Pflege und Aufbau eines Datennetzwerks im Rechenzentrum

Datennetzwerke bilden im Rechenzentrum die Struktur für den Transport von Daten. Aber wie geht man beim Aufbau und der Pflege eines derartigen Netzes am besten vor und welche Fallstricke und Stolpersteine lauern? Der folgende Erfahrungsbericht fasst die wichtigsten Fakten zusammen.

Ein Datennetzwerk hat die Aufgabe, Daten von einem Punkt zu einem anderen zu transportieren. Ein entsprechendes Netzwerk besteht aus Servern, Switches, Routern und Firewalls sowie der jeweils dazugehörigen Software. Sprich, es besteht aus vielen verschiedenen Hardware- und Software-Komponenten. Beheimatet sind die Geräte, die im Zusammenschluss ein Datennetzwerk bilden, im Fall von Adacor in den Rechenzentren von NTT (ehemals e-shelter) und Interxion in Frankfurt am Main.

Planung und Aufbau von Netzwerken

Bei der Planung und dem Aufbau eines Netzwerkes sind zahlreiche Vorgaben hinsichtlich Kapazitäten, Skalierbarkeit und Flexibilität zu berücksichtigen. Wir verfügen aufgrund der Geschäftstätigkeit über ein ausgeklügeltes Datennetzwerk. Für den reibungslosen Ablauf der Netzwerke bin ich als Teamleiter Network Operations zusammen mit unserem Geschäftsführer und CTO Patrick Fend verantwortlich. Mit unserem Team kümmern wir uns in den Projekten um das Continuous Lifecycle Management sämtlicher Datennetzwerke.

Basierend auf der IT Infrastructure Library (ITIL) umfasst dieser Prozess  fünf Phasen

1. Service Strategy
2. Service Design
3. Service Transition
4. Service Operation
5. Continual Service Improvement

Service Strategy (Servicestrategie)

Die sorgfältige Projektanalyse bildet die Grundlage für das gesamte weitere Vorgehen und die Wahl der genauen Servicestrategie. Die Aufgabe eines Datennetzwerkes ist der Transport von Daten von A nach B. Aber welche Bandbreite wird genau für das jeweils individuelle Projekt beziehungsweise Datennetzwerk benötigt? Wird eine 1Gigabit- oder 10Gigabit-Verbindung oder eine multiple 1Gigabit- oder multiple 10Gigabit-Verbindung benötigt? Das hängt davon ab, welche Geräte am jeweiligen Anfangs- und Endpunkt der Datenverbindung hängen.

Service Design (Planungsphase)

Auf Bedarfsanalyse und gewählte Strategie setzt die konkrete Planungsphase auf. Jetzt wird die für das Projekt benötigte Bandbreite verbindlich festgelegt. Sorgfältige Planung muss auch die Kompatibilität zwischen der gewählten Bandbreite und den eingesetzten Switches sicherstellen. Notwendige Redundanzen werden definiert und technisch beschrieben.
Redundanzen sind aus Sicht von Adacor unverzichtbare Netzwerkbestandteile. Sie haben einen hohen Stellenwert innerhalb eines Netzwerkes: Wer sich täglich mit Technologie beschäftigt, der weiß, dass auch mal etwas kaputtgehen kann. Wir haben den Anspruch, dass wir einen Ausfall eines Switches, ein defektes Kabel oder Ähnliches verkraften können, ohne dass es sich negativ auf das Kundenprojekt auswirkt oder es beeinträchtigt. Sind Redundanzen vorhanden, so lassen sich problemlos defekte Hardware-Komponente austauschen, Software-Updates einspielen oder notwendige Wartungsarbeiten durchführen, ohne das laufende Projekt zu beeinträchtigen. Ein weiterer positiver Nebeneffekt von Redundanzen: Beim Einsatz der richtigen Technologien verdoppelt sich die Bandbreite automatisch.

Zudem gilt es in dieser Phase festzulegen, welche Produkte welcher Hersteller genau zu welchem Zweck eingesetzt werden. Auch der genaue Übertragungsweg wird detailliert beschrieben und die Frage geklärt, ob für das Projekt Kupferkabel oder Glasfaserkabel verwendet werden. Kupferleitungen können maximal über einen Verbindungsweg von 100 Metern eingesetzt werden. Auf einem Campus verwendet man oft Multimode-Kabel mit einer Reichweite von bis zu 550 Metern. Für noch größere Distanzen – etwa im Rahmen einer Rechenzentrumskopplung – werden Single-Mode-Kabel verwendet.
Überlegungen zum Einkauf erfolgen ebenfalls in dieser Phase: Welche Hardwaremodelle werden eingesetzt und müssen angeschafft werden? Welche Optiken und welche Kabel werden benötigt? Sind die dazugehörigen Ersatzteile vorrätig oder müssen diese gesondert kalkuliert werden? Oder will man alternativ auf den Support des jeweiligen Herstellers setzen, der im Notfall beispielsweise binnen fünf Stunden Ersatz liefert?

Service Transition (Serviceüberführung)

In dieser Phase geht es um die konkrete Umsetzung: den Einbau der Geräte in die Racks des Rechenzentrums. Auch die im Vorfeld geplanten Redundanzen werden jetzt installiert. Nicht selten werden Switches mit bis zu 400 Kabelanschlüssen verbaut. Eine anspruchsvolle Aufgabe, die einige Stolpersteine beinhaltet. Wo werden die Kabel genau langgeführt? Wie verliert man bei dieser großen Anzahl von Anschlüssen nicht den Überblick?

Adacor hat eine spezielle Verkabelungsrichtlinie verfasst, die festlegt, welche Kabelfarbe welcher Funktion zugewiesen ist. Dies spart bei einem Incident viel Zeit, denn so kann man – sollte ein Kabel oder -anschluss betroffen sein – direkt auf die richtige Kabelfarbe fokussieren. Auch der sorgfältigen Kabelmarkierung räumen wir einen hohen Stellenwert ein. Mithilfe selbstlaminierender Kabelbeschriftung wird das Kabel eindeutig beschriftet und der Anfangs- und Endpunkt sowie gegebenenfalls Zwischenstationen werden auf dem Kabel vermerkt. Grundsätzlich werden Kabel wiederverwendet. Vorausgesetzt, sie halten einer Prüfung stand. Bei Glasfaserkabeln müssen zusätzlich vor dem beziehungsweise beim Stecken die Stirnflächen mithilfe von Kabelsäuberungsgeräten gereinigt werden. Darüber hinaus sind bei der Konfiguration der Ports eines Switches spezifische Namenskonventionen einzuhalten, sodass eine eindeutige Referenzierbarkeit zur Change Management Database (CMDB) gegeben ist.

Einen weiteren nicht zu unterschätzenden Aspekt stellt das gesamte „Environment Handling“ im Rechenzentrum dar. Die verbauten Geräte müssen vor Überhitzung durch zu hohe Wärmeentwicklung geschützt werden. Zusätzlich ist eine energieeffiziente Kühlung sicherzustellen. Dazu muss beim Einbau von Servern und Switches in ein Rack der jeweilige Luftfluss berücksichtigt werden. Man unterscheidet beispielsweise Front-to-Back-Cooling, Back-to-Front-Cooling und Side-to-Side-Cooling.

Zusätzlich ist die Frage relevant, wo genau ein Switch innerhalb eines Racks verbaut wird (Top of Rack (ToR) oder Middle of Rack (MoR)). Wir installieren Switches bevorzugt in der Mitte eines Racks. Den Switch grundsätzlich mit den Servern in einem Rack zu verbauen hat den Vorteil, dass insgesamt weniger Kabel (etwa zwei bis drei Meter) benötigt wird. Denn die Kabellänge will geplant sein, will man unnötigen Kabelwust vermeiden.

Kabel-Checkliste

• Kabeltyp wählen (Kupfer- oder Glasfaser)
• Kabelfarbe definieren
  • Für Kupferkabel gilt zum Beispiel:
    • Server zu Switch (Uplink): Grau
    • Switch zu Switch (Uplink/Failover): Rot
    • Server zu Server (Cluster): GelbBackup-Netz: Blau
  • Bei Lichtwellenleitern (LWL) gilt:
    • Multimode 1G: Orange
    • Singlemode: Gelb
    • Multimode OM3/OM4 (nur bei 10G üblich): Türkis
    • OM4+ (nur bei 10G üblich): Violett
• Bei Kupferkabeln Kabelkategorie festlegen (shielded, un-shielded und so weiter)
• Kabellänge wählen

Sind alle Geräte erfolgreich verbaut und installiert, wird das Monitoring eingerichtet und Failover-Tests sowie das Backup der Konfiguration werden durchgeführt.

Service Operation (Servicebetrieb)

Das Datennetzwerk wird nach eingehender Prüfung aller Funktionalitäten in den Betrieb übernommen. Das Monitoring des laufenden Projektes stellt sicher, dass auf Systemevents kurzfristig reagiert werden kann. Ergänzend bilden regelmäßig durchgeführte Backups die Grundlage für den reibungslosen Betrieb und die Wartung des Datennetzwerkes.

Continual Service Improvement (kontinuierliche Serviceverbesserung)

In dieser Phase geht es primär um Evaluation. Gab es bei dem Projekt in der Vergangenheit Probleme? Wie können diese zukünftig bestmöglich vermieden werden? Diese Fragen stehen nun im Mittelpunkt und münden erneut in einer projektspezifischen Analyse. In dieser wird festgelegt, ob und wann Updates notwendig sind, welche Kapazitäten zu welchem Zeitpunkt genau benötigt werden und wie der Service fortlaufend verbessert werden kann. Der Zyklus beginnt erneut.

Die wichtigsten Erfolgsfaktoren für den Aufbau eines Netzwerkes:

• Umfassende Bedarfsanalyse
• Sorgfältige Planung in Bezug auf die Grundkonzeption und zukünftige Skalierbarkeit des Netzwerkes
• Redundanzen einbauen (wo notwendig und möglich)
• Verwendung hochwertiger Hardware
• Passendes Event-Monitoring
• Sorgfältige Kapazitätsplanung

Fazit

Die ausführliche Bedarfsanalyse bildet zusammen mit einer sorgfältigen Planung die Grundlage für den effizienten Aufbau und den reibungslosen Betrieb eines Datennetzwerks. Die auf den ersten Blick aufwendig erscheinende konzeptionelle Vorarbeit inklusive der Planung von Redundanzen lohnt in jedem Fall. Sie spart im konkreten Betrieb Zeit und somit auch Kosten.