Verkabelung bildet Basis für effiziente RZ-Netzwerke
Das richtige Netzmaterial
Mit fortschreitenden Innovationen bei der Übertragungsbandbreite und den Netz- werk-Topologien steigen auch die Anforderungen an die Verkabelungsinfrastrukturen in Rechenzentren. Die immer kürzeren Innovationszyklen in der Netzwerktechnik erfordern ein hohes Maß an Skalierbarkeit und Modularität der Telekommunikations-Verkabelungsinfrastruktur, um Zukunftssicherheit bieten zu können.
Um die Grundgeschwindigkeit (Lane Speed) eines Ethernet-Dienstes zu betreiben, waren früher stets zwei Glasfasern nötig. Diese Lane Speed lag vor zehn bis zwölf Jahren noch bei zehn GBit/s, legt jedoch ständig zu. Heute kommen die ersten Geräte mit eine Grund-geschwindigkeit von 100 GBit/s auf den Markt.
Um die Ethernet-Bandbreite zu erhöhen sind – und werden weiterhin – auch Dienste definiert, die mehrere Grundgeschwindigkeiten parallel betreiben. In diesem Fall kommen mehr als zwei Fasern zum Einsatz, entsprechend der Anzahl der Lane Speeds, die parallel zu übertragen sind. Die Grafik unten zeigt den Zusammenhang zwischen Einzelbetrieb der Lane Speeds (zwei Fasern) und den Parallelbetrieb (acht, 16 oder 32 Fasern). Diese Parallel-Technik kommt sowohl bei Multimode-Diensten als auch bei Singlemode-Diensten zum Einsatz.
Der Umstieg auf schnellere, parallele Ethernet-Dienste (zum Besipiel der neue 400G-Standard) mit dem Ziel kürzerer Latenzzeiten, schlägt sich in den Rechenzentren auch in der Anzahl der verwendeten Glasfasern und in der Anzahl der Kabel nieder. Dies macht die Verwaltung von Kabeln zwangsläufig zeitintensiver. Die Auswirkungen einer schlechten Verwaltung werden spürbarer. Umso wichtiger ist es, Kabelarten und Verkabelungskonzepte von vornherein in der Planung zu berücksichtigen, um die Grundlagen für ein effizientes Kabel-Management zu schaffen. Mit dem Einzug der Server-Virtualisierung in Cloud-Rechenzentren und dem damit einhergehenden Wachstum des Datentransports im Rechenzentrum nahm auch die Bedeutung einer geringen Latenzzeit zu, um die Datenübertragung schnell und effizient zu machen. Traditionelle Netz-werke hatten noch drei Switch-Hierarchien, die jedoch hinsichtlich Latenzzeit und Verfügbarkeit modernen Cloud-Ansprüchen nicht mehr genügten. Eine neue, auf virtualisierte Cloud-Netzwerke optimierte Netzwerkarchitektur hielt Einzug: das sogenannte Spine/Leaf-Konzept.
Spine/Leaf-Netzwerke bestehen nur aus zwei Switch-Hierarchien, was in weniger Switch-Übergängen zwischen zwei Punkten und somit geringerer Latenz resultiert. Dieser Aufbau zeichnet sich dadurch aus, dass jeder Leaf-Switch, in der Regel ein sogenannter Top-of-Rack-Switch (ToR), mit allen Spine-Switches verbunden ist. Durch diese Parallelanbindung der Leaf-Switches stehen jedem Server am Leaf-Switch mehrere Wege des Datentransports zur Verfügung, wodurch er gleichzeitig mit mehreren Servern kommunizieren kann.
An den vielen Verbindungen zwischen dem Spine und den Leaf Switches ist zu erkennen, dass dieses Konzept wesentlich mehr Glasfaserverkabelung benötigt. Neben der Parallelisierung der Ethernet-Dienste ist die Nutzung der Spine/Leaf-Netzwerktopologie der zweite Grund von immer höherer Glasfasernutzung im Rechenzentrum. In früheren Verkabelungen dominierte bekanntlich noch die Kupfertechnik in den Rechenzentrums-Reihen.
Aus zwei Gründen kommt Kupfer mittlerweile – wenn überhaupt – nur noch beim Netzwerk-Management zum Einsatz: Die Verbindungen zwischen den Spine- und Leaf-Switches sind heute hochperformant (mindestens 100 GBit/s) und daher nicht mehr mit Kupferkabeln zu realisieren. Der letzte Ethernet-Dienst mit Kupferanschlüssen mit 100 Meter Länge war 10 GBit/s. Alle höheren Lane Speeds wurden erst mit Glasfaser möglich. Außerdem hat das ToR-Konzept die traditionelle End-of-Row-Verkabelungsart abgelöst, bei der jeder Schrank in einer Reihe vom Endschrank mit Verkabelung versorgt ist. Heute befinden sich Switches befinden sich meist „oben im Schrank“ und sind per Glasfaser mit dem Spine-Switch verbunden.
Mit den ersten europäischen Normierungsbestrebungen zum Thema Verfügbarkeitsklassen im Bereich Datacenter-Design um 2010 wurde schnell klar, dass die entsprechenden Gremien auch für eine Rechenzen-trumsverkabelung verschiedene Architekturen passende zu den Verfügbarkeitsklassen definieren mussten. Ein Rechenzentrumsnetzwerk ist eine dynamische Einheit mit vielen Änderungen und Neuerungen im Lauf der Zeit: Zusätzliches Equipment muss installiert und verkabelt werden, Ethernet-Dienste verändern sich mit der Zeit, Bandbreiten steigen. All dies muss die Verkabelungsinfrastruktur bewältigen können, ohne, wie man es bei älteren Rechenzentren immer noch sehen kann, aus dem Ruder zu laufen. Schließlich behindern ungeordnete Kabel und überfüllte Kabelschächte die Belüftung, sorgen für Hitzestau und beanspruchen Kühlsysteme übermäßig. Außerdem steigern unüberschaubare Kabelmassen nicht nur Reparaturzeiten, sondern auch Kosten für An- und Umbauten.
Als Antwort auf diese Herausforderungen hat die EN 50600-2-4 für die relevanten Verfügbarkeitsklassen (besser als Klasse 2) Architekturen mir einer sogenannten Central Patching Location (CPL) definiert. Die CPL, auch Crossconnect genannt, verbindet alle Schränke im Rechenzentrum miteinander. Dadurch ergeben sich viele Vorteile:
- Die Verkabelung ist universell und nicht an eine einzelne, momentan benutzte Topologie gebunden,
- die CPL ist initial einfach dimensionierbar und skalierbar im Betrieb für ein mögliches Wachstum,
- die CPL muss nicht notwendigerweise in den Netzwerkreihen stehen und ermöglicht dadurch mehr Platz für aktive Netzwerkkomponenten, und
- in der Regel dienen als CPL sogenannte Glasfaserverteilergestelle (ODF, Optical Distribution Frame), die hinsichtlich Kabelführung, Kabel-Management und Patch-Kabel-Bedienung den Normvorgaben entsprechen müssen.
Dank solcher standardisierter Ansätze zur Planung, Installation und Verwaltung lässt sich effizientes Kabel-Management leichter umsetzen. Dies erleichtert die Identifizierung einzelner Kabel und damit auch Wartungsarbeiten oder das Beheben von Fehlern.
Die Netzwerkverkabelung bildet das Rückgrat für eine stabile und effiziente Kommunikation zwischen den verschiedenen Netzwerkgeräten eines Rechenzentrums. Neben den bereits aufgeführten traditionellen Eigenschaften muss eine effiziente Verkabelung noch zwei weitere Aspekte berücksichtigen: Modularität und eine damit einhergehende Skalierbarkeit sind Schlüsselfunktionen einer modernen strukturierten Netzwerkverkabelung, die eine lange Nutzungsdauer ermöglichen.
In jedem RZ müssen mit höheren Bandbreiten neue Netzwerktechniken mit anderen Verkabelungsanforderungen eingesetzt werden. Bei einer modularen und skalierbaren Verkabelung spielen vor allem vorkonfektionierte Systeme bestehend aus Patch- und Trunk-Kabel sowie sogenannte Breakout-Module eine Schlüsselrolle. Patch-Kabel sind kurze Kabel, die zum Anschluss von Geräten an Patch-Panel, Switches oder Server dienen. Gewöhnlich handelt es sich dabei um Twisted-Pair- oder Glasfaserkabel. Trunk-Kabel werden hingegen zur Übertragung großer Datenmengen zwischen verschiedenen Netzwerkkomponenten eingesetzt. Sie ermöglichen Hochgeschwindigkeitsverbindungen, die den Datenverkehr zwischen Servern, Switches, Routern und anderen Netzwerkelementen innerhalb des Rechenzentrums sicherstellen.
Damit sorgen Trunk-Kabel für eine schnelle und zuverlässige Kommunikation zwischen den Geräten und Systemen. Die Trunk-Kabel lassen sich zwischen Breakout-Modulen verlegen, die die Glasfasern des Mehrfachsteckverbinders in Duplex-Steckverbinder mit zwei Fasern aufteilen.
Fazit
Mit ressourcenintensiven Anwendungen wie Big Data, IoT oder KI, dem Wunsch nach geringen Latenzzeiten sowie der Einführung von 400G wachsen die Anfor-derungen an Netzwerke in Rechenzentren. Dies bringt neben einem höheren Bedarf an Kabeln auch den
vermehrten Einsatz von Glasfaser mit sich. Um die
daraus resultierenden Herausforderungen meistern zu können, müssen Betreiber von Rechenzentren frühzeitig auf strukturierte Verkabelung und nachhaltiges Kabel-Management setzen.
Hans-Jürgen Niethammer ist Solution Architect Data Center EMEA bei CommScope.
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