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15.12.2004

Server-Räume richtig planen

Ralf Dahmer
Beim Aufbau der Stellplätze für Server-Systeme müssen Administratoren auf Kühlung, Stromversorgung, Verkabelung und die Wahl des richtigen Gehäuses achten.

Die Anforderungen an Server-Räume sind vielfältig: Sie sollen für den Einsatz modernster Rechnersysteme geeignet sein, höchstmögliche Verfügbarkeit gewährleisten, einen starken physischen Schutz bieten, wenig Installationsaufwand erfordern sowie maximale Raumnutzung und Kapazitätsauslastung ermöglichen. Diese Ziele widersprechen sich jedoch teilweise. So entsteht zum Beispiel beim Einsatz moderner Server-Systeme viel Wärme. Dadurch können sich Server-Räume übermäßig erhitzen, was möglicherweise die Wirtschaftlichkeit und Verfügbarkeit beeinträchtigt. Um derartigen Problemen zu entgehen, verzichten viele Unternehmen darauf, ihre Schränke optimal zu bestücken, und nutzen die zur Verfügung stehende Fläche nicht komplett.

Der integrierte Ansatz

Das muss nicht sein: Modulare Gesamtlösungen beruhen auf dem aktuellen Know-how zu Klimatisierung, Stromversorgung, Gehäusen, Verkabelung und Überwachung. Schon bei der Konzeption von Server-Räumen sollte an das Handling und die spätere Erweiterbarkeit gedacht werden. Der Einbau zusätzlicher Schränke sollte ebenso leicht zu bewerkstelligen sein wie Standortänderungen inner- und außerhalb des Gebäudes. Die Lösungen in den jeweiligen Bereichen (Klimatisierung etc.) sollten sich schnell an veränderten Bedarf anpassen lassen. Dazu empfiehlt es sich, das Wissen von Spezialisten zu nutzen, die Konzepte für integrierte Sicherheitsarchitekturen vorlegen können und die Erfahrungen auf den Gebieten der physikalischen Sicherheit mitbringen. Dennoch gilt: Die ultimative Klimatisierungs-, Power-Management- oder Gehäuselösung gibt es nicht. Die jeweilige Lösung muss sich so gut wie möglich an den gegenwärtigen Kundenbedarf anpassen lassen.

Einer der Dreh- und Angelpunkte ist die Klimatisierung - nicht zuletzt aufgrund der eingangs erwähnten Erhitzung des Raums durch die steigende Verlustleistung moderner Server-Systeme. Wenn dagegen nur wenige Server-Systeme eingesetzt werden oder diese nicht dem neuesten technischen Stand entsprechen, reicht eine Konvektion (Zufuhr von Kühlluft in senkrechter Richtung) oder eine einfache Luftkühlung oft aus, um ein Entweichen der erwärmten Luft nach hinten oder oben zu ermöglichen. Voraussetzung dafür ist, dass die Umgebungstemperatur niedriger ist als die Temperatur im Schrankinnern.

Steigt die Verlustleistung pro Rack auf über drei bis vier Kilowatt (kW) an, sollte über eine Flüssigkeitskühlung nachgedacht werden. Diese basiert auf dem Prinzip, dass Wasser besser leitet als Luft. Das Spektrum an Lösungen reicht hier von Luft-Wasser-Wärmetauschern über die CPU-Kühlung bis zur effektiven Kombination dieser beiden Möglichkeiten. Beispiel Liquid Cooling Package (LCP): Hierbei erzielen Luft-Wasser-Wärmetauscher an den Seitenwänden beim Einsatz von drei Modulen je nach den örtlichen Bedingungen eine durchschnittliche Kühlleistung von vier bis 20 Kilowatt und einen Luftvolumenstrom von 2400 Kubikmetern pro Stunde (m3/h). Die skalierbare Lösung ist im laufenden Betrieb nachrüstbar. Eine gleichmäßige Luftführung vor der 19-Zoll-Ebene ist möglich, was die Gefahr einer Schädigung der elektronischen Teile im oberen Bereich des Schrankes reduziert.

Bei der CPU-Kühlung wird die Wärme am Entstehungsort abgeführt, also an den Prozessoren. Nachrüstbare Kühler erreichen hierbei eine maximale Wärmeableitung von 250 Watt pro Quadratzentimeter während Rückkühler das notwendige Kühlwasser mit den benötigten Vorlauftemperaturen bereitstellen. Je nach Anforderung lassen sich die Rückkühler entweder im Schrank oder als externe Radiatoren aufstellen. Die beste Lösung bei höchster Verlustleistung ist die Kombination von Luft-Wasser-Wärmetauschern und CPU-Kühlung.

Intelligente Stromversorgung

Mitentscheidend für die Verfügbarkeit ist die Stromversorgung. Sie hat zugleich einen hohen Anteil an den laufenden Betriebskosten. Die Herausforderung besteht also darin, eine hohe Leistung bei niedrigen Betriebskosten und möglichst einer Senkung der Installationskosten zu gewährleisten. Um gefährliche Ausfallzeiten zu verhindern, greift man auf das Konzept der Redundanz zurück. Auf dem Markt erhältliche Plug-and-Play-Lösungen können dazu beitragen, die Installationskosten für die Energieverteilung zu reduzieren.

Das erfordert allerdings Server-Schränke, bei denen sich Stromzuführungen in das Rahmenprofil integrieren lassen, um die Platzverhältnisse im Innenraum zu verbessern. Die benötigten Steckdosenmodule sollten sich berührungsgeschützt auch von nicht speziell geschultem Personal auf verdeckte Stromschienen aufstecken lassen. Optimal sind über mehrere Schränke kaskadierbare Module, die die Zufuhr hoher Leistungen bei maximaler Installationssicherheit erlauben.

Gut gebaut

Gut konzipierte Schränke sind nicht nur für die Stromversorgung und die Klimatisierung von Bedeutung. Sie spielen ebenso wie Kühlung und Power-Management eine wichtige Rolle für die Verfügbarkeit und die laufenden Betriebskosten. Auch hier ist entscheidend, dass die Erweiterungsfähigkeit schon bei der Rack-Konstruktion berücksichtigt wurde. Die Racks müssen sich ohne größere Kosten auf- und abbauen oder transportieren lassen. Ziel sollte die Ein-Mann-Montage sein.

Erleichterung bringt hierbei die Verwendung von zwei 19-Zoll-Rahmenprofilen, einzuhängenden Schranktüren und Seitenwänden. Mit dieser Vorgehensweise lässt sich der Schrankinnenraum maximal nutzen und ermöglicht es zudem, später von allen Seiten an die installierten Geräte heranzukommen. Bei der Auswahl des Herstellers ist außerdem darauf zu achten, dass dieser ein umfassendes Systemzubehör anbieten kann. Eines der entscheidenden Kriterien ist die Stabilität: Heute müssen Racks eine Tragfähigkeit von 1000 Kilogramm besitzen, was sich durch verschweißte Rahmenprofile erreichen lässt.

Ebenso wichtig ist ein intelligentes Kabel-Management im Schrankprofil. Für eine flexible Nutzung des jeweiligen Raums sollte es möglich sein, die Racks in mehreren Richtungen - also nebeneinander, aufeinander und hintereinander - miteinander zu verbinden. Außerdem sollten die Server-Schränke gegen Fremdzugriffe gesichert sein, zum Beispiel über eine Vier-Punkt-Verschlusstechnik.

Kontrolle ist besser

Häufig wird beim Thema Sicherheit nur an den Schutz vor Eindringlingen ins Netz und die Installation von Firewalls und Antivirensystemen gedacht. Mindestens genauso wichtig ist jedoch die physikalische Sicherheit. Fällt die Stromversorgung aus oder entstehen Hitzebrände, ist der Schaden meist groß: Die Infrastruktur wird zerstört, Unternehmensprozesse werden behindert. Deshalb muss es Kontrollmechanismen geben, die die Überwachung aller kritischen Parameter in Rack und Raum ermöglichen - am besten aus der Entfernung über ein LAN oder WAN.

Erreichen lässt sich dies durch Sensoren, die Temperatur, Feuchtigkeit und Stromzufuhr in den Schaltschränken überwachen. Beim Überschreiten vorher definierter Grenzwerte erfolgt umgehend eine Meldung an das Administrationspersonal; dessen schnelles Eingreifen verhindert größere Schäden und längere Ausfallzeiten. Die Kosten einer derartigen Überwachung machen häufig nur ein Fünfzigstel des Werts des Schrankinhalts aus - dabei sind die durch Ausfälle entstehenden Folgekosten nicht einmal berücksichtigt.

Zu guter Letzt sollte auch die Zugangskontrolle bedacht werden. Dazu ist zu definieren, wer welche Rechte im Server-Raum besitzt: Nur berechtigte Personen sollten Zutritt haben. Hier gibt es eine große Bandbreite an Kontrollmechanismen - von mechanischen Zahlencodes über Chip-/Magnetkartenlesegeräte bis hin zur biometrischen Erkennung (Fingerabdrücke/Iris). (ave)