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Sistema de alta disponibilidad basado en plataforma de virtualizacion para pequenas y medianas empresas.

High availability system based on virtualization platform for small & medium businesses

INTRODUCCION

Es claro que durante los ultimos anos el gobierno, la academia y el sector privado, particularmente el financiero, han dirigido sus estrategias de apoyo y promocion de sus servicios hacia la Pyme, al darse cuenta de que es en este sector empresarial donde se puede tener el apoyo para alcanzar un acelerado crecimiento de la economia y aunque siempre se habian considerado importantes, hoy han llegado a ser imprescindibles al proyectarse como una de las mejores opciones para lograr la plena reactivacion economica, aun con todas sus falencias como es la falta de gestion organizacional, financiera, comercial, administrativa y tecnologica.

Y es en esa ultima de sus falencias donde, por medio de este proyecto, queremos brindar una solucion que mejore las condiciones tecnologicas de una pyme, mediante nuevas plataformas, de modelos (Ge, 2009) y herramientas unas de pago y libres, pero que ajustandolas a las necesidades de las empresas generarian una solucion muy eficiente y a bajos costos.

La investigacion incentiva el uso de nuevas tecnologias en las pymes mediante la creacion de un sistema de alta disponibilidad (Kishor, Ranjith, David, Swami, & Rick, 2006) basado en plataforma de virtualizacion, que ofrece a dichas empresas la consolidacion de sus recursos tecnologicos (Philippe, 2010) y a su vez garantiza la alta disponibilidad en los servicios (Sung, y otros, 2007) tecnologicos que presta a sus clientes y empleados.

Los servicios y productos implementados en esta plataforma fueron implementaciones CRM, ERP, Gestor Documental y Servidor WEB con licencias libres. La planeacion y ejecucion del Sistema de Alta disponibilidad se encuentra enmarcada en la metodologia de diseno de soluciones empresariales de redes (Terrasson, Briand, Basrour, & Dupe, 2009) (Koo & Kwong, 2005).

CARACTERIZACION DE LAS EMPRESAS A LAS QUE VA DIRIGIDO EL SISTEMA

El sistema de alta disponibilidad va dirigido a empresas colombianas pequenas y medianas (conocidas por el acronimo Pyme, lexicalizado como pyme), son empresas con caracteristicas distintivas, y tiene dimensiones con ciertos limites ocupacionales y financieros prefijados por los Estados o regiones. Las pymes son agentes con logicas, culturas, intereses y un espiritu emprendedor especificos. Usualmente se ha visto tambien el termino MiPyME (acronimo de "micro, pequena y mediana empresa"), que es una expansion del termino original, en donde se incluye la microempresa.

La pequenas y medianas empresas son entidades independientes, con una alta predominancia en el mercado de comercio, quedando practicamente excluidas del mercado industrial por las grandes inversiones necesarias y por las limitaciones que impone la legislacion en cuanto al volumen de negocio y de personal, los cuales si son superados convierten, por ley, a una microempresa en una pequena empresa, o una mediana empresa se convierte automaticamente en una gran empresa. Por todo ello una pyme nunca podra superar ciertas ventas anuales o una determinada cantidad de personal.

Importancia de las Pymes

Las pequenas y medianas empresas cumplen un importante papel en la economia de todos los paises. Los paises de la OCDE suelen tener entre 70% y 90% de los empleados en este grupo de empresas.2 Las principales razones de su existencia son:

Pueden realizar productos individualizados en contraposicion con las grandes empresas que se enfocan mas a productos mas estandarizados.

Sirven de tejido auxiliar a las grandes empresas. La mayor parte de las grandes empresas se valen de empresas subcontratadas menores para realizar servicios u operaciones que de estar incluidas en el tejido de la gran corporacion redundaria en un aumento de coste.

Importancia de las Pymes

La mayor ventaja de una pyme es su capacidad de cambiar rapidamente su estructura productiva en el caso de variar las necesidades de mercado, lo cual es mucho mas dificil en una gran empresa, con un importante numero de empleados y grandes sumas de capital invertido. Sin embargo, el acceso a mercados tan especificos o a una cartera reducida de clientes aumenta el riesgo de quiebra de estas empresas, por lo que es importante que estas empresas amplien su mercado o sus clientes.

* Financiacion. Las empresas pequenas tienen mayor dificultad en encontrar financiacion a un coste y plazo adecuados debido a su mayor riesgo. Para solucionar esto se recurre a las SGR y capital riesgo.

* Empleo. Son empresas con mucha rigidez laboral y que tienen dificultades para encontrar mano de obra especializada. La formacion previa del empleado es fundamental para estas.

* Tecnologia. Debido al pequeno volumen de beneficios que presentan estas empresas no pueden dedicar fondos a la investigacion, por lo que tienen que asociarse con universidades o con otras empresas.

* Acceso a mercados internacionales. El menor tamano complica su entrada en otros mercados. Desde las instituciones publicas se hacen esfuerzos para formar a las empresas en las culturas de otros paises.

En Colombia, de acuerdo con la definicion de la ley 590 de 2000 y la ley 905 de 2004, la microempresa es toda unidad de explotacion economica realizada por persona natural o juridica, en actividades empresariales, agropecuarias, industriales, comerciales o de servicio, rural o urbana con planta de personal hasta 10 trabajadores y activos de menos de 501 salarios minimos legales mensuales vigentes. Segun la ley 905 de 2004 la pequena empresa es aquella que cuenta con una planta de personal entre 11 y 50 trabajadores o activos entre 501 y 5000 salarios minimos legales mensuales vigentes; por ultimo, la mediana empresa es aquella que cuenta con una planta de personal entre 51 y 200 trabajadores o activos totales entre 5001 y 30.000 salarios minimos legales mensuales vigentes.6 7 5 8.

CARACTERIZACION DE REQUERIMIENTOS QUE DEBE CUMPLIR EL SISTEMA

El sistema de alta disponibilidad propuesto debe cumplir unos requerimientos minimos que garanticen su factible implementacion en las Pymes. Estos requerimientos se han extractado despues de un analisis profundo de necesidades reales de algunas Pymes y se pueden resumir en requerimientos de 1) redundancia, 2) proteccion y confiabilidad

Requerimiento de redundancia

El sistema debe implementar mecanismos de redundancia (Guangping, y otros, 2009) que garanticen la repeticion de datos o hardware de caracter critico que se quiere asegurar ante los posibles fallos que puedan surgir por el uso continuado.

Las tecnicas de redundancia han sido usadas por la industria militar y aeroespacial durante muchos anos para alcanzar una alta confiabilidad (Filho, Hashimoto, & Rosa, 2008). Una base de datos replicada es un ejemplo de sistema distribuido redundante.

Cuando se tienen sistemas criticos que deben estar disponibles y funcionando 24 horas al dia, 365 dias al ano, hay que intentar minimizar los fallos que puedan afectar el funcionamiento normal del sistema. Fallos van a ocurrir, pero existen tecnicas y configuraciones que ayudan a tener sistemas redundantes (Terrasson, Briand, Basrour, & Dupe, 2009), en los que ciertas partes pueden fallar sin que esto afecte el funcionamiento del mismo.

Requerimiento de proteccion y confiabilidad

El sistema debe implementar mecanismos de proteccion y confiabilidad que le permitan realizar los procesos en mas de una estacion. Estos mecanismos garantizan que si por algun motivo alguno de los sistemas dejara de funcionar o algun servicio colapsara, inmediatamente otro tendria que ocupar su lugar y realizaria las tareas del anterior. (Meng & Shao-hua, 2005).

Requerimiento de disponibilidad

El sistema debe implementar mecanismos de alta disponibilidad (Filho, Hashimoto, & Rosa, 2008), los cuales pueden ir desde bases de datos simplemente replicadas hasta sistemas distribuidos redundantes complejos.

Requerimiento de implementacion de cluster

Las Pymes deben contar con sistemas de tipo cluster (Song, Leangsuksun, Nassar, Gottumukkala, & Scott, 2006) que les permitan escalar a nivel de datos, de aplicacion y de servicios. Aparte de ello, los sistemas de tipo cluster apoyan tecnologicamente la implementacion de los mecanismos de redundancia, proteccion, disponibilidad y confiabilidad.

El cluster se aplica a los conjuntos o conglomerados de computadores construidos mediante la utilizacion de componentes de hardware comunes y que se comportan como si fuesen un unico computador. Los cluster de alta disponibilidad son clusters cuyo objetivo de diseno es proveer disponibilidad y confiabilidad. Estos clusters tratan de brindar la maxima disponibilidad de los servicios que ofrecen (Song, Leangsuksun, Nassar, Gottumukkala, & Scott, 2006). La confiabilidad se provee mediante software que detecta fallos y permite recuperarse frente a los mismos, mientras que en hardware se evita tener un unico punto de fallos.

Los clusters son usualmente empleados para mejorar el rendimiento y la disponibilidad por encima de la que es provista por un solo computador tipicamente siendo mas economico que computadores individuales de rapidez y disponibilidad comparables.

Requerimientos de replicacion

El sistema para el caso de las Pymes debe soportar mecanismos de seguridad que garanticen el funcionamiento del sistema. Cuantos mas componentes existan, mayor probabilidad se tiene de que algo falle. Estos problemas pueden ocurrir en el propio servidor, fallos de discos, fuentes de alimentacion, tarjetas de red, etc., y en la infraestructura necesaria para que el servidor se pueda utilizar, componentes de red, acceso a internet, sistema, etc. Surge entonces el concepto de replicacion que se puede utilizar para replicar datos en un servidor en espera, lo que proporciona mayor disponibilidad en caso de inactividad prevista o imprevista del sistema. Para el caso de las Pymes, los mecanismos de replicacion se utilizan para proporcionar datos en espera semiactiva si los datos requeridos en el servidor en espera son un subconjunto de los datos necesarios en el servidor principal (Zhengping, Juyang, & Prokhorov, 2008).

SELECCION DE LA ALTERNATIVA TECNOLOGICA

Atendiendo a los requerimientos anteriores, PNP Manager utiliza un cluster que responde a las siguientes necesidades:

1. Alto rendimiento

2. Alta disponibilidad (Filho, Hashimoto, & Rosa, 2008)

3. Balanceo de carga

4. Escalabilidad

La disponibilidad de infraestructuras como las citadas anteriormente ofrecen diversos escenarios en donde pueden desplegarse aplicaciones distribuidas. Esto garantiza que implementando una solucion basada en PNP Manager, se pueden implementar los requerimientos identificados en la seccion anterior. Teniendo en cuenta que un requerimiento de implementar un cluster afecta otros requerimientos como el de disponibilidad, se tiene una relacion entre requerimientos. Se podria pensar entonces que al implementar PNP Manager con VMWare se logra satisfacer los requerimientos de la seccion anterior. Una vez se ha seleccionado la tecnologia a implementar en las Pymes se usa la metodologia Top Down Network Desing (Koo & Kwong, 2005) para implementar esta solucion en dichas empresas. No obstante, en la implantacion de esta metodologia, nuevamente se hacen revisiones de las necesidades tecnologicas de las Pymes. Esto no es un error, sino que da la posibilidad de crear un diseno mas detallado de sistema de alta disponibilidad que cumpla con las expectativas de las Pymes.

METODOLOGIA

La implementacion del sistema de alta disponibilidad basado en plataforma de virtualizacion para pequenas y medianas empresas se realiza utilizando la metodologia Top Down Network Desing (Koo & Kwong, 2005).

Top Down es una metodologia que guia el diseno de soluciones empresariales de redes confiables, seguras y administrables; presenta la estructura que se muestra en la figura 1.

Las fases del enfoque Top-Down cubre (Koo & Kwong, 2005): 1) Analisis de los requerimientos: Que debe hacer el sistema. Se refiere basicamente a una necesidad documentada sobre el contenido, forma o funcionalidad de un producto o servicio. 2) Desarrollo del diseno logico: El diseno de un sistema responde a la forma en que el sistema cumplira con los requerimientos identificados durante la fase de analisis. 3) Desarrollo del diseno fisico: Hace referencia al desarrollo e instalacion de software. ?Como se va a hacer? Estudio de alternativas y diseno arquitectonico. 4) Prueba, optimizacion y documentacion de diseno: Consiste en la elaboracion de la "descripcion formal" del sistema: manuales de usuario, manuales del sistema y manuales de procedimiento. 5) Implementacion y pruebas: adquisicion, creacion e integracion de los recursos necesarios para que el sistema funcione. 6) Monitorizacion y optimizacion: Consiste en la elaboracion de cambios pertinentes para que el sistema se ejecute y funcione mas rapidamente.

DESCRIPCION DE LA SOLUCION

Atendiendo a los objetivos de las pymes en la actualidad se requiere una infraestructura tecnologica que garantice una operacion continua sobre los servicios que ofrece las pymes tanto a sus empleados como a los clientes obteniendo una mayor competitividad, eficiencia y escalabilidad que le permitan lograr un reconocimiento dentro del campo productivo como generador de soluciones innovadoras haciendo uso de las tecnologias de informacion (TI).

Para esto, se propone la implementacion de una solucion telematica en la que se desarrolle una infraestructura tecnologica que garantice el adecuado funcionamiento y de respuesta a las solicitudes de los usuarios de la aplicacion web "PNP Manager".

PNP Manager es una aplicacion web que permite obtener un modelo de usuario que define las preferencias de accesibilidad a recursos digitales basado en el estandar ISO/IEC 24751 que integra tres niveles: presentacion, control y contenido.

Para garantizar el alto rendimiento de PNP Manager se requiere implementar una solucion telematica que asegure tolerancia a fallos, transparencia, escalabilidad y comparticion de recursos, con el fin de lograr una mejor experiencia de usuario en el uso de la aplicacion.

Para garantizar alta disponibilidad y rendimiento de PNP Manager se implementa un sistema distribuido compuesto por un servidor Web Apache, dos servidores de aplicacion JBoss y dos servidores de bases de datos Postgresql.

Sin embargo, para la implementacion de la solucion es necesario considerar las siguientes restricciones: 1) La solucion se debe implementar utilizando software libre debido a que no se cuenta con recursos economicos para hacer uso de tecnologias propietarias. 2) La solucion se debe implementar haciendo uso de los equipos disponibles en el grupo de investigacion Metis.

Atendiendo a los requerimientos y a las restricciones establecidas, se implementa un cluster de balanceo de cargas que cumple los siguientes objetivos: mejorar el rendimiento de la aplicacion, asegurar tolerancia a fallos, ser transparente, ser escalable y facilitar la comparticion de recursos. Una alternativa de solucion es la implementacion de una solucion de virtualizacion basada en VMWare (Philippe, 2010), la cual permite configurar sistemas operativos alternos a un sistema operativo principal que permita al sistema responder en caso de que el principal falle, tal como lo muestra la arquitectura de VMWare de la figura 2.

En un cluster de balanceo de cargas se debe identificar la forma en que las peticiones se distribuiran a traves de varios servidores. Para ello, se recomienda una arquitectura de cluster de balanceo de cargas similar a la presentada en la figura 3, en donde se observa que las peticiones hechas por un browser son recibidas en primera instancia por un equipo "Balanceador de cargas" que tiene como funcion determinar basado en unas politicas, cual de los nodos del cluster esta disponible en ese instante para resolver las peticiones del cliente.

Para implementar el sistema de alta disponibilidad propuesto se requiere inicialmente tres servidores y con el proposito de garantizar la escalabilidad, se concluye que el actual esquema de direccionamiento utilizado permite la asignacion de los nombres y direcciones mostrados en la tabla 2.

En la implementacion de este prototipo no se utiliza servidor de dominio, por lo que se utilizara el archivo hosts de cada servidor para facilitar la resolucion de nombres y direcciones IP.

Una parte importante de todo el sistema de alta disponibilidad es el almacenamiento compartido, para lo cual se utilizo un Appliance de SAN llamado Openfiler el cual presenta a traves de iSCSI las unidades logicas (LUNS) a cada uno de los HOSTS (ESXi); de esta manera las maquinas virtuales en que se encuentra cada uno de los servicios ofrecidos por las pymes estan almacenadas en la SAN y no en los discos locales, lo cual permitira que en el momento de una caida por parte de los HOSTS, el otro pueda tomar posesion de las maquinas y prenderlas de manera automatica.

RESULTADOS

La solucion telematica propuesta asegura alta disponibilidad, consolidacion, escalabilidad y comparticion de recursos, garantizando que los servicios que ofrecen las pymes se mantengan disponibles de manera continua.

La plataforma de virtualizacion en la solucion de alta disponibilidad brinda muchos beneficios, ya que la administracion de los servicios es muy facil y el ahorro en infraestructura se hace evidente.

Se demuestra que VMware en el mercado de virtualizacion es el gran lider y que sus productos ofrecen mejores beneficios que el resto de la competencia, y que aun siendo de pago tiene precios razonables para que una pyme tenga oportunidad de adquirirlos.

Se evidencia el gran potencial de herramientas OpenSource ya que en gran parte de toda la solucion nos apoyamos en ellas y se observa la gran madurez de desarrollo en que se encuentran.

Un aspecto muy interesante a nivel de seguridad es que el sistema operativo ESXi es muy liviano y robusto, lo que le permite tener un alto desempeno y a su vez muy seguro; adicionalmente los demas sistemas operativos para esta solucion estan basados en Linux, lo que garantiza la posibilidad de asegurarlo bajo las mejores practicas.

CONCLUSIONES

El estado del arte realizado para determinar las soluciones existentes sugiere que el proyecto es una idea innovadora y que su proyeccion social permitira asistir a todos aquellas empresas pequenas o medianas que deseen acceder a tecnologia de gran escala a costos razonables.

La utilizacion de la metodologia Top Down facilito el desarrollo e implementacion de este proyecto. Top Down guio la implementacion del sistema de alta disponibilidad.

Con la implementacion del sistema de alta disponibilidad se evidenciaron las grandes ventajas que tiene la plataforma de virtualizacion, y como esta puede apoyar soluciones de consolidacion y alta disponibilidad en la infraestructura de las pymes.

El sistema de alta disponibilidad mostro el aprovechamiento de los recursos de infraestructura y genero un modelo de infraestructura que puede ser escalable en la medida de los recurso de las pymes.

Las pruebas fueron exitosas y evidenciaron paso a paso lo que sucedia con el sistema de alta disponibilidad y como realiza el failover, ofreciendo continuidad en los servicios en tiempos optimos.

DOI: http://dx.doi.org/ 10.14483/udistrital.jour.tecnura.2014.SE1.a17

FINANCIAMIENTO:

Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas

REFERENCIAS

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Ge, G.-f. (2009). Research on the Implementation Method of Document Management in PDM System. 2009 International Conference on Signal Processing Systems (pp. 707-710). Singapore: ICSPS.

Guangping, X.; Yong, M.; Wenhui, M.; Gang, W.; Xiaoguang, L., & Jing, L. (2009, May). Model and Evaluation of Redundant Data Organization for High Availability in Structured Overlay Networks. Software Engineering, Artificial Intelligences, Networking and Parallel/Distributed Computing, 447-452.

Kishor, T. S.; Ranjith, V.; David, T.; Swami, N., & Rick, C. (2006). Modeling High Availability. PRDC '06. 12th Pacific Rim International Symposium on (pp. 154-164). Dependable Computing.

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Philippe, G. (2010). Virtualizacion de sistemas de informacion con VMWare. Arquitectura, proyecto, seguridad y feedbacks. Ediciones EDI. Informatica Tecnica.

Republica de Colombia (2000, mayo 15). Ley 590 de 2000. Periodico de la Secretaria del Senado, pp. 12-13.

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Sung, H.; Choi, B.; Kim, H.; Song, J.; Han, S.; Ang, C.-W., ... Wong, K.-S. (2007). Dynamic Clustering Model for High Service Availability. ISADS '07. Eighth International Symposium on (pp. 311-317). Autonomous Decentralized Systems.

Terrasson, G.; Briand, R.; Basrour, S., & Dupe, V. (2009). A top-down approach for the design of low-power microsensor nodes for wireless sensor network. FDL 2009. Forum on (pp. 1-6). Specification & Design Languages, 2009.

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Zhengping, J.; Juyang, W., & Prokhorov, D. (2008). Where-what network 1: "Where" and "what" assist each other through top-down connections. Development and Learning (pp. 61-66). ICDL 2008. 7th IEEE International Conference on.

Fecha de recepcion: 4 de febrero de 2014 / Fecha de aceptacion: 16 de mayo de 2014

Luis Felipe Wanumen Silva, Ingeniero de sistemas. Especialista en ingenieria de software, magister en Ingenieria de Sistemas y Computacion. Docente, Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. Bogota, Colombia. Contacto: lwanumen@udistrital.edu.co

Darin Jairo Mosquera Palacios, Ingeniero de sistemas, especialista en teleinformatica, magister en teleinformatica; docente, Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. Bogota, Colombia. Contacto: dmosquerap@udistrital.edu.co

Leyenda: Figura 1. Etapas de la metodologia Top Down (Koo & Kwong, 2005).

Leyenda: Figura 2. Arquitectura de Alta Disponibilidad VMware (Philippe, 2010).

Leyenda: Figura 3. Arquitectura para sistemas de alta disponibilidad basada en VMWare (Philippe, 2010).
Tabla 1. Categorizacion de las empresas.

Tipo de empresa   Empleados    Activos totales (en salario
                               minimo legal mensual vigente)

Microempresa         1-10               Menos de 501
Pequena empresa     11-50                 501-5000
Mediana empresa     51-200              5001-30.000
Gran empresa      Mas de 200          Mayor que 30.000

Fuente: (Republica de Colombia, 2000).

Tabla 2. Asignacion de nombres y direcciones a los equipos del
sistema de Alta Disponibilidad.

Nombre                     IP

psesxi02.vmlabs.int   172.16.110.80
psesxi03.vmlabs.int   172.16.110.82
psesxi04.vmlabs.int   172.16.110.83

Fuente: Elaboracion de los autores.
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Title Annotation:Estudio de caso
Author:Wanumen Silva, Luis Felipe; Mosquera Palacios, Darin Jairo
Publication:Revista Tecnura
Date:Sep 1, 2014
Words:3792
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