Vánoční nadílka

O sysadminech v Heurece se dá říci leccos, nedostatek paranoie to ale není. Máme zdvojené téměř všechno. Každý server má dva zdroje, každý napájený z jiné větve na jiném jističi, z každého serveru vedou dva síťové kabely do switche a většina takových serverů obsahuje nějaké raidové pole. Celé systémy jsou taktéž zdvojené: balancery, DNS servery, databáze, atd. A v neposlední řadě máme servery umístěny ve dvou datacentrech.

Motivací je mít funkční alespoň část služeb, i když v jednom datacentru dojde k fatálnímu výpadku (typicky napájení). Protože srdce českého internetu se v podstatě nachází pouze v Praze, nemá smysl umisťovat druhé datacentrum někam daleko od prvního (slovenská játra odbavíme pohodlně i z Prahy). Výhoda je zřejmá. Zatímco při druhé lokalitě serverů, například v Německu, bychom museli řešit nějakou vzdálenou replikaci dat, mezi dvěma datacentry v Praze můžeme využít některý ze spousty optických propojů, které jsou v ní natažené. Typická odezva mezi serverovnami je pak v řádu stovek mikrosekund. Služby tak nemají šanci poznat, jestli se připojují na server vedle, nebo v jiné pražské části, a mohou všechny žít v iluzi jedné LAN sítě.

Protože jsme paranoidní a historie nás poučila, s jakou jistotou jsou bagristé schopni najít optické kabely v zemi, máme samozřejmě zdublované i optické trasy mezi datacentry. Každá vede jinudy, kabel patří jiným společnostem a my si pronajímáme pouze tzv. lambdu na každé trase. Prakticky to pak vypadá tak, že pokud je potřeba například vyměnit transceiver, který do optiky svítí, tak se jednoduše odpojí, aktivní prvek na to během pár mikrosekund zareaguje a začne posílat data pouze po druhé trase. Software, který síť používá, nemá šanci poznat, že se něco stalo.

V pondělí 12. 12. ve tři hodiny ráno došlo k odpojení obou datacenter od sebe a nastal stav takzvaného split brainu. Každé z datacenter si myslelo, že to druhé neběží. Stav, který lze stěží popsat jako ideální.

Resuscitovat polomrtvý Apache webserver se naučí každý sysdamin junior během pár týdnů. Nahodit zpět propojení mezi datacentry, když vlastně nefunguje správně síť ani na jedné straně, je trochu jiný level. Řešení nijak nepomáhají ani opakované připomínky vaší šišinky, že máte spát.

Poté, co vás vzbudí externí monitoring (ten interní je mrtvý, protože je v síti, která nefunguje), se snažíte zjistit, co se děje. Připojit se do VPN, podívat se do monitoringu. Monitoring hlásí, že nejede. Možná spadla mašina s monitoringem, říkáte si… jak postupně osaháváte jednotlivé servery, zjistíte, že se dělí do dvou skupin přesně podle datacenter. Přichází první pracovní hypotéza: “Islámský stát shodil letadlo na jedno z DC.” Důsledky: 1) projdeme všechno, aby to běželo jen v jednom DC, 2) jupí, míň hardware na správu!

Heureka má svoje vlastní AS. V každém datacentru jsou dva routery (protože pokud přijdete o konektivitu, tak neopravíte nic, ani problém s konektivitou). Celé schema tak vypadá přibližně takto

Rychlý test ukázal, že oba dva routery v druhém datacentru stále odpovídají. Domněnka o bombardování tím padá a unavený mozek začíná chápat, že se stalo něco hodně ošklivého. Podle všeho obě datacentra nejspíš jedou, ale nevidí na sebe. Kontrola na hotline v datacentru potvrzuje, že neevidují přistání žádného letadla na střeše.

Routovací protokol BGP, který realizuje IP konektivitu do internetu, pracuje tak, že ohlašuje cílové sítě svým sousedům. Pokud máte čtyři routery, tak obvykle propagují všechny čtyři do internetu jeden síťový prefix a pakety už někudy protečou, je jedno přes který konkrétní router. O tom, který router je použit, rozhoduje dle své libovůle odesílací router. Obvykle to však dělá tak, že si jeden vybere a toho se drží, dokud nedojde k nějaké změně. Router mého ISP si vybral jeden z routerů v prvním datacentru a toho se držel. Proto jsem se připojil přes VPN do prvního datacentra. Zbývá vyřešit otázku, jak se dostat do druhého, aby bylo možné analyzovat stav v něm.

Odpověď je jednoduchá. Najdi takový systém, který leží za routerem a který odesílá data na router do druhého datacentra. Po chvilce pátraní se kolegovi daří takový najít. Následuje zprovoznění přístupu přímo na statické adresy routerů, čímž je možné se spojit do druhého datacentra bez nutnosti použít nějakou speciální mezisíť.

V Heurece máme hodně serverů, ale zase jich není tolik, abychom se nevlezli do dvou racků v každém datacentru. Když si odhadnete počet potenciálních ethernetových přípojek v obou racích, zjístíte, že je zvládne pokrýt jeden switch. Protože ale potřebujete redundanci, tak jste na dvou switchích na každou lokalitu. Na výběr máte pár variant, jak pokrýt celou síť a) do kruhu b) každý s každým c) chytré řešení.

V první variantě vytvoříte ze switchů kruh.

Aby se nezbláznil traffic a nezačal cyklit, tak nastavíte na komunikačních portech Spanning Tree Protocol. Switche sice budou zapojené do kruhu, ale jedna z linek nebude využívána a logicky tak budou tvořit šňůru o čtyřech uzlících.

Druhá varianta je jen komplikovanější první. Její nevýhoda jsou další dva propoje mezi datacentry.

Chytré řešení spočívá v použití chytrého hardware. Heureka vlastní čtyři switche Cisco Nexus 5596-T. Nejlepší způsob jak propojit server se switchem po dvou kabelech je použít LACP. V Cisco hantýrce se tomu říká PortChannel, v Linuxu se jedná o bonding (LACP mode). Protistrany si pravidelně posílají kontrolní rámce, aby se domluvily, která linka má jak fungovat a data nakonec chodí po obou dvou. Pokud některá z linek spadne, data proudí už jen po jedné. Nexusy umí ale ještě jeden trik navíc. PortChannel přes dva switche, kdy každý z portů je na jiném switchi. V Cisco hantýrce se jedná o virtuální PortChannel, zkráceně vPC. Zapojení do vPC předchází trochu hrůzostrašnější konfigurace, ale ve výsledku je pak server připojen jedním kabelem na dva různé switche, aniž by o tom tušil. Pokud umře nejenom linka, ale dokonce celý switch, server je stále připojený do sítě.

Z pohledu serverů tak máme v každém datacentru jen jeden switch. Software není schopný rozlišit kudy chodí, ani že se jedná o dva fyzicky oddělené síťové prvky. vPC se dá použít nejenom mezi serverem a switchem, ale i mezi switchem a switchem. Takže spojit dvě datacentra je teď jednodušší, neboť v každém je vlastně jen “jeden” switch, který potřebuje jednu virtuální linku na switch vedlejší. Fyzicky jsou switche zapojeny do kruhu, ale logicky se jedná o dva switche spojené jedním kabelem.

V důsledku tak není potřeba Spanning Tree, data fyzicky tečou všemi linkami a nejdelší cesta narozdíl od prvního zapojení je maximálně dva hopy (lokální switch + remote switch).

Nakolik je vPC efektivní způsob jak zjednodušit síť, tak má jeden problém. Při první inicializaci vPC je potřeba nahodit všechny fyzické linky. Switche si musí ověřit, že je celé propojení v rozumně definovaném stavu. Pak už může dojít k libovolnému přepínání.

Tři dny před výpadkem došlo ke třem chybám od dvou různých lidí, které mělo za následek fyzické odpojení jedné z optických tras. Záhy poté si monitoring poznamenal novou hodnotu stavu portu, ale kvůli chybně nastavené podmínce vyhodnocení problému nevygeneroval žádný alert. Oba dva switche změnu stavu portu odeslaly na logovací server, kde byl vyveden report a odeslán síťaři. Přestože u nás obvykle nedochází k častým změnám na portech, několik dní předtím docházelo k údržbě na jednom ze serverů a jeho opakovaným restartům a znovu připojením do sítě. Report se tak podařilo v záplavě dalších přehlédnout.

Nicméně i nadále Heureka jela a vše bylo v pořádku. Až do pondělí ve tři hodiny ráno, kdy došlo k další lidské chybě. Při rutinním přepojování technik omylem na chvíli odpojil propoj, který realizoval doposud funkční druhou linku mezi datacentry Heureky. Chybu zjistil poměrně záhy, takže ostatní zákazníci sdílející stejné vlákno zaznamenali pouze krátký flap (nahoru a dolů) linky a to bylo vše. V případě Heureky bylo odpojení ale natolik dlouhé, že se vPC kanál dostal do výchozího neinicializovaného stavu. I po znovupropojení se switche nebyly schopné znovu domluvit s druhou stranou.

Switche bývají obvykle vybaveny sériovou linkou, protože když už se vám podaří odříznout switch od sítě, tak je to jediný způsob, jak se na něj připojit. Protože máme čtyři routery, které jediné jsou vidět z internetu, když potenciálně zkolabuje vnitřní síť, tak dává smysl mít sériovou linku připojenou z každého switche na korespondující router. Po alespoň částečném obnovení připojení do druhého datacentra se tak dalo rovnou přihlásit na switche a zjistit, že obě dvě linky mezi DC jsou skutečně mrtvé. Pokus o nahození selhal. Z logu bylo patrné, že jedna z linek umřela o dva dny dříve. Telefonát s obsluhou datacentra zajišťujícího optický propoj potvrdil, že nemají hlášený žádný síťový výpadek. První vina tedy padla na optické transceivery, které se nedávno měnily s přechodem na novou technologii svícení. Sehnat ve tři hodiny ráno náhradní transceiver není úplně rychlá záležitost. Závěr byl tedy jasný. Došlo ke split brainu mezi datacentry a oprava potrvá docela dlouho.

Část týmu si vzala na starost rozběhnutí co nejvíce služeb v datacentru, kde běžel hlavní databázový master. Druhá část týmu šla vypnout BGP propagaci v druhém datacentru a tím se ujistit, že všechen traffic poteče do správné půlky. Další na řadě bylo přijít na to, jak narychlo získat alespoň nějakou konektivitu mezi půlkami.

Všechny čtyři routery jsou připojené do jednoho peeringového centra, každý přes 10Gbps linku. Propustnost je tedy teoreticky stejná jako na interním propoji. Řešení se tedy nabízí samo. Zabalit veškerý síťový provoz do IP trafficu a posílat jej přes peeringovou síť. Na podobné hrátky se používá GRE protokol, kterým se dají simulovat L1 kabely nad IP vrstvou. Zbývalo vybrat dva routery, nakonfigurovat na nich GRE interface reprezentující linku na druhý router, jeden z kabelů vedoucích ze switche do routeru izolovat a pustit na něj všechny VLANy a všechno to spojit dohromady na obou routerech. Heureka!

Bohužel trafic sice chodil, ale docházelo k pravidelným výpadkům, takže linka byla nepoužitelná. V tuto chvíli se už naštěstí podařilo dostat do provozuschopného stavu Heureku v prvním datacentru. Tým jedna zabodoval. Nápady na spojení s druhým však došly.

Nevíš-li si rady, najdi zkušenějšího člověka. Poslední varianta bylo najít a vzbudit technika, který má na starosti správu optických linek a najít s ním nějaké řešení. Protože už pomalu svítalo, podařilo se to docela brzy. Ukázalo se, že náhradní modul existuje, a tedy půjde nahodit nejspíše jednu z tras. Následoval odjezd do datacentra a proměřování signálu. Jedna z linek byla skutečně opticky nepropustná, druhá ale fungovala. Došlo tedy k výměně transceiverů na druhé lince, ale spojení stále odmítalo naskočit. Zdůvodnění na switchi dávalo tušit, že problém bude právě ve vPC configuraci. Jedna nezálohovaná linka je lepší, než žádná, tudíž došlo velmi rychle k překonfigurování portů na obou stranách a po několika hodinách úsilí se obě strany sítě zase setkaly.

Split brain není hezká situace, ale většina systémů si s ním u nás docela poradila. Buďto neběžela vůbec nebo byla v read-only stavu. Ten zbytek jsme museli dát v následujících hodinách manuálně do pořádku, což bylo výrazně jednodušší než řešení předchozího problému.

Popsaný případ je nádherná ukázka kumulování lidské chyby až nakonec celková masa chyb dokáže překročit technickou bariéru, která měla zamezit vzniku fatálního problému. Závěr z post mortem analýzy výstižně popisuje celou událost:

Šance na souběh těchto dvou problémů se limitně blíží nule. Přesto tento stav nastal.