Soluzioni per Virtual Thin SCADA, con Ridondanza, Thin Client, Alta Disponibilità, Fault Tolerance, Ambienti Virtualizzati

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1 Soluzioni per Virtual Thin SCADA, con Ridondanza, Thin Client, Alta Disponibilità, Fault Tolerance, Ambienti Virtualizzati ServiTecno srl via Koristka, Milano Tel Fax

2 Questo documento è stato redatto in collaborazione con Gray Matter, Microsoft is a registered trademark of Microsoft Corporation, in the United States and/or other countries. VMware is a registered trademark and VMmark is a trademark of VMware, Inc. The Proficy Suite, Proficy HMI/SCADA ifix, and Proficy Historian are registered trademarks of GE Intelligent Platforms. All other brands or names are property of their respective holders.

3 In un passato neanche troppo remoto, l utilizzo di architetture PC based per i sistemi di controllo non ha sempre incontrato opinione favorevole da parte degli addetti ai lavori. E ancora oggi alcuni specialisti del process control che, in qualche modo, mantengono quella posizione. A volte, quanto più la aziende si sono mosse verso soluzioni di informatizzazione basate su PC, l affidabilità, la manutenzione e la facilità di deployment di questi sistemi sono diventati punti critici. Molte aziende oggi non possono più fare a meno di sistemi SCADA (basati su PC), sia per la necessità monitoraggio degli impianti, sia per mantenere un electronic log dei propri dati critici, sia per motivi legali o normativi, sia per le richieste di reporting di produzione o di processo. Per prima cosa le aziende si sono impegnate con vari mezzi per aumentare la disponibilità e l uptime dei sistemi. Il metodo più usato è stato mettere in servizio un Server di riserva (back-up) pronto per essere collegato ed entrare in funzione in caso di caduta del Server primario. Col passare del tempo, il cold backup si è trasformato in hot backup, fino a formare una coppia ridondante per eliminare la necessità di uno startup manuale del Server di backup. Oggi, GE Intelligent Platforms rende disponibile la soluzione di Enhanced Failover abbinata alla propria soluzione SCADA Proficy ifix 5.8. Enhanced Failover automaticamente sincronizza il database di processo dei due data Server tramite una linea dedicata, con uno dei Server che viene tenuto attivo e l altro che rimane in standby, pronto a intervenire in caso di caduta del Server attivo. SCADA Network SCADA SYNC Primary SCADA Backup SCADA I/O Network Coppia di Server SCADA con GE Intelligent Platforms Enhanced Failover I Server non sono gli unici componenti dell architettura che possono cadere: ci sono anche i Client che possono avere lo stesso problema. Il tempo necessario a rimpiazzare un PC Client può variare, ma se un tipico PC con Fat Client di ifix deve essere riavviato a partire dal sistema operativo, il tempo necessario all operazione può arrivare anche a qualche ora (circa mezza giornata). Questo tempo può essere ridotto disponendo di un immagine di ripristino da portare sul PC in sostituzione, oppure disponendo di un PC di rimpiazzo già pronto da connettere.

4 Bisogna considerare che un anche PC di rimpiazzo dovrebbe anche essere configurato. Anche il ripristino di un immagine richiede qualche intervento di impostazione e probabilmente qualche intervento di updating, in funzione della frequenza con cui si sono effettuati i backup, se sono stati previsti per tutti i Client o solo per alcune parti. Anche con questi metodi va comunque previsto un tempo di gestione del back up e della messa in esercizio, che può variare da una a qualche ora. Client 1 Client 2 Client 3 Client N SCADA Network SCADA SYNC Primary SCADA Backup SCADA I/O Network Coppia di Server SCADA con GE Intelligent Platforms Enhanced Failover con Fat Client tradizionali Per ovviare agli inconvenienti su indicati, in tempi recenti sono state approntate delle soluzioni che utilizzano i prodotti della famiglia ifix di GE Intelligent Platforms in abbinamento con VMWare, Microsoft Remote Desktop Services ed ACP Thinmanager. Questa soluzione consente facilità di manutenzione, gestione centralizzata, affidabilità, Alta Disponibilità e Fault Tolerance. Remote Desktop Services (RDS conosciuto come Terminal Services) è un metodo di Thin Client Deployment. Pur non essendo una tecnologia nuova, sta diventando molto nel settore al crescere delle potenzialità e capacità di reti informative e risorse elettroniche. RDS permette a un Client to di connettersi al Server attraverso una sessione di Remote Desktop Protocol (RDP). Tale connessione stabilisce una sessione Client sul Server, così che connettere un qualunque device non richiede alcun programma applicativo che giri all interno della sessione: l elaborazione avviene sul Server ed il Client non è che un portale di interfaccia sul Server.

5 Remote Desktop Services: molti vantaggi specifici I file di configurazione per un progetto ifix (immagini, parametri globali, impostazioni di configurazione, security, ) sono tutti contenuti nel Server. Quindi, qualunque variazione di qualsiasi file sul Terminal Server comporta una variazione globale per tutti i Client RDS contenuti nel progetto considerato. Se usando i tradizionali Fat Client si richiede di norma di installare variazioni ed aggiornamenti su ciascun PC Fat Client, con RDP la sostituzione o l aggiunta di Client risulta molto più semplice, in quanto è sufficiente sostituire i device Thin Client e indirizzarli con il Terminal Server. Per completare questo processo servono pochi minuti a confronto delle alcune ore necessarie per riconfigurare un nuovo Fat Client o un PC in sostituzione. La Licenza di ifix si trova sul Terminal Server, allocata su base concorrente : una licenza è allora utilizzata solo quando un Client sta effettivamente operando con ifix e viene rilasciata quando non lo è. L ultima versione di ifix 5.8 Terminal Server può gestire progetti multipli in un unico Server. Ad esempio, si pensi a un sito in cui si trovano 3 linee con 3 progetti ifix separati: un singolo Terminal Server può elaborare tutti i 3 progetti al proprio interno. Questo viene gestito con GE Proficy ifix Startup Profile Manager. Startup Profile Manager, rileva lo user name loggato e lo associa con un node name nella System Configuration di ifix per attivarlo. La System Configuration Utility (SCU) dispone allora di una lista di percorsi di folder dove sono residenti i file per quel progetto. Quando la linea 1 si logga sul Terminal Server con il proprio User Name di Windows, lo Startup Profile Manager annota il nome ed avvia un istanza Client con il node name della linea 1 (istanza di ifix) e lo appunta nei file di configurazione per la linea 1. Da un lato le macchine con PC si collegano con RDP nel Terminal Server ed avviano una sessione, dall altro i Client possono avere un hardware di tipo Thin Client di minor costo rispetto ai PC Fat Client e con meno parti in movimento, con conseguente minor rischio di fuori servizio. Non si tratta quindi di veri PC: sono device che fanno girare una sessione RDP semplicemente per connettersi al Remote Desktop Server. Sono scatole più piccole e meno costose di tradizionali PC. La sostituzione di un Thin Client è decisamente più semplice rispetto a un vero PC poiché la necessità di configurazione è quasi inesistente: si inserisce nell infrastruttura di rete e si collega a Terminal Server. Rispetto alla sostituzione di un Fat Client, si tratta di minuti invece che di ore. E diviene anche un abitudine che si tengano a disposizione una paio di Thin Client di riserva, pronti per le eventuali sostituzioni: tastiera, mouse e video monitor rimangono gli stessi dei normali PC Se ci sono installati dei PC e non si vuole passare subito ai Thin Client, basta creare una sessione RDP da desktop PC verso Remote Desktop Server per stabilire una sessione sul Server.

6 Coppia di Enhanced Failover SCADA Server di GE Intelligent Platforms con Terminal Server e Thin Client Client 1 Client 2 Client 3 Client N Client 1 Client 2 Client 3 Client N Local Server Terminal Server SCADA SYNC Primary SCADA Backup SCADA I/O Network Nel caso in cui si usi una coppia di Data Server (SCADA Server) ridondanti, e poi si introduce un singolo Terminal Server per applicare la tecnologia di deployment di Client, si genera un single point of failure nel sistema. In pratica, se cade il Terminal Server, si perdono i Client ad esso collegati. Questo problema si può però risolvere in diversi modi. Il primo prevede che ci sia un mix di Thin e Fat Client: in questo modo, anche se cade il Terminal Server, i Fat Client continuano ad operare. Tuttavia la presenza di Fat Client comporta l aumento di risorse necessarie per gestire e manutenere il sistema. L altro metodo prevede l utilizzo di Terminal Server di Back-up o Ridondante..

7 Coppia di Enhanced Failover SCADA Server di GE Intelligent Platforms con coppia di Terminal Server (o Multipli) e Thin Client L uso di un Terminal Server di Backup richiede di indirizzare i Client verso il corretto Terminal Server. Questo può essere fatto manualmente impostando due shortcut sul desktop dei Client: una per connettersi a un Server primario ed eventualmente un altra per ristabilire le sessioni remote. Questo processo manuale comporterebbe come conseguenza di avere il Client non collegato per il tempo necessario a stabilire una sessione attiva sul Server di backup, tipicamente qualche minuto. La soluzione a questo inconveniente è data da ACP ThinManager. ACP ThinManager automatizza la connessione dei Thin Client ai Terminal Server e indirizza i Thin Client verso il Server cui si devono interfacciare. In pratica, quando si accende un Thin Client, questo si connette al ACP ThinManager Server. Questo Server può essere ridondante e tipicamente risiede con un elemento sui Desktop Server (Terminal Server) Primary e di Backup Remoto. In configurazione ridondante, ACP ThinManager stabilisce una sessione RDP per il Thin Client sui Terminal Server, sia Primary che di Backup. I Thin Client useranno il Server primario o di backup in base alla loro disponibilità. In caso di failure del Server che attualmente il Thin Client sta vedendo, molto semplicemente reindirizza il Thin Client alla sessione sull altro Server, senza che l utente abbia un interruzione di connessione..

8 Log di Thin Client in ACP ThinManager: sui Terminal Server primario e secondario si hanno le sessioni stabilite da Thinmanager Questa è solo una delle possibilità di gestione offerte da ACP ThinManager. Si può memorizzare l Automatic Login per i devices. Si può impostare il lancio di applicazioni. Via ACP ThinManager i Thin Client possono operare con monitor multipli o sessioni multiple da un singolo device. ACP ThinManager consente la connessione a tablet. Dispone anche di un programma chiamato WinTMC che emula un Thin Client su PC desktop con lo scopo di connettersi a un ACP ThinManager Server. Altro grande beneficio è la possibilità per l amministratore di effettuare shadow da remoto delle sessioni Client. ACP ThinManager riesce a rendere quasi banale la sostituzione e il deployment dei Thin Client. Quando si aggiunge un nuovo Thin Client, si inseriscono gli indirizzi IP dei Server ThinManager. Alla connessione del Thin Client sarà richiesto all utente se si tratta di un nuovo Thin Client o una sostituzione. Se si tratta di una sostituzione indirizzerà l utente ad un elenco di configurazioni memorizzate. Le configurazioni contengono informazioni relative al login, le app da lanciare, i setup dei driver, etc.. L utente allora punta al Client che sta rimpiazzando e il processo è completato. Lo stesso processo viene seguito per aggiungere un nuovo Client, ma invece di indicare che si sta sostituendo un Client preesistente, si indica che se ne sta aggiungendo uno nuovo. Sarà disponibile all utente sia in caso di aggiunta di uno nuovo che di clonazione di uno esistente.

9 Se si è scelto di avere tutti i Thin Client uguali (consigliato), si può allora clonare una configurazione esistente e apportare solo piccole variazioni (ad esempio il nome, o il nome di login da usare) e procedere rapidamente al deployment. Questi processi richiedono abitualmente un paio di minuti per essere completati. Console di configurazione del Server di ThinManager

10 Coppia di Enhanced Failover SCADA Server di GE Intelligent Platforms con ACP ThinManager Terminal Server Ridondante e Thin Client Una volta che si è messo in funzione quanto precedentemente descritto, si può dire che è stato fatto un buon lavoro per rendere il sistema ridondante e la manutenzione centralizzata. Si è quindi andati bel al di là di quanto si poteva ottenere con una soluzione tradizionale basata su Server e PC Fat Client. Tuttavia si può fare ancora un passo ulteriore. Si può virtualizzare il sistema e far leva sui vantaggi che una soluzione VMWare fornisce con l offerta di VSphere Per virtualizzare si possono creare Server basati su software, indipendenti da hardware. Questi Server possono funzionare su hardware differenti, fornendo innegabili benefici. Usando Server software-based, si possono avere copie immagine del Server per effettuare test e/o recuperi. VMWare fornisce il mezzo per catturare dinamicamente snapshot di Server virtuali che danno modo di avere immagini del Server senza necessità di fare shut down. In tal modo, prima di applicare delle patch o upgrade, si ottiene lo snapshot del Server, si procede con l upgrade e, se qualcosa va storto, si può tornare indietro all immagine fissata. Il processo di acquisizione dell immagine richiede alcuni minuti, è di gran lunga più rapido del tradizionale imaging del Server e può essere effettuato durante l attività. Per virtualizzare i Server, non è necessario disporre di tante piattaforme fisiche di Server per ospitare la soluzione quanti sono i Server multipli che possono risiedere in una macchina host. Non si deve più pensare a un Server come una macchina, un sistema operativo che gira su hardware. In una macchina virtuale host (non un Server) le risorse sono suddivise tra più Server. Se pensiamo a una soluzione di 4 Server (Primary e Backup ifix Server, Primary e Backup ifix Client Server), in passato (soluzione fisica) sarebbero stati necessari 4 Server, 4 box. Questo comportava un grave dispendio di spazio e tipicamente un uso sporadico delle macchine Server al massimo delle loro possibilità. In molti casi, i Server SCADA sono utilizzati solo al 10-20% della capacità dell hardware a volte anche meno. VMWare permette di allocare le risorse fisiche di una macchina host virtualizzata nelle Virtual Server/Machine comprese nell ambiente. In più, consente di adattare dinamicamente queste impostazioni senza dover alterare l hardware fisico. Se un Server necessita di più o meno RAM o più o meno potenza di calcolo, si può intervenire sulle impostazioni di quella Virtual Server/machine e cambiarle secondo necessità. VMWare dichiara che la tecnologia VSphere consente di avere*: 80 % in più di utilizzo delle risorse del Server Fino al 50 % di risparmio di costi di capitale e operativi 10:1 o più di consolidamento del Server *Da

11 Si può anche espandere l ambiente virtuale per coprire host multipli in un ambiente VCenter. Si opera nel modo prima visto, ma ora si può far leva sulle risorse di macchine host multiple. In un certo modo si sta tornando agli anni 80, quando si disponeva di un main-frame e sessioni su terminali remoti per accedere alle risorse di elaborazione. Con VMWare, si accede all ambiente virtuale usando Client VMWare VSphere. Si installa il Client su un PC e lo si usa in connessione con il Virtual Center. Da questo punto in poi, si accede a qualunque Server e si creano sessioni Console che consentono di essere amministrate sia a livello di sistema operativo sia di Virtual Setting. E si dispone di un set completo di gestione centralizzata, reporting e capacità di monitoring. VCenter Host Box 1 Virtual Servers Host Box 2 Host Box 3 Accesso a VM Ware VCenter da VSphere Client - In un VCenter, sono disponibili numerosi tool che aiutano a minimizzare il downtime del sistema. VMotion consente di migrare dinamicamente un Server da un macchina host ad un altra mentre il Server è in funzione. Come ipotesi, si possono migrare Server virtuali da una macchina host 1 ad una host 2 senza interruzione di servizio. Si può effettuare manutenzione sulla macchina host 2 quindi migrare i Server indietro alla macchina originale senza interromperne le operazioni, dato che questa migrazione è dinamica e nelle più recente versione di VMWare può essere fatta con i Server in servizio. VMotion è un processo manuale, ma in VMWare si trovano altre soluzioni che automatizzano le capacità di uptime..

12 VM Ware V Motion VMWare dispone di altre funzioni da utilizzare per mantenere il sistema in servizio e disponibile. La prima funzione è chiamata VCenter High Availability. High Availability avvia un Server virtuale su un altro host nel caso di Failure della macchina Host primaria. Con l uso di High Availability si minimizza il downtime del Server per il tempo necessario al reboot sull altro host. Tipicamente il tempo di reboot su Server virtualizzati è decisamente inferiore alla controparte fisica. Spesso il boot di Server virtuali comporta qualche decina di secondi, a confronto dei minuti necessari nel caso di macchine Server fisiche. Con VCenter High Availability il processo di reboot è gestito automaticamente. Qualora si utilizzassero Server SCADA ridondanti e Server Client ridondanti, l operatore non noterebbe alcuna interruzione di servizio nei Client. Se l host primario cade, i Thin Client sono indirizzati da ACP ThinManager a vedere le sessioni già stabilite sul Server dei Client di backup che attualmente sta ricevendo dati dal Server SCADA di backup. Lo SCADA primario e il Server dei Client ripartono su un host disponibile e la ridondanza è ripresa in pochi minuti, se non meno.

13 VM Ware High Availability Nella sua più evoluta versione, VMWare è dotato di una funzione chiamata Fault Tolerant. Quel che succede è che quando un Server virtualizzato si avvia, viene attivata una versione shadow di tale Server su un altro host: in caso di caduta dell host primario, il Server shadow lo sostituisce immediatamente e questo comporta che il tempo di recovery sia nell ordine di pochi secondi. VM Ware FaultTolerant Si potrebbe erroneamente pensare che l uso della tecnologia VMWare per la soluzione Fault Tolerant non renda più necessarie le soluzioni di ridondanza di SCADA e Client. Occorre però sapere che VMWare fornisce High Availability e Fault Tolerance in caso di failure hardware: ciò che VMWare non fa è identificare riavviare un Server in caso di caduta del software. ifix Redundancy e ACP ThinManager forniscono strumenti per gestire la soluzione di ridondanza software. Di conseguenza, per essere totalmente fault tolerant e ridondanti, è sicuramente più indicato disporre di entrambe le tecnologie.

14 Soluzione A: Coppia di Enhanced Failover SCADA Server di GE Intelligent Platforms con ACP ThinManager Redundant Terminal Server ospitato in ambiente VMWare VSphere Client 1 Client 2 Client 3 Client N VCenter VCenter SCADA Network COLL PDB SAC DRV ifix 1 ifix TS1 Host 1 Host 2 ihistorian ifix 2 Webspace ifix TS2 (Optional) Host 3 Client 2 Client 1 Client N Client 3 ACP Thinmanager Local Server Host Servers Storage Area Network (SAN) IO Network Storage Area Network (SAN) Ecco una tipica configurazione per Virtualized Thin Solution con una coppia ridondante di Server SCADA, una coppia ridondante di Server Client, un Server per dati storici ed un web Server. Tutti questi Server risiedono in un ambiente virtuale residente su tre macchine host con una SAN (Storage Area Network) condivisa. Usando questa impostazione si sono concentrati tutti i Server, i Client processing ed i file in un unica soluzione ad Alta Disponibilità, eventualmente Fault Tolerant ed accessibile da remoto. Sia la configurazione che la security risiedono sui Server e, con le dovute credenziali, sono accessibili con pochi click. Soluzione B: Coppia di Enhanced Failover SCADA Server di GE Intelligent Platforms con ACP ThinManager Redundant Terminal Server ospitato in ambiente Stratus EverRun MX. In alternativa alla soluzione precedente in ambiente VMWare, ecco una tipica configurazione Con STRATUS EverRun MX Enterprise con una coppia ridondante di Server SCADA, una coppia ridondante di Server Client, un Server per dati storici ed un web Server, il tutto in un ambiente virtuale su solo due macchine Host SENZA NECESSITA di una SAN (Storage Area Network) condivisa. Con le soluzioni Stratus everrun MX, si può prevenire il downtime: ed in più, sono soluzioni pronte all uso che richiedono un intervento di supporto minimo da parte dell IT. La tecnologia Stratus everrun MX è la prima soluzione Fault-Tolerant, software-based, che supporta single processor, symmetric multiprocessor (SMP) e applicazioni multi-core Microsoft. Con limitate risorse IT, si dispone di una soluzione semplice e cost-effective per avere tutte le applicazioni disponibili anche in caso di System Failure, per garantire la continuità operativa. Con everrun MX tutte le applicazioni Microsoft possono disporre di protezione Fault-Tolerant ad un costo inferiore delle tipiche soluzioni di High Availability basate su recovery. Usando tecnologia brevettata STRATUS, il software everrun MX combina le risorse fisiche di due server standard Windows in un singolo ambiente operativo, con completa ridondanza di componenti HW e dati.

15 Il software everrun MX presenta ogni istanza di applicazione Windows come un singolo ambiente su server ridondanti, per mantenere attive le applicazioni anche nel caso di Failure di componenti o di sistema. Il software everrun MX assicura la ridondanza di hardware, dati e network, per la gestione automatizzata di situazioni di caduta. Questo è la garanzia di una vera continua disponibilità per applicazioni per le quali non è accettabile né il downtime né la perdita di dati, tipiche degli ambienti SCADA. Caratteristiche Principali di Stratus EverRun MX per le applicazioni SCADA Totale Fault Tolerance La tecnologia EverRun MX e gestisce le cadute di sistema, rete e dischi, senza interventi da parte dell IT: le operazioni sono auto-curative e garantiscono zero downtime. Tecnologia ComputeThru La tecnologia ComputeThru brevettata da STRATUS garantisce disponibilità di applicazioni assicurando un proattivo sbarramento al downtime, via hardware, data e network ridondanti, così come anche la Disponibilità, monitorando la creazione di una singola istanza applicativa always-on. Supporto a Multiprocessore Simmetrico e Multi-core EverRun MX è l unica soluzione software di fault tolerance che protegge tutte le applicazioni Windows, incluse le applicazioni che richiedono supporto di multi-processore simmetrico/multi-core (SMP). Soluzione Software EverRun MX Fault Tolerance è una soluzione software, facile da installare ed usare, per aziende che dispongono di limitate risorse IT. Non richiede modifiche applicative o script da installare e gira su piattaforme hardware x86 standard di mercato. Protezione Olistica EverRun MX Extend protegge tutti i componenti nell infrastruttura applicativa, inclusi server, applicazioni Windows, storage e rete. Non necessita di soluzioni multiple point di disponibilità, per una più facile amministrazione istrazione di sistema e un significativo risparmio. Storage standard di mercato EverRun MX è completamente indipendente ente dall hardware, consente l uso di soluzioni storage standard (diretto, e con o senza SAN, che non è obbligatoria), abbinando il risparmio economico alla flessibilità di scalare l ambiente secondo le necessità. Singolo ambiente operativo EverRun MX mantiene un singolo ambiente operativo per ciascuna istanza protetta di Windows e di applicazioni. Ogni istanza Windows/ applicazione dispone di un unico indirizzo IP, un nome host ed un indirizzo MAC. Questo comporta che utenti, client ed applicazioni non necessitano mai di riconnessione (o di conoscerli) a nodi alternativi anche quando insorge una Failure.

16 In Conclusione Sono finiti i giorni per trasferire applicazioni da macchina a macchina per gestire le configurazioni. Sono finiti i giorni per fare backup manuali. Sono finiti i giorni per dover manualmente ricostruire o riallocare Server e Client. Sono finiti i giorni di spreco di risorse. La tecnologia esiste ora per aumentare il tempo di attività, facilitare la manutenzione, ridurre la tua footprint, tutto con l'aggiunta di funzionalità al vostro livello di controllo dello SCADA.

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