ENTORNO DE ALTA DISPONIBILIDAD DE MTA S: MODELO MIXTO DE SISTEMA VIRTUALIZADO Y SISTEMA REAL

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1 ENTORNO DE ALTA DISPONIBILIDAD DE MTA S: MODELO MIXTO DE SISTEMA VIRTUALIZADO Y SISTEMA REAL S. Navaridas Vallej (1), E. Jiménez Macías (1), J. Blanc Fernández (2), M. Pérez de la Parte (2) Universidad de La Rija, ETSII, Lgrñ, La Rija, España (1) Departament de Ingeniería Eléctrica (2) Departament de Ingeniería Mecánica {emili.jimenez,susana.navaridas,juli.blanc,mercedes.perez}@unirija.es Resumen Este estudi presenta una arquitectura para frecer un entrn de alta dispnibilidad en ls sistemas de ls servicis de crre electrónic, cncids cm mail transfer agents (MTA), mediante la cnvivencia entre máquinas físicas y máquinas virtualizadas. Para ell, se prpne el mntaje de un sistema de alta dispnibilidad, cncid cm high availability (HA), cmpuest pr un MTA virtualizad, sbre el sftware VMWARE, y un MTA que crre sbre una máquina física real. Tant la cnfiguración cm ls buznes sn únics para ambas máquinas, y se encuentran ubicads en un sistema de almacenamient en red, cncid cm Netwrk Attached Strage (NAS).El MTA real nrmalmente frece el mail a través de web (http), pps/imaps y smtps. El MTA virtual pregunta eventualmente al real si sus servicis están dispnibles, y pdría tmar el cntrl en cas necesari. En el DNS (Dmain Name System), el registr de intercambi de crre (MX-mail exchanger) de entrada crrespndiente a 'mail' a veces apunta al MTA virtual y tras veces al MTA real. También se emplea un sistema de prtcl de acces a servici de directri, cncid cm Lightweight Directry Access Prtcl (LDAP), virtualizad. Ambs agentes de crre se encuentran en la misma red, y tienen acces al NAS a través de un sistema de archivs en red, cncid cm Netwrk File System (NFS). Palabras Clave: Servidres de crre virtuales, MTA virtual, Alta dispnibilidad, Agentes de crre, Virtualización, Mdel mixt real virtualizad. 1 INTRODUCCIÓN Un MTA (Mail Transfer Agent), también llamad Agente de Transprte de Mensajes servidr de crre (SMTP), es un prgrama sftware que envía mensajes electrónics de un rdenadr a tr. El términ servidr de crre es también usad para hacer referencia a un rdenadr cm un MTA que está ejecutand el sftware aprpiad. Un MTA recibe crre desde tr MTA (relayin), desde un usuari que es cliente de crre (MUA), desde un MSA (Mail Submissin Agent), que tma pr sí mism el mensaje electrónic desde un MUA. El MTA trabaja en segund plan, mientras el usuari usualmente interactúa cn el MUA. El enví del mensaje al buzón del destinatari se hace a través del MDA (Mail Delivery Agent); alguns MTA s incluyen paquetes funcinales básics de MDA, per trs MDA, cm prcmail pueden prveer mayr cmplejidad. Alguns de ls gestres de crre más cncids sn Sendmail, Micrsft Exchange Server, Pstfix y Exim, ls cuales sn ls más utilizads en el libre mercad de ls servicis SMTP [1, 2, 3, 4]. El registr de intercambi de crre (MX-Mail Exchanger), en el cntext del Sistema de Nmbres de Dminis (DNS-Dmain Name System), se refiere a la IP asignada al dispsitiv que almacena el servidr de crre. La virtualización [5, 6] es un términ ampli que se refiere a la abstracción de ls recurss de un rdenadr. El sentid riginal de este términ, nacid en 1960, es el de la creación de una máquina virtual utilizand una cmbinación de hardware y sftware. Es llevada a cab en una platafrma de hardware mediante un sftware hst ( anfitrión, un prgrama de cntrl, en nuestr cas VMWARE) que simula un entrn cmputacinal (máquina virtual) para su sftware guest-invitad. Este sftware guest, que generalmente es un sistema perativ cmplet, crre cm si estuviera instalad en una platafrma de hardware autónma. Típicamente muchas máquinas virtuales sn simuladas en una máquina física dada. Para que el sistema perativ guest funcine, la simulación debe ser l suficientemente rbusta cm para sprtar tdas las interfaces externas de ls sistemas

2 guest, las cuales pueden incluir (dependiend del tip de virtualización) ls drivers de hardware. Figure 1: Esquema de entrns virutalizads Aunque el tema en cmún de tdas las tecnlgías de virtualización es la de cultar ls detalles técnics a través de la encapsulación, existen muchs enfques a la virtualización de platafrmas: Emulación simulación: la máquina virtual simula un hardware cmplet, admitiend un sistema perativ guest sin mdificar para una CPU cmpletamente diferentes Virtualización nativa y virtualización cmpleta: la máquina virtual simula un hardware suficiente para permitir un sistema perativ guest sin mdificar (un diseñad para la misma CPU) para crrer de frma aislada. Típicamente, muchas instancias pueden crrer al mism tiemp. Alguns ejempls: VMware Wrkstatin, VMware Server, VMware ESX Server, Parallels Desktp, Ades, Mac-n- Linux, Win4BSD, Win4Lin Pr y z/vm. Virtualización parcial: la máquina virtual simula múltiples instancias de much del entrns subyacente del hardware. Este entrn admite cmpartir recurss y aislar prcess, per n permite instancias separadas de sistemas perativs guest. Paravirtualización: la máquina virtual n necesariamente simula un hardware, en cambi frece un API especial que sl puede usarse mediante la mdificación del sistema perativ guest. Ejempls: Win4Lin 9x y z/vm. Virtualización a nivel del sistema perativ: virtualizar un servidr físic a nivel del sistema perativ permitiend múltiples servidres virtuales aislads y segurs crrer en un sl servidr físic. El entrn del sistema perativ guest cmparte el mism sistema perativ que el del sistema hst (el mism kernel del sistema perativ es usad para implementar el entrn del guest ). Las aplicacines que crren en un entrn guest dad l ven cm un sistema autónm. Ejempls: Linux- VServer, Virtuzz, OpenVZ, Slaris Cntainers y FreeBSD Jails. Virtualización de aplicacines: cnsiste en el hech de crrer una desktp una aplicación de server lcalmente, usand ls recurss lcales, en una máquina virtual aprpiada. Est cntrasta cn crrer la aplicación cm un sftware lcal cnvencinal (sftware que fuern instalads en el sistema). Este entrn virtual actúa cm una capa entre la aplicación y el sistema perativ, y elimina ls cnflicts entre aplicacines y entre las aplicacines y el sistema perativ. Ls ejempls incluyen el Java Virtual Machine de Sun [9], Sftricity, Thinstall, Altiris y Trigence. Un cluster de alta dispnibilidad es un cnjunt de ds más máquinas que se caracterizan pr mantener una serie de servicis cmpartids y pr estar cnstantemente mnitrizándse entre sí. Si se prduce un fall del hardware de las aplicacines de alguna de las máquinas del cluster, el sftware de alta dispnibilidad es capaz de arrancar autmáticamente ls servicis que han fallad en cualquiera de las tras máquinas del cluster. Y cuand la máquina que ha fallad se recupera, ls servicis sn nuevamente migrads a la máquina riginal. Esta capacidad de recuperación autmática de servicis ns garantiza la integridad de la infrmación, ya que n hay pérdida de dats, y además evita mlestias a ls usuaris, que n tienen pr qué ntar que se ha prducid un prblema [1, 14]. Este trabaj muestra la cexistencia entre máquinas físicas y virtualizadas, cara a frecer alta dispnibilidad entre ls agentes de transprte de crres (MTA). Cn este bjetiv, la estructura del sistema de alta dispnibilidad (HA) prpuesta, está frmada pr un virtual MTA (instalad en el sftware VMWARE) y un MTA que se ejecuta en una máquina real (física). Tant la cnfiguración cm ls mailbxes (buznes de crre de ls usuaris) sn únicas para ambas máquinas, y están lcalizads en un NAS (Netwrk Attached Strage) (Figura 2).

3 VMWA RE SERVER ESX 3.5 VM SERVIDOR DE CORREO VM LDAP VM Nº 3... https Pps imaps Smtp (relay) cnfiguratin Mailb xes Figura 2: Representación del servidr WMWARE, el servidr de real, y el NAS respectivamente. El MTA que frece de frma habitual crre a través de Web (http), pps/imaps y smtps (relay) será el real (primari). Cada ciert tiemp, el MTA virtual ( secundari) preguntará al real si sus servicis están dispnibles, es decir, n sl si la máquina está up, sin si tds ls demnis necesaris para la recepción y enví de crre están arrancads. En el mment que algún fall curra en el MTA real, será el virtual quien asuma td el funcinamient (avisand al pstmaster de dich event). Una vez que se haya slventad el errr currid en el crre primari, el secundari le devlverá el testig (este pas será manual ya que n sms capaces autmáticamente, saber si se ha slventad el prblema en el primari). Para pder realizar esta HA autmática y transparente para el usuari es fundamental que en el DNS la entrada MX crrespndiente a crre unas veces apunte al MTA virtual y tras al MTA real. Existe un sistema LDAP (Lightweight Directry Access Prtcl), prtcl a nivel de aplicación que permite el acces a un servici de directri rdenad y distribuid para buscar diversa infrmación en un entrn de red) virtualizad a través del cual ls usuaris se autentican antes de leer/enviar su crre. Ambs gestres de crre se encuentran en la misma red, n existiend ningún crtafueg entre ambs, y acceden al NAS vía NFS pr una red distinta. NAS (del inglés Netwrk Attached Strage) es el nmbre dad a una tecnlgía de almacenamient [1, 7] dedicada a cmpartir la capacidad de almacenamient de un Servidr cn rdenadres persnales a través de una red (nrmalmente TCP/IP), haciend us de un Sistema Operativ ptimizad para dar acces cn ls prtcls CIFS, NFS, FTP TFTP. Ls prtcls de cmunicacines NAS sn basads en fichers pr l que el cliente slicita el ficher cmplet al servidr y l maneja lcalmente, están pr ell rientads a infrmación almacenada en fichers de pequeñ tamañ y gran cantidad. Ls prtcls usads sn prtcls de cmpartición de fichers cm NFS, Micrsft Cmmn Internet File System (CIFS) [10, 11, 12]. Muchs sistemas NAS cuentan cn un más dispsitivs de almacenamient para incrementar su capacidad ttal. Nrmalmente, ests dispsitivs están dispuests en RAID (Redundant Arrays f Independent Disks) cntenedres de almacenamient redundante. Ejempls de dispsitivs NAS: Buffal Netwrkattached strage series, Celerra Netwrk Appliance, NSLU2, Snap Server, StreVault [13, 18]. 2. ARQUITECTURA PROPUESTA Pr qué n sacar el máxim rendimient al sistema virtual y al real independientemente de quien sea el MTA que esté en prducción? Las principales ventajas de emplear un MTA virtualizad cm servidr secundari sn imprtantes [8, 15, 16]: Mientras la máquina virtual n esté funcinand cm primaria, se puede usar cm máquina de desarrll en la que se instalen parches, se hagan pruebas... permitiend pner en marcha nuevas aplicacines sin impactar a la prducción y agilizand el prces de las pruebas. La máquina física sbre la que está instalad el sistema virtual, puede albergar múltiples máquinas, cn diferentes sistemas perativs y para diferentes prpósits (servidr nfs que frezca la misma infrmación que el NAS, servidr DNS secundari...). Cm cnsecuencia reducims cstes, aumentams la escalabilidad hrizntal y vertical, mayr aprvechamient del hardware que hay pr debaj... Ls snapsht ns permiten la vuelta atrás rápida y fácilmente Ampliar recurss a la máquina: memria, disc dur... Est ns servirá para preveer futuras necesidades en la máquina real, y así n quedarns crts a la hra de migrar la máquina física En un mment dad, pr necesidades especificas, se puede pasar a un entrn ttalmente real ttalmente virtualizad.

4 La administración (centralizada y simplificada) del sistema virtualizad se reduce cnsiderablemente (aprximada-mente el 80%). Reducción de ls cstes de espaci y cnsum necesari Reducción de ls cstes de IT gracias al aument de la eficiencia y la flexibilidad en el us de recurss. Ns permite gestinar nuestr CPD cm un pl de recurss agrupación de tda la capacidad de prcesamient, memria, red y almacenamient dispnible en nuestra infraestructura Aislamient : un fall general de sistema de una máquina virtual n afecta al rest de máquinas virtuales Se ha elegid VMWARE cm sftware de virtualización, y n trs tales cm VIRTUAL PC XEN ya que aunque ls tres tienen características cmunes l que diferencia realmente vmware del rest es [6, 17]: La variedad de sistemas perativs que se pueden instalar en las máquinas virtuales es muy amplia Gestr de snapsht ( fts en un determinad mment del estad de la máquina). Permite HA entre máquinas virtuales Psee un gestr de recurss que ns permite ptimizar ests al máxim La interfaz es cmpacta (td está en la misma ventana) y bastante cncisa (l principal está a la vista) La frma de enfcar las redes virtuales es casi perfecta, permitiéndns 4 mds de cnexión. De entre tds ls prducts vmware se ha elegid vmware server esx 3.2 (aunque existen trs del mism fabricante que sn libres) Figura 3. Esquema del servidr VMWARE ESX Un esquema gráfic de la arquitectura anterirmente explicada, es el siguiente de la Figura 4: VMWA RE SERVER ESX 3.5 VM SERVIDOR DE CORREO VM LDAP VM Nº 3... VMWARE SERVER https Pps imaps Smtp (relay) REAL SERVER DNS NFS NFS Figura 4: Arquitectura prpuesta cnfiguratin Mailbxes NAS 3 DETALLES FÍSICOS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN LA ARQUITECTURA A cntinuación se presenta el detalle de ls elements que cmpnen la arquitectura del sistema prpuest: Servidr VMWARE (VMWARE SERVER) Red Hat Enterprise Linux ES release 3 (Tarn) Linux vmware.midmini.es ELvmnix #1 Thu Jul 26 13:26:41 PDT 2007 i686 athln i386 GNU/Linux Paquetes vmware instalads (en ntación cmpacta): Vmware-[ cim-esx ; hstd-esx ; web Center-esx ; esx-[ ; apps ; backuptls ; dcs ; iscsi ; lnxcfg ; perftls ; scripts ; srvrmgmt ; tls ; uwlibs ; vmkctl ; vmkernel ; vmx ; drivers-[ blck-[ cciss vmw-52542; DAC ]]; net- [3c90x ; bcm ; bnx b-52542; e vmw-52542; e ; frcedeth ; pcnet c ; tg3-3.43b.1vmw-52542]; scsi-[ aacraid_esx vmw-52542; adp94xx ; aic79xx ; aic7xxx ; ips vmw-52542; lpfcdd-v vmw ; megaraid_sas ; megaraid ; mptscsi_2xx vmw-52542; qla2200-v vmw-52542; qla2300-v vmw-52542; qla ; qla ; vmkiscsi ]]]

5 NOTA: el sistema perativ de esta máquina es el que viene en el paquete vmware server esx 3.2 VIRTUALISED AND REAL MTA Linux vmt-crre.midmini.es ELsmp #1 SMP Wed Jul 12 23:32:02 EDT 2006 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux Red Hat Enterprise Linux AS release 4 (Nahant Update 4) El prduct instalad para gestinar el crre es SUN JAVA SYSTEM MESSAGING SERVER 6.3, cuys paquetes sn: sun-messaging-server sun-messaging-server-l10n sun-uwc-l10n sun-uwc RED ENTRE MTA Y EL VMWARE SERVER Tarjetas 100 mb aunque el switch es de 1G Fast ethernet nrmal 4 CONFIGURACIÓN DE LAS MÁQUINAS En ls ds MTA s está instalad SUN MESSAGING SERVER, y cm se ha mencinad anterirmente, la cnfiguración es única y está almacenada en el NAS. Per fisicamente las máquinas tienen la misma cnfiguración, cóm se llaman, cm tienen cnfigurad el ficher /etc/hsts?... Y el de AQUILES (real) lcalhst.lcaldmain lcalhst aquiles.unirija.es aquiles Per qué curriría si dentr de nuestra red le preguntams al dns qué ip tiene aquiles? es aquí dnde entra el papel fundamental del dns. En el dns, la entrada MX hace referencia al servidr de crre que está funcinand habitualmente, es decir al real, cn l que dicha entrada será: aquiles.unirija.es cn l que cuand le realizams dicha pregunta, el DNS ns respnderá cn la ip Para acceder a la cnfiguración almacenada en el NAS, ambas máquinas tienen un punt de mntaje (ficher /etc/fstab): :/vl/splcrre /spl nfs tcp,nfsvers=3 Es decir, desde las máquinas AQUILES se va a acceder a la cnfiguración del NAS, almacenada en /vl/splcrre y cuya ip es , mediante el punt de mntaje /spl. Para que el servidr de crre se pueda cnectar cn el NAS, es necesari, en cada máquina, una segunda tarjeta de red, tal y cm muestra la figura nº 6: Para entender mejr tds ests punts, vams a pner dats reales. Hstnames de las máquinas (ficher /etc/hsts): Virtual aquiles Real aquiles Ip s de las máquinas (ficher /etc/syscnfig/netwrkscripts/eth0): Virtual Real Es decir, para que la unica cnfiguración del crre pueda funcinar para ambas máquinas y así pder realizar la HA, es necesari se llamen igual aunque cntengan diferentes ip s. Est supne que el ficher hsts de ls servidres de crre es casi parecid, quedand de la siguiente manera el de AQUILES (virtual): lcalhst.lcaldmain lcalhst aquiles.unirija.es aquiles Figura 5: Gráfic de cnexines Detalladamente, el ficher de cnfiguración etc/syscnfig/netwrk-scripts/eth0 quedarían así: Aquiles (virtual) DEVICE=eth0 BOOTPROTO=nne IPADDR= NETMASK= HWADDR=00:50:56:be:60:a0 GATEWAY= Aquiles(real) DEVICE=eth0 BOOTPROTO=nne HWADDR=00:17:A4:4B:E7:05 DHCP_HOSTNAME=aquiles.unirija.es IPADDR= NETMASK= USERCTL=n IPV6INIT=n PEERDNS=n GATEWAY=

6 Y el ficher etc/syscnfig/netwrk-scripts/eth1: Aquiles (virtual) DEVICE=eth1 BOOTPROTO=nne IPADDR= NETMASK= USERCTL=n IPV6INIT=n Aquiles(real) DEVICE=eth1 BOOTPROTO=nne HWADDR=00:17:A4:4B:E7:04 IPADDR= NETMASK= USERCTL=n IPV6INIT=n PEERDNS=n 5 ALTA DISPONIBILIDAD El prces de ha se basa en ls siguientes punts: 1. el servidr de crre virtualizad, pregunta al servidr real cóm están ls servicis de pp,imap,http, smtp, y del prpi gestr de crre 2. si están funcinand, n hará nada. En cas de que algun haya fallad: a. se mdifica el dns para que ahra cuand preguntems pr aquiles.unirija.es quien cnteste sea la ip b. avisa a pstmaster Td ell se detalla a cntinuación. En primer lugar, tenems que editar el crntab para que cada ciert tiemp aquiles-virtual pregunte a aquiles-real cm están sus prcess: crntab e 0-59/5 **** /usr/lib/ha/check_pp 0-59/5 **** /usr/lib/ha/check_imap 0-59/5 **** /usr/lib/ha/check_smtp 0-59/5 **** /usr/lib/ha/check_http 0-59/5 **** /usr/lib/ha/check_saslauthd 0-59/5 **** /usr/lib/ha/check_sun Dnde 0-59/5 significa que cada 5 minuts va a ejecutar el cmand crrespndiente /usr/lib/ha/check_pp camin (path) cmplet dnde se encuentra el script a ejecutar Obviamente ests fichers tienen que tener ls permiss (de ejecución) y el prpietari adecuad (rt) Y ls Scripts del sistema sn: Script that check that POP is running check_pp Script that check that IMAP is running check_imap Script that check that SMPT is running check_smtp Script that check that HTTP is running check_http Script that check that the cnnexin f the MTA with the LDAP wrks check_saslauthd Script that check that the SUN applicatin is running check_sun Cm puede cmprbarse, el prces de alta dispnibilidad n es tan cmplicad cm cnfigurar ls MTAs de la manera más parecida psible, para facilitar el trabaj. 6 CAMPOS ADICIONALES Ls camps que de mment se han tenid al margen de esta investigación ( al mens del artícul) per relacinads cn la misma, sn: Cnfigurar y pner en funcinamient un balance de carga entre ambs MTA s. Sistema de backups tant de ls MTA s cm de la infrmación almacenada en el NAS Desarrll de un sistema de alertas que ns muestre infrmación del tip: que máquina está funcinad, que servicis están dispnibles y cuales fallan... Mnitrización del MTA en funcinamient: carga de cpu, de memria, disc libre, swap... Definición y cnfiguración de unas máquinas (en la jerga del crre, llamadas relaycarters ) encargadas de hacer filtr de spam y antivirus y el envi prpiamente dich de ls e- mails. Cn l cual, el acces pp, imap y smtp se hace directamente sbre las estafetas. Cmprbar que hay cnexión cn el nas, queda fuera de ls limites de alta dispnibilidad. Es decir, si falla el NAS, n tiene sentid que el servici se balancee de aquiles real a aquiles virtual, ya que el punt de mntaje en el nas de ambs es el mism 7. CONCLUSIONES Hy en día ls avances tecnlógics permiten decidir instalar sistemas virtualizads y utilizarls para aprvechar tdas sus ventajas en entrns de prducción, de alta dispnibilidad, de balance de carga... Una excelente alternativa (cm demuestra este estudi), es utilizar entrns híbrids en ls que cexistan sistemas físics y virtualizads, sacand el máxim partid en cada mment a cada un de ells. Est es demstrad en este estudi, en el que el servici de crre electrónic, tan crític actualmente, es usad cm ejempl.

7 Agradecimients Este artícul ha sid parcialmente financiad pr el pryect DPI del Ministeri de Eduacación y Ciencia, y pr la Universidad de La Rija. Referencias [1] [2] Reed A., Distributing services with a mail daemn, University Cmputing, Vlume: 11 Issue: 4 pp Dec [3] [4] Cmputing, Prceedings Pages: , [11] Guffens, V; Bastin, G, Running virtualized native drivers in User Mde Linux, Usenix Assciatin Prc. Of The Freenix/Open Surce Track Pp: 33-39, [12] Oikawa, S; Sugaya, M; Iwasaki, M, et al., Using virtualized perating systems as a ubiquitus cmputing infrastructure, 2nd IEEE Wrkshp n Sft. Technlgies fr Future Embedded and Ubiquitus Systems,, 2004 [13] Keleher, P; Bhattacharjee, B; Silaghi, B, Are virtualized verlay netwrks t much f a gd thing?, Peer-T-Peer Systems Vl: 2429 Pages: , [9] [5] Park, JG; Kim, JM; Ahn, CW; W, YC; Chi, H, Cluster management in a virtualized server envirnment, 10TH Internatinal Cnference On Advanced Cmmunicatin Technlgy, Vls I-Iii - Innvatins Tward Future Netwrks And Services, 2008 [6] Bals K, Jarzab M, Wieczrek D, Zielinski K, Open interface fr autnmic management f virtualized resurces in cmplex systems - cnstructin methdlgy, The Internatinal Jurnal Of Grid Cmputing Thery Methds And Applicatins, 2008 [7] Fujiwara T, Hibi Y, Yshikawa S, Yazawa H, Autmatin technlgy fr virtualized systems, Fujitsu Scientific & Technical Jurnal Pages: 53-62, 2008 [8] Sabiguer, A; Baire, A; Butet, A; Vih, C, Virtualized interperability testing: Applicatin t IPv6 netwrk mbility, Lecture Ntes In Cmputer Science Vlume: 4785 Pages: , 2007 [9] Knning, B; Engelmann, C; Sctt, SL; Geist, GA, Virtualized Envirnments Fr The Harness High Perfrmance Cmputing Wrkbench, Prceedings Of The 16th Eurmicr Cnference On Parallel, Distributed And Netwrk-Based Prcessing, 2007 [10] Qia, L; Iyer, BR; Agrawal, D, et al., PULSTORE: Autmated strage management with QS guarantee in large-scale virtualized strage systems, ICAC 2005: SECOND Internatinal Cnference On Autnmic