
Los servidores propuestos para ser virtualizados son servidores HP ProLiant BL10p, esta
tecnología de servidores en “navaja” fue adquirida por el Instituto en el año 2000, para
propósitos específicos tales como:
• Hospedaje de páginas web –una por servidor-
• Desarrollo de aplicaciones web.
• Desarrollo de bases de datos.
• Respaldo de la información.
Siendo sus características:
• Un procesador Pentium M a 750 MHz.
• 1 GB de memoria RAM.
37
• Y una tarjeta de red 10/100 Mbps.
Estos servidores se encuentran en un chasis donde se pueden alojar hasta 20 servidores,
compartiendo los recursos de red y de electricidad. Siendo la parte de comunicaciones
más susceptible, debido a que los 20 servidores solo tienen comunicación al exterior por
una sola tarjeta de red 10/100 Mbps.
Para el primer trimestre del año 2010, la infraestructura de HP que posee la DCyC, ya no
será soportada por el fabricante, motivo por el cual se requiere de un esquema de bajo
impacto en la migración, para los servicios alojados en dicha infraestructura. Aunado a la
falta de soporte de la infraestructura, algunas de las aplicaciones alojadas en estos
equipos, debe ser migrada a servidores con mejores prestaciones, debido al incremento
en el uso de las aplicaciones por parte de los usuarios.
La figura 6 muestra el comportamiento (porcentual) típico de un servidor –BL10-
candidato a virtualizar, debido a que el uso del CPU es bajo, aunque se tengan picos de
operación, no llevan al servidor a usar el cien por ciento de los recursos.
38
En el tema de la utilización de los recursos de red, el servidor presenta el siguiente
comportamiento:
Figura 7 Recuperado de la Consola de Administración del Sistema de Monitoreo de la DCyC
La figura 7 muestra la transmisión de bytes totales/seg de la tarjeta de red del equipo
antes mencionado.
Debido a los principios propuestos por Popek y Goldber, los ambientes virtualizados
deberán comportarse de la misma manera que si estuvieran en el hardware físico (Portal,
39
El comportamiento típico de los servidores BL10 es como el que se muestra en la siguiente tabla. Este comportamiento fue analizado
[image:52.792.68.670.191.526.2]en un periodo de 30 días (eje X) con herramientas de monitoreo como Mcrosoft System Center Operations Manager.
Tabla 4 Monitoreo de 20 servidores BL10 en un periodo de 30 días. día BL
1 BL 2 BL 3 BL 4 BL 5 BL 6 BL 7 BL 8
BL 9 BL 10 BL 11 BL 12 BL 13 BL 14 BL 15 BL 16 BL 17 BL 18 BL 19 BL 20 promedio
1 20 18 26 30 13 35 18 16 85 9 10 78 36 13 5 75 5 45 54 5 29.8
40
21 24 21 29 37 13 32 11 16 86 16 4 61 49 18 6 97 5 42 4 4 28.75 22 28 18 34 35 12 38 14 22 92 19 1 59 46 18 9 97 6 44 26 7 31.25 23 28 14 36 37 18 38 12 21 88 12 6 59 48 19 13 92 5 32 69 2 32.45 24 28 21 32 36 15 38 9 18 89 14 4 54 49 17 9 98 7 39 73 6 32.8 25 27 16 27 32 18 36 12 22 86 16 3 56 54 15 11 93 10 37 91 1 33.15 26 25 18 24 30 17 38 8 15 90 19 5 55 52 19 7 90 10 38 66 9 31.75 27 31 24 29 34 18 37 9 19 99 10 7 58 47 18 6 94 8 34 95 8 34.25 28 30 23 30 34 16 38 7 19 97 12 2 56 49 15 7 96 11 43 27 8 31 29 27 17 24 29 19 34 10 14 86 12 4 54 57 16 12 95 12 41 51 3 30.85 30 30 20 30 26 17 35 11 28 86 13 7 56 48 14 9 91 13 42 60 6 32.1
[image:53.792.136.651.328.502.2]De forma gráfica:
41
La tabla 4 muestra el monitoreo de la utilización de los-20 servidores-, en un periodo de
30 días. Existen cuatro casos particulares a destacar, los servidores 11, 15, 17, y 20, los
cuales tiene una utilización promedio menor al 10%. En el otro extremo los servidores 9 y
16 requieren un incremento en el procesador.
También existen servidores que en algunos días la utilización del CPU es considerable,
como es el caso del servidor 19, pero solo en ciertos días de la semana.
Para el tema de la migración de los servidores de físico a virtual, se realizaron pruebas en
servidores de producción para determinar el tiempo que tarda la aplicación en hacer el
proceso completo. Los resultados fueron los siguientes:
Tabla 5 Resultado de la conversión de servidores para el muestreo del tiempo de conversión Espacio en Disco Tiempo
30 GB 0:55:18
40 GB 1:15:35
60 GB 2:05:40
En promedio la tasa de transferencia de las conversiones es de 2 GB/min, esto dependerá
de la utilización del disco duro y de los procesos que estén corriendo en el servidor en el
momento de la conversión, lo cual da un parámetro a considerar.
La disponibilidad promedio de los sistemas informáticos del Instituto Politécnico Nacional,
es del 97% (ver anexo), esto representa 24 horas de baja al mes, en términos monetarios,
si se toma en cuenta que para 2006 la población del personal de apoyo a la educación era
42
promedio es de 6 mil 132 pesos con 22 centavos el costo por esas 24 horas de baja es de 9
millones 234 mil 203 pesos y 46 centavos. Con esta solución de virtualización se pretende
43
DISEÑO
El uso de CPU en conjunto de los 20 servidores a su máxima capacidad, es de 13.6 GHz, se
propone un servidor con al menos 24 GHz para aumentar la capacidad de procesamiento
en las aplicaciones que se encuentran al 100% de utilización y contener en algunos casos
la demanda de más recursos por parte de los usuarios. Se contempla la integración de dos
servidores para asegurar la disponibilidad de los servicios.
En el caso de la memoria, el total actual es de 20 GHz, así como en la propuesta de CPU, la
memoria debe contener al menos las necesidades actuales y se proyecta un crecimiento
en el corto plazo de al menos 5 servidores virtuales, se propone al menos 32 GB de
memoria RAM, debido a dos criterios:
• Un servidor virtual al prender desarrolla un comportamiento típico al de los sistemas físicos en el manejo de la memoria, utiliza toda la memoria RAM para
encender y después que el sistema operativo arrancó libera parte de ésta memoria
según su utilización.
• Si la memoria RAM se llegase a terminar, vmware protege a los sistemas más críticos –previa configuración- y apaga al resto de las máquinas virtuales.
Para el apartado del almacenamiento, se debe tener en consideración la cantidad de
recursos del hardware que se van a ceder para que el Sistema Operativo maneje los
discos. Por ser una aplicación que demanda el acceso al disco ya sea de lectura y/o
escritura (I/O), se recomienda un sistema de almacenamiento que atraiga el
