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27.09.1991 - 

Konzepte sollen Netze und verschiedene Medien mit einbeziehen

Kanalverlängerungen gehören zum Alltag im Rechenzentrum

Die Verlängerung von Host-I/O-Kanalanschlüssen über die von IBM erlaubten 400 Fuß für Bus&Tag-Kabel hinaus ist zur täglichen Routine in jedem RZ geworden. Zum einen läßt sich die Vielzahl der Peripheriegeräte in der direkten Umgebung des Rechners oft nicht unterbringen, zum anderen erfordern Sicherheitskonzepte eine räumliche Trennung verschiedener RZ-Einheiten.

Bei den herkömmlichen Einsatzgebieten für Kanalverlängerungen geht es um die Auslagerung von Peripherie mit dem Ziel, Stellplatz zu gewinnen oder teure Raummieten zu sparen. Drucker, Bandstationen oder CAD-Workstations werden an andere Standorte verlegt, wenn dies notwendig ist oder damit Kosten gespart werden können.

Räumliche Trennungen unter Sicherheitsaspekten, um im Katastrophenfall die Kanal-Peripherie eines ausgefallenen Rechners von einem entfernt stehenden Backup-Rechner übernehmen zu können, spielen ebenfalls eine große Rolle. Dazu gehört auch die Verlängerung der I/O-Kanäle in besonders gesicherte Gebäudekomplexe oder operatorlos betriebene RZ-Bereiche.

Ein weiteres Einsatzgebiet ist die möglichst schnelle Übertragung kleiner und großer Datenmengen unter Umgehung des Front-End-Prozessors durch direkte Kopplung zweier Rechner-Kanäle miteinander. Wenn jede Transaktion Geld bedeutet und die Geschwindigkeit entscheidet, ist der direkte Weg zum Host-I/O-Kanal mit Sicherheit der schnellste.

Der klassische Einsatzfall ist der RZ-Umzug, bei dem oft zwei oder mehrere Standorte mit Kanal-Peripherie gleichzeitig betrieben werden und miteinander auf Kanalebene verbunden sein müssen.

Ein Aspekt, der Kanalverlängerungen eine relativ neue, strategische Bedeutung zuweist, ist die immer öfter stattfindende Konsolidierung von Rechenzentren. Während ein Rechenzentrum schnell aufgelöst ist, bleibt die vor Ort zu erfüllende Aufgabe erhalten. Da diese Aufgabe fast immer mit Hilfe von direkt am Kanal angeschlossener Peripherie erfüllt worden ist, muß ein Weg gefunden werden, diese Geräte an das neue entfernt stehende Rechenzentrum anzuschließen. Die Kanäle müssen verlängert werden.

Traditionell findet hier eine reine Punkt-zu-Punkt-Verlängerung der I/O-Signale über eine begrenzte Entfernung statt. Dies stellt eine Lösung dar, die für begrenzte Anforderungen vollkommen ausreicht. Das Einsatzgebiet beschränkt sich auf eine Entfernung von eins bis fünf Kilometer vom Rechner. In diesem Bereich sind mengenmäßig die meisten Kanalverlängerungen zu finden. Auch bei größeren Entfernungen, im Bereich zwischen 5 und 50 Kilometern kann diese Technik erfolgreich eingesetzt werden, um die Kanal-I/O-Signale zu verlängern. Je länger allerdings die Laufzeiten für die Signale werden, desto höher werden die notwendigen Geschwindigkeiten, um den I/O-Kanal nicht zu lange festzuhalten. Denn der I/O-Kanal kann erst wieder freigegeben werden, wenn die entsprechende Antwort vom entfernt stehenden Peripheriegerät zurückgekommen ist.

Je nach genutzter Geschwindigkeit und Entfernung kann es zu dem in der Praxis bekannten Problem des zu 100 Prozent belegten I/O-Kanals kommen. Der Kanal muß in solchen Fällen zu lange auf die ausstehende Antwort vom entfernt stehenden Peripheriegerät warten und sich gedulden.

Es ist deshalb auch verständlich, daß diese Art von Kanalverlängerung fast immer mit Glasfaser als Übertragungsmedium arbeitet, um möglichst schnell zu sein. Je nach System wird mit Geschwindigkeiten von 1 bis 40 Mbit/s gearbeitet.

Eine sogenannte zweite Generation von Kanalverlängerungen arbeitet mit dem Split Ending Status. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Kanalverlängerung gegenüber dem Host den Empfang der Daten sofort bestätigt und der Kanal für die Kommunikation freigegeben wird. Weitere Übertragungen auf dieser spezifischen Subchannel-Adresse können allerdings erst dann stattfinden, wenn auch das entfernt stehende Endgerät den Empfang der Daten bestätigt hat. Die hundertprozentige Auslastung des Kanals durch Wartezustände wird damit vermieden, übertragungsbedingte Verzögerungen wirken sich weiterhin auf die Performance aus.

Glasfaser-Strecken mit begrenzter Reichweite

Da Glasfaser-Strecken in ihrer Reichweite durch die mediumbedingte Dämpfung begrenzt sind, müssen bei Entfernungen von über 60 Kilometer herkömmliche serielle Übertragungsstrecken eingesetzt werden. Der Übergang von einem I/O-Kanal, der mit bis zu 4,5 Mbyte/s arbeiten kann, auf zum Beispiel eine 64-Kbit/s-Leitung erscheint im ersten Augenblick vollkommen unmöglich. Die Transformation wird erst dann wieder praktikabel, wenn die Betrachtung der von den einzelnen Peripheriegeräten effektiv genutzten Kanal-Datenraten erheblich niedrigere Geschwindigkeiten ergibt. Zum Beispiel arbeitet ein normaler Band- oder Seitendrucker mit einer effektiven Geschwindigkeit von 30 bis 300 Kbit/s.

Ähnlich liegen die Werte für Terminal Controller, Front-End-Prozessoren oder CAD-Workstations. Eine Ausnahme bilden die Band- und Plattenstationen, die durchweg einen sehr hohen Teil der Kapazität eines I/O-Kanals nutzen können. Effektive Kanaldatenraten liegen hier im Bereich von 5 bis 25 Mbit/s und übersteigen damit deutlich die Geschwindigkeiten bekannter Dateidienste.

Seitendrucker wird zum stotternden Ungetüm

Es bleiben aber eine ganze Reihe von Kanal-Peripheriegeräten übrig, die über herkömmliche Netze verlängert werden können. Da hierbei aber nicht mehr die hohen Übertragungskapazitäten und die Sicherheit von Glasfaser-Leitungen zur Verfügung stehen, wird bei einer einfachen Verlängerung die Laufzeit und die Fehlererkennung zu einem immer größeren Problem. Der Host weiß nichts von einer Übertragungsstrecke an seinem I/O-Kanal, er kennt keine Übertragungsprobleme.

Die Performance wird deshalb, ausreichende Bandbreite vorausgesetzt, entscheidend von der Arbeitsweise der Kanalverlängerung bestimmt. Ein Seitendrucker kann auch an einer 2-Mbit/s-Leitung zu einem stotternden Ungetüm werden, das ständig zwischen Vollgas und Vollbremsung hin und her schwankt, wenn nicht genügend Output herangeschafft wird. Es ist die Aufgabe der Kanalverlängerung, für kontinuierlichen Nachschub und gute Performance für alle angeschlossenen Geräte zu sorgen.

Neueste Kanalverlängerungen haben nichts mehr mit den klassischen Produkten in dieser Marktnische zu tun. Es sind Hochleistungs-Netzwerk-Prozessoren mit enormen Durchsatzkapazitäten, um die auf dem I/O-Kanal anfallenden MByte/s auch wirklich bewegen zu können. Sie sind vor allen Dingen deshalb entstanden, weil ein intelligenterer Weg gefunden werden mußte als die Verlängerung eines Kanals über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Je nach Entfernung hat die klassische Kanalverlängerung mit Bandbreiten- oder Performance-Problemen zu kämpfen und läßt bei Kommunikationsstörungen den Anwender ohne jede alternative Backup-Verbindung.

Außerdem ist es eine vollkommen logische Forderung, teuer bezahlte Bandbreite auch wirklich optimal zu nutzen und nicht wegen ein paar entfernt stehenden Druckern ein teures Glasfaser-Kabel verlegen und bezahlen zu müssen. Die Drucker allein werden die Glasfaser nie auslasten können.

Anforderungen an Kanalverlängerungen

Ein anderer wichtiger Gesichtspunkt ist die Integration in bereits vorhandene Anwender-Netze. Kanal-Verbindungen müssen in existierende Netzstrukturen einbezogen werden können.

Zu den Anforderungen, die heute an Kanalverlängerungen gestellt werden und die speziell unter dem Aspekt RZ-Konsolidierungen und Auslagerungen zu sehen sind, gehören eine ganze Reihe von Punkten, die an dieser Stelle kurz aufgelistet werden sollen.

- Wirkliche Entfernungsunabhängigkeit: Es darf keine Rolle spielen, ob die Verbindung in der gleichen Stadt oder über eine Satellitenverbindung einmal um den Erdball aufgebaut werden muß.

- Unterstützung unterschiedlicher Medien: Angefangen bei 9,6 Kbit/s bis 100 Mbit/s müssen serielle Leitungen genauso unterstützt werden wie LANs, Glasfaser oder die weniger bekannten E3-Leitungen (34 Mbit/s).

- Auslastung der Bandbreite: Was nutzt eine 2-Mbit/s-Leitung, wenn davon real nur 50 Prozent genutzt werden. Es muß sichergestellt sein, daß die effektive Bandbreite auch wirklich voll ausgenutzt wird.

- Unterstützung aller Kanalgeschwindigkeiten: Die Unterstützung aller Kanalgeschwindigkeiten von 1,5 bis 4,5 MByte/s und zumindest ein Plan zur Unterstützung der neueren Escon-Verbindungstechnik muß gegeben sein.

- Integration von Nicht-IBM-Rechnern: In einer Umgebung, die von mehr als einem Rechner-Hersteller geprägt ist, müssen auch andere Host-Systeme unterstützt werden können.

- Keine Eingriffe in die Host- oder Endgeräte-Software: Die Kanalverlängerung muß vollkommen autark vom Host und den Endgeräten funktionieren und darf nicht in die Kanal-I/O-Software eingreifen.

- Automatisches alternatives Routing: Der Ausfall einer Verbindung darf nicht zum kompletten Ausfall für einen Standort werden. Alternative Verbindungen müssen automatisch genutzt werden.

- Lastausgleich: Die Bandbreite paralleler Leitungen muß zusammengefaßt werden können, um eine optimal abgestimmte Performance bieten zu können.

- Sicherheit: Die übertragenen Informationen müssen sicher und unverfälscht übertragen werden.

- Netzwerk-Management: Diese kritischen Verbindungen müssen immer einer optimalen Kontrolle unterliegen. Dazu gehört ein autarker Netzwerk-Management-PC genauso wie das Netview-Interface und die Möglichkeit der kompletten Remote-Wartung und -Diagnose.

- Offenheit für die Zukunft: Die Systeme müssen flexibel an die verschiedensten Anforderungen angepaßt werden können, ohne Aufwand erweiterbar sein und offen sein für zukünftige Standards.

All diese Anforderungen zusammengenommen, findet hier die Migration Kanal-Verlängerung hin zu eigenständigen Kanal-Netzwerken statt.

Um die Auswirkungen solcher Kanal-Netzwerke besser beurteilen zu können, betrachten wir ein Beispiel. Ein Konzern ist durch Aufkauf und den Zusammenschluß mit einem anderen Unternehmen Betreiber von drei Rechenzentren geworden. Der Standort eines Rechenzentrums soll aus Kostengründen aufgelöst werden, ein Teil der Kanal-Peripherie bleibt am Standort erhalten. Die beiden verbleibenden Rechenzentren sollen aus Sicherheitsgründen als gegenseitige Backup-RZs ausgebaut werden und sich außerdem auf bestimmte Anwendungen spezialisieren. Alle Anwender im Verbund sollen grundsätzlich Zugang zu allen Anwendungen haben.

Am Standort A und B befinden sich die beiden Rechner mit ihrer jeweiligen Peripherie und einem eigenen Netzwerk. Im Normalfall sollen die beiden Systeme über eine Rechner-Rechner-Verbindung gekoppelt sein, um einen möglichst schnellen Datenaustausch zu erlauben und den unternehmensweiten Zugriff auf alle Daten sicherstellen zu können. Für den Backup-Fall findet die Datensicherung direkt auf den Bandeinheiten des jeweiligen anderen Rechenzentrums statt. Beim Ausfall eines Rechners soll auch ein Teil der Kanal-Peripherie des ausgefallenen Systems mitübernommen werden.

Eine Bandbreiten-Kalkulation hat ergeben, daß für die genannte Aufgabenstellung zwischen den Rechenzentren eine Bandbreite größer als 10 Mbit/s vorhanden sein muß. Für diese Aufgabe kommen als Medium je nach Entfernung und Umgebung sowohl LANs als auch Glasfaser- oder E3-Verbindungen in Frage. Auch eine entsprechende Anzahl von 2-Mbit/s-Leitungen wäre denkbar. Im Normalfall wird die Verbindung zwischen A und B als Rechner-Rechner-Verbindung und für die Datensicherung genutzt.

Im Backup-Fall kann der Backup-Rechner die am Netzwerk-Prozessor angeschlossene Peripherie im jeweils anderen Rechenzentrum übernehmen. Die Anwender können nach kurzer Unterbrechung weiterarbeiten. Die notwendigen Daten sind durch die Datensicherung über das Netz bereits vor Ort. Bei Ausfall der Verbindung zwischen A und B würde automatisch die Verbindung über den Standort C als alternativer Pfad gewählt. Im Störungsfall kann das Kanal-Netzwerk von beiden Standorten unabhängig voneinander gesteuert und gewartet werden.

Die Peripherie im Standort C läßt sich auf drei Kanäle reduzieren, die mit unterschiedlichen Geräten bestückt sind. Dabei können einzelne Endgeräte wahlweise dem Rechner A und B zugeordnet werden. Einheiten auf einem physikalischen Kanal können dabei logisch mit unterschiedlichen Rechnern verbunden sein. Eine Änderung der Zuordnung ist während des Betriebes ohne Probleme möglich.

Eine Berechnung der benötigten Bandbreite ergab, daß ein Durchsatz von 5 Mbit/s zu erwarten ist. Dieser Anforderung wird mit drei parallelen 2-Mbit/s-Leitungen Rechnung getragen. Bei Ausfall der direkten Verbindungen von C nach A beziehungsweise B steht immer der alternative Pfad zwischen A und B als Backup-Verbindung zur Verfügung.

Bei der hier gestellten Aufgabe wird den Konsolidierungsanforderungen, der Rechnerkopplung und den Sicherheitsaspekten mit einem Kanal-Netzwerk gleichermaßen entsprochen.

Integration in ein privates Netzwerk

Ein Unternehmen verfügt bereits über ein privates, vermaschtes Multiplexer-Netz zu den vier Betriebsstandorten. Um in der Konstruktion mehr Betriebsnähe zu bekommen und schneller auf Änderungen reagieren zu können, sollen die entsprechenden Arbeitsplätze von C und D ausgelagert werden.

Der Transport der in C gedruckten Rechnungen zum zentralen Versand nach B hat bereits mehrfach unnötig Zeit und damit Geld gekostet. Um einen Versand der Rechnungen am gleichen Tag sicherstellen zu können, soll ein Seitendrucker von C nach B ausgelagert werden.

Im Zusammenhang mit zeitkritischen Datenbankabfragen wird dem Rechner in A der direkte Zugriff auf den Datenbankrechner in C gewährt.

Da bereits ein vermaschtes Netz existiert, ist für ein neu aufzuschaltendes Kanal-Netzwerk nur die erforderliche

Übertragungskapazität sicherzustellen. Weitere notwendige Leitungen könnten durch die parallele Nutzung für die firmeninterne Sprachkommunikation ebenfalls eine Rentabilitätssteigerung bedeuten. In einem solchen Fall reicht der Ausbau des existierenden Netzes, um den direkten Kanal-Zugriff von allen Standorten sicherstellen zu können.

Da die effektive Übertragungsgeschwindigkeit für die meisten Endgeräte weit unter der theoretisch möglichen Kanal-Geschwindigkeit liegt, ist die Nutzung der im Moment angebotenen Dateidienste oft ausreichend. Wünschenswert wäre es, wenn auch Geschwindigkeiten zwischen 64 kbit/s und 2 Mbit/s angeboten würden, um auf spezifische Anforderungen besser eingehen zu können. Heute muß sich jeder Anwender in einem solchen Fall seine eigene Lösung zusammenstellen.

Bei höherem Übertragungsgeschwindigkeiten sieht es sehr unterschiedlich aus. Während Glasfaser-Verbindungen fast überall angeboten werden, sind E3-Verbindungen (34 Mbit/s) nur punktuell verfügbar. Das ist eigentlich unverständlich, da die entsprechende Technologie in der Praxis bereits erprobt ist. Gerade für RZ-Backup-Anforderungen wäre es wünschenswert, auch Hochgeschwindigkeitsleitungen kurzfristig schalten zu können. Warum muß im Zeitalter der Kommunikation ein Lkw, huckepack einen Host tragend, angefahren kommen, um die Peripherie eines ausgefallene Rechners wieder in Betrieb nehmen zu können.

Aus Kanalverlängerungen - so das Resümee - sind leistungsfähige Netzwerk-Prozessoren entstanden. Sie schaffen Verbindungen zwischen Host- und Peripherie-Kanälen, über unterschiedlichste Kommunikationsmedien, auf Basis eines vom Host-System autarken Kanal-Netzwerks. Die benötigte Übertragungsbandbreite wird von den anzuschließenden Endgeräten und ihrer Nutzung bestimmt. Kanal-Netzwerke arbeiten entfernungsunabhängig, sind flexibel konfigurierbar und können entsprechend den Anforderungen vernetzt werden. Sie sind hervorragend geeignet für notwendige Auslagerungen, unterstützen Sicherheitskonzepte und schaffen große Flexibilität für die Planung existierender und zukünftiger Rechenzentren und deren Konsolidierung.