NUOVA SERVER FARM PROGETTO

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1 NUOVA SERVER FARM PROGETTO

2 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 2 di 35 Indice 1. Introduzione 5 2. Obiettivi del progetto Razionalizzazione Disegno di una nuova architettura del sistema informativo Sicurezza Ottimizzazione e potenziamento dei servizi interni Obiettivi a lungo termine 7 3. Ricognizione dello stato attuale Infrastruttura e topologia di rete Server Servizi Servizi esterni DNS WWW Posta elettronica FTP Video Streaming Servizi interni Contabilità di ateneo Segreterie Studenti Sistema di Gestione delle Biblioteche SBN Criticità emerse dalla ricognizione Progetto Filosofia del progetto Open Source, GNU, Linux Architettura Rete Topologia Tecnologia Sicurezza e firewall Sezione di front-end Sezione applicativa Tecnologia Servizi DNS WWW Proxy FTP LDAP Streaming Segreterie Studenti Servizi interni File service Print service 25

3 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 3 di Sezione di back-end Database e servizi ausiliari Database Storage Area Network Sistema di Backup Monitoraggio Dimensionamento dei sistemi Parte stabile Server ad alto carico Prima ipotesi Server ad alto carico Seconda ipotesi 30 Appendice A Descrizione dei sistemi attuali 31

4 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 4 di 35 Indice delle figure Fig. 1 Stato attuale: topologia di rete e sistemi 8 Fig. 2 Architettura generale della Server Farm 17 Fig. 3 Architettura generale della Server Farm Deployment iniziale 18

5 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 5 di Introduzione Questo documento presenta in modo sintetico i vari aspetti che concernono la ristrutturazione della server farm del CSIAF. I primi capitoli oltre ad illustrare gli obiettivi del progetto, offrono una descrizione dettagliata degli attuali servizi in carico alla farm e indicano in modo critico le carenze derivanti dalla attuale architettura. I capitoli successivi descrivono l approccio al problema e la filosofia del progetto; il progetto, in seguito, viene illustrato più in dettaglio focalizzando le varie componenti della nuova server farm. L ultimo capitolo, Dimensionamento dei sistemi, fornisce indicazioni di massima, utili ad una discussione sulle strategie da seguire al fine di rendere esecutivo il progetto, descrivendo i possibili fabbisogni delle varie componenti. L intero progetto si basa sui servizi. I servizi che la farm e, più in generale il Centro stesso, erogano al momento, insieme a quelli che e possibile prevedere nei prossimi tre anni, costituiscono l input del progetto. I servizi progettati e realizzati all interno del Centro (o comunque dell Università) sono analizzati in modo critico e per alcuni di essi si prospetta una evoluzione volta sia al miglioramento del servizio stesso, sia ad una migliore integrazione con il nuovo contesto operativo. Ciò dovrebbe portare, nell arco di vita previsto per il progetto (circa tre anni), verso la realizzazione di un sistema informativo integrato di ateneo, ove tutte le componenti siano in grado di interagire reciprocamente. Alcuni servizi (di grande importanza) sono invece forniti da terzi e sono solo ospitati dal Centro. Non potendo l Univerità incidere né sulla loro architettura né sulle loro possibili evoluzioni, il progetto li colloca nel nuovo contesto nel modo migliore possibile. Essi in qualche modo viziano sia l architettura generale, sia, soprattutto, la possibilità di evoluzione appena accennata e quindi la qualità complessiva dell intero processo. D altronde in questa sede non si ritiene appropriata, né di competenza, la discussione a posteriori della validità, sia architetturale sia operativa, delle scelte fatte; di conseguenza, come appena detto, il progetto include questi servizi valutandoli allo stato attuale dell arte e accettandone le imposizioni. Si ritiene comunque indispensabile, per il futuro, che la scelta di nuovi servizi venga preventivamente discussa sul piano architetturale e tecnologico, in modo che questi si integrino nel contesto senza degradare la qualità dell intero sistema. A tal fine sarebbe necessaria la preparazione di una carta tecnica dei servizi, che indichi, sia agli interni sia agli esterni, gli standard architetturali e di qualita che devono essere soddisfatti da qualunque nuovo servizio prima di essere attivato. 2. Obiettivi del progetto Il progetto di ristrutturazione della Server Farm del CSIAF, centrale per quasi tutte le attività informatiche dell ateneo, è sicuramente un progetto di elevata complessità tecnica. Predisporre, infatti, il cambiamento in una unica soluzione dell intero basamento su cui poggia l attuale sistema informativo dell Università, pone tutto l insieme delle problematiche classiche, aprendo al contempo un insieme di possibilità tecnologiche e architetturali, che di norma si affrontano gradualmente durante l evoluzione di un sistema esistente. Comunque, come descritto nel paragrafo 3.4, le carenze dell attuale struttura impongono un azione radicale, tale da poter rispondere in tempi brevi alle necessità già emerse da tempo e a quelle previste nei piani di sviluppo del CSIAF.

6 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 6 di Razionalizzazione Dalla ricognizione dell insieme dei server installati presso il CSIAF (vedi capitolo 3), risulta una miscellanea di macchine, spesso dedicate ad un singolo servizio. Uno degli obiettivi principali del progetto sarà l omogeneizzazione dei server al fine di ottenere: Economia di gestione. Utilizzando server per quanto possibile omogenei si ha un miglioramento dei tempi e dei costi di intervento per la gestione e l aggiornamento dei sistemi. Si rende agevole il monitoraggio attraverso l utilizzo uniforme di software di system management. Economia nell acquisto e nei canoni di manutenzione. Rivolgendosi ad uno o ad un pool ristretto di fornitori si ottengono sicuramente vantaggi economici di scala. Svecchiamento dei server in produzione. Si possono dismettere i server più vecchi che hanno un basso rapporto tra potenza e costi di gestione e manutenzione a favore di server di nuova tecnologia più potenti ed economici Disegno di una nuova architettura del sistema informativo L attuale disegno architetturale del sistema informativo presenta gravi carenze. Le criticità che ne derivano sono descritte nel paragrafo 3.4; in particolare il nuovo disegno architetturale dovrà garantire: Scalabilità. A fronte dell aumento della richiesta di risorse, fisiologica o eccezionale, da parte di uno o più servizi l architettura dovrà permettere l aumento delle capacità di elaborazione senza dover modificare l architettura stessa. Fault-tolerance. L architettura dovrà permettere ad ogni servizio di continuare a funzionare anche in caso di guasto di un qualsiasi componente. Tecnologia. Il progetto dovrà impiegare lo stato dell arte in campo tecnologico e valutare possibilmente il trend dei prossimi anni. Evoluzione. L architettura dovrà permettere la naturale evoluzione dei sistemi e dei servizi coinvolti. Sarà, per quanto possibile, neutra rispetto alla tecnologia dei sistemi che la compongono Sicurezza La sicurezza dei sistemi informatici riveste sicuramente un aspetto che, ormai da qualche anno, non è più trascurabile, anzi lo si deve considerare un fattore di base nella progettazione di tutti i livelli di un sistema informativo, dall infrastruttura di rete fino ai servizi resi all utenza. Il progetto dovrà quindi valutare l intero disegno anche da questo punto di vista, cercando, per quanto possibile, di utilizzare gli standard più diffusi per ottenere un sufficiente livello di sicurezza senza complicare l utilizzo delle risorse e la fruizione dei servizi Ottimizzazione e potenziamento dei servizi interni La priorità dei servizi resi all esterno del CSIAF ha reso di importanza secondaria le necessità interne alla Server Farm e più in generale quelle del personale interno al Centro. Obiettivo del progetto sarà un aggiornamento e un ampliamento dei servizi interni tra cui: Sistema centralizzato di backup per il salvataggio dei dati dei server e delle stazioni di lavoro del personale. Sistema per il monitoraggio dei server, dei servizi e dell infrastruttura di rete interna alla Server Farm.

7 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 7 di 35 File server centralizzato per i sistemi interni alla Farm e per il lavoro di gruppo del personale del Centro. Servizi di stampa e stampanti di formato e qualità adeguati alle necessità del Centro Obiettivi a lungo termine Il presente progetto è testimonianza dell attenzione e della priorità dedicata alla qualità dei servizi forniti dal CSIAF. Con gli stessi criteri del presente progetto (stato dell arte della tecnologia, adesione agli standard ecc.) vengono progettati i servizi sviluppati all interno del Centro. È doveroso però notare che, per motivi che non possono essere discussi qui, i servizi informatici chiave dell Università (contabilità, segreterie, protocollo, gestione del personale, ecc.) sono stati progettati e sviluppati da terzi. Prescindendo dalla qualità di ogni singolo servizio è inconfutabile il fatto che ognuno di essi rappresenta una realtà (un mondo) a se stante, fatto di architetture, tecnologie e dati diversi tra loro. In altre parole questi mondi non sono in grado di comunicare nè tantomeno di cooperare gli uni con gli altri. Se questa situazione poteva essere accettabile in passato, già oggi induce grosse difficoltà allo sviluppo di servizi trasversali, cioè che interessano contemporaneamente più mondi, imponendo attività notturne di trasferimento, trasformazione e, soprattutto, duplicazione dei dati. In futuro questa incapacità di ogni servizio di comunicare con gli altri rappresenterà il problema maggiore nel costituire un Sistema Informativo dell Università di Firenze. Pertanto sarà indispensabile, a fronte della acquisizione di nuovi servizi/prodotti dall esterno, la possibilità di valutare: L architettura, in modo che il nuovo sistema possa essere agevolmente integrato e gestito nell infrastruttura della Server Farm. La tecnologia, affinché il servizio possa eventualmente essere ospitato da server già presenti nella Server Farm. La capacità di offrire servizi verso altre applicazioni in modo che il nuovo sistema possa interagire con gli altri già presenti. 3. Ricognizione dello stato attuale 3.1. Infrastruttura e topologia di rete La Figura 1 schematizza le parti della rete di ateneo interessate dal progetto. Le sottoreti.1 e.3 costituiscono, rispettivamente, la rete dei servizi di front-end e quella dei servizi applicativi. Esse sono all interno della sede di Via delle Gore, mentre le sottoreti.22 e.85 (in basso nella figura) sono all interno della sede del rettorato. I rettangoli presenti in figura rappresentano i sistemi; in appendice Asono descritti in dettaglio i server e le loro configurazioni hardware e software. Gli apparati di rete sono viceversa elencati qui di seguito: C7200 Router CISCO 7200, e il router di frontiera, collegato al POP GARR con un canale ATM a 34Mb/s, esposto verso l esterno via protocollo BGP. Storicamente è stato il centro delle comunicazioni dell ex CeSIT, sia verso l esterno sia verso l interno; sta avendo un ruolo sempre più marginale dopo l implementazione della rete interna a 1Gb/s. Implementa verso l interno il protocollo di routing OSPF. ENALP Extreme Networks Alpine XXX, è lo switch layer 3 che WIND ha installato presso tutte le sedi che si collegano all anello in fibra ottica a 1Gb/s. Sono fisicamente i centro stella

8 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 8 di 35 sia della sede di Via delle Gore sia di quella del Rettorato. In Via delle Gore questo switch collega direttamente i server più importanti (MAIL, WWW, WWW2, OLS), mentre gli altri vi arrivano attraverso switch secondari (non presenti in figura). Si nota l assenza di firewall; tutti i server presso la sede di Via delle Gore sono infatti esposti direttamente in rete pubblica, ponendo gravi, e noti, problemi di sicurezza e di interoperabilità. L unico firewall presente (un CISCO PIX XXX) è installato presso il Rettorato a protezione dei sistemi di contabilità e delle segreterie studenti. L argomento sarà discusso in dettaglio nel paragrafo 5.3. Gli apparati e l infrastruttura non sono ridondati. Internet MAIL DNS WWW WWW2 STRM EPRES MSTUD PROXY WWWS C Sede CSIAF OLS DEVEL ENALP.3 Collegamento alle sedi principali dell Ateneo 1 Gb Eth ENALP DNS2 Rettorato F W GISSas GISSdb GISSdb CONT Fig. 1 Stato attuale: topologia di rete e sistemi 3.2. Server In appendice A sono elencati i server principali attualmente installati presso le sedi del CSIAF, ne viene descritta sinteticamente la configurazione hardware, la dotazione di software di base, i principali servizi offerti. L elenco non è completo, non sono descritti i server ritenuti marginali ai fini del progetto: per la scarsa importanza del servizio offerto, ad esempio file sever per un singolo ufficio; per la duplicazione del servizio, ad esempio un sito FTP simile a quello principale; per la non integrabilità dovuta alla specificità del servizio o dell hardware; ad esempio il mainframe BULL che ospita il sistema gestionale delle biblioteche.

9 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 9 di Servizi Sono di seguito elencati i servizi attualmente offerti dal CSIAF, divisi tra esterni, quelli cioè esposti in Internet, e interni, dedicati all utenza di ateneo. Si noti che il termine esterno va inteso come accedibile dall esterno e cioe da qualsiasi postazione Internet nel mondo e non come rivolto ad una utenza rigorosamente esterna all Università. Viceversa per servizi interni si assumono quelli strettamente dedicati alle strutture, al personale tecnico-amministrativo, agli studenti e ai docenti dell Università di Firenze. Ad esempio sono esterni il servizio web di ateneo ed il cerca-chi, utilizzati massivamente anche all interno dell ateneo, mentre contabilità e segreterie studenti sono servizi interni Servizi esterni DNS Il Domain Name System è un servizio di base, obbligatorio per ogni ente che esponga il proprio dominio in Internet. Il sistema, organizzato come un database gerarchico distribuito a livello mondiale, garantisce la corrispondenza biunivoca tra la nomenclatura gerarchica a domini di Internet dei sistemi di una organizzazione con l indirizzo IP di ogni sistema. Il DNS dell Università di Firenze mappa il dominio unifi.it e i suoi sottomini con gli indirizzi IP della rete di classe B ( ) dedicata all ateneo. Il servizio DNS e ospitato su più server, per garantire ridondanza in caso di guasto e per migliorare l efficienza. Poiché ogni singola stazione interroga ripetutamente il DNS, da sempre si è provveduto ad installare il DNS primario presso la sede di Via delle Gore, vicino alla frontiera, in modo che le richieste provenienti dall esterno trovino subito il servizio, senza percorrere l infrastruttura di rete interna all ateneo. Per lo stesso criterio, tutti i sistemi interni, topologicamente vicini alla sede di Via delle Gore, riferiscono direttamente al DNS primario. Il DNS secondario, installato presso la sede del Rettorato, fa da riferimento per i sistemi del Rettorato stesso e per quelli che insistono sulle reti del centro storico. Il sistema DNS presso la sede del Rettorato non è ridondato, mentre presso la sede di Via delle Gore è attivo un altro server, normalmente visto come secondario, che può sostituire temporaneamente il primario in caso di guasto WWW É il più importante, insieme alservizio di posta elettronica, dei servizi esterni. Da sempre sviluppato e gestito all interno dell ateneo viene considerato a livello nazionale tra i migliori siti universitari. Attualmente sono molteplici i server che ospitano parti del sito web di ateneo; i più importanti (vedi appendice A per le caratteristiche) sono: WWW É il server che storicamente ha esposto la parte informativa del web di ateneo. Recentemente è stato scaricato della sezione studenti. Ospita sezioni periferiche, alimentate direttamente da unità amministrative dell ateneo. Implementa alcuni servizi dinamici, tra i quali spicca il cerca-chi. Le parti dinamiche utilizzano i linguaggi PHP e PERL che sono installati come moduli del server Apache. Le procedure in PHP utilizzano il database mysql. WWW2 E il server, recentemente introdotto, che ospita la sezione studenti, sviluppata utilizzando il prodotto di content management WebMate di Navita. Ospita le sezioni periferiche che utilizzano la tecnologia Active Server Pages (.asp) di Microsoft. OLS É un server orientato completamente all erogazione dei servizi via WWW. Ospita il catalogo online delle biblioteche, tutti i servizi destinati agli studenti e recentemente alcuni servizi

10 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 10 di 35 dedicati ai docenti. Il sistema ospita due web server: Apache e iplanet. Il server Apache è dedicato all OPAC/WWW, il quale consiste in un pacchetto di procedure in linguaggio Sibylla. Sibylla è un estensione del linguaggio di script TCL al quale sono state aggiunte primitive e funzioni per l accesso al motore di information retrieval Basis+ e per l interfaccia HTTP/HTML. Il server iplanet invece viene utilizzato principalmente per le sue funzionalità di servlet container e di pubblicazione con la tecnologia java server pages. Tutti i servizi online per gli studenti e per i docenti sono sviluppati come servlet java e stanno convergendo verso lo standard 2.2 WWWS Ospita i siti web gestiti dalle organizzazioni studentesche. Non ospita contenuti dinamici. DEVEL É un server dedicato soprattutto allo sviluppo di nuovi servizi WWW, il più importante dei quali e il progetto dell anagrafe della ricerca. I prototipi sono scritti in linguaggio PHP. L interprete PHP è installato come modulo del server Apache e incorpora i driver per l accesso al database Oracle Posta elettronica Il servizio di posta elettronica è ormai considerato indispensabile al funzionamento di qualsiasi ente; nel caso dell Università di Firenze è divenuto strumento infrastrutturale, e abituale, soprattutto nella comunicazione interna oltreché verso l esterno. L importanza con cui è stato visto questo servizio ha inciso notevolmente sul numero di risorse umane dedicate alla gestione e sulla tecnologia, hardware e software, sui cui è basato. Al momento tre persone si occupano praticamente a tempo pieno del sistema, che ospita circa caselle di posta e circa 280 mailing lists. Il sistema è costituito da un cluster a 2 nodi basato sul sistema operativo Open/VMS (vedi MAIL in appendice A); i sistemi di comunicazione, di e di gestione delle mailing list sono della InnoSoft. La scelta di questi sistemi, avvenuta alcuni anni fa, ha prediletto la leggendaria sicurezza e stabilità dei sistemi basati sul VMS ritenendo secondarie le problematiche e i costi di gestione FTP Il File Transfer Protocol, una volta l unico sistema di trasferimento dei file tra sistemi remoti, ha perso nel tempo la sua cardinalità, essendo affiancato da numerosi altri modi per lo scambio di informazioni. Appare, da una breve indagine, che l utente medio non utilizzi questo sistema (molti non lo conoscono nemmeno), preferendo sistemi più immediati come il download via protocollo HTTP, lo share di directory e, purtroppo, gli attach della posta elettronica. Viene, viceversa, utilizzato molto nelle comunità open source, e in generale nei siti da cui si scaricano grosse moli di dati, dove è ritenuta importante l efficienza del trasferimento. L offerta FTP presso il CSIAF è limitata allo scaricamento di alcuni pacchetti software, ad esempio Panda Antivirus, e al caricamento delle pagine web da parte degli amministratori dei contenuti delle sezioni periferiche del web di ateneo. È da notare che il software di client per la contabilità di ateneo utilizza internamente il protocollo FTP per l installazione dei propri aggiornamenti Video Streaming

11 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 11 di Servizi interni Nei paragrafi successivi vengono descritti i servizi dedicati ad una utenza rigorosamente interna, a supporto delle attività critiche di funzionamento dell ateneo. La ricognizione non ha preso in considerazione quei servizi come ad esempio il l E-learning o la gestione delle carriere del personale che, pur essendo importanti, non impattano direttamente sul progetto, essendo gestiti completamente da aziende esterne. Il sistema di gestione delle biblioteche viene citato in questi paragrafi per la sua storia particolare e per la centralità che occupa nel CSIAF; non sarà valutato ai fini del progetto in quanto, pur essendo in corso uno studio di migrazione e downsizing, le soluzioni architetturali e le esigenze dell hardware, subordinate alle caratteristiche funzionali del nuovo sistema di gestione non sono note al momento. Saranno comunque fornite (nel paragrafo ) alcune indicazioni di massima che, se rispettate, porteranno ad una buona integrazione del nuovo sistema nel contesto della Server Farm Contabilità di ateneo La Contabilità Integrata di Ateneo (CIA) è il pacchetto applicativo che l Università ha acquisito nel 2000 dal CINECA per la propria gestione contabile a amministrativa. Gli utenti registrati sono poco meno di 500. Dal punto di vista architetturale e tecnologico il programma implementa la logica client-server a due livelli. I client, cioè la parte di programma installata presso la postazione di lavoro di ogni utente, contengono l interfaccia grafica, la logica di funzionamento dell applicazione e le funzionalità di colloquio, via rete, con il server. Il programma client è stato sviluppato con Visual Age di IBM. Il server, unico per tutti i client, riceve ed esegue i comandi spediti dai client; con CIA il database Oracle viene esposto direttamente ai client, che ne sfruttano le capacità di multiutenza e di motore transazionale. È previsto a breve termine l istallazione e la sperimentazione del nuovo servizio di contabilità per i Poli (CIA-Poli). Dal punto di vista architturale il sistema dovrebbe consistere in un server applicativo (IBM Web Sphere) che colloquia con i client via protocollo HTTP e, in back end, con uno schema dati all interno dell istanza Oracle della contabilità (CIA). L hardware, per il test del prototipo, sarà fornito dal CINECA Segreterie Studenti Il sistema Gestione Integrata delle Segreterie Studenti (GISS) è stato acquisito dall Università nel 2001 dalla Società Sistemi Informativi. Dopo una laboriosa attivit a di migrazione dei dati dal precedente sistema di gestione, GISS è entrato in produzione nel periodo di immatricolazione e iscrizione dello stesso anno. L architettura del sistema, che serve circa XXX postazioni utente, segue la logica client-server a tre livelli, anche se in pratica si discosta dal modello classico a tre livelli. Infatti i client ospitano solo la presentazione della interfaccia utente (via browser WWW) e colloquiano con il server di livello intermedio, seguendo l impostazione canonica 3-tier. Il livello intermedio, solitamente descritto come application server, cioè il server ove risiede la logica applicativa, in questo caso cura soltanto la logica di presentazione e la comunicazione con i client. Il database sever, il terzo livello, ospita, oltre ai dati anche le procedure applicative scritte in linguaggio PL/SQL, il linguaggio interno di Oracle Sistema di Gestione delle Biblioteche SBN Il sistema gestionale delle biblioteche supporta il lavoro di acquisizione, catalogazione, collocazione e circolazione del materiale librario delle 5 biblioteche di area (oltre 70 fondi librari). Il sistema operante presso l ateneo fiorentino è considerato una delle pietre miliari del Sistema

12 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 12 di 35 Bibliotecario Nazionale (SBN) ed è stato progettato e sviluppato dal personale dell Università di Firenze in collaborazione con altri enti coinvolti nel progetto finanziato direttamente dal Ministero dei Beni Culturali. Evoluto, e ri-ingegnerizzato più volte nel corso degli anni, questo sistema e in uso presso le più importanti biblioteche (le biblioteche nazionali centrali di Firenze e Roma) e istituti (Treccani), nonché la Regione Veneto e l Università dell Aquila. Il sistema consiste in un insieme di transazioni scritte in linguaggio COBOL, gestite da un motore transazionale classico (TDS), in ambiente mainframe BULL GCOS7. Il database su cui insiste il sistema è IDS II a struttura reticolare. Come già accennato è in corso una valutazione (congiunta CSIAF e Sistema Bibliotecario di Ateneo) per evolvere l intero sistema di gestione verso una piattaforma più moderna. Non essendo note al momento le caratteristiche del sistema che sarà scelto si possono però elencare alcuni fattori che possono facilitarne l inserimento e la gestione nella Server Farm: Architettura a tre livelli, in modo da separare il carico conversazionale e la logica applicativa dalle attività sulle basi dati. Eventualmente avere server separati per sfruttare le caratteristiche di sicurezza dell infrastruttura di rete. Data base Oracle, in modo da sfruttare le conoscenze e unificare le attività di gestione e manutenzione. Eventualmente ospitare le basi dati su un server esistente. Sistema operativo Unix, per gli stessi motivi del punto precedente Criticità emerse dalla ricognizione I paragrafi precedenti elencano lo stato attuale dei server e dei servizi offerti in modo il più possibile neutro e oggettivo. In questo paragrafo sono invece elencate una serie di valutazioni critiche in relazione ad alcuni aspetti emersi durante la ricognizione. Dalla ricognizione effettuata appare evidente la differenza di approccio, e di esigenze, che le strutture confluite nel CSIAF hanno utilizzato nell acquisizione e nella configurazione dei vari sistemi. Senza entrare nel merito della validità delle strategie adottate si possono estrapolare i seguenti punti che possono aiutare nella valutazione complessiva del parco macchine esistente e indicare direzioni possibili di evoluzione e di cambiamento per il progetto: Vetustà. La maggior parte dei server è in funzione da più di tre anni, con punte di cinque e sei anni. Questo fattore è indice delle difficoltà di reperimento dei fondi per l aggiornamento dei sistemi, della mancanza di strategie e di protocolli a lungo termine con le ditte fornitrici, e della complessità degli iter burocratici sia di acquisto sia, soprattutto, di dismissione del materiale obsoleto. Proliferazione. L Università di Firenze è in rete dal 1991; all inizio, come è ovvio, con pochi sistemi sperimentali. In questi dieci anni di attività si è avuta una evoluzione e una espansione dei servizi, sia verso l esterno, sia interni, che ha portato ad una moltitudine di server di varie dimensioni e potenza, nella logica che ogni nuovo servizio abbisognasse di un server. La situazione di un servizio un server è stata generata per vari motivi: la mancanza di un piano strategico unitario a lungo termine; l evoluzione, a volte tumultuosa, dell informatica che propone soluzioni e architetture non prevedibili con anni, se non mesi, di anticipo; i servizi esistenti, spesso di terze parti, ancorati ad architetture specifiche e/o antiquate che migrano con difficoltà, o addirittura non possono migrare, alle nuove architetture hardware e software; sistemi acquisiti che non possono scalare per ospitare nuovi servizi.

13 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 13 di 35 Omogeneità. La crescita dei servizi offerti e, come abbiamo visto, dei server coinvolti, ha gravato, per contro, su un pool ristretto di persone che ha gestito i servizi in pratica fino dal loro esordio. Ciò ha portato, per una evidente ed implicita economicità di gestione, ad acquisire server aventi lo stesso sistema operativo e software di base. In pratica la maggioranza dei server rilevati sono prodotti da SUN Microsystems e girano lo stesso (nelle varie evoluzioni) sistema operativo: SUN Solaris. L uniformare a livello di sistema operativo i vari server ha portato i seguenti vantaggi: la conoscenza approfondita del sistema ha permesso al personale di essere autonomo e risolvere situazioni critiche rapidamente; economia nella gestione del software di base che viene installato e manutenuto con le stesse modalità su i vari server; possibiltà di interscambio tra le persone che si occupano dei sistemi. Sono da notare alcune eccezioni: il sistema di posta elettronica insiste su sistema operativo Digital Open/VMS, il sistema di gestione delle segreterie studenti su IBM AIX, la sezione Studenti del sito web di ateneo in ambiente Windows Logica client-server a due livelli: è stata utilizzata moltissimo nel periodo di migrazione degli applicativi gestionali dai mainframe, ad architettura centrica, ai sistemi (tipicamente UNIX) in rete. Essa è utilizzata da alcuni sistemi in ateneo tra i quali il più importante è CIA. Il client-server a due livelli è considerato oramai obsoleto avendo dimostrato qualche limite; è essenziale la corretta valutazione delle problematiche indotte da questa architettura ai fini della collocazione di CIA nel modello proposto dal progetto. Sono qui elencati alcuni aspetti che verranno poi ripresi nel paragrafo 5.3: I client, possedendo in pratica tutta la logica applicativa, tendono ad essere molto complessi, abbisognano di hardware potente ed essendo numerosi impongono un costo di gestione e manutenzione oneroso. I client, colloquiando direttamente con il database centrale, generano un notevole traffico di rete, che spesso ha portato insoddisfazione all utenza per i lunghi tempi di risposta dell applicativo e costi per il potenziamento dell infrastruttura di rete. I due aspetti appena citati si possono sintetizzare nella scarsa propensione della logica a due livelli a scalare verso un elevato numero di postazioni di lavoro. Il database, essendo acceduto direttamente dai client (che all Università sono addiritura in rete pubblica), è esposto in rete e quindi pone gravi problemi di sicurezza. 4. Progetto Dopo aver elencato nei capitoli precedenti gli obiettivi del progetto, lo stato attuale dell infrastruttura, dei server e dei servizi, questo capitolo introdurrà il contensto in cui opera il progetto, i suoi limiti e i punti di vista strategico, architetturale e di sicurezza del problema Filosofia del progetto La Server Farm, per definizione, costituisce le fondamenta su cui si basano i servizi informatici offerti dal CSIAF all ateneo e le attività del personale del Centro. Ciò implica il contatto con praticamente tutte le unità organizzative del CSIAF, sia quelle direttamente coinvolte con l erogazione dei servizi, sia quelle in back-end. Ai fini di una corretta iterpretazione del progetto è necessario ritagliare il dominio di responsabilit a della Server Farm. In particolare: È responsabilità del progetto della Server Farm del CSIAF lo studio, la scelta delle

14 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 14 di 35 offerte sul mercato, l implementazione e la messa in servizio: Dell architettura informatica di insieme della Server Farm. Dell infrastruttura di rete dedicata alla Server Farm, in collaborazione con l area operativa Servizi di Rete per gli aspetti legati agli apparati di rete necessari e all interazione della rete della Server Farm con la rete di ateneo. Dell architettura e la tecnologia dei server della Server Farm, analizzate le proposte tecnologiche dei maggiori fornitori sul mercato. Dei sistemi operativi da installare sui vari server. Dei database, in collaborazione con l area operativa Sistemi Informativi. Degli ambienti di sviluppo, intesi sia come server dedicati allo sviluppo di nuovi sistemi, sia come strumenti software (compilatori, interpreti, tools, ecc.), in collaborazione principalmente con l area operativa Sistemi Informativi e con altre che possono abbisognare di tali strumenti. Del software per l erogazione dei servizi di base. Dei sistemi di file server e di print server per la Farm e per il personale del Centro. Del sistema centralizzato di backup della Server Farm. Del sistema di monitoraggio. Vista la complessità del progetto si è deciso di sentire il Settore Gestione Sistemi del CINECA, che ha terminato da poco la ristrutturazione della proria Farm. CINECA è in grado di apportare un notevole contributo al progetto avendo in carico, anche se in scala più grande, gli stessi servizi della Server Farm, essendo fornitore dell Università di Firenze di alcuni servizi (CIA, per gli studenti) e, soprattutto, avendo conoscenza ed esperienza sulle tecnologie che si intende adottare nel progetto. Un aspetto interessante della collaborazione, emerso fino dai primi incontri, è l esperienza del Settore Gestione Sistemi nel campo dei sistemi in cluster e, soprattutto, nell aver sperimentato con successo e adottato tecniche di alta affidabilità e divisione di carico con server Linux. L adozione di tali sistemi, prevista per alcune componenti nelle fasi preliminari del progetto, ma che induceva alcuni dubbi soprattutto sulla complessità architetturale e sull affidabilità, trova adesso un conforto prezioso che si basa su una solida esperienza Open Source, GNU, Linux Fino a poco tempo fa la valutazione di un qualsiasi sistema software da classificare come in produzione, non avrebbe mai preso in considerazione software open source, ma sarebbe stato sicuramente orientato alla valutazione di prodotti industriali. Oggi, sarebbe insensato non considerare attentamente i prodotti disponibili dalle comunità open source, in quanto hanno dimostrato nel tempo caratteristiche di stabilità, performance, e adesione agli standard in assoluto non inferiori ai prodotti industriali. Anzi ultimamente assistiamo alla tendenza, sempre più diffusa, dell integrazione dei prodotti open source all interno delle suite software vendute dalle software house industriali: un esempio per tutti è il web server Apache, considerato unanimemente un prodotto di altissima qualità e integrato in molti prodotti (ad esempio Oracle). La scelta di optare per il software open source, è una scelta di campo, filosofica, ma che può essere resa praticabile con un approccio pragmatico di valutazione, prodotto per prodotto, dei benefici e delle criticità rispetto allo stato dell arte dei prodotti offerti dall industria. Anche se, come appena detto, è indispensabile una valutazione puntuale, possiamo estrapolare un insieme

15 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 15 di 35 di punti che aiutano ad inquadrare il problema: sono di eseguito elencati i vantaggi, i problemi e alcuni criteri generali di valutazione del software open source. 1) Vantaggi 2) Problemi Economia. Il software con licenza GPL (o simili) è gratuito. Evoluzione. I software open source evolvono continuamente, sia per la correzione di errori e per deficienze sulla sicurezza, sia per l implementazione di nuove funzionalità. È un fattore estremamente positivo, ma può diventare un problema di gestione (vedi sotto). Adesione agli standard. L etereogenità dei partecipanti allo sviluppo del software open source garantisce, come effetto intrinseco al processo di sviluppo, l adesione agli standard. Inversamente, nei casi ove non ci siano specifiche formali, spesso i prodotti open source divengono essi stessi standard di fatto (vedi ad esempio il linguaggio PHP). Efficienza.È dimostrata continuamente l altissima efficienza del software open source, dovuta probabilmente al processo non economico di sviluppo e alle conoscenze (alla genialità) delle persone che vi partecipano. Evoluzione. La continua evoluzione dei prodotti open source può imporre una elevata attività di gestione dovuta all installazione di nuove versioni, patch, ecc. Contatto. L aggiornamento, lo stato dell arte, le linee di sviluppo, i problemi emersi, sono pubblicati nei siti web che ospitano lo sviluppo dei prodotti open source. Deve essere cura di chi li utilizza il verificarne periodicamente lo stato di evoluzione. Anche se questa è diventata una tendenza generale, adoottata anche dai sistemi industriali, deve essere prevista una periodica attività di monitoraggio dello stato dell arte di ogni prodotto adottato. Garanzia. Nessuna garanzia. È completa responsabilità dell utente la scelta del prodotto, la corretta installazione e configurazione, la manutenzione. 3) Criteri generali di valutazione Maturità del prodotto. Prodotti che hanno ancora in sviluppo parti essenziali, o siano molto innovativi come architettura, o che abbiano team di sviluppo di poche unità, possono indurre cambiamenti radicali del prodotto o nella configurazione adottata; possono addirittura cessare l attività di sviluppo e fondersi con altri gruppi che sviluppano prodotti simili. La maturità dei prodotti è un fattore essenziale nella scelta e nell adozione di qualsiasi componente. Interesse. Prodotti che hanno una utenza vasta sono sviluppati da team di grosse dimensioni e possono contare su un feedback ampio e proveniente dalle più diverse realtà di installazione. I prodotti di vasto interesse sono normalmente affidabili ed efficienti; in questa categoria si contano i prodotti che offrono i servizi standard : web server, MTA, ecc. Adozione da parte di utenti con requisiti simili alle proprie. Il confronto con entità che hanno già operato una scelta e messo in servizio prodotti di interesse e che abbiano requisiti confrontabili con i propri, può essere fonte di informazioni e indicazioni utili sia a livello di indagine, sia a livello di implementazione e configurazione dei prodotti. Il prendere in considerazione il software open source, con i criteri e le limitazioni appena viste,

16 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 16 di 35 porta necessariamente a valutare il sistema operativo che e stato sviluppato dalla comunità open source: Linux. Considerato all inizio un esperimento, poi un sistema instabile da laboratorio e, infine, come un sistema operativo stabile ed efficientissimo, tanto da essere preso in cosiderazione, e addirittura offerto, dalle grandi case informatiche: IBM, SUN, HP. Soprattutto IBM ha fatto di Linux un cavallo di battaglia nella propria offerta di sistemi di piccola/media taglia e, ultimamente, lo offre anche come sottosistema operativo dei propri mainframe. Linux è da considerarsi una scelta obbligata se si intende utilizzare prodotti software open source. Anche se esistono porting e sviluppi paralleli su altre piattaforme dei principali prodotti, Linux è il sistema su cui vengono sviluppati, e rilasciati già in forma eseguibile, tutti i prodotti open source. L unica seria limitazione di questo ambiente è la piattaforma hardware su cui gira in modo nativo : Intel o compatibile (AMD). Anche se si registra una crescita impressionante delle capacità di questi processori, dei chip di glue e degli standard di interconnessione delle periferiche, i sistemi che utilizzano queste tecnologie si collocano nella fascia più bassa, come caratteristiche di potenza, dei server. Come conseguenza, ove servisse una potenza di calcolo o di I/O superiore a quella fornibile da un server di questa classe è indispensabile ricorrere a sistemi proprietari di potenza medio/alta che implementano sistemi operativi UNIX (di solito sviluppati dalle stesse case che forniscono l hardware). Uno o più sistemi di fascia media (spesso con hardware ridondante) con sistemi operativi proprietari e software applicativo industriale è stato fino ad oggi l approccio standard per qualsiasi servizio di una certa importanza. La rapidissima evoluzione del software di base per le comunicazioni in Linux, ha introdotto di recente varie tecniche che permettono, in una certa misura, di aggirare le limitazioni di potenza dei server Intel. Il bilanciamento del carico applicativo su più server e il bilanciamento del traffico di rete su più interfacce, si candidano come tecnologie di base per raggiungere gli obiettivi architetturali previsti: ridondanza e scalabilità. In conclusione, nei casi in cui il software applicativo open source offra le caratteristiche necessarie al progetto, si ritiene percorribile la via di insiemi di server Linux, equipaggiati delle tecnologie appena accennate, per l offerta di alcuni servizi. Al costo, forse, di una attività più onerosa di installazione, avremo sicuramente un notevolissimo risparmio economico, considerando la differenza di costo dell hardware e delle licenze di acquisto e manutenzione degli applicativi. Affrontando il problema dal punto di vista opposto è possibile enunciare che se il costo economico di installazioni standard, magari prese in considerazione in una prima istanza, portassero i progetto fuori dal budget disponibile, è possibile riesaminarlo in un contesto open source più economico Architettura Questo paragrafo illustrerà il disegno generale della Server Farm, il contesto (framework) che racchiude tutti i sistemi coinvolti nel progetto. La Figura 2 illustra schematicamente l architettura generale della Server Farm evidenziandone soprattutto gli aspetti della topologia delle varie reti locali che la compongono, della sicurezza, dell organizzazione dei server e del posizionamento dei componenti di rilievo. I sistemi, sia nella sezione di front-end sia nella sezione applicativa, sono organizzati in cluster. Per cluster si intende in qusto caso la capacità di più di un server di offrire lo stesso servizio in modo di aumentare le capacità di carico durante il normale funzionamento e garantire la continuità dei servizi in caso di guasto di un server. La collaborazione dei server che offrono lo

17 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 17 di 35 Internet C7200 F W DR Cluster di Front End Sezione di Front End.1 ENALP.3 RS RS RS... RS Sezione applicativa F W DR Cluster Server Applicativi FS SAN AS... AS... F W DB DB LAN di Management Database Cluster MGT BCK Sezione di Back End 1 Gb Eth F ENALP.22 DNS2 W Fig. 2 Architettura generale della Server Farm stesso servizio non avviene (come nei veri cluster) mediante meccanismi interni ai server stessi, ma mediante l azione di elemento esterno (DR in figura) che provvede a dirigere le richieste provenienti dall esterno, sulla base del servizio richiesto, ai vari server. Ogni server lavora autonomamente, senza avere cognizione che altri possono offrire lo stesso servizio. La Figura 2 riporta, per quanto riguarda l infrastruttura di rete, tre reti locali separate da firewall e una LAN dedicata al management. L organizzazione a bastioni multipli dovrebbe garantire alla sezione di back-end, la più interna (che custodisce i database), un livello adeguato di sicurezza disaccoppiando i client che richiedono i servizi dai server applicativi mediante i proxy della sezione di front-end e controllando i flussi di informazione tra le varie LAN mediante i firewall. La rete di management permette l accesso per la configurazione e il controllo dei vari sistemi solo dal sistema di management (MGT in figura); offre inoltre la possibilità di usufruire del sistema centralizzato di backup (BCK in figura) senza appesantire il traffico sulle altre LAN. Non sono rappresentati, per

18 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 18 di 35 mantenere leggibile lo schema, gli apparati di rete e le modalità di collegamento dei vari server, che saranno descritti nel capitolo 5. Sulla destra della Figura 2 è rappresentata la Storage Area Network (SAN), sebbene sia un elemento che interessa più il tema tecnologico che architetturale. Lo schema riporta, comunque, quali sistemi la SAN dovrebbe assistere, garantendo (come illustrato nel paragrafo 8.2) performance e flessibilità di gestione. Il disegno architetturale proposto in Figura 2 risponde pienamente ai requisiti e agli obiettivi di progetto, ma introduce una complessità, soprattutto come numero di sistemi necessari ad attuarlo, troppo alta per essere messo in produzione nei termini previsti dal progetto. Si ritiene quindi opportuno implementare in un primo momento solo una parte del disegno appena illustrato, in modo da verificare sul campo le scelte operate (ed eventualmente aggiustarle), per poi completare il disegno in una fase successiva. Le parti da implementare secondariamente sono sostanzialmente due: la sezione di front-end e la LAN di management. Internet C ENALP.3 F W DR Cluster Server Applicativi AS... AS FS Sezione applicativa SAN... F W DB DB Database Cluster 1 Gb Eth MGT BCK Sezione di Back End Sede del Rettorato F W Fig. 3 Architettura generale della Server Farm Deployment iniziale ENALP.22 DNS2 La parte di front-end, prevista dal progetto come interfaccia verso l esterno attraverso l uso di sistemi di proxy, imporrebbe un firewall e un bilanciatore di carico in alta affidabilità e un insieme di server per ospitare i sistemi proxy. La posticipazione di questa sezione riduce senz altro il livello di sicurezza dell intero sistema, ma permette di concentrare, senza rinunciare a nessun servizio previsto, le attività di implementazione e di tuning sulla parte più critica: la sezione applicativa. La LAN di management può essere rimandata o addirittura tolta dal progetto senza che esso ne risenta notevolmente. Concentrando le attività di backup dei sistemi durante le ore notturne, quando cioè il traffico è più basso, non dovrebbero presentarsi problemi di saturazione degli apparati di rete.

19 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 19 di 35 Per il monitoraggio e la configurazione dei sistemi è proponibile, se i sistemi sono in numero limitato, il collegamento in seriale facendo funzionare come concentratore il sistema di management. Tale soluzione avrebbe come vantaggi minori problemi di sicurezza e di configurazione. Anche da un punto di vista economico il posticipare le reti di front-end e di management permette un margine di manovra più ampio nelle parti del progetto più critiche o più onerose, ad esempio i server per i database e la SAN. La Figura 3 sintetizza gli aspetti appena discussi, mostrando l architettura generale al primo stadio di implementazione. In conclusione l architettura generale, anche se implementata all inizio solo parzialmente rispetto al disegno completo, soddisfa i prerequisiti imposti dagli obiettivi del progetto e le necessità discusse nei capitoli precedenti; viene proposta di seguito una lista che riassume gli aspetti salienti dell architettura proposta: Organizzazione modulare dell infrastruttura di rete e di sicurezza. I server collaboranti mediante un divisore di carico possono scalare in base alle esigenze, aggiungendo semplicemente altri server all insieme. Avendo ogni servizio ripartito su più server si ha continuità di servizio anche a fronte della rottura di un server (fault-tolerance). L architettura è indipendente dalla tecnologia dei server utilizzati: si possono usare pochi server di fascia media o più server di fascia bassa in tecnologia Intel (Linux) a seconda delle esigenze delle piattaforme applicative. I server sono assistiti da tre componenti di servizio: il sistema centralizzato di backup; il file server; il sistema di management. 5. Rete L infrastruttura di rete della Server Farm costituisce, di fatto, il contesto entro il quale operano tutti gli altri sistemi. I paragrafi seguenti illustrano gli aspetti topologici, tecnologici e di sicurezza della rete interna alla Server Farm Topologia La topologia delle reti locali (LAN) interne alla Server Farm, come si desume dalla Figura 3, è costituita da due reti: una LAN su cui insistono i server applicativi, è collegata alla rete di ateneo attraverso un firewall e, mediante un secondo firewall, verso la LAN più interna che ospita i database e i sistemi di controllo e di gestione. La scelta di due firewall in cascata, rispetto ad un firewall a tre vie, è giustificata essenzialmente da due fattori: il troughput e la semplificazione della configurazione, come descritto più in dettaglio nel paragrafo Tecnologia Le due LAN saranno implementate utilizzando lo standard Ethernet. Per garantire il troughput previsto gli switch saranno collegati tra loro e con i firewall con interfacce a 1Gb/s, mentre i sistemi saranno collegati alla rete con interfacce a 100Mb/s o ad 1Gb/s in funzione del loro carico di lavoro. Tutti gli apparati di rete (switch) dovranno essere configurabili e monitorabili da remoto e sarà valutata la possibilità di installarne in ridondanza in modo da pemettere il funzionamento della rete anche in caso del guasto di un componente. Poiché è prevedibile che i server saranno installati in rack, i collegamenti tra i server e gli switch saranno in rame, mentre i link tra i rack e verso la rete di ateneo saranno in fibra ottica.

20 Tipo di documento: Relazione Tecnica Pag. 20 di Sicurezza e firewall La sicurezza dell intero sistema è affidata principalmente ai firewall i quali saranno preposti principalmente al filtraggio delle connessioni provenienti dall esterno, permettendo l accesso soltanto ai servizi previsti. I firewall, inoltre, si occuperanno di trasformare gli indirizzi privati dei server in indirizzi pubblici (NAT). L utilizzo di spazi di indirizzamento privato nelle LAN interne, insieme alle attività di filtraggio e di NAT dei firewall garantisce un accettabile livello di sicurezza dei sistemi verso l esterno, mantenendo alto il livello di interoperatività e di servizio tra i server all interno delle LAN. I firewall saranno costituiti da coppie di sistemi Linux in alta affidabilità sfruttando le caratteristiche di filtraggio del kernel e del software iptables. La soluzione più economica sarebbe di installare un solo firewall con tre interfacce: la prima vesro la rete esterna, la seconda verso la LAN applicativa e la terza verso la LAN di back-end. Poiché le interfacce del firewall saranno a 1Gb/s, esiste la possibilità che si saturino le capacità interne, ad esempio il bus PCI, del firewall creando un collo di bottiglia. Viceversa, installando due firewall in cascata, a fronte di un maggior costo economico, si ha la sicurezza che i firewall possano mantenere i traffico teorico della rete Ethernet a 1Gb/s; come effetto secondario si semplificano notevolmente gli schemi di filtraggio e di routing, facilitando le operazioni di mantenimento. Lo schema architetturale a doppio bastione, che pone i sistemi più critici nella LAN più interna, è pensato principalmente per la protezione delle basi di dati e dei sistemi che le ospitano. Il firewall centrale dovrebbe permettere l accesso ai database server solo dai server applicativi in modo tale da isolare ulteriormente la sezione di back-end dall esterno. Purtroppo l architettura a due livelli utilizzata da CIA impone che ogni postazione di lavoro dell utenza si debba collegare direttamente con il databse server; i firewall, pertanto, dovranno essere configurati in modo tale che le postazioni su cui è installato CIA possano aprire connessioni verso il database server. Tutto ciò riduce notevolmente l efficacia dell intero disegno. Si possono, per ora, ipotizzare due soluzioni, ma è necessario discutere con CINECA il problema della sicurezza della Server Farm in relazione all uso di CIA. Le due ipotesi sono: 1) Collegare con una terza interfaccia il firewall più interno verso la rete di ateneo. In questo modo si snellirebbe la configurazione del primo firewall, ma si otterrebbe un livello di sicurezza paragonabile a quello odierno. 2) Porre un server di VPN (Virtual Private Network) nella LAN applicativa (o quella di back-end) e installando i relativi client su ogni postazione utente. 6. Sezione di front-end La sezione di front-end, composta essenzialmente da sistemi di proxy, garantisce il disaccoppiamento delle connessioni dei client dai server applicativi. Come accennato nel paragrafo 4.3 questa sezione verrà implementata in un secondo momento. 7. Sezione applicativa 7.1. Tecnologia La sezione applicativa della Server Farm sartà popolata di server predisposti all offerta, principalmente, dei servizi standard di Internet. In questo campo il software open source è considerato eccellente; si prevede, pertanto, l utilizzo di server Linux che ospitano i principali servizi.

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