Hardware für das Internet. Lorenz Wallner

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1 Hardware für das Internet Lorenz Wallner 1

2 Inhalt Allgemeines zu Mainframes IBM z9 109 Prozessoren I/O Betriebssysteme Router: Cisco CRS-1 Switch Fabric Netzwerkadapter Route Processor 2

3 Mainframe Eigenschaften Typische Eigenschaften von Mainframes Hoher I/O Durchsatz, sehr große Zahl von Clients Spezielle Peripherie um Haupt-CPUs zu entlasten, z.b. CPUs mit KryptographieUnterstützung Kundenanfragen sollten zeitnah beantwortet werden Kompatibilität, z.t noch Programme von 1960 lauffähig Stabilität => Redundanz 3

4 Mainframe Geschichte Früher: Ein Mainframe bedient viele dumme Terminals Mit dem aufkommen der günstigen PCs wurde das Sterben der Mainframes vorhergesagt Heute: Einsatz hauptsächlich für ecommerce etc. Einsparungen durch Virtualisierung sehr vieler kleiner Server 4

5 Mainframe Marktanteile Früher: IBM und die sieben Zwerge, z.b. auch Siemens in DE In den 80ern stiegen viele Anbieter aus dem Geschäft aus Konkurrenz von PCs, Internet noch ohne Bedeutung Heute: IBM hat ca. 90% Marktanteil Noch 2 kleinere Anbieter (Unisys, Fujitsu) Hohe Preise durch fehlende Konkurrenz? 5

6 Mainframe TCO Halbwegs unabhängiger Vergleich von Computerweek, Mai 2002: Mainframe-Anschaffung relativ teuer ( $). Lohnt sich erst ab kleiner Server Software für das Mainframe meistens günstiger (->Linux) Gute Mainframe-Admins sind rar und teuer, leisten aber mehr Netzwerk für Mainframe ist weniger komplex Mainframe braucht weniger Energie und Platz 6

7 Mainframe Virtualisierung (1) Virtualisierung: ein Mainframe simuliert viele (u.u. Tausende) andere Server Vorteile: Energieverbrauch Kühlung Administration Stabilität Virtuelle Server können sich nicht beeinflussen Virtuelle Server nutzen sehr stabile Hardware des Mainframe 7

8 Mainframe Virtualisierung (2) LPAR: Logische Partition des Mainframes, abstrahiert von der tatsächlichen Hardware Viele Konfigurationsmöglichkeiten, z.b. Dynamische CPU-Zuordnung Bis zu 60 LPAR's möglich (z9 109) Das eigentliche OS läuft im LPAR, z.b. Linux, z/os, z/vm z/vm->mehrere virtuelle Server in einem LPAR 8

9 IBM z9 109 Mainframe Bis zu 54 Processing Units (PU's) Bis zu 512 GB Speicher Bis zu 172 GB/s 24, 31 oder 64Bit Direkter Nachfolger des System/360 von 1964 ca. 2t, 2m/1,5m/1,5m (H/B/T) 9

10 Z9 109 Übersicht 10

11 Books PU's, Speicher, Cache, I/O-Anschlüsse Verbunden mit Caches der anderen Books Bis zu vier Books 11

12 Book - I/O, Speicher MBA: Memory Bus Adapter 2 STI pro MBA 4 I/O Adapter pro STI Speicher 40 MB L2 Cache Speicherkarten in 4, 8 und 16GB Maximal 512GB für das gesamte Mainframe Zusätzlicher Speicher (falls vorhanden) kann auf Bestellung von IBM freigeschalten werden 12

13 Book - MCM MCM: Multiple Chip Module PU: Processor Unit, auch Dual-Core MSC: Memory Storage Controller SD: Cache SC: Coherency Control 13

14 Befehle werden zur Fehlererkennung doppelt ausgeführt, auch bei Dual-Core 256KB L1 Cache jeweils für Code und Daten Taktfrequenz ca. 1,7 GHz Beim Power-On Reset werden die PU's charakterisiert : Book PU System Prozessoren Spezielle Linux-Prozessoren Und speziell für Java, als I/O Helfer und noch mehr Anfangs deaktivierte PU's einer MCM können auch nachträglich aktiviert werden 14

15 I/O Interface 15

16 I/O Interface STI: Self-timed Interface, Anschluss zu den I/O Adaptern ICB: Integrated Cluster Bus Die Verbindung zwischen zwei MultiplexKarten erzeugt eine zusätzliche redundante Verbindung 16

17 I/O Adapter Verbindung zu Massenspeichern ESCON FICON Voll-duplex, 400MB/s, 100km, Glasfaser Für Cluster (ICB) Netzwerk Halb-duplex, 17MB/s, 43km, Kupferkabel Diverse Glasfaser-typen Gigabit Ethernet Crypto Express2 17

18 Energieversorgung Verbrauch 18kW 3-Phasiger Netzanschluss Alles redundant, z.b. auch 2 Netzkabel vorhanden 200VAC->200VDC, dann Verteilung An den Einzelteilen gibt es nochmal Netzteile die 200VDC in die benötigten niedrigen Spannungen umwandeln (aber: hohe Ströme!) 18

19 Kühlung Die MCM's haben aktive Kühlmodule Der Rest des Mainframe wird mit Luft gekühlt Bei Überhitzung wird der MCM-Takt schrittweise reduziert um die Temperatur zu reduzieren Bei niedrigem Takt reicht Luftkühlung für MCM's aus Umgebungsluft muss vorgeschriebene Kriterien erfüllen 19

20 Betriebssysteme- z/os 64 Bit Vorversion (z/os V1R5) konnte auch auf 31 Bit laufen POSIX TCP/IP Java Nachfolger von OS/390, die Ursprünge reichen bis 1960 zurück Das Vorzeige-OS von IBM 20

21 Betriebssystem z/vm Hypervisor: managed verschiedene OS's auf einem Rechner Mit CMS (Conversational Monitor System == eine Art Shell) wird z/vm zum OS Kann CPU-Verbrauch der virtualisierten OS's regulieren Ursprünge reichen bis 1960 zurück 21

22 Betriebssystem Linux Es gibt spezielle Linux PU's 31 oder 64 Bit So gut wie alles GPL Typisches Szenario: viele Linux (File-, Web-, usw) Server sollen ersetzt werden: Mit z/vm viele Linux-OS's einrichten Die alten Server dorthin migrieren Relativ einfach da OS gleich bleibt Fertige Distributionen für z/linux SuSE Red Hat Oder direkt von IBM mit 24*7 Support 22

23 Hipersockets Wie kommunizieren virtuelle Server in einem Mainframe? Hipersockets: TCP/IP Verbindungen im Speicher Kaum Overhead, da Transportmedium zuverlässig Verbindungen können nicht abgehört werden Kaum Latenz Für die Software wie eine normale Netzwerkverbindung 23

24 Router Aussprache rauter : amerikanisches Englisch ruter : britisches Englisch Funktion: Verbindet verschiedene Netzwerke Layer 3 (Netzwerkschicht)-Gerät 24

25 Cisco Systems Inc Gegründet 1984 vom Ehepaar Leonard Bosack und Sandra Lerner Zuerst: Multi-Protokoll-Router Heute: Hauptsächlich IP 25

26 Cisco CRS-1 26

27 CRS-1 Aufbau Modular,Redundant 8 oder 16 Einschübe Super-Router aus bis zu 72 Routern, damit bis zu 92TBps Durchsatz 27

28 Energieversorgung Pro 8 Einschübe 2 redundante Netzteile Stromversorgung 3-Phasig 220V oder 360V, ca. 13KW Im Notfall auch Betrieb mit nur 2 Phasen möglich Oder: 48/60 VDC, 3*60 Ampere z.b. von UPS 230VAC->DC, dann Regelung auf 54VDC Überspannungsschutz, Temperatursensoren, Statusmeldung an Haupt-CPU 28

29 Kühlung Zwei Luftströme: Direkt durch die Netzteile Einmal durch das Chassis Regelsoftware überprüft die Temperatur im Router, und stellt die Geschwindigkeit der Ventilatoren ein Sollte trotz der redundanten Ventilatoren ein Modul zu heiß werden, wird dieses abgeschaltet 29

30 Switch-Fabric (1) 30

31 Switch-Fabric (2) Macht das eigentliche Routing Benes-Architektur (baue großen Router aus mehreren kleinen) In der 2. und 3. Ebene könnte Datenstau entstehen -> doppelte AusgangsDatenleitungen Verlust einer Switch Plane bei gleicher Leistung möglich, sonst stufenweiser Performancerückgang 31

32 Switch Fabric (3) 32

33 Modular Service Card (1) 33

34 MSC (2) MSC verarbeitet Cells =Teile von DatenPaketen der Netzwerkschicht Verrichtet Layer 3 Arbeiten Cells treffen u.u. In falscher Reihenfolge ein, MSC stellt Ordnung wieder her Typischerweise Durchsatz von 40GBps PLIM (Physical Layer Interface Module) stellt Anschluss zum Netzwerk-Medium her (Layer 1+2) 34

35 MSC (3) 35

36 PLIM Verschiedene Modelle für verschiedene Netzwerke (alle Glasfaser): OC-48 (ca. 2GBps, 16 Ports) OC-192 (ca. 10GBps, 4 Ports) OC-768 (ca. 40GBps, 1Port) 10 Gigabit-Ethernet, 8 Ports ->Oversubscription 36

37 PLIM OC-48 37

38 Route Processor (1) HDD für debugging etc. CPU: 2 x 800 Mhz PowerPC SMP 4 GB Speicher 38

39 Route Processor (2) Das Hirn des Routers Gibt die Forwarding-Tabellen an die MSC's weiter Ist per FastEthernet mit allen Teilen des Routers (Netzteile, Ventilatoren, MSC's, Sensoren etc.) verbunden Fehlererkennung Konfigurationsmanagement Performance-Monitoring Identischer RP vorhanden bei Problemen mit dem anderen (Hot-Stand-By) 39

40 Route Processor (3) 40

41 Ende Danke für die Aufmerksamkeit!...noch Fragen? 41

42 Quellen Mainframe-TCO: ardware/story/0,10801,70944,00.html Bill Ogden, Jose Fadel, Bill White, IBM System z9 109 Technical Introduction, 2005, IBM Red Book Cisco CRS-1 Carrier Routing System 16-Slot Line Card Chassis System Description, 2004, Cisco Systems Inc, San Jose USA 42

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