Hot Plugging, Racksysteme, Netzwerkkarten bei der Server-Planung

Konzeption des IT-Netzwerks: Zur sicheren und leistungsfähigen Auslegung im Server gehören redundante Netzwerkkarten, Racks und Hot-Plug-fähige Komponenten. Im Folgenden geht es um die Optimierung des Servers durch redundante Netzwerkkarten, Hot Plugging und Racksysteme.

Redundante Netzwerkkarten

Die Netzwerkkarte ist eine Erweiterungskarte, über die der Anschluss an ein Netzwerk hergestellt werden kann oder über die verschiedene Arbeitsstationen miteinander verbunden werden können, um Daten auszutauschen oder Ressourcen gemeinsam benutzen zu können.

Die Netzwerkkarte erfüllt folgende Aufgaben:

  • Aufbereiten der Computerdaten für die Übertragung
  • Senden und Empfangen der Daten
  • Steuerung des Datenflusses zwischen Computer und Verkabelung

Die Verbindung mit dem Netzwerk ist für einen Server neuralgisch – den Verlust einer Festplatte kann man über RAID-Systeme auffangen; wenn die Netzwerkkarte dagegen ausfällt, ist der Server weg vom Netz. RAID (Redundant Array Independent/Inexpensive/Interchangeable Discs) bezeichnet einen Verbund von Festplatten, die vom Betriebssystem dann wie eine einzelne Festplatte angesprochen werden. Redundant bedeutet dabei, dass sich einzelne Festplatten aus dem Verbund entfernen lassen, ohne dass das RAID dadurch arbeitsunfähig wird.

Bevor Daten über das Netzwerk gesendet werden können, muss die Netzwerkkarte die Daten aus einer für den Computer verständlichen Form in eine für die Übertragung geeignete Form übersetzen. Die Daten werden innerhalb des Computers auf dem Bus gruppenweise (parallel) übertragen, während auf dem Netzwerkkabel die Daten als einfacher Bitstrom fließen, also in serieller Übertragung. Daher muss die Netzwerkkarte die Daten von einer parallelen in eine serielle Übertragungsform umwandeln. In einem Transceiver erfolgt dann die Umsetzung der digitalen Computersignale in elektrische oder optische Signale.

Neben der Umwandlung der Daten muss die Karte noch ihre Adresse im Netzwerk angeben, die der Unterscheidung der einzelnen Computer im Netzwerk dient. Jede Netzwerkkarte hat eine weltweit eindeutige Hardware-Adresse (MAC, Machine Address Code). Das Netzwerkbetriebssystem verbindet den MAC mit einer IP-Adresse. Fällt eine Netzwerkkarte aus, so sind MAC und die dazugehörige IP-Adresse nicht mehr gültig, sodass der Router den Server nicht mehr rufen kann. Es genügt daher nicht, einfach zwei Netzwerkkarten im Server mit dem gleichen Hub zu verbinden, sofern der Server über eine IP-Adresse erreichbar sein soll, wie dies ohne entsprechendes Netzwerkkonzept geschehen würde. Dadurch würde nur ein Routing-Fehler entstehen; die Datenpakete wissen nicht, welchen Pfad sie denn nun nehmen sollen.

In ähnlicher Weise wie Controller lassen sich aber auch Netzwerkkarten mehrfach installieren. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass ein Load Balancing durchgeführt werden kann. Load-Balancing (Lastverteilung) verteilt einzelne Aufgaben (z.B. Rechenjobs oder Client-Anfragen) auf die Knoten (Rechner) eines Netzes in Abhängigkeit von ihrer Auslastung und Verfügbarkeit. Redundante Verbindungen zwischen Servern und Netzwerkkomponenten erhöhen die Ausfallsicherheit und erlauben einen höheren Datendurchsatz. Hierfür werden zwei oder mehr spezielle Netzwerkkarten in einem Server eingebaut. Häufig kommen auch Dual-Port-Netzwerkkarten zum Einsatz. Fällt eine Karte oder eine Netzwerkverbindung infolge eines Kabelbruchs aus, so wird die andere Netzwerkkarte im Server aktiv und übernimmt die Arbeit der ausgefallenen Karte beziehungsweise die Verbindung durch Auswechseln der jeweiligen IP-Adresse. Zusätzlich gibt es hier die aktiv/aktiv Konstellation, bei der alle Netzwerkkarten im Server aktiv sind, um den Datendurchsatz zwischen Switch und Server zu erhöhen. Switches schalten zwischen verschiedenen Netzwerkprotokollen und -komponenten um, z.B. von ATM auf Ethernet. Ein Switch ist ein performancesteigender Hub, der allerdings für kleine Netze ohne Bedeutung, da sehr teuer ist.

Hot-Plugging

Die Verfügbarkeit eines Servers lässt sich auch durch die Möglichkeit erhöhen, einzelne Komponenten im laufenden Betrieb auszutauschen (Hot-Plugging). Was für RAID-Systeme und Netzteile schon Realität ist, befindet sich für PCI-Adapter allerdings gerade erst in der Markterprobung. Voraussetzung für Hot-Plugging ist, dass ein SCSI Controller dies unterstützt und dass das Gehäuse dafür ausgelegt ist. Fast alle namhaften Hersteller führen Hot-Pluggable-Festplatten, und die meisten Netzwerkbetriebssysteme unterstützen Hot-Plugging.

Racksysteme

Neben den oben vorgestellten so genannten Standalone-Rechnern, bei denen ein Rechner in einem Gehäuse untergebracht ist, gibt es im professionellen Bereich heute mehr und mehr Racksysteme: Ganze Rechnersysteme in schrankartigen Gehäusen. Hierbei sind der oder die eigentlichen Rechner in einem 19-Zoll-Gehäuse, die Speichermedien in seitlich wegklappbaren Schächten montiert.

Beim Racksystem ist alles auf Redundanz und Ausfallsicherheit ausgelegt, die einzelnen Bauteile sind Hot-Plug-fähig und von vorne zu bedienen. Servicearbeiten können daher leicht ausgeführt werden. Die industriellen Rechner in 19″-Technik erlauben auch den Tausch einzelner Baugruppen von vorne, beispielsweise von Festplatten. Racksysteme sind verschließbar und mit einer guten Be- und Entlüftung versehen. Oft ist eine zentrale Spannungsversorgung mit ebenfalls zentralem Potenzialausgleich vorhanden, um Spannungsspitzen/abfall aufzufangen. Vereinzelt sind die Seitenwände ebenfalls zu öffnen. Die Rückwand beherbergt meist die Verkabelung, die damit ebenfalls leicht zu erreichen ist. Durch die modulare Bauweise ist eine Erweiterung sehr einfach möglich. Die eingesetzten Bauteile und Baugruppen sind Industriestandard (19″-Technik) und daher leistungsfähiger als die meisten PC-Standardbauteile. Eingesetzt werden Racksysteme vor allem bei Internetprovidern oder in Rechenzentren.

Vorteile:

  • skalierbar
  • wartbar (man kann schnell an die jeweiligen Baugruppen gelangen)

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