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2 Sommaire Introduction : Les problèmes rencontrés dans une architecture d un réseau «classique»... 1 I Qu est ce que la virtualisation?... 3 a) Définition... 3 b) Les deux méthodes de virtualisation couramment utilisées ) La virtualisation standard ) Paravirtualisation / Hyperviseur... 5 c) Intérêts... 5 d) Limites... 6 II Etude des solutions existantes... 7 a) Virtualisation ou Paravirtualisation?... 7 b) VMware vsphere c) Microsoft Hyper-V Server d) Citrix XenServer e) Quelques éléments de comparaison ) Les systèmes d exploitations invités supportés ) Déplacement des machines virtuelles à chaud ) Fonctionnalités supplémentaires ) Maturité du produit ) Les coûts ) Conclusion III Virtualisation du réseau de l Abeille a) Situation en b) Solution de virtualisation retenue c) Après la virtualisation Conclusion Sources... 17

3 Introduction : Les problèmes rencontrés dans une architecture d un réseau «classique» La plupart des entreprises disposent d'une machine serveur physique pour effectuer une tâche. Par exemple, une machine est utilisée comme serveur mail, une autre comme serveur DHCP, une autre peut faire office de serveur de fichier. Il est préférable d'organiser ses serveurs de la sorte dans un souci de compatibilité, en effet, lorsqu'il y a plusieurs rôles sur un serveur, il suffit parfois de mettre à jour son système ou un rôle pour qu'un autre ne fonctionne plus. On se rend vite compte que le nombre de machines peut vite devenir important, surtout si l'entreprise est grande. Même si les machines ne sont pas forcement très chères, leur multiplication et leur entretien peuvent revenir chers à l'usage. De plus, ces ressources matérielles ne sont que très peu utilisées. Beaucoup d'entreprises n'ont pas besoin d'autant de ressources et utilisent peu la capacité de chaque machine. Architecture «Classique» d un réseau client/serveur 1

4 Il est courant pour une entreprise de disposer d'une quinzaine de serveurs fonctionnant à 15% de leur capacité, or, un serveur chargé à 15% ne consomme pas beaucoup moins d'énergie qu'un serveur chargé à 90%. Regrouper plusieurs serveurs sur une même machine peut donc s'avérer être la solution pour pallier tous ces problèmes. Pour cela, on peut virtualiser les serveurs. Cette étude portera donc sur la virtualisation de serveurs, dans un premier temps, nous expliquerons ce qu est la virtualisation, ses avantages et limites, et les différentes méthodes pour virtualiser. Dans un second temps nous étudierons les différentes solutions pouvant être utilisées pour virtualiser des serveurs puis nous terminerons cette étude en traitant du passage à la virtualisation de serveurs de l entreprise dans laquelle j ai effectué mon stage. 2

5 I Qu est ce que la virtualisation? a) Définition La virtualisation de serveurs est un ensemble de techniques (matérielles et logicielles) permettant de faire fonctionner plusieurs systèmes d'exploitations indépendamment et de manière simultanée sur un seul et même serveur physique. Les systèmes d exploitation doivent donc se partager les ressources du serveur. Un logiciel de virtualisation permet de gérer tous ces systèmes d exploitation en leur faisant croire qu ils sont installés seuls sur une machine. La virtualisation repose donc sur ces principes : Le cloisonnement : chaque machine virtuelle fonctionne indépendamment des autres. La transparence : Le système d exploitation pense qu il fonctionne sur une machine physique, son utilisation ne change pas. Principe de la virtualisation de serveurs 3

6 b) Les deux méthodes de virtualisation couramment utilisées 1) La virtualisation standard La méthode de virtualisation standard vise plutôt le grand public que les entreprises, elle utilise un logiciel qui tourne sur un système d exploitation hôte. Ce logiciel permet de démarrer un ou plusieurs systèmes d exploitation invités. Le matériel est virtualisé par ce logiciel, de ce fait, les systèmes d exploitation invités pensent qu ils communiquent directement avec le matériel. Méthode de virtualisation standard Cette solution isole bien les systèmes d exploitation invités, toutefois elle présente un coût élevé en performance. En effet, le système d exploitation hôte utilise beaucoup de ressources et le logiciel émulant chaque composant de l ordinateur est considéré comme très lourd. Cette solution nécessite une très bonne machine physique si l on veut démarrer plusieurs serveurs simultanément. Les logiciels les plus connus émulant des plateformes x86 : VMware : propriétaire (VMware Server, VMware Player, VMware Workstation ainsi que VMware Fusion sous Mac OS X) Sun VirtualBox : gratuit, multiplateforme Parallels : propriétaire, multiplateforme Microsoft VirtualPC, Virtual Server 4

7 2) Paravirtualisation / Hyperviseur La solution recommandée en entreprise est l utilisation d un Hyperviseur. C est un noyau allégé dont la seule fonction est de gérer les systèmes d exploitation invités. Les OS invités fonctionnent en ayant conscience d'être virtualisés et sont optimisés pour ce fait, on parle alors de para-virtualisation Paravirtualisation Sur ce schéma, l OS privilégié est une console d administration se connectant directement à l hyperviseur afin de gérer toutes les machines virtuelles. C est actuellement la méthode de virtualisation de serveurs la plus performante, cependant, sa mise en place peut s avérer onéreuse. Les logiciels de para virtualisation les plus connus : VMware vsphere Citrix XenServer Microsoft Hyper-V c) Intérêts La virtualisation présente de nombreux intérêts : Il est possible de créer un système d exploitation modèle (template), il pourra être déployé en quelques minutes si besoin. 5

8 Permet de tester des nouveaux OS avant leur déploiement. L entreprise gagne de la place en supprimant des postes physiques, on observe donc aussi un gain d énergie. Les ressources des serveurs sont mieux utilisées, grâce à la virtualisation, le taux d utilisation du matériel peut augmenter jusqu à 70%. Une entreprise peut migrer vers de nouveaux systèmes tout en conservant des machines virtuelles tournant sous un ancien système pour les logiciels incompatibles avec les nouveaux. Il est possible de sauvegarder l état d une machine quand on le souhaite. Si on fait une mauvaise manipulation ou que le système d exploitation observe des bogues, il suffit de restaurer la machine exactement comme elle a été sauvegardée. Cette sauvegarde s appelle un snapshot que l on peut traduire par «Capture instantanée». Possibilité de migrer à chaud des machines virtuelles d un serveur physique à un autre, cela permet d assurer une maintenance des serveurs physiques sans pour autant interrompre le fonctionnement des serveurs virtuels. d) Limites La virtualisation présente des limites non négligeables : Il est nécessaire de posséder une machine puissante pour héberger des ordinateurs virtuels. Les serveurs devront donc avoir au minimum des processeurs dual-core ainsi qu une quantité de mémoire d au moins 4 Go. Il faut gérer ses ressources matérielles avec souplesse, en effet, il faut prévoir lorsque l on administre ses serveurs virtuels à ce qu ils n effectuent pas de tâches utilisant beaucoup de ressources en même temps, notamment un serveur de sauvegarde et un serveur de mise à jour. Si le serveur de sauvegarde fait la sauvegarde des serveurs pendant que le serveur de mise à jour fait son rôle, les ressources physiques pourront saturer. Il faut donc gérer ses serveurs de façon à ce qu il n y ait jamais de surconsommation des ressources à cause de l accumulation de serveurs sur la même machine physique. Il ne faut pas négliger la sécurité sur un serveur physique, car si un pirate arrive à y accéder, il aura le contrôle sur toutes les machines virtuelles. Il est donc primordial de maintenir une sécurité accrue pour le serveur physique. On peut observer certaines limites au niveau graphique, en effet, les machines virtuelles ont un environnement graphique intégré par le logiciel de virtualisation. C est donc un pilote graphique standard qui sera installé, et non celui de la carte graphique physique. Cependant, il n est pas utile pour un serveur d avoir une carte graphique puissante, le problème se poserai vraiment si on voulait jouer ou utiliser certains logiciels (comme de la retouche vidéo) sur une machine virtuelle. 6

9 II Etude des solutions existantes a) Virtualisation ou Paravirtualisation? Les solutions de virtualisation simple comme VirtualBox, VirtualPC ou VMware font croire au système invité qu il tourne sur une vraie machine avec la simulation d un BIOS pour chaque système. La machine invitée n a donc pas conscience qu elle est virtualisée. Dans une solution de paravirtualisation, le noyau (hyperviseur) de la machine hôte est lui même modifié pour être utilisé que pour virtualiser des machines. Avec cette solution, les noyaux des machines invitées sont aussi optimisées pour fonctionner en virtualisation, elles ont donc conscience d être virtualisées. Cette étude se concentrera seulement sur les solutions de paravirtualisation, jugées beaucoup plus performantes et adaptées pour une utilisation en entreprise. En effet, la virtualisation simple nécessite qu on ajoute un système complet virtualisé au dessus d un autre système complet, cela entraine un énorme coût en performances. La paravirtualisation se rapproche des performances nativement obtenues par un système d exploitation. Actuellement, VMware est le leader dans la virtualisation avec 80% des parts de marché mais de nouveaux arrivants risquent de bouleverser le paysage de la virtualisation : Microsoft avec l Hyper-V, Citrix avec XenServer. b) VMware vsphere 4 La solution de VMware s appelle vsphere (anciennement VMware Infrastructure), elle est basée sur l hyperviseur ESX et son outil d administration vcenter qui se décline sous la forme d un logiciel client ou d une interface web. C est la suite logicielle la plus répandue pour gérer la virtualisation des environnements informatiques. Elle comprend les modules suivants : 7

10 VMware VMFS C est le système de stockage par défaut pour les fichiers des machines virtuelles sur les disques et partitions physiques, contrairement aux systèmes de fichiers classiques ne permettent pas à plus d un serveur d accéder en écriture-lecture au même fichier à un moment donné, le système de fichiers en cluster VMFS utilise des ressources de stockage partagées afin de pouvoir écrire et lire simultanément des données sur la même ressource de stockage. Il prend en charge de fonctionnalités fondées sur la virtualisation : migration à chaud de machines virtuelles d un serveur physique à un autre, redémarrage automatique d une machine virtuelle en panne sur un autre serveur physique VMware Virtual SMP Module permettant à une machine virtuelle de disposer de plusieurs processeurs physiques. VMware High Avaibility (HA) Permet la haute disponibilité des machines virtuelles en les transférant automatiquement d une machine physique à une autre selon l utilisation des ressources physiques ou s il y a une panne. VMware DRS Permet l équilibrage et la répartition dynamique des ressources pour les machines virtuelles. VMware VMotion Permet de migrer à chaud une machine virtuelle d une machine physique à une autre sans interruption de service. VMware Consolidated Backup Logiciel permettant la sauvegarde des machines virtuelles. VMware vsphere est disponible en 4 versions à choisir selon la taille de l entreprise, les prix allant de 1000 à Elles se différencient selon les modules compris. vsphere 4 Standard : L édition de base vsphere 4 Advanced : le module vmotion est ajouté vsphere 4 Enterprise : les modules DRS et Data Recovery sont ajoutés 8

11 vsphere 4 Enterprise Plus : Cette édition supporte les processeurs à 12 cœurs et n a aucune limitation au niveau de la mémoire, tandis que les éditions précédentes supportent les processeurs ayant au maximum 6 cœurs ainsi que 256GB de mémoire. De plus, les machines virtuelles peuvent posséder 8 processeurs physiques contre 4 pour les éditions précédentes Les plus : La notoriété de VMware n est plus à faire, cette solution est implantée dans 80% des entreprises ayant virtualisé leurs serveurs, c est la solution professionnelle la plus aboutie du moment Compatibilité avec de nombreux systèmes Nombreux modules permettant la gestion des machines virtuelles Solution stable Les moins : Prix de cette solution élevé Mise en place nécessitant quelques compétences Linux c) Microsoft Hyper-V Server 2008 Hyper-V est l hyperviseur de Microsoft intégré à Windows Server Il inclut toutes les fonctionnalités nécessaires à la virtualisation de serveurs, ses outils d administration permettent d administrer à la fois les ressources physiques et les ressources virtuelles. L hyperviseur de Microsoft dispose de fonctionnalités similaires à VMware : Possibilité d exécuter simultanément différents systèmes d exploitation, 32 ou 64 bits, sous différentes plateformes comme Windows ou Linux. Prise en charge de SMP : permet l utilisation des multiprocesseurs pour des machines virtuelles. Migration rapide : une machine virtuelle en cours d exécution peut être rapidement migrée d un hôte physique à un autre sans quasiment aucun temps d arrêt. Il est possible de prendre des clichés d une machine virtuelle en cours d exécution. Si celle-ci à un problème, il est possible de revenir facilement à un état antérieur grâce aux clichés. Hyper-V est disponible en téléchargement gratuit et est compatible avec les éditions suivantes de Windows Server 2008 : 9

12 Windows Server 2008 Standard : Inclus une instance virtuelle par licence 2008 Standard achetée Windows Server 2008 Enterprise : Inclus 4 instances virtuelles par licence Enterprise achetées. A partir de cette édition, les machines virtuelles peuvent avoir plus de 32GB de mémoire et des processeurs ayant plus de 4 cœurs. Windows Server 2008 Datacenter : Instances virtuelles illimités Il est cependant possible d installer autant de machine que l on souhaite si on dispose d une licence pour chaque machine. Les plus : Le prix Permet la virtualisation de serveurs gourmands en ressources Facilité d installation Les moins : Nécessite l installation de Windows Server 2008 pour administrer Hyper-V Solution récente, peu implémentée en entreprise d) Citrix XenServer Citrix Systems a annoncé le 15 août 2007 l'acquisition de XenSource pour un montant d'environ 500 millions de dollars. Citrix est ainsi entré dans le marché de la virtualisation en développant XenServer, basé sur Xen qui est lui-même un hyperviseur. Depuis mars 2009, XenServer est gratuit, cette solution peut donc être envisagée pour les entreprises souhaitant diminuer les coûts d investissement lors de leur passage à la virtualisation. Seulement, si l on souhaite disposer d une gestion de virtualisation avancée, il est nécessaire d acheter Citrix Essentials qui est un plugin disponible pour XenServer et Microsoft Hyper-V qui ajoute des fonctionnalités notamment de gestion de stockage ou d automatisation des flux. Cependant, Citrix XenServer seul propose les fonctionnalités désormais classiques d un hyperviseur : 10

13 Interface de Gestion centralisée Gestion de plusieurs serveurs physiques : déplacement à chaud des machines virtuelles et «haute disponibilité». Compatibilité avec les principaux systèmes d exploitation (Windows, Linux, Unix ), cependant, il est reconnu que que XenServer peut avoir quelques problèmes dans la gestion des pilotes des machines virtuelles Windows. Les plus : Gratuit Pas de limitation de mémoire Pas de limitation du nombre de machines virtuelles Noyau Open Source Les moins : Nécessité d acheter Citrix Essentials pour une gestion poussée de son infrastructure Il faut posséder des connaissances Linux Quelques problèmes dans la gestion des pilotes sous Windows e) Quelques éléments de comparaison Le paysage de la virtualisation de serveurs à considérablement changé depuis l arrivée d acteurs pouvant concurrencer VMware. Chaque solution à ses avantages et ses inconvénients. Il n est pas nécessaire de les comparer au niveau de la configuration maximale des machines virtuelles qu elles peuvent faire fonctionner qui est plutôt un élément marketing qu un vrai élément de comparaison. En effet, il est peu probable de configurer une machine virtuelle avec 8 CPU et 256Go de RAM. Toutefois, il existe d autres éléments pour comparer ces différentes solutions. 1) Les systèmes d exploitations invités supportés Au niveau des systèmes d exploitation Windows, on peut constater que Windows NT4 et 2008 Server ne sont supportés que chez Microsoft et VMware. En environnement Linux, Redhat et SUSE sont supportés par tous les hyperviseurs. Ce sont d ailleurs les seules distributions supportées par Microsoft. D autres distributions sont supportées comme Ubuntu chez VMware ou encore Debian, CentOS et Oracle Unbreakable chez Citrix. SUN Solaris est supporté aussi bien par VMware et par Microsoft. Pour les utilisateurs de Netware, il faut nécessairement se tourner vers VMware. 11

14 2) Déplacement des machines virtuelles à chaud Module très pratique permettant de gérer le stockage sur les serveurs physiques tout en évitant des arrêts des machines virtuelles. vmotion chez VMware et XenMotion chez Citrix permettent de déplacer des machines sans les arrêter. Microsoft avait du retard avec Quick Migration qui ne permettait pas de déplacer des machines virtuelles de manière transparente, un arrêt était obligatoire. Cependant, son retard est rattrapé avec l arrivée de Live Migration qui propose les mêmes fonctionnalités que vmotion et XenMotion. De son côté, VMware prend à nouveau de l avance car il offre aujourd hui la possibilité de déplacer l exécution de la machine virtuelle, mais aussi son stockage avec Storage VMotion. 3) Fonctionnalités supplémentaires Certaines fonctionnalités ne sont supportées par aucune autre solution que celle de VMware, notamment : La surallocation mémoire Système de fichier partagé Le support de CDP (Cisco Discovery Protocol) Une console de gestion Web Déplacement à chaud du stockage des disques virtuels Gestion intelligente de l alimentation des serveurs 4) Maturité du produit Il n y a encore que très peu de recul sur la solution de Microsoft contrairement à VMware qui est la solution la plus aboutie du marché, talonnée par Citrix. Cependant, il est encore difficile de savoir qui sera le leader de ce marché dans quelques années. Cependant, Hyper-V semble bien mieux construit que l hyperviseur Xen qui aura plus de mal à évoluer, Citrix préférant développer en priorité Citrix Essentials. 5) Les coûts VMware est la solution la plus aboutie, cependant, c est aussi la plus chère, elle est en effet disponible à partir de 1000 tandis qu Hyper-V est intégré aux licences de Windows Hyper-V devient encore moins couteux si on prend en compte le coût des licences. En effet, même si XenServer est gratuit, il faut prendre en compte le coût des systèmes d exploitation que l on va installer sur les machines virtuelles. 12

15 Plus on a de serveurs à licence Microsoft à virtualiser, plus la solution Hyper-V devient rentable. 6) Conclusion Vmware est en avance sur le point technologique par rapport à Microsoft et Citrix. VMware est aujourd hui très implanté dans les entreprises avec une domination quasi-totale. Cependant le taux de pénétration de la virtualisation dans les entreprises toutes tailles confondus est seulement entre 15 et 20 % ce qui représente un marché colossale à conquérir et notamment pour les PME qui n ont pas beaucoup virtualisé principalement pour des raisons de prix des licences Vmware. Microsoft peut donc séduire les PME avec son offre hyper-v et les pousser à virtualiser pour ainsi imposer sa technologie. De plus, l offre proposée par Citrix basée sur le noyau Open Source de Xen s avère très intéressante du fait de sa gratuité et de ses fonctionnalités de base qui n ont rien à envier à celles de VMware ou Microsoft. La virtualisation est en phase de généralisation et sera un composant anodin demain. La guerre pour la suprématie dans ce domaine n en est qu à ses débuts, cette concurrence permet de faire largement baisser les prix. 13

16 III Virtualisation du réseau de l Abeille a) Situation en 2007 En 2007, le réseau de l Abeille était composé de 7 serveurs physiques accomplissant chacun des tâches différentes. Cependant, ces serveurs avaient tous entre 5 et 10 ans, ils étaient donc devenus obsolètes. Schéma réseau de l Abeille en 2007 L administrateur réseau avait deux possibilités : Rachat de serveurs Virtualisation Il a choisi la virtualisation car il voulait pouvoir déployer autant de serveurs qu il voulait pour effectuer des tests. La possibilité de créer une machine virtuelle à partir d un modèle (template) en quelques minutes l a séduit. De plus, il aurait coûté trop cher d acheter autant t de machines physiques nécessaires. b) Solution de virtualisation retenue En 2007, VMware n avait pas encore cette concurrence, en effet, les hyperviseurs de Microsoft et de RedHat n étaient pas encore sorti, Citrix venait juste de s implanter dans le marché de la virtualisation de serveurs et n avait pas encore pu faire ses preuves en entreprise. 14

17 L Abeille a donc décidé de baser son réseau sous VMware et a établi le plan de migration suivant : Plan de migration, réalisé en 2007 Le réseau est donc basé sur la puissance de deux ESX directement reliés à une baie de stockage où toutes les machines virtuelles seront stockées. Le serveur AB1SRV9 deviendra la machine Virtual Center. Elle est nécessaire dans un réseau lorsqu il y a plusieurs ESX, c est la console de management des serveurs ESX. Elle permet de consolider les interfaces d'administration individuelles de chaque serveur ESX. C'est cette vue centralisée qui permet d'utiliser VMotion, VMware HA et VMware DRS. Ce serveur est donc utilisé pour gérer les ressources physiques des deux ESX. AB1SRV8 deviendra un serveur de sauvegarde qui sauvegarde les machines virtuelles directement à partir de la baie de stockage (SAN) sans passer par les ESX. 15

18 Les coûts de cette solution : Baie de disque (SAN) o La baie de disque : DELL EMC 2 CX3-10 (2 GB cache) o Les disques durs : Fibre Channel 8*146Go => 1.2 To o La garantie 3 ans 7 jours sur 7, 24h sur 24. Deux Switch Deux serveurs o DELL 2950 Dual-core Ghz bi-pro o 8 Go RAM Disk 2*73 Go - 2*FC 4GB - 4 LAN interface o La garantie 3 ans 7 jours sur 7, 24h sur VMware o VMWARE infrastructure 3 Enterprise for 2 processors o Virtual Center Management o Garantie 1 an L entreprise a fait appel à une société extérieur pour l installation et la configuration 9800 Coût total : c) Après la virtualisation Si l on avait voulu avoir une configuration identique sans utiliser la virtualisation, il aurait fallu un dizaine de serveurs physiques. Leurs ressources n auraient été que très peu utilisées. De plus, il n y aurait pas eu une si grande flexibilité, il n aurait pas été par exemple possible de déployer un serveur en quelques minutes sans engendrer un achat d une machine physique. Trois ans après, la configuration du réseau n a pas changé et fonctionne encore parfaitement. Cependant, cette solution n est envisageable que pour les entreprises ayant besoin de beaucoup de serveurs, elle n est pas recommandée aux petites entreprises, tout d abord parce qu elle est trop chère et aussi car elle devient rentable lorsqu il y a un nombre conséquent de serveurs à virtualiser. 16

19 Conclusion La virtualisation présente des intérêts aussi bien financiers que fonctionnels. Elle séduit donc de plus en plus les entreprises qui envisagent la virtualisation de serveurs. Ainsi, l administrateur réseau de l Abeille a vite constaté les intérêts de leur nouvelle installation. Les serveurs sont faciles à gérer et sont regroupés dans une seule interface accessible via un logiciel client installé sur son ordinateur, il peut facilement déployer des machines de test comme il l entend. Il a donc choisi d aller encore plus loin dans la virtualisation : depuis la fin de l année 2009, les applications sont aussi virtualisées. La suite Microsoft Office ainsi que certaines d autres applications sont donc installées sur un serveur et non sur les postes clients. Lorsqu un utilisateur lance une application, elle sera exécutée à partir du serveur et affichée sur le poste client. À terme, l administrateur réseau de l Abeille pense installer seulement des clients légers, c est à dire des boitiers connectés à un écran, un clavier et une souris se connectant directement à un bureau virtuel configuré sur le serveur. Sources

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