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23.02.2006

Networking trotz Netzausfall

Rüdiger Odenthal 
Stromausfälle und elektronische Störungen behindern die permanente Systemverfügbarkeit, falls die Anlagen nicht durch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) abgesichert sind.
Eine moderne USV überwacht die IT-Systeme und meldet Störungen über das IP-Netz an die Administration.
Eine moderne USV überwacht die IT-Systeme und meldet Störungen über das IP-Netz an die Administration.

Die IT- und TK-Netzwerke zählen heute zur lebenswichtigen Infrastruktur eines Unternehmens. Selbst kurzzeitige Unterbrechungen der elektronischen Kommunikation können die Geschäftsprozesse schwer stören. Hohe Systemverfügbarkeit ist deshalb eine der wichtigsten Forderungen an Netzwerke. Dazu bedarf es einer sicheren Stromversorgung.

Offline-USV

VFD - Voltage and Frequency Dependent from Main Supply:

Die Betriebsart der VFD-USVs wird auch mit Offline-, Stand-by-, Bereitschaftsbetrieb oder passiver Mitlaufbetrieb bezeichnet. Bei diesen USVs werden die zu versorgende Geräte im Normalbetrieb direkt aus der aktuellen Netzspannung gespeist. Fällt das Netz aus, schaltet die USV auf Akkubetrieb um. Dabei kommt es je nach Modell jedoch zu Schaltverzögerungen von zwei bis zehn Millisekunden, was für Computersysteme in Ausnahmefällen bereits zu lange sein kann. Dieser USV-Typ bietet Schutz vor Unter- und Überspannung, indem er bei größeren Spannungsschwankungen auf Batteriebetrieb umschaltet.

Line-Interactive-USV

VI - Voltage Independent from Main Supply:

Die Betriebsart der VI-USVs ist auch unter dem Namen Single-Conversion, Delta-Conversion Line-Interactive oder aktiver Mitlaufbetrieb bekannt. Bei dieser Bauart handelt es sich um eine verbesserte Variante der Offline-USV. Diese Systeme verfügen über eine eigene Intelligenz, die dafür sorgt, dass die Ein- und Ausgangsspannung permanent überwacht und innerhalb einstellbarer Toleranzen geregelt werden. Die Umschaltzeit bei Stromunterbrechung ist kürzer als bei Offline-USVs und liegt bei etwa zwei bis sechs Millisekunden. Line-Interactive USVs bieten ebenfalls ausreichenden Schutz vor Über- und Unterspannung.

Hier lesen Sie …

• welche Stromstörungen auftreten können;

• wie sich USV-Anlagen administrieren lassen;

• wie sich USV-Anlagen ins Netz einbinden lassen;

• welche Funktionen eine USV-Steuerungssoftware enthalten sollte.

Online-USV

VFI Voltage and Frequency Independent:

Die Betriebsart dieser USVs ist auch unter dem Namen Online, Double-Conversion, Dauerbetrieb oder Dauerumwandler bekannt. Bei diesen USVs werden sowohl im Normalbetrieb als auch im Fall eines Netzausfalles die angeschlossenen Systeme über den Wechselrichter versorgt. Ein Gleichrichter versorgt im Normalfall sowohl den Wechselrichter als auch die Akkus. Fällt die Netzversorgung aus, erhalten die angeschlossenen Systeme ohne jede Verzögerung weiter ihre Energie. Für die Wartung verfügen Online-USVs über eine Bypass-Schaltung, damit werden die versorgten Geräte vom Wechselrichter entkoppelt, so dass sich die USV ohne Nachteile für die angeschlossenen Systeme abschalten lässt. Gleichzeitig bietet diese Bypass-Funktion eine geräteinterne Redundanz, was der zu erwartenden Verbraucherverfügbarkeit deutlich zugute kommt. Dieser USV-Typ schützt vor Unter- und Überspannung sowie Störspannung oder Frequenzschwankungen im öffentlichen Stromnetz.

Hierzulande hat man auf den ersten Blick den Eindruck, dass das öffentliche Elektrizitätsnetz zuverlässig und permanent Energie liefert. Großflächige Totalausfälle, wie sie in den letzten Jahren in den USA immer wieder vorgekommen sind, sind in unseren Breiten eher selten. Trotzdem ist die Stromversorgung ein kritischer Faktor für die Systemverfügbarkeit, denn die Energieversorgung aus dem öffentlichen Stromnetz ist nicht hundertprozentig garantiert. Die Qualität des Stromnetzes ist nicht immer gewährleistet, es kann zu Über- und Unterspannung und Frequenzschwankungen kommen. Das Stromnetz transportiert vielfältige elektrische Störungen (Transienten, hochfrequentes Rauschen), die schädliche Auswirkungen auf IT- und TK-Infrastruktur haben.

Während der Totalausfall der Stromversorgung durch den Absturz der Systeme gleich bemerkt wird, ist ein Brown-out (Absinken der Spannung unter den Nennwert) nicht immer sofort erkennbar. Die Wirkung auf das IT-System ist allerdings ähnlich: Datenverlust und Systemabstürze mit Korruption von Programmen und Daten sind die Folge. Über- und Unterspannung können, auch wenn sie nur kurzzeitig auftreten, nicht nur Daten verfälschen, sondern die Hardware beschädigen. Hochfrequentes Rauschen führt zu nicht reproduzierbaren Fehlfunktionen der Software.

USV gegen Netzstörungen

Alle USVs bestehen im Prinzip aus einem Akkumulator sowie elektronischen Wechsel- und Gleichrichtern, wie die in den Kästen beschriebenen verschiedenen USV-Konzepte zeigen. Die aufwändigste, aber auch sicherste Variante ist das Doppelwandlerverfahren (Online oder VFI), weil hierbei das zu versorgende System ständig vom Netz isoliert ist. Deshalb werden nicht nur Stromausfälle ohne Umschaltpausen überbrückt, sondern auch andere Störungen von den Anwendern ferngehalten.

Bei einem Stromausfall versorgt eine Batterie die angeschlossenen Systeme. Deren Speicherkapazität und Ladezustand bestimmt, wie lange der Notbetrieb aufrechterhalten wird. Die Überbrückung kurzer Netzstörungen im Sekundenbereich ist in der Regel für die USV kein Problem. Kommt es zu längeren Ausfällen, ist dafür zu sorgen, dass die angeschlossenen Systeme kontrolliert heruntergefahren werden. Kontrolliert bedeutet, dass aktuelle Daten gesichert und Programme ordnungsgemäß geschlossen werden.

Systemadministration

Bei modernen USV-Anlagen geschieht die Interaktion mit dem zu versorgenden System nicht mehr manuell, sondern automatisch über die Systemadministration. Dazu verfügt die USV über eigene Intelligenz: Eine Steuersoftware informiert die Administratoren über den Zustand der USV und hilft so bei der Steuerung, wenn etwa die Systeme ordnungsgemäß herunterzufahren oder automatische neu zu starten sind.

Zur Absicherung nur eines Servers oder einer Workstation reicht die direkte Kommunikation über die serielle oder USB-Schnittstelle zwischen USV und dem System aus. Moderne Betriebssysteme wie die neueren Windows-Versionen verfügen bereits über integrierte USV-Steuer- und Monitoring-Funktionen. Einfaches Verbinden mit dem USB-Kabel genügt, damit das Betriebssystem die USV erkennt und die entsprechenden Treiber automatisch installiert (Plug-and-Play-Funktion). Werden darüber hinaus weitere Optionen zur Konfiguration und Administration verlangt, die ein integrierter Treiber nicht bietet, kann man die passende Software des USV-Herstellers benutzen.

Im Datennetz

Moderne USV-Anlagen lassen sich darüber hinaus in das IP-Netzwerk integrieren und garantieren eine vollständige Absicherung von Servern und Netzkomponenten. Zur Einbindung der USV in das LAN gibt es zwei Möglichkeiten: den Einbau einer Netzwerkkarte in die USV oder die Integration über einen PC oder Proxy-Server. Die erste Lösung wird für zentrale USV-Anlagen empfohlen, die als Schutz für das gesamte Netzwerk dienen, während die zweite Variante für kleinere USV-Anlagen interessant ist. Vorteil ist hier, dass man so Zugang zu den Funktionen des Netz-Managements hat, ohne dass zusätzliche Kosten bei der USV entstehen. Der Aufwand besteht aus der Installation des Proxy-Softwareagenten auf dem System, das über die USB-Schnittstelle mit der USV verbunden ist.

Zur Gewährleistung der System- und Datenintegrität muss bei einem Stromausfall das System geordnet heruntergefahren werden. Dazu muss auf den zu sichernden Systemen ein Softwaremodul installiert werden, mit dem sich bestimmte Systemfunktionen automatisieren lassen. USV-Hersteller bieten dazu "Network Shutdown Modules" an.

Überwachung leicht gemacht

Eine bequeme Möglichkeit der USV-Überwachung ist die Darstellung der "UPS Properties" mit einem Standard-Web-Browser. Administratoren erhalten von jedem Punkt im Netzwerk einen detaillierten Zugang zu allen Statusparametern, Messwerten und Einstellungen der USV. Dafür muss lediglich die IP-Adresse der zu überwachenden USV registriert werden. Größere Firmennetze werden üblicherweise von einem Netzwerk-Management-System, etwa HP Openview, CA Unicenter oder IBM Tivoli, gesteuert. Es ist hilfreich, wenn sich die USV-Informationen auch von diesen Konsolen aus abrufen und Aktionen anstoßen lassen.

In der naturgemäß dezentralen Topologie einer Netzwerkinfrastruktur kommen oft mehrere USV-Systeme zum Einsatz, die an verschiedenen Orten aufgestellt sind. Es ist darauf zu achten, dass auch diese Anlagen zentral zu verwalten sind. (kk)