Un cluster de basculement est essentiellement un système de sauvegarde redondant et optimisé pour les performances, destiné aux architectures numériques. Lorsqu’un groupe de deux serveurs indépendants ou plus est conçu pour fonctionner ensemble afin de fournir une structure de sauvegarde robuste, de mieux équilibrer les charges de travail, de garantir l’intégrité et la fiabilité des applications, systèmes ou services, et d’assurer évolutivité et disponibilité, on parle de cluster de basculement.
Les clusters de basculement sont largement utilisés par les secteurs qui doivent exécuter des applications, systèmes et services critiques. Voici comment cette technologie fonctionne, les différents types de clusters de basculement, leurs défis et leurs applications pratiques.
Types de clusters de basculement
Il existe deux grands types de clusters de basculement : les clusters à haute disponibilité (HA) et les clusters à disponibilité continue (CA), mais d’autres options existent également, notamment pour les basculements hybrides combinant des infrastructures virtuelles et physiques.
Le type de cluster de basculement le mieux adapté à votre organisation dépendra de plusieurs facteurs, notamment de votre infrastructure, de votre matériel et de vos logiciels, du niveau de sophistication de votre système et de vos applications, ainsi que du caractère critique de vos opérations numériques pour l’activité. En outre, certains secteurs exigent une latence plus faible que d’autres. Enfin, des aspects comme les compétences disponibles en interne, le budget et les exigences en matière de cybersécurité et de conformité doivent également être évalués.
Clusters à haute disponibilité
Les clusters à haute disponibilité (HA) sont conçus pour réduire les temps d’arrêt au minimum et garantir que les applications et les services restent toujours disponibles, même si un serveur du cluster tombe en panne. Les clusters HA utilisent généralement un stockage partagé et des rôles en cluster pour répliquer les données et les charges de travail sur plusieurs serveurs. Si un serveur tombe en panne, un autre serveur du cluster peut reprendre sa charge de travail avec un minimum de perturbations.
Clusters à disponibilité continue
À l’inverse, les clusters à disponibilité continue (CA) sont conçus pour fournir une disponibilité ininterrompue aux applications et aux services. Les clusters CA utilisent généralement une technique appelée réplication synchrone afin de garantir que les données restent toujours disponibles sur tous les serveurs du cluster. Si un serveur tombe en panne, un autre serveur du cluster peut immédiatement reprendre sa charge de travail, sans aucune interruption pour les utilisateurs.
Réplication synchrone dans les clusters CA
La réplication synchrone consiste à écrire toutes les données sur le serveur primaire, puis à attendre que le serveur secondaire confirme leur réception avant de renvoyer une réponse au client. Cela garantit la disponibilité des données sur les deux nœuds.
Cette technique est souvent utilisée pour les applications et services qui exigent une disponibilité ininterrompue, comme les systèmes de négociation financière et les bases de données critiques. Cependant, la réplication synchrone peut également introduire de la latence, car le client doit attendre que le serveur secondaire confirme la réception des données avant de recevoir une réponse.
Autres types de clusters de basculement
Outre les clusters HA et CA, il existe plusieurs autres types de clusters de basculement, notamment :
- Clusters étendus : les clusters étendus couvrent au moins deux centres de données. Ils utilisent généralement la réplication synchrone et disposent de connexions haut débit à faible latence, ainsi que d’une excellente fiabilité et d’une conception robuste pour la reprise.
- Clusters géodistribués : les clusters géodistribués sont utilisés pour fournir des services à l’échelle mondiale ou d’une vaste région aux applications, systèmes et services. Les nœuds d’un cluster géodistribué sont répartis dans plusieurs régions géographiques. Les clusters géodistribués utilisent également généralement la réplication asynchrone pour répliquer les données entre les différentes régions. Ils peuvent exploiter des réseaux de diffusion de contenu (CDN) ou d’autres formes d’edge computing afin de réduire la latence et d’améliorer les performances.
Clusters de basculement hybrides : machines virtuelles, centres de données physiques et clouds privés et publics
Les clusters de basculement peuvent également combiner des serveurs physiques avec des machines virtuelles (VM) ou des infrastructures cloud privées et publiques. Ces clusters hybrides gagnent en popularité, car les VM et les services cloud permettent aux entreprises d’accéder à des technologies matérielles et de virtualisation sans devoir assumer les coûts initiaux d’achat du matériel ou des logiciels, ni ceux de leur maintenance.
En outre, en combinant la sécurité accrue des nœuds physiques sur site ou des nœuds de cloud privé avec la flexibilité et la disponibilité des VM, les entreprises peuvent créer des clusters de basculement hybrides qui réunissent le meilleur des deux mondes.
Généralement, le backend et les composants critiques du cluster sont déployés dans des centres de données physiques ou sur des nœuds de cloud privé, tandis que les systèmes, applications et services destinés aux clients ou au public s’exécutent sur des VM.
Une autre approche pour déployer des clusters de basculement hybrides consiste à utiliser un hyperviseur pour créer un cluster virtuel au-dessus d’une couche de serveurs physiques. Cette approche peut offrir une flexibilité et une évolutivité maximales, mais elle peut aussi être la plus complexe à mettre en œuvre.
Comment fonctionne un cluster de basculement ?
Le fonctionnement de la technologie des clusters de basculement dépend des types de clusters déployés. Cependant, plusieurs technologies communes essentielles méritent d’être mentionnées, notamment le stockage partagé, les rôles en cluster, la réplication synchrone, la surveillance par battement de cœur et le vote de quorum.
Stockage partagé et rôles en cluster
Les clusters HA utilisent généralement un stockage partagé et des rôles en cluster pour répliquer les données et les charges de travail sur plusieurs serveurs.
Même si tous les systèmes de clusters de basculement n’utilisent pas de stockage partagé, dans ceux qui en utilisent un, le périphérique de stockage partagé est accessible à tous les serveurs ou nœuds du cluster. Cela garantit que tous les serveurs ont accès aux mêmes données, même si l’un d’eux tombe en panne.
À l’inverse, les rôles en cluster sont des applications et des services qui peuvent être déplacés d’un nœud du cluster vers un autre sans perturber l’application ou le service.
Surveillance par battement de cœur
La surveillance par battement de cœur est une technologie de réplication utilisée pour surveiller l’état et les performances des nœuds. Avec cette méthode, chaque nœud du cluster envoie constamment un « battement de cœur » via une liaison réseau dédiée pour signaler son état et sa disponibilité.
Vote de quorum
Le vote de quorum est un processus utilisé dans les systèmes de clusters de basculement pour garantir qu’une majorité des serveurs ou des nœuds du cluster est toujours opérationnelle.
Le vote de quorum consiste à attribuer un vote à chaque serveur du cluster. Le cluster doit disposer d’un quorum, c’est-à-dire d’un nombre minimal de votes requis pour fonctionner.
Les paramètres du vote de quorum peuvent être configurés selon différents réglages. Par exemple, un cluster de cinq nœuds peut exiger un quorum de quatre nœuds.
Réplication synchrone
Les clusters CA, conçus pour garantir une disponibilité ininterrompue, utilisent généralement la réplication synchrone afin de garantir que les données restent toujours disponibles sur tous les serveurs du cluster. Les clusters étendus et les clusters géodistribués utilisent eux aussi généralement la réplication synchrone.
Les clusters hybrides peuvent utiliser différents types d’outils et de technologies, notamment lorsqu’ils sont conçus avec des services et une infrastructure proposés par de grands fournisseurs de solutions de virtualisation.
Applications pratiques des clusters de basculement
Examinons plusieurs applications pratiques et modernes des clusters de basculement, couramment utilisées dans notre monde numérique.
Disponibilité permanente des applications critiques
Les systèmes tolérants aux pannes sont indispensables aux ordinateurs utilisés dans les systèmes de traitement des transactions en ligne (OLTP). L’OLTP, qui exige une disponibilité de 100 %, est notamment utilisé dans les systèmes de réservation aérienne, la négociation électronique d’actions et les services bancaires aux distributeurs automatiques.
De nombreux autres types d’organisations utilisent également des clusters CA ou des ordinateurs tolérants aux pannes pour leurs applications critiques, notamment les entreprises des secteurs de la fabrication, de la logistique et de la vente au détail. Ces applications comprennent le commerce électronique, la gestion des commandes et les systèmes de pointage des employés.
Reprise après sinistre
Les clusters de basculement sont également utilisés pour la reprise après sinistre. Si un centre de données tombe en panne, les applications et les services peuvent être transférés vers un autre centre de données sans perturber les utilisateurs. Cela peut aider les entreprises à se remettre rapidement d’un sinistre et à réduire les temps d’arrêt.
Il est bien entendu fortement recommandé d’héberger les serveurs de basculement sur des sites distants en cas de perturbation ou de sinistre régional, comme un incendie ou une inondation. En étendant les clusters de basculement, les organisations peuvent répliquer leurs données entre plusieurs centres de données. Si un sinistre survient sur un site, toutes les données continuent d’exister sur les serveurs de basculement des autres sites.
Données et analytique
Le secteur des données et de l’analytique, présent aujourd’hui dans tous les secteurs d’activité, doit répondre à des exigences opérationnelles sophistiquées, est souvent soumis à des règles strictes de conformité et de gouvernance, et doit gérer et analyser des volumes importants de données. Dans ces environnements, les caractéristiques des clusters de basculement sont avantageuses pour les acteurs qui interviennent sur l’ensemble du cycle de vie des données.
Edge computing
L’edge computing est un paradigme informatique distribué qui rapproche les capacités de calcul et le stockage des données de l’utilisateur final. Les clusters de basculement peuvent être utilisés pour déployer et gérer des applications et des services d’edge computing.
Parmi les autres utilisations pratiques des clusters de basculement figurent les applications web qui doivent être hautement évolutives pour gérer les pics de trafic, les applications de l’Internet des objets (IoT) qui nécessitent de l’edge computing, ainsi que les secteurs comme la fintech, qui gèrent des informations en temps réel à faible latence tout en exigeant des niveaux élevés de sauvegarde et de redondance.
Défis des clusters de basculement
Malgré leurs nombreux avantages éprouvés, les technologies de clusters de basculement présentent plusieurs inconvénients. Les principaux désavantages de cette technologie sont liés aux compétences requises et aux coûts.
Coût
Le coût des clusters de basculement peut être élevé si une entreprise souhaite utiliser son propre matériel et ses propres logiciels. Heureusement, avec l’essor du cloud computing et de la virtualisation, les coûts du matériel, des logiciels, de la maintenance et de la gestion ont considérablement diminué.
Gestion
De même, les entreprises qui souhaitent créer des clusters de basculement sophistiqués, mais qui ne disposent pas en interne des compétences exigées par ces systèmes, peuvent externaliser la gestion de cette technologie. Cela entraînera une hausse des coûts, mais ceux-ci resteront généralement nettement inférieurs aux dépenses liées à la constitution de sa propre équipe spécialisée d’experts.
Cependant, même lorsqu’elles externalisent la gestion et l’exploitation de processus de basculement critiques pour l’activité, les entreprises doivent toujours disposer au moins d’une petite équipe de collaborateurs compétents pour s’assurer que les systèmes fonctionnent comme prévu. Ces obstacles liés aux compétences constituent sans aucun doute le principal frein pour ceux qui souhaitent déployer un cluster de basculement.
Sécurité, conformité et fiabilité
En outre, le manque de compétences aura également des répercussions sur les performances, la sécurité, la conformité et la confidentialité. Un cluster de basculement mal conçu, personnalisé ou configuré présente un risque élevé de provoquer des perturbations. Les clusters de basculement élargissent également la surface d’attaque numérique d’une entreprise, augmentant ainsi les risques que des cybercriminels découvrent une vulnérabilité à exploiter.
Principaux fournisseurs de clusters de basculement
Plusieurs fournisseurs de clusters de basculement sont reconnus dans le secteur comme des acteurs de premier plan.
VMware
Parmi les produits de virtualisation disponibles, VMware propose plusieurs outils de virtualisation pour les clusters de VM. vSphere vMotion fournit une architecture CA qui réplique à l’identique une VM VMware et son réseau entre des réseaux de centres de données physiques.
Microsoft
Microsoft propose diverses solutions de clusters de basculement, notamment Windows Server Failover Clustering, SQL Server Failover Clustering, et Exchange Server Failover Clustering. Les solutions de clusters de basculement de Microsoft sont largement utilisées par les entreprises de toutes tailles et sont réputées pour leur fiabilité et leur facilité d’utilisation.
Clusters de basculement Red Hat Linux
Les éditeurs de systèmes d’exploitation autres que Microsoft proposent également leurs propres technologies de clusters de basculement. Par exemple, les utilisateurs de Red Hat Enterprise Linux (RHEL) peuvent créer des clusters de basculement HA avec l’extension Red Hat Enterprise Linux High Availability Extension (RHEV). Les solutions de clusters de basculement de Red Hat sont réputées pour leur nature open source et leur flexibilité. Elles peuvent être utilisées pour protéger un large éventail d’applications et de bases de données, et être déployées dans différents environnements, notamment sur site, dans le cloud et dans des environnements hybrides.
Oracle
Oracle propose diverses solutions de clusters de basculement, notamment Real Application Clusters (RAC), Oracle Database Clusterware, et Oracle GoldenGate. Les solutions de clusters de basculement d’Oracle sont conçues pour les applications hautes performances et critiques. Elles sont utilisées par nombre des plus grandes entreprises au monde, notamment des établissements financiers, des organismes publics et des entreprises de télécommunications.
Autres fournisseurs de clusters de basculement
Parmi les autres fournisseurs et solutions populaires de clusters de basculement en 2023 figurent IBM PowerHA SystemMirror, NetApp MetroCluster, Rocket iCluster, et Veritas InfoScale.
En résumé : les clusters de basculement assurent la continuité de votre activité
De la latence au dépannage des environnements, en passant par la configuration du stockage partagé et des rôles en cluster, ainsi que par la surveillance des systèmes, les clusters de basculement sont difficiles à mettre en œuvre et à gérer. Les bonnes pratiques du secteur, comme l’utilisation de solutions, services et matériels certifiés, ainsi que le recours à des experts compétents, peuvent contribuer à relever ces défis. Les entreprises doivent également disposer d’une stratégie solide en matière de clusters de basculement et tester et surveiller constamment leurs systèmes afin de garantir leurs performances et leur intégrité.
Malgré ces obstacles, les clusters de basculement constituent une excellente solution pour les systèmes critiques, offrent une solide protection en matière de sauvegarde et de reprise, et peuvent accroître la disponibilité tout en favorisant les dernières innovations technologiques.
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