Homelab: Das ist meine Infrastruktur

Es war im vergangenen Jahr, als mich mein bisheriger Homeserver im Stich gelassen hat. Als Homelab konnte man das damals aus meiner Sicht sowieso nicht bezeichnen und die Konzeption war durchaus etwas schwierig. Das zeigte sich spätestens zu dem Zeitpunkt, als es an die Wiederherstellung sämtlicher Dienste und virtuellen Maschinen ging.

Dieser unglückliche Zwischenfall hatte jedoch auch etwas positives. Denn ich habe mich daraufhin ernsthaft mit dem Thema Homelab beschäftigt. Entstanden ist dabei ein umfassendes Konzept, welches mir künftig eine deutlich größere Sicherheit geben sollte. Über dieses Konzept habe ich dir in meinem Artikel aus dem April 2022 erzählt. Damals war die Technik jedoch noch nicht vollständig bei mir daheim und schon gar nicht eingerichtet.

Heute, fast ein Jahr später, liegen mir sogar Erfahrungswerte vor. Und ich kann voller Stolz behaupten, dass ich beim Projekt Homelab wirklich unfassbar viel lernen konnte. Vor allem waren es viele Kleinigkeiten, die bei der Inbetriebnahme der Server im Cluster auf mich zugekommen sind. Es zeigt sich also, dass der eigene Homeserver nicht zwangsläufig nur ein teures Hobby sein muss. Man kann durchaus viele Erkenntnisse gewinnen, die mitunter auch im weiteren Verlauf des Berufs oder des eigenen Lebens hilfreich sein können.

Und trotz allem sage ich dir ganz ehrlich, ich bin und bleibe Softwareentwickler. Ich bin kein Systemadministrator. Das würde ich auch niemals behaupten.

Die Leistung meines Homelab

Immer wieder habe ich meinen Artikel geteilt, anderen von meinem Homelab erzählt und auch viel Rückmeldung bekommen. Die wohl häufigste Aussage ging in Richtung der Leistung, die oft als weitaus überdimensioniert dargestellt wurde. Und da mag sicherlich auch etwas dran sein.

Mit insgesamt 20 physischen CPU-Kernen (80 logische Kerne) und 96 GB RAM, steht meinem Cluster eine große Kraft zur Verfügung, die weitaus mehr leisten kann, als nur ioBroker zu betreiben. Dabei setzt sich das Cluster aus zwei Rackservern (Dell PowerEdge R630) zusammen, das durch eine virtuelle Maschine auf dem NAS ergänzt wird. Die virtuelle Maschine verfügt hingegen jedoch nur über 2 Kerne und 4 GB Arbeitsspeicher. Auf ihre Aufgabe komme ich gleich noch zu sprechen.

Unterstützt werden die Server durch ein NAS-System, welches die Festplatten der virtuellen Maschinen beheimatet. Die Server selbst verfügen über weitaus weniger Speicherplatz, was von mir explizit so gewünscht war. Auch darauf komme ich gleich noch zu sprechen.

Verbunden werden die Server und das NAS über einen eigenen Netzwerkswitch. Dieser überträgt Daten innerhalb des Clusters mit 1 GBit/s und stellt sozusagen die Hauptdatenleitung für den Betrieb dar. Nach außen (und damit ins Heimnetzwerk) sind die Server über das ganz normale Hausnetzwerk verbunden. Damit steht auf Wunsch eine Internetverbindung zur Verfügung. Und auch diese kann sich sehen lassen. 250 MBit/s im Download und 50 MBit/s im Upload sorgen für einen schnellen Datentransfer.

Abgesehen vom zentralen Router und ein paar Switches im Haus, sind alle wesentlichen Bestandteile des Homelabs innerhalb eines Serverschranks untergebracht. Aus dem Schrank selbst kommt nur eine Stromleitung, ein Netzwerkkabel und die Erdung für den Schrank selbst.

Das Thema Netzwerk im Homelab

Vor dem großen Umbau des Homelab, war der alte Server bereits mit dem NAS verbunden. Allerdings wurden hier Daten über das Hausnetzwerk übertragen, was sich insbesondere zu Spitzenzeiten enorm auf die Geschwindigkeit ausgewirkt hat. Um dieses Problem zu umgehen und keinen Datenstau (sorry für dieses Wort) zu verursachen, war mir ein eigenes Netzwerk wichtig. Insbesondere im Hinblick auf die automatisierte Kameraüberwachung.

Der Sinn dahinter besteht darin, dass die Technik im Schrank völlig unabhängig vom Hausnetzwerk arbeiten kann. Ich muss keine Geschwindigkeitseinbußen beim Surfen oder Streamen hinnehmen, da Backups und der Datenaustausch der VMs über das eigene Netzwerk abgewickelt werden.

Hierzu hat jeder Server eine statische IP-Adresse auf einem seiner Interfaces verpasst bekommen. Ich benötige also weder DHCP, noch ein anderes Tool zur Vergabe von IP-Adressen. Innerhalb meines Szenarios ist das auch noch sehr überschaubar und lässt sich ohne großen Aufwand realisieren.

Das Cluster weiß also durch die korrekte Einstellung, welche Daten auf welches Netzwerkinterface gesendet werden müssen, damit sie beim richtigen Adressaten ankommen.

Auf diese Weise ist es mir möglich, dass ich das komplette Hausnetzwerk abschalten oder neu starten kann, ohne dass es zu schwerwiegenden Problemen bei den Servern kommt. Auch das war vorher immer ein großes Problem. Ohne Zugang zum Hausnetzwerk, steht den Servern natürlich keine Internetverbindung zur Verfügung. Ihre eigentliche Funktion wird dadurch jedoch nicht beeinträchtigt und die Verbindung wird sofort wiederhergestellt, wenn sie wieder zur Verfügung steht.

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Die Virtualisierungsumgebung

Wenn du dich schon tiefergehend mit dem Thema ioBroker befasst hast oder generell Zeit ins Smart Home investierst, bist du mit großer Sicherheit schon einmal auf Proxmox gestoßen. Proxmox ist eine Virtualisierungsplattform, die auf verschiedenen Hosts installiert werden kann. Alternativen dazu sind zum Beispiel VirtualBox, vSphere, Citrix DaaS oder auch Hyper-V. Viele dieser Lösungen sind jedoch mit sehr hohen Kosten verbunden, was sich insbesondere für den Privatgebrauch überhaupt nicht rechnet.

Ich habe mich schon bei meinem letzten Server für Proxmox entschieden, da es ein sehr ausgereiftes System ist, das all meine Bedürfnisse abdecken kann. Es lassen sich virtuelle Maschinen betreiben, Live-Migrationen durchführen, Backups erstellen und virtuelle Maschinen klonen.

Korrekt eingerichtet bietet Proxmox damit eine unfassbar gute Lösung für den Betrieb von Servern, die auch im Privatgebrauch genutzt werden kann. Darüber hinaus findet man außerdem Backup-Möglichkeiten durch den Proxmox Backup Server sowie Mailing-Lösungen hinsichtlich der Sicherheit durch das Proxmox Mail Gateway.

Ob Proxmox auch für größere Datacenter eingesetzt wird, konnte ich bei meinen Recherchen bislang nicht herausfinden. Es wird aber definitiv auch von Unternehmen in der Wirtschaft eingesetzt. Dadurch zeigt sich, dass Proxmox eine ernstzunehmende Plattform für den Betrieb der eigenen Infrastruktur ist.

Das Thema Speicherplatz im Homelab

Natürlich stellst du dir nun vielleicht die Frage, warum meine Server recht wenig Speicherplatz haben. Der Grund hierfür ist ziemlich simpel und ich kann dir genau erläutern, warum ich das so gemacht habe.

Alle meine virtuellen Maschinen liegen auch während des Betriebs auf meinem NAS. Dieses NAS verfügt über insgesamt 16 TB Speicher und wird durch ein zweites NAS (ebenfalls so viel Speicher) unterstützt. Auf den Servern selbst liegen nur ein paar ISO-Images, die ich ab und an mal schnell zur Verfügung haben muss. Innerhalb der virtuellen Maschinen liegen die von mir arbeitenden Daten genannt, allerdings finden wir diese schon wieder auf dem NAS. Denn dort liegt die Festplatte jeder VM.

Die Server selbst brauchen also nur für ihr eigenes Betriebssystem genug Speicher und für ein paar Dateien, die man immer mal wieder braucht. Alle anderen Daten befinden sich gar nicht auf den Servern, was den Speicherverbrauch natürlich enorm nach unten senkt. Ich persönlich investiere also lieber in ein großes NAS anstatt meinen Servern derart viel Speicher zu geben, der am Ende dann vielleicht noch ungenutzt bleibt. Denn Speicher kauft man sich in der IT einfach nicht auf Vorrat. Jedenfalls nicht in größeren Mengen.

Der große Vorteil der Auslagerung von VMs besteht nun darin, dass ich unter anderem Live-Migrationen durchführen kann. Das bedeutet, dass eine virtuelle Maschine im laufenden Betrieb einfach auf einen anderen Server im Cluster verschoben werden kann, ohne dass der Nutzer davon etwas mitbekommt. Auch Backups im laufenden Betrieb sind absolut kein Problem. Für Hochverfügbarkeit ist diese Art der Speicherung übrigens essenziell. Virtuelle Maschinen, die direkt auf einem Server liegen, können nicht hochverfügbar gemacht werden.

Mein Test der Live-Migration

Meine Neugier bestand insbesondere am Anfang darin, dass ich wissen wollte, was die Live-Migration wirklich drauf hat. Also habe ich genau zwei Tests gemacht, von denen ich dir nun noch kurz erzählen möchte.

Auf meinen Servern läuft eine virtuelle Maschine für Plex mit Live TV. Eine weitere Maschine habe ich damals für Minecraft genutzt. Das Ziel war es, beide virtuelle Maschinen im Betrieb einfach auf einen anderen Server umzuziehen, ohne dass es dabei zu Abbrüchen kommt.

Im ersten Test habe ich auf meinem Rechner begonnen, Live-TV von Plex zu streamen. Dann habe ich damit begonnen, die virtuelle Maschine von Server 1 auf Server 2 zu migrieren. Das TV lief zu der Zeit einfach weiter. Erstaunlich dabei was, dass es zu keiner Zeit zu Rucklern oder Verbindungsabbrüchen gekommen ist. Die Migration lief im Hintergrund und ich als Nutzer habe gar nichts davon bemerkt, obwohl ich eigentlich mit kurzen Rucklern gerechnet habe.

Der zweite Test lief, während auf dem Minecraft-Server 3 Leute angemeldet waren. Alle natürlich kräftig am Zocken. Die Migration ist gestartet (wieder von Server 1 auf Server 2) und war innerhalb von wenigen Minuten erledigt. Auch hier war es wieder so, dass die Nutzer nichts mitbekommen haben. Es kam zu keinen Rucklern, keinem Datenverlust, einfach gar nichts.

Das ist eine enorme Stärke meines Clusters, denn so können Wartungsarbeiten durchgeführt werden, ohne dass auch nur ein System bei mir ausfällt. Gerade im Smart Home ist das einfach super angenehm.

Das NAS als Clusterteilnehmer

Damit ich jederzeit innerhalb meines Clusters handlungsfähig bleibe, brauche ich eine Mehrheit. Klingt etwas politisch und lässt sich damit auch im entferntesten Sinne vergleichen.

Ein Cluster besteht aus mehreren Teilnehmern. Jeder Teilnehmer hat eine Stimme im Quorum. Änderungen am Cluster oder generell an der Infrastruktur im Cluster können nur dann durchgeführt werden, wenn es in diesem Quorum eine Mehrheit gibt. Das ganze Verfahren habe ich dir in meinem Artikel über das Cluster mit Proxmox etwas genauer erklärt.

In meinem Fall ist es nun so, dass zwei Teilnehmer im Cluster nur zusammen eine Mehrheit haben können. Fällt allerdings ein Server aus, bin ich als Informatiker nicht mehr handlungsfähig und mir bleibt nur die Möglichkeit, den ausgefallenen Server wieder in Betrieb zu nehmen.

Um solche Schwierigkeiten bereits im Voraus zu vermeiden, habe ich auf meinem NAS eine virtuelle Maschine mit Proxmox installiert. Diese virtuelle Maschine wurde ins Cluster aufgenommen und dient einzig und allein dazu, meine Mehrheit im Quorum aufrecht zu erhalten. Das NAS selbst soll keine weiteren virtuellen Maschinen betreiben, sondern nur seine Stimme bei Änderungen abgeben.

Nun kann meine Mehrheit nur noch dann verloren gehen, wenn zwei Server ausfallen. Ich hoffe aber sehr, dass das nicht so weit kommen wird und ich mit meiner Strategie im Verhältnis zum Nutzen sehr sicher unterwegs bin. Und dabei bin ich ehrlich gesagt sehr optimistisch.

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Möglichkeiten meines Homelab

In Anbetracht der Leistung meines Clusters, bietet mir mein Homelab natürlich enorm viele Möglichkeiten. In erster Linie bietet es gerade mir persönlich die Möglichkeit, dass ich meine Kenntnisse in der IT erweitere und vertiefe. Diese Kenntnisse kann ich dann wiederum auf andere Projekte übertragen und sogar beruflich nutzen. Denn gerade da ich vorher nie so viel mit Proxmox gearbeitet habe, gibt es da von meiner Seite natürlich ein gewisses Defizit, das ich Stück für Stück aufarbeite.

Ich war schon immer ein Mensch, der beim Umsetzen gelernt hat und weniger gerne lange in der Literatur verweilt ist. So habe ich es damals auch geschafft, einen Server im laufenden Betrieb zu löschen und mal kurz ein paar GB an Familiendaten zu zerstören. War ein großes Drama, gab ein paar Tränen, viele böse Worte, aber eine große Erkenntnis. Man sollte immer ein Backup griffbereit haben oder sich seiner Sache wirklich sehr sicher sein.

Weitere Vorteile und Möglichkeiten bestehen natürlich darin, dass ich Dinge einfach ausprobieren kann. Geht es schief, spiele ich einfach einen Snapshot ein und kann wieder von vorne beginnen. Auch kann ich diverse Tools und viel Software (z. B. paperless ngx oder Frigate) ausprobieren, wie sie sich auf mein Smart Home auswirken. Zum Einsatz kommen aber auch einige Tools, die mir mein Leben und vor allem meinen Alltag wesentlich leichter machen.

Wenn du gerne eine vollständige Liste von der von mir eingesetzten Software sehen willst, dann schau mal in diesem Artikel vorbei. Dort liste ich dir genau auf, was ich denn alles im Einsatz habe und wofür ich es nutze.

Backups, Backups, Backups – auch im Cluster

Jetzt, wo ich gerade das Thema Backups angeschnitten habe, will ich dir dazu gerne auch noch etwas sagen.

In meinem Cluster läuft es so ab, dass jede virtuelle Maschine einen Snapshot von sich erstellt, sofern sie eine gewisse Relevanz hat. Einmal in der Woche passiert das völlig automatisch. Die dabei angefertigten Snapshots werden wiederum auf dem NAS abgelegt. Das passiert über den Proxmox Backup Server, über den ich im Zweifel auch sehr schnell einen älteren Snapshot wiederherstellen kann.

Ich gehe dabei so vor, dass ich 3 Snapshots aufbewahre. Ältere werden automatisch gelöscht. Damit kann ich jede wichtige virtuelle Maschine maximal 3 Wochen zurücksetzen, sofern ich nicht noch händisch einen Snapshot habe machen lassen. Und genau das tue ich inzwischen, wenn ich wichtige Änderungen am System vornehme. Denn im Zweifel suche ich gar nicht lange nach dem Fehler, sondern setze die virtuelle Maschine einfach zurück. Das geht schneller, kostet weniger Nerven und erlaubt mir, nochmal von vorne zu beginnen.

Wer nun natürlich zurecht bemängelt, dass man auf einem NAS kein Backup macht, liegt völlig richtig. Aus diesem Grund wird das NAS darüber hinaus noch auf eine externe Festplatte gesichert, die nur bei Bedarf angeschlossen wird. So habe ich im Zweifel noch weitere Sicherungen der Snapshots im Schrank liegen. Gesichert werden dabei übrigens auch alle anderen Dateien, die ich so auf meinem NAS ablege. Dazu zählen Dokumente, Bilder, Videos, … Naja, man kennt es ja.

Was ich am meisten schätze

Natürlich hat sich über die Zeit auch herausgestellt, was ich an meinem Homelab am meisten schätze. Und ich kann ganz klar sagen, dass es einfach ein Kindheitstraum ist, den ich in die Realität umsetzen konnte. Allein schon das Blinken der Server zu sehen, ist einfach großartig.

Doch darüber hinaus gibt es natürlich viele Kleinigkeiten, die ich im Alltag sehr häufig und gerne nutze. Zum Beispiel kann ich meine Termine, Kontakte und Passwörter komplett über die eigene Infrastruktur nutzen, an jedem Ort der Welt. Eine virtuelle Windows-Maschine sorgt außerdem dafür, dass ich mich jederzeit daheim einloggen und immer wie gewohnt arbeiten kann.

So konnte ich zum Beispiel während meiner Dienstreise einzig und allein mit meinem iPad all das machen, was ich sonst auch vor Ort mache. Ich war in meiner Art und Weise, wie ich arbeite, kein bisschen eingeschränkt. Einfach mit dem iPad ins Hotel-WLAN, VPN einschalten und los ging es. Es ist so einfach, so komfortabel und gleichzeitig so besonders, wenn man weiß, die eigene Infrastruktur ist gewissermaßen der sichere digitale Hafen, der immer zur Verfügung steht.

Gerade als Blogger kann ich so unterwegs sein und dennoch meiner Leidenschaft nachgehen. Ich kann von jedem Ort der Welt meine Artikel schreiben, Bilder bearbeiten und gleichzeitig auf meinen großen Datenbestand zurückgreifen, der mir das Bloggen leichter macht. Und sogar das Smart Home habe ich so immer dabei. Egal ob in Hamburg oder Freiburg (beides Orte, an denen ich dieses Jahr war), ich kann überall produktiv sein.

Und mindestens genauso schön ist es, all die Erkenntnisse gewonnen zu haben, die mir eine eigene Infrastruktur gebracht hat. Ich möchte es auf jeden Fall nicht mehr missen. Mein Homelab ist und bleibt meine große Leidenschaft und ein wahrgewordener Traum.