Neben der Hard- und Software beeinflussen fünf Bereiche direkt die Sicherheit und Performance in Rechenzentren. Vom Rack über die Stromversorgung und Kühlung leistungsfähiger Computersysteme bis zur physikalischen Sicherheit und zum Remote-Monitoring sowie -Management.

IT-Sicherheit umfasst nicht nur den Schutz gegen Viren und Angriffe, sondern auch die Qualitätssicherung in der Stromversorgung.

Skalierbarkeit und Modularität sind Schlagworte, die nur unzureichend die Anforderungen moderner Rechenzentren beschreiben. Letztlich muss jeder Rechenzentrums-Verantwortliche ein Maximum an Performance aus den getätigten Investitionen heraus holen. Der Kostendruck gestattet in den seltensten Fällen eine großzügige Dimensionierung für möglicherweise kommende Lasten. Es ist also entscheidend, mit den Anforderungen zu wachsen. Dies führte zu modularen Computer- und Server-Systemen, die ständig leistungsfähiger werden – und dabei immer kleiner. Eine sichere, mitwachsende Infrastruktur ist jedoch mindestens ebenso wichtig, wie die Computer-Hardware. Erforderlich ist eine ganzheitliche Sicht der physikalischen IT-Infrastrukturen mit allen sie beeinflussenden Faktoren. Nur mit dem Blick fürs Ganze lassen sich Aufgaben und Herausforderungen zukunftssicher lösen.

Bestandteile einer sicheren IT-Infrastruktur

Heute können auf kleinem Raum immer mehr Rechner installiert werden. Sie alle finden Platz in Rack-basierten Basis-Infrastrukturen, denn diese Auslegung lässt sich an einen veränderten (Leistungs-) Bedarf anpassen. Die konstruktive Auslegung der Racks beeinflusst eine möglichst effiziente Raumausnutzung. In Schranksystemen wie dem »TS8« von Rittal vergrößern neu gestaltete Rahmenprofile den netto nutzbaren Innenraum deutlich. Bei Server-Racks spielen außerdem Themen wie Anreihbarkeit, höchste Stabilität und Zugriffssicherheit sowie umfassendes Zubehör und Klimatisierungsoptionen eine entscheidende Rolle.

Steigende Packungsdichte und extreme Verlustleistungen der neuesten Prozessorgenerationen erfordern intelligente und skalierbare Klimatisierungskonzepte. Von Lüfterlösungen und Luftführungen bis zu kaskadierbaren Luft-Wasser-Wärmetauscher-Lösungen und flüssigkeitsbasierender CPU-Kühlung reicht die Bandbreite beispielsweise bei Rittal. Sie deckt alle heutigen und künftigen Anforderungen ab. Allgemein sollte jede neue Lösung bereits vorhandene erweitern oder ersetzen können, ohne dass dazu die gesamte Rechnerinstallation außer Betrieb genommen wird. Denn schließlich geht es um die Sicherung der bereits getätigten Investitionen und die Verfügbarkeit der installierten Systeme, die auch durch notwendige Abschaltungen beeinträchtigt wird. Nächster Punkt ist die physikalische Sicherheit der Rack-Einbauten, die den Wert ihrer Gehäuse um ein Vielfaches übertreffen. Rack und Raum sollten daher heute mit einem Security-Management-System wie dem »Rittal CMC-TC« zentral überwacht werden. Es dient als Organisationseinheit und Schnittstelle zwischen unterschiedlichsten Sensoren zur präventiven Sicherung und Überwachung – von der Zutrittskontrolle über Temperaturmessung und -auswertung bis zur Video-Raumüberwachung und Rauchfrüherkennung.

Durch offene Systemauslegung bietet eine moderne Infrastruktur darüber hinaus die Fähigkeit zur Integration in Systeme des Facility-Management. Aufbauend auf dieser Technologie nutzt beispielsweise Rittal die Schnittstelle zur Integration von physikalischen Sicherheitskonzepten mit dem Remote-Management.

Bisher getrennt betrachtete Bereiche wie Rack, Cooling, Power und Security werden hier auf einer übergreifenden Plattform zusammengeführt. Die Fernadministration trägt dabei deutlich zu einer Reduktion laufender Betriebskosten bei und steigert sowohl die Verfügbarkeit als auch die Lebensdauer der Systeme durch optimale Umgebungs- und Betriebsparameter.

Ohne Power keine IT

Fast alle genannten Bereiche setzen eine zuverlässige Stromversorgung voraus. Folglich hat gerade das Segment Power einen sehr hohen Stellenwert. Es besteht aus drei Hauptelementen: Sogenannte Power-System-Module dienen der sicheren, berührungsgeschützten Einspeisung im Rack. Sie werden beispielsweise im TS8-Rack ohne Raumverlust eingesetzt und unterstützen eine überwachte Stromversorgung – auch mit redundanter zweiter Einspeisung, beispielsweise durch eine USV. Das aktive PSM zeichnet sich als Variation zusätzlich durch ein integriertes Display zur Anzeige des aktuell im Modul gemessenen Stroms aus. Eine Rot/grün-LED zeigt das Erreichen einstellbarer Last-Grenzwerte an. In Verbindung mit einer optionalen Fernüberwachung und Steuerung dient das aktive PSM als Sensoreinheit. Die Ansteuerung gestattet daneben die PC-gestützte An- und Ausschaltung der gesamten Steckdosenleiste, beispielsweise für Wartungsarbeiten. Mit einer abgesicherten Stromunterverteilung durch Power-Distribution-Module (PDM) und der übergeordneten Unterverteilung bis 250 A im sogenannten Power-Distribution-Rack (PDR) steht ein umfassendes Stromversorgungskonzept zur Verfügung, in dem alle Komponenten zusammenpassen. Die Verbindung des PDR mit dem Drehstromnetz ist nur ein einziges Mal vom Elektrofachpersonal einzurichten. Alle weiteren Arbeiten können nach Bedarf auch vom Nicht-Fachmann durchgeführt werden. Ein kaskadierbares Stromverteilungskonzept senkt dabei insgesamt die Installations- und Betriebskosten.

(Online-)USV steht für Sicherheit

Alle modernen Rechnersysteme sind extrem empfindlich gegenüber Qualitätsschwankungen in der Stromversorgung. Netzschwankungen im Millisekundenbereich kommen laut langjähriger Statistiken bis zu 100 Mal pro Jahr vor, während ein Stromausfall von mehreren Minuten oder Stunden statistisch nur vier bis fünf Mal pro Jahr auftritt. Schon kürzeste Ausfälle im Millisekundenbereich, Spannungsspitzen oder unsaubere Sinuswellen können zu unerklärlichen Rechnerabstürzen und Datenverlusten führen. Das heißt: Computersicherheit umfasst nicht nur den Schutz gegen Viren und fremde Angriffe, sondern in hohem Maße auch die Qualitätssicherung in der Stromversorgung. Statistische Erhebungen weisen nach, dass etwa 50 Prozent der Ausfälle von Computersystemen auf Mängel in der Stromversorgung zurückzuführen sind.

Daher ist der Betrieb einer USV für kritische Geschäftsprozesse die einzige professionelle, sichere Lösung. Denn mit der Online-Technik werden alle Störungen prinzipbedingt aus dem Stromnetz herausgefiltert. Im Online-Betrieb erfolgt die Stromversorgung der Verbraucher permanent über die USV. Das heißt, der Netzstrom wird über den Gleichrichter in Gleichspannung umgewandelt. Der nachgeschaltete Wechselrichter sorgt dann für eine perfekte, von dem öffentlichen Netz vollkommen entkoppelte, sinusförmige Wechselspannung, über die das Rechenzentrum – batteriegepuffert – betrieben wird.

Online vs. offline

Die Online-Technologie unterscheidet sich von Offline-Systemen dadurch, dass im Fall von maßgeblichen Strom- oder Spannungsschwankungen nicht erst auf die Batteriespeisung umgeschaltet werden muss. Dieser Umschaltvorgang beinhaltet stets ein, wenn auch geringes, Risiko bezüglich Dauer und Sicherheit des Schaltvorgangs, in dem das normale Stromnetz abgetrennt und die Versorgung aus den Batterien aktiviert wird.

Beim Thema USV setzen Hersteller wie Rittal auf Modularität, Redundanz und Skalierbarkeit. Die USV-Systeme haben das 19-Zoll-Raster und lassen sich daher in vorhandenen Schränken einsetzen. Die Module werden in ein- und dreiphasiger Auslegung – je nach Leistungsanforderung – angeboten. Einphasig wird der Bereich bis 6 kVA abgedeckt. Beispielsweise bietet das Rittal-Power-Modular-Concept im dreiphasigen Bereich mit maximal drei Modulen pro Rack Leistungen von bis zu 120 kVA. Sie alle erfüllen die USV-Klassifizierung anhand des Betriebsverhaltens gemäß der Norm IEC 62 040-3 und VDE 0558 Teil 530. Die meist zum Lieferumfang gehörende USV-Software gestattet neben der Visualisierung des Betriebszustands auch den vollautomatischen Shutdown von Systemen und Servern.

Das modulare Konzeptdesign solcher Lösungen minimiert die Anfangsinvestitionen bei der Erstinstallation, da USV-Kapazitäten nach Bedarf aufgerüstet werden – Stichwort: »Pay as you grow«. Damit lassen sich kostenintensive Überdimensionierungen im Anfangsstadium ebenso vermeiden wie Ersatzinvestitionen, die anfallen, wenn eine vorhandene USV durch eine leistungsstärkere ersetzt werden muss. Das modulare Konzept gilt auch für die erforderlichen Batteriesätze. Modular steht jedoch nicht nur für Erweiterbarkeit, sondern eröffnet auch die Option zur weiteren Steigerung der Sicherheit durch Redundanz – den sogenannten n+1-Betrieb. Hierbei ist stets ein Modul mehr im Einsatz als für die Nennleistung erforderlich wäre. Fällt ein Modul aus, so sind die verbleibenden in der Lage, unterbrechungsfrei die gesamte Last weiter zu versorgen. Die hohe Sicherheit wird nochmals gesteigert, weil jedes USV-Modul unabhängig mit eigener »Intelligenz« arbeitet, also auf einen eigenen Prozessor setzt. Die gewählte Architektur gestattet so Nachrüstung beziehungsweise Tausch einzelner Module im laufenden Betrieb. Service- und Reparaturzeiten profitieren von dieser Auslegung. Diese Technologie gestattet auch den Wechsel eines USV-Moduls in eine andere Installation, beispielsweise wenn sich die Rechenzentrumsanforderungen ändern und ein Server-Rack »umzieht«.

Bei starren Lösungen ist dies nicht möglich. Weil zu einer unterbrechungsfreien Stromversorgung auch das Wissen über deren Betriebszustand gehört, nehmen die Module optional einen SNMP-Adapter auf, der sich in die Remote-Monitoring und Management-Lösung integriert.

Die USV-Module sind durchgängig in Digitaltechnik aufgebaut. Sie steigert die Sicherheit durch eindeutige und reproduzierbare Signalverarbeitung ohne Toleranzen und ist damit der Analogtechnik überlegen. Gleichzeitig vermeidet eine sogenannte dezentrale Parallelarchitektur mit ihrer integrierten parallelen Kontrollelektronik für Gleichrichter, Booster, Wechselrichter und statischen Bypass den gefährlichen Single-Point-of-Failure. Der Begriff steht für eine Fehlerquelle, die ohne zusätzliche Absicherung allein zum Ausfall eines gesamten Systems führen kann.

Sollte es dennoch zu einem technischen Problem kommen, so kann jedes einzelne USV-Power-Modul zu Servicezwecken im laufenden Betrieb getauscht werden. Dies senkt die Wartungs- und Servicekosten und steigert die Verfügbarkeit, denn die USV muss niemals abgeschaltet oder komplett getauscht werden. Der hohe Wirkungsgrad senkt die Betriebskosten zusätzlich.

Die Batterien werden durch eine ripplefreie Ladeelektronik gegen Überladung geschützt. Die Elektronik reguliert den Ladestrom abhängig von den Umgebungstemperaturen. Ein eingebautes Battery-Management prüft periodisch Kapazität und Ladezustand der Batterien und löst bei Unregelmäßigkeiten automatisch Alarm aus.

Fazit

Eine Rack-gebundene IT-Infrastruktur garantiert die Performance und sichere Verfügbarkeit der IT. Modulare USV-Lösungen gewährleisten die hohe Verfügbarkeit für kritische Anwendungen durch die Kombination von Modularität und dezentraler Parallelarchitektur.

Ralf Dahmer, Director Product Management IT-Solutions, Rittal