Die bewährtesten Verfahren für das Infrastruktur-Design von Rechenzentren

Länge der Verkabelungsstrecken und Raumplanung

Ausschlaggebend für den Entwurf und die Ausstattung eines Rechenzentrums ist die Kenntnis der in der Industrie bewährtesten Verfahrensweisen (“Best Practices“) und der Kriterien, die für oder gegen den jeweiligen Typ Rechenzentrum sprechen. Die mit der TIA 942 herausgegebenen Richtlinien für Rechenzentren formulieren sehr konkret, dass die horizontale und vertikale Verkabelung Möglichkeiten für eine spätere Erweiterung vorsehen sollte, so dass auf diese Bereiche nicht erneut zugegriffen werden muss. Konkrete Festlegungen sind ebenso hinsichtlich solcher Komponenten getroffen worden, die nicht direkt angeschlossen sind, sofern hier keine gesonderten Vorgaben vom Hersteller vorliegen. Diese Richtlinien gehen konform mit den Spezifikationen anderer Normen wie ANSI/TIA/EIA 568-B zur Bauweise bei offenen Systemarchitekturen. Die Frage, die sich hier stellt ist: Welches ist nun die beste Variante bei einer 10Gig-Umgebung? Wie lässt sich das am besten bei einer umsetzen?

Neben den Erwägungen zur reinen Kabelverlegung und zur Anzahl der Steckverbindungen müssen eine Reihe weiterer Faktoren Berücksichtigung finden: Bedienerfreundlichkeit, Skalierbarkeit, Kosten und die entsprechende Möglichkeit zum Stecken und Rangieren der Kabel (Moves, Adds, Changes - MAC). Hinzu kommen bestimmte Beschränkungen, die aufgrund der Kategorie des Verkabelungssystems berücksichtigt werden müssen. Die Länge der Kupfer- und Glasfaserkabelstrecken kann variieren, abhängig vom gewählten Verkabelungstyp. Einige dieser Parameter sollen hier näher erläutert werden wie auch deren mögliche Konsequenz für die Planung eines Rechenzentrums.

Für alle Übertragungskanäle aus Kupfer wird ein Worst Case Modell mit 100 Metern Verkabelungslänge und 4 Steckverbindern zugrunde gelegt. ISO/IEC 24764 (Entwurf), TIA-942, ISO/IEC 11801, Ausgabe 2.0 und Empfehlungen von Komponentenherstellern gehen in die Richtung, dass der fest verlegte horizontale Abschnitt des Übertragungskanals im Minimum 15 Meter betragen sollte. Während in anderen Abschnitten des Channels auch kürzere Verkabelungslängen unterstützt werden, ist diese Mindestlänge für den Zwischenverteilerbereich und die Konsolidierungspunkte (Consolidation Points - CP) ein Muss. Beim Übergang zu 10Gbit-Komponenten wird die 15 m Mindestlänge sehr wahrscheinlich für alle Horizontalkabel gefordert werden, entsprechend den Empfehlungen der Komponentenhersteller und aufgrund der Tatsache, dass sich alle Modelle im Rahmen der IEEE an der Mindestlänge von 15 m orientieren.

Ein Faktor, der hier hineinspielt, ist die Signalstärke, da das Signal auf diesen ersten 15 Metern am stärksten ist und es zu Problemen kommen kann, wenn zwei Steckverbinder sich dicht nebeneinander befinden. Durch Einhaltung einer Mindestdistanz von 15 m bis zum ersten Anschlusspunkt im Übertragungskanal hat sich die Signalstärke am Empfänger bzw. zwischen Komponenten aufgrund der Dämpfung ausreichend vermindert. Zur Gewährleistung dieser 15 m gibt es zwei Varianten: entweder ausreichend Platz in der Kabelführung bereitstellen, um diese Länge aufzunehmen, oder Reserveschleifen im Doppelboden verlegen. Diese Schleifen sollten bei UTP-Systemen in Form einer losen Acht gelegt werden. Bei F/UTP- und F/STP-Systemen hingegen existiert keine Vorgabe bezüglich der Verlegeweise. Bitte beachten Sie, dass zusätzliches Kabel auch zusätzlichen Platz im Kabelkanal in Anspruch nimmt.

Kabelstrecken mit Kupfer der Kategorie 6A Twisted Pair sind bei allen Übertragungskanälen auf 100 m begrenzt. Einzige Ausnahme ist hier 10GBASE-T über eine Verkabelung der Kategorie 6/Klasse E. Bei diesen Channels wird die Länge auf weniger als 37 m beschränkt, in Abhängigkeit von den Maßnahmen zur Unterdrückung von Alien Crosstalk (Fremdnebensprechen). In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die TSB 155 zwar Richtwerte hinsichtlich der Eignung bestehender Kat. 6/Klasse E Applikationen für den Einsatz von 10GBASE-T bereitstellt, sich allerdings nicht als Orientierung für Neuinstallationen eignet. Die Länge eines Fiber Channel dagegen ist abhängig vom verwendeten Glasfasertyp (Multimode oder Singlemode) und bei Multimodefasern speziell von der Klasse (OM-1, -2, -3) sowie vom Steckverbindertyp. Die Kenntnis dieser limitierenden Parameter ist bei der räumlichen Planung eines Rechenzentrums von großem Nutzen. Bei Einsatz von 10GBASE-CX4 oder InfiniBand ist die Distanz auf maximal 15 m begrenzt. Die folgende Tabelle gibt eine Zusammenfassung für alle 10Gig-Applikationen und die dazugehörigen Verkabelungssysteme.

10GBASE-T	Twisted Pair Kupfer	Kategorie 6/Klasse E UTP	bis zu 55 m*
10GBASE-T	Twisted Pair Kupfer	Kategorie 6A/Klasse EA UTP	100m
10GBASE-T	Twisted Pair Kupfer	Kategorie 6A/Klasse EA F/UTP	100m
10GBASE-T	Twisted Pair Kupfer	Klasse F/Klasse FA	100m
10GBASE-CX4	herstellerspezifisch	nicht zutreffend	10-15m
10GBASE-SX	62.5 MMF	160/500	28m	850nm
10GBASE-SX	62.5 MMF	200/500	28m	850nm
10GBASE-SX	50 MMF	500/500	86m	850nm
10GBASE-SX	50 MMF	2000/500	300m	850nm
10GBASE-LX	SMF	10km	1310nm
10GBASE-EX	SMF	40km	1550nm
10GBASE-LRM	All MMF	220m	1300nm
10GBASE-LX4	All MMF	300m	1310nm
10GBASE-LX4	SMF	10km	1310nm

* Wie in 802.3 Annex festgelegt

DAS LAYOUT ... WO UND WIE MUSS DER ANSCHLUSS ERFOLGEN

Bei der Planung eines Verkabelungssystems gibt der Kostenfaktor viel zu oft den Ausschlag für die Wahl eines bestimmten Übertragungssystems. Betrachtet man jedoch alle Faktoren, erweist sich ein Verkabelungssystem mit den höheren Anschaffungskosten mitunter als wesentlich preiswerter in den gesamten, über den Lebenszyklus anfallenden Kosten (Total Cost of Ownership) für eine Firma, die zum Beispiel eine große Zahl an Moves, Adds und Changes vornehmen muss. Ganz wesentlich hierbei ist, dass die Planer mit allen Aspekten der verschiedenen am Markt verfügbaren Konfigurationsmöglichkeiten vertraut sind, damit sie die wirklich beste Wahl treffen können. Die nachstehende Aufstellung vergleicht Kosten, Flexibilität und Leistung.

2 Steckverbinder	niedrigste	niedrigste	höchste
3 Steckverbinder mit CP	mittlere	mittlere	mittlere
3 Steckverbinder mit CC mittlere	mittlere	mittlere
4 Steckverbinder	höchste	höchste	niedrigste

CP - Consolidation Point
CC - Cross Connect

VARIANTEN DER RAUMPLANUNG

Der Hauptverteilerbereich (MDA - Main Distribution Area) wird als Herzstück eines Rechenzentrums angesehen. Von hier aus muss eine Verkabelung zum Horizontalverteilerbereich (HDA - Horizontal Distribution Area) erfolgen. In Anlehnung an die Empfehlungen der TIA-942 und unter Einbeziehung von Geräteverteilerbereich (EDA - Equipment Distribution Area) und Zwischenverteilerbereich (ZDA - Zone Distribution Area) sollen im Folgenden vier Gestaltungsvarianten näher beleuchtet werden.

VARIANTE 1

Bei dieser Variante werden alle Kupfer- und Glasfaserkabel von den zentralen Horizontalverteilerbereichen und den Geräteverteilerbereichen zu einem zentralen Steckbereich geführt. Auf diese Weise wird ein zentraler Bereich für die erforderlichen Steckvorgänge aller Channels geschaffen.

Diese räumliche Aufteilung bietet eine Reihe von Vorteilen. Erstens können alle Schränke verriegelt bleiben. Da die gesamten Patchvorgänge in einem zentralen Bereich erfolgen, ist es nicht notwendig, ständig Zugang zu einem Server- oder Verteilerschrank zu haben. Für Unternehmensbranchen, bei denen ein erhöhter Bedarf an Sicherheit und Konformität besteht, liegt der besondere Vorteil dieser Variante in der geringeren Häufigkeit des direkten Zugriffs auf die Verbindungen. Durch intelligente Steckverbindungen im Patchbereich kann die Sicherheit weiter erhöht werden, da alle MAC’s in diesem Bereich automatisch überwacht werden und nachverfolgt werden können.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass alle für aktive Komponenten erworbenen Ports genutzt werden können. Mit der Möglichkeit VLANs zu nutzen, können Netzwerke nach Bedarf segmentiert werden.

In anderen Scenarios ist es möglich komplette Switch-Blades einem Serverschrank zuzuordnen. Ist allerdings keine ausreichende Anzahl von Server- NICs (Network Interface Cards - Netzwerkkarten) vorhanden, um alle Ports nutzen zu können, stellen die ungenutzten Ports einen hohen Kostenfaktor dar. Wird beispielsweise ein 48-Port Blade einem Schrank an der Position XY12 zugeordnet, während jedoch nur 6 Server mit jeweils 2 Verbindungen vorhanden sind, wurde für weitere 36 Ports bezahlt, die genauso Wartungskosten verursachen, obwohl sie ungenutzt bleiben. Mit einem zentralen Patchbereich sind Sie in der Lage, die übrigen 36 Ports je nach Bedarf in anderen Abschnitten des Netzes ebenfalls zu verwenden - und senken auf diese Weise die Ausgaben für Equipment und Wartung, die weit über denen für die Verkabelungskanäle liegen.

VARIANTE 2

Bei der zweiten Variante werden die Patchfelder direkt in Serverschränken untergebracht, die genau ihren Gegenstücken in den Verteilerschränken entsprechen. In diesem Scenario werden die Switch-Blades/Ports den Serverschränken zugeteilt. Aus Netzwerksicht erscheint diese Variante sicherlich einfacher, gestattet allerdings nicht unbedingt die bestmögliche Nutzung aller Ports der aktiven Komponenten. Weitere Ports können als Reserveports oder für eine zukünftige Erweiterung vorgehalten werden. Wenn ein Unternehmen jedoch erwägt Blade-Technologie einzuführen, bei der sich die Serverdichte pro Schrank reduziert, wird diese Variante nicht kostengünstig sein.

In Hinblick auf die Verteilerschränke ist der gewählte Typ der Kupferverkabelung von entscheidender Bedeutung, da bei UTP-Kabeln ein größerer Kabeldurchmesser zur Unterstützung von 10GBASE-T erforderlich ist. Fakt ist, dass die Schränke und die Verkabelung (sowohl Kupfer als auch Glasfaser) weitaus seltener ausgetauscht werden als die aktiven Komponenten. Bei Verwendung der neuen Kat. 6A UTP-Kabel mit einem Durchmesser von 9,1 mm bieten die Kabelführungen möglicherweise nicht genug Platz zum Verlegen der Kabel, ohne dass die erforderliche strukturelle Festigkeit beeinträchtigt wird. Es ist immer empfehlenswert, mit dem Hersteller hinsichtlich der Berechnung für die Kabelmenge (Füllgrad) für Verteilerschränke Rücksprache zu halten. Hier kann es notwendig sein, Patchfelder an benachbarte Standorte zu versetzen oder die Packungsdichte zu reduzieren. Während die Unterbringung der Switches in offenen Gestellen mit danebenliegenden Patchfeldern eine geeignete Lösung darstellt, ist diese Variante nur dort zu empfehlen, wo sichere Zugriffsverfahren angewendet werden und auch eine Form der intelligenten Steckverbindungen oder ein anderes Monitoring-System Einsatz findet, das die Netzwerk-Administratoren unverzüglich über jeden versuchten Eingriff auf die Switch-Ports informiert.

VARIANTE 3

Variante 3 sieht Konsolidierungspunkte für den Kabelanschluss vor. Das können entweder Schneidklemmblöcke sein oder Patchfelder. Damit ist eine Verkabelung mit Zwischenverteilerbereich möglich, allerdings erhöhen sich in diesem Fall eventuell die Kosten für MAC. Kompliziert ist bei dieser Variante mit Zwischenverteiler ein Layout im Rahmen der Maßgaben eines 4-Connector-Channels.

Ein weiterer Nachteil des Consolidation Point Modells besteht darin, dass durchgeführte Veränderungen mehr Zeit erfordern als nur ein Patchkabel umzustecken, wenn sich die Anzahl der Adernpaare ändert. In Abhängigkeit vom Standort des Konsolidierungspunktes bestehen weitere Risiken, angefangen vom Verlust des statischen Drucks im Doppelboden bei Entfernen der Bodenplatten, bis hin zu Problemen, die auftreten, wenn mehr als vier Steckverbinder in einem Channel vorhanden sind, wie auch der möglichen Beeinträchtigung bereits bestehender Channels bei vorgenommenen Veränderungen.

VARIANTE 4

Zuletzt soll eine Variante vorgestellt werden, bei der alle Serverund Verteilerschränke in einer Reihe angeordnet sind und der Anschluss für diese Reihe über ein einziges Patchfeld erfolgt statt über einen Zentrales. Die Hauptverbindungen vom MDA führen zu diesem Patchbereich. Diese Variante eignet sich insbesondere für ISP- (Internet Service Provider) oder andere Umgebungen, wo eine abteilungsübergreifende bzw. Kundenfunktionalität nicht gewünscht oder zulässig ist. Hier vereinen sich zum Teil die Vorteile von beiden Welten, insofern dass einige Reserveports vorhanden sind, es dennoch nicht notwendig ist Bodenplatten hochzunehmen, um MAC-Arbeiten durchzuführen. Während dieser Vorteil sehr der ersten Variante ähnelt, erleichtert die Segmentierung den Netzwerk- Administratoren und den Gebäudetechnikern die Koordinierung ihrer Arbeit. Darüber hinaus bietet dieses Modell die notwendige Flexibilität, um den sich beständig wandelnden Umgebungsbedingungen, dem veränderlichen Bedarf an Speicherkapazität und Netzwerkleistung gerecht zu werden.

SCHLUSSBEMERKUNG

Ganz gleich, für welches Verkabelungssystem und welche räumliche Aufteilung Sie sich entscheiden, der wichtigste Schritt ist immer die Planung. Wenn Sie fachkompetente Unterstützung beim Entwurf und dem Layout wünschen oder Ihnen eine zweite Meinung wichtig ist, finden Sie in Siemon den richtigen Ansprechpartner für jedes Projekt. Für weitergehende Informationen und zusätzliche Referenzquellen besuchen Sie unsere Website unter www.siemon.com.

ÜBER DEN AUTOR

Carrie Higbie arbeitet seit mehr als 25 Jahren in der Computer- und Netzwerkbranche in leitenden und beratenden Positionen. Als Global Network Applications Manager der Firma Siemon steht sie sowohl den Komponentenherstellern als auch den Anwendern mit ihren Erfahrungen zur Seite, veröffentlicht Kolumnen und hält Vorträge auf internationalen Fachtagungen. Als Expertin bei TechTarget’s SearchNetworking, SearchVoIP und SearchDataCentres schreibt sie Artikel für diese Fachzeitschriften wie auch für die Foren SearchCIO und SearchMobile und ist im Beratungsausschuss tätig. Sie ist Mitglied des Vorstands und ehemalige Präsidentin der BladeSystems Alliance und darüber hinaus aktives Mitglied in den Normungsgremien der IEEE, der Ethernet Alliance sowie IDC. Carrie besitzt ein Patent sowie eine Patentanmeldung im Telekommunikationssektor.