SYSTIMAX Solutions Planungshandbuch für Rechenzentren

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1 SYSTIMAX Solutions Planungshandbuch für Rechenzentren SYSTIMAX Structured Connectivity Solutions

2 PLANUNGSHANDBUCH FÜR RECHENZENTREN INHALT Inhalt 1.0 Einführung Arten und Topologie von Rechenzentren Betriebszeit nach Maß Räumliche Anordnung von Rechenzentren Stromversorgung und Erdung Kommunikationskabel Verkabelungstopologie, Leistung und Sicherheit im Rechenzentrum Arten und Topologie von Rechenzentren Sicherheit und Schutz Anordnung der Kommunikationskabel Anordnung der Elektrokabel und Klimaanlage Kabelzuordnung und -management Glossar 28 2

3 PLANUNGSHANDBUCH FÜR RECHENZENTREN ABSCHNITT Einführung Rechenzentren spielen für den Informationsfluss sowie bei der Verarbeitung und Speicherung von Informationen eine zentrale Rolle. Dabei ist es unerheblich, ob es um die Anforderungen nur eines Unternehmens oder um das Hosten von mehreren tausend Kunden-Websites geht. Aus diesem Grund müssen Rechenzentren extrem zuverlässig und sicher sein, gleichzeitig aber auf Wachstum und Neukonfigurationen ausgelegt sein. Beim Entwerfen eines Rechenzentrums sind diverse Faktoren zu berücksichtigen, die von der gewünschten Größe und Anzahl von Datenverarbeitungs-/Speichergeräten unabhängig sind. Die Bestimmung des physischen Standorts, die Stromversorgung, Anforderungen an Redundanz und Kühlung sowie Sicherheitsstufe und Art der Verkablungsmedien sind nur einige der unzähligen Faktoren, die die Einrichtung oder Vergrößerung eines Rechenzentrums zum Erfolg machen. Dieses Handbuch soll dazu dienen, Sie durch die Planung, Einrichtung und Wartung eines Rechenzentrums zu begleiten. In diesem Dokument werden sowohl theoretische als auch praktische Aspekte der Einrichtung erläutert. Im Einzelnen werden folgende Themen behandelt: Arten von Rechenzentren Soll es ein Unternehmens-Rechenzentrum sein, das nur einem Kunden dient, oder ein Hosting- Rechenzentrum für mehrere Kunden? Wenn es sich um ein Hosting-Rechenzentrum handelt, werden die Geräte von unterschiedlichen Unternehmen oder Providern gemeinsam genutzt oder befinden sie sich an demselben Ort? Müssen diese Geräte aus Sicherheitsgründen physisch voneinander getrennt sein? Betriebszeit und Redundanz des Rechenzentrums Welche Anforderungen an die Betriebszeit des Rechenzentrums gestellt werden, hängt von vielen Faktoren ab, Faktoren wie der Standort, Zugang zu Stromversorgung und Kommunikationsleitungen oder welche anderen Branchen in der Nähe angesiedelt sind, wirken sich auf die Zuverlässigkeit aus. Innerhalb des Rechenzentrums wird die Betriebszeit durch die Redundanz der Serviceinfrastrukturen bestimmt. Ein Tier 1-Rechenzentrum ist die einfachste Variante und nicht redundant (hat womöglich noch nicht einmal eine Ersatz-Stromversorgung für den Notfall). Ein Tier 4-Rechenzentrum dagegen bietet ein Höchstmaß an Fehlertoleranz mit mehreren Systemen und Pfaden für Kommunikation, Stromversorgung, Kühlung usw. Räumliche Anordnung von Rechenzentren In Rechenzentren ist eine Vielzahl von elektronischen Geräten auf kleinem Raum versammelt. Das heißt, wenn das Rechenzentrum vergrößert wird oder Neukonfigurationen anstehen, ist einiges an Organisation erforderlich. Zu den beschriebenen Themen zählen die Positionierung der Eingangsräume für Elektro- und Telekommunikationsleitungen, der Klimaanlage (manchmal auch als mechanische Geräte bezeichnet), des Network Operation Center, des Telekommunikationsraums, der Mitarbeiterräume, der redundanten Stromversorgung und natürlich des Rechnerraums. Ferner geht es darum, die Racks, Schaltschränke und Geräte für eine optimale Kühlung anzuordnen, sie im Hinblick auf Effizienz zu gruppieren und sie aus Sicherheitsgründen zu trennen. Elektrische Systeme von Rechenzentren Die Eingangsleistung muss vorverarbeitet und weitergeleitet werden. Es werden Technologien für die redundante Stromversorgung (USV und Generatoren) erörtert und die Bedeutung der Erdung hervorgehoben. Überblick über Datenverkabelung Es werden diverse Verkabelungsmedien und -systeme beschrieben und verglichen. Darüber hinaus werden Empfehlungen für ihre optimale Verwendung ausgesprochen. Verkabelung in Rechenzentren Verfahren, Medien (Twisted-Pair-Kupferkabel und Glasfaserkabel) und Abschlüsse für strukturierte Verkabelungen werden aufgezeigt und miteinander verglichen. Dazu gehören detaillierte Beschreibungen und Vergleiche verschiedener Verkabelungslösungen und -systeme von SYSTIMAX sowie von deren Platz im Rechenzentrum. 3

4 PLANUNGSHANDBUCH FÜR RECHENZENTREN ABSCHNITT 1.0 Steuerung und Überwachung von Rechenzentren Durch automatische Überwachungssysteme kann der Betrieb des Rechenzentrums und des Rechnerraums mit optimaler Effizienz gewährleistet werden. Sicherheit und Schutz von Rechenzentren In diesem Abschnitt werden Brandschutz und elektrische Sicherheit (NFPA und NEC usw.) sowie Sicherheitsthemen wie Zugangskontrolle und Videoüberwachung (CCTV, Closed Circuit TV) behandelt. Beispiele für Rechenzentren Abschließend werden Grundrisse von Rechenzentren vorgestellt, an denen deutlich wird, wie all diese Systeme im Rechenzentrum zusammenkommen. Dieses Handbuch ist nur eine der Möglichkeiten, wie SYSTIMAX Solutions Sie dabei unterstützen kann, Ihre Datengeräteinfrastruktur mit maximaler Effizienz zu nutzen. Auf unserer Website unter erfahren Sie mehr über SYSTIMAX Solutions. Ein Hinweis zu internationalen Standards Der Großteil der in diesem Dokument enthaltenen Informationen zu Standards stammt aus TIA-942, dem nordamerikanischen Standard für Rechenzentren. Im CENELEC-Entwurf für einen Rechenzentrumsstandard, EN X, (und im Entwurf der International Standards Organization) ist das Rechenzentrum im Großen und Ganzen ähnlich aufgebaut, jedoch nicht ganz identisch. Beispielsweise ist die Datenverkabelungstopologie dieselbe, doch die Bezeichnungen der verschiedenen Bereiche sind unterschiedlich. Was in TIA-942 Horizontal Distribution Area (also horizontaler Verteilungsbereich) heißt, wird in EN Zone Distributor (also Zonenverteiler) genannt. Außerdem kann die Detailtiefe der Inhalte variieren: In TIA- 942 sind Konzepte wie Redundanz sowie die Tier -Hierarchie definiert (siehe Abschnitt 3.0), die in EN nicht behandelt werden. Den Planern von Rechenzentren sei gesagt, dass dieses Handbuch als allgemeiner Leitfaden zu verstehen ist und dass örtliche oder nationale Gesetze/Vorschriften für Elemente wie Verkabelungsentfernungen und Brandschutz unter Umständen Vorrang haben. In jedem Fall hat die Gesetzgebung Ihres Landes Priorität. 4

5 PLANUNGSHANDBUCH FÜR RECHENZENTREN ABSCHNITT Arten und Topologie von Rechenzentren Im weitesten Sinne lässt sich ein Rechenzentrum als Raum oder Netzwerk von Räumen definieren, in denen die miteinander verbundenen Datenverarbeitungs-, Speicher- und Kommunikationsanlagen eines oder mehrerer Unternehmen untergebracht sind. Das Rechenzentrum kann ein Raum innerhalb eines Gebäudes sein oder ein ganzes Gebäude einnehmen. Es ist die Aufgabe des Rechenzentrums, Datenanlagen in einer Umgebung zu beherbergen, die deren Anforderungen an Stromversorgung, Klimatisierung, Telekommunikation, Redundanz und Sicherheit gerecht wird. Zu diesen Anlagen zählen aktive Geräte in Racks oder Schränken sowie ein strukturiertes Verkabelungssystem, das diese miteinander verbindet. Die Parameter für Rechenzentren sind in den Standards TIA-942 (Nordamerika), EN X (Europa) und ISO-/IEC-Entwurf (International) definiert. TIA-942 erweitert Standards für strukturierte Verkabelung durch zusätzliche Anforderungen für Stromversorgung, Belüftung, Gerätepositionierung und mehr. Mit diesem Handbuch wird die Absicht verfolgt, diese Standards zusammenzufassen, die Planung des Rechenzentrums zu erleichtern und Ratschläge für die Einrichtung zu geben. Das Unternehmensrechenzentrum leistet Kommunikations- und Datendienste für ein einzelnes Unternehmen. Ein Unternehmensrechenzentrum ist das Herzstück für die Datennetzwerke des Unternehmens sowie für den Internet- und Telefonzugang. Webserver, Intranet-Hubs, NAS (Network Attached Storage) und weitere Geräte sind in der Regel hier zu finden. Das Hosting-Rechenzentrum wird von einem Dienstanbieter betrieben, der Daten- und Internetdienste (wie Web-Hosting oder VPN-Hosting [Virtual Private Network]) an diverse Kunden verkauft. Bei diesen beiden Arten von Rechenzentren kommen zwar die gleichen Geräte und die gleiche Verkabelungsinfrastruktur zum Einsatz, doch beim Hosting-Rechenzentrum ist ein erhöhtes Maß an Abgrenzung und Sicherheit erforderlich. Beispielsweise ist denkbar, dass ein großer Kunde seine eigenen Geräte am Hosting-Standort aufstellt oder zusammen mit den Geräten anderer Kunden dort aufstellt. Diese Geräte können in abgetrennten, gesicherten Bereichen mit Zugangskontrolle aufgestellt werden. Ein typisches Rechenzentrum ist wie in der Abbildung zu sehen aufgebaut. Man kann sagen, dass ein Rechenzentrum aus dem Rechnerraum und den unterstützenden Räumen besteht. 5

6 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT 2.0 A Der Hauptverteilungsbereich (MDA, Main Distribution Area) ist der Hub des Verkabelungssystems und befindet sich im Rechnerraum. Wenn sich ein Rechenzentrum über mehrere Stockwerke erstreckt, fungieren MDAs als Sammelpunkte. HINWEIS: In einer Umgebung mit mehreren Mietern kann der MDA aus Sicherheitsgründen in einem abgetrennten Bereich untergebracht werden. Der MDA umfasst den Haupt-Cross-Connect und unter Umständen auch horizontale Cross-Connects, wenn sich die dazugehörigen Geräte in der Nähe befinden (siehe HDA). Im MDA können sich mehrere Haupt-Router sowie die wichtigsten LAN-/SAN-Switches befinden. Auch Dienstanbietergeräte (wie Multiplexer) können unter Umständen im MDA untergebracht sein, damit die vorgegebenen Schaltungsentfernungen nicht überschritten werden. B Der horizontale Verteilungsbereich (HDA, Horizontal Distribution Area) ist der Ort, an dem sich der horizontale Cross-Connect befindet, wenn das Rechenzentrum relativ groß ist. In kleineren Rechenzentren ist der HDA in den MDA integriert. Wie der MDA kann der HDA aus Sicherheitsgründen abgetrennt werden. Er enthält die LAN- /SAN-Switches sowie die KVM- Switches (Keyboard/Video/Mouse) für die Geräte. C Der Lagerraum ist ein sicherer Bereich, an dem Ersatzteile und Verkabelung sowie sonstige Materialien für einen ordnungsgemäßen Betrieb aufbewahrt werden. Der Zugang zu einer Laderampe ist besonders nützlich. B J Ein Zonenverteilungsbereich (ZDA, Zone Distribution Area) kommt in großen Rechnerräumen zum Einsatz, in denen mehr Konfigurationsflexibilität zwischen dem HDA und den Geräten erforderlich ist. In ZDAs sind ausschließlich passive Geräte untergebracht, und sie sollten mindestens 15 Meter vom HDA entfernt sein. HINWEIS: Halten Sie einen Mindestabstand von 15 Metern zwischen dem HDA und dem MDA. J 6

7 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT 2.0 C D D In Elektrik-/Mechanikräumen sind der Versorgungseingang, die Verteilungsschaltungen und Belüftungsgeräte für diese Dienste untergebracht. Eine reibungslose Stromversorgung mit Notfallsicherung (USV, Akku oder Generatoren) sowie eine große, zuverlässige Klimaanlage sind unerlässlich, um die angestrebte Betriebszeit von 100 % zu erreichen. E E Der Telekommunikationsraum enthält die Geräte für die örtlichen Daten-, Video- und Sprachanforderungen der Betriebsunterstützungsbüros des Rechenzentrums und anderer Arbeitsbereiche. A F F Das Betriebszentrum ist der Ort, an dem das Rechenzentrum überwacht wird. Je nach Größe des Rechenzentrums sind im Betriebszentrum unter Umständen Dutzende von Technikern mit der Überwachung des Netzwerks auf großen, wandmontierten Bildschirmen sowie auf Desktop- Bildschirmen beschäftigt. I G I H (EDA, Equipment Distribution Areas) sind die Racks und Schränke, in denen die Rechner- und Speichermodule untergebracht sind. Der Rechnerraum ist ein sicherer Raum, in dem die Umgebungsbedingungen laufend kontrolliert werden und der Daten- und Telekommunikationsgeräte und -verkabelung beherbergt. Er ist in Verteilungsbereiche unterteilt, die die Verbindungspunkte für das strukturierte Verkabelungssystem darstellen. Die Racks/Schränke mit den Geräten befinden sich auf einem erhöhten Fußboden. Kühlluft und Kabel (Daten- und Elektrokabel) werden in der Regel von unten eingeführt. Im TIA-942- Standard werden Probleme wie Zugang, Belüftung, Beleuchtung, Stromversorgung im Notfall, Gerätedichte und mehr ausdrücklich behandelt H G Der Eingangsraum ist die Schnittstelle zwischen dem Zugangsanbieter und der strukturierten Verkabelung des Rechenzentrums. Er enthält die Abgrenzungshardware. HINWEIS: Manchmal dient eine Eingangsöffnung (eine Art Tresor außerhalb des Rechenzentrums) als Eintrittspunkt für den Zugangsanbieter. Aus Sicherheitsgründen befindet sich der Eingangsraum außerhalb des Rechnerraums. Je nach Grad der Redundanz oder des Tiering gibt es unter Umständen mehrere Eingangsräume für den sekundären Dienstanbieterzugang. Wenn das Rechenzentrum besonders groß ist, ist womöglich ein weiterer Eingangsraum nötig, damit der Dienstanbieter näher an den Geräten ist und somit die maximal zulässigen Schaltungslängen nicht überschritten werden (also die Kanallänge für Twisted-Pair-Kabel siehe Abschnitt 6.0). 7

8 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT Betriebszeit nach Maß Bei der Planung eines Rechenzentrums ist Zuverlässigkeit die oberste Prämisse. Telekommunikationszugang, Stromversorgung, Kühlung, Verkabelung und Sicherheit werden so geplant, dass die für den effektiven Betrieb des Unternehmens nötige Betriebszeit gewährleistet ist. Dazu sollte zunächst der physische Standort des Rechenzentrums betrachtet werden. Bereiche, in denen mit Überflutungen, Erdbeben oder Unwettern zu rechnen ist oder die politisch instabil sind, sollten vermieden werden. Die Nähe zu einem gut ausgebauten Straßennetz ist nützlich. Für die Betriebszeit spielt eine unterbrechungsfreie Stromversorgung eine zentrale Rolle. Eine Gegend, in der bei schlechtem Wetter häufig der Strom ausfällt oder in der eine chronische Unterversorgung mit potenziellen Stromausfällen herrscht, ist keine gute Wahl. Wichtig ist auch ein zuverlässiger Telekommunikationszugang über Hochgeschwindigkeits-Glasfaserkabel. Einrichtungen in der Nachbarschaft können Fluch oder Segen sein. Die Nähe zu einer großen Industrieanlage kann Probleme wegen elektrischer Störungen verursachen. Dagegen kann es von Vorteil sein, dasselbe Stromnetz zu verwenden wie ein Krankenhaus, da die Versorgungsleitungen für medizinische Einrichtungen bevorzugt wiederhergestellt werden. Denken Sie daran, dass die Nähe zu Radar- oder Mikrowellensendern unerwünschte elektromagnetische Interferenzen hervorrufen kann. Wenn ein geeigneter Standort bestimmt wurde, ist als Nächstes die Architektur des Rechenzentrums zu bedenken. Die Größe des Rechenzentrums, insbesondere des Rechnerraums, sollte unter Berücksichtigung einer eventuellen Erweiterung bestimmt werden. Das Rechenzentrum sollte nicht in der Nähe von nicht beweglichen Elementen wie Aufzugschächten und tragenden Wänden eingerichtet werden. Innen gelegene Räume sind zu bevorzugen. Fenster nach außen sorgen für eine zusätzliche Wärmebelastung und erzeugen potenzielle Sicherheitsprobleme. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass das Rechenzentrum und insbesondere der Rechnerraum vor dem Zutritt Unbefugter geschützt werden muss. Im Rechnerraum sind Geräte, die unterschiedlichen Firmen gehören, in Käfigen oder verschließbaren Schränken aufzubewahren. In Abschnitt 9.0 werden Sicherheitsaspekte im Detail erörtert. Intern sollte sich der Rechnerraum nicht in der Nähe einer Quelle elektromagnetischer Interferenzen befinden (Röntgengeräte, Funksender, Stromgeneratoren). Außerhalb des Rechnerraums sollte Platz für Büros, Pausenbereiche und Besprechungsräume sein. Ein sicherer Lagerraum mit Laderampe sollte durch eine große Tür vom Rechnerraum aus zugänglich sein. Checkliste für den Entwurf Beim Entwerfen eines Rechenzentrums müssen Architektur, Grundriss, Geräte, Stromversorgung, Telekommunikationsleitungen, Klimaanlage, Beleuchtung und Verkabelung miteinander koordiniert werden. In jedem Fall sollten Sie das Mantra des Checkliste Rechenzentrum-Planers beherzigen: einfach, skalierbar, flexibel, modular und vernünftig. Anforderungen + Wachstum schätzen Laut TIA-942 besteht der Prozess aus sechs Schritten: Planer kontaktieren Schätzen der Anforderungen an Platz, Telekommunikation, Koordinieren + überarbeiten Stromversorgung, Kühlung und Redundanz bei voller Kapazität, plus Grundriss erstellen Wachstumsspielraum. Die Schätzungen hängen von der jeweiligen Aktualisieren + überarbeiten Anwendung ab, doch ein Wachstumsspielraum von 25 % ist ein guter Verkabelung planen Ausgangswert Kontaktieren von professionellen Planern und Weitergabe der Anforderungen hinsichtlich Platz, Stromversorgung, Kühlung, Sicherheit, Traglast des Bodens, Erdung, Überspannungsschutz für den Rechnerraum an die Planer. Weitergabe der Anforderungen für die unterstützenden Bereiche des Rechenzentrums. Koordinierung der vorläufigen Pläne von den Planern und Überarbeiten bei Bedarf. Erstellen eines Grundrisses, einschließlich der wichtigsten Räume und Verteilungsbereiche, Berücksichtigen der voraussichtlichen Anforderungen an Stromversorgung, Telekommunikation, Kühlung und Traglast des Bodens. 8

9 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT 3.0 Erhalt eines aktualisierten Plans von den Planern mit Telekommunikations-Kabeltrassen, Elektrogeräten und mechanischen Geräten, die dem Grundriss des Rechenzentrums unter Annahme der vollständigen Kapazität hinzugefügt wurden. Planen des strukturierten Verkabelungssystems nach den Anforderungen der Geräte des Rechenzentrums. Redundanz und Betriebszeit Als Ideal wird für das Rechenzentrum eine Betriebszeit von 100 % angesetzt. Doch unabhängig davon, wie sorgfältig ein Rechenzentrum geplant, gebaut und betrieben wird, gibt es in allen Rechenzentren unbeabsichtigte oder beabsichtigte Ausfallzeiten (für geplante Wartungen). Die Ausfallzeit lässt sich jedoch durch redundante Systeme für potenzielle Single Points of Failure minimieren. Unternehmen müssen bei der Planung des Rechenzentrums genau abwägen, wie viel Ausfallzeit noch akzeptabel ist. Redundanz entsteht durch Ausschalten von Single Points of Failure, also der Komponenten, die bei einem Ausfall den Komplettausfall eines Systems nach sich ziehen. Bei einer Einrichtung ohne USV oder Generator ist die Stromversorgung der Single Point of Failure. Für die Infrastruktursysteme (Telekommunikation, Elektrik, Klimaanlage Architektur/Struktur) sind in TIA-942 vier Redundanzstufen aufgeführt, die als Tiers bezeichnet werden. Je höher die Tier, desto weniger störungsanfällig ist die Infrastruktur. Ein Rechenzentrum wird von der niedrigsten Tier für ein Infrastruktursystem bestimmt. Ein Rechenzentrum, dessen Stromversorgung Tier III entspricht und dessen Telekommunikationszugang Tier II entspricht, hat eine Redundanz der Tier II. Die höhere Anzahl von Systemen und Kabeltrassen, die für mehr Redundanz erforderlich ist, bringt auch höhere Kosten mit sich. Das Diagramm soll als grober Vergleich der Kosten für die vier Tiers dienen. Es ist lediglich als ungefährer Anhaltspunkt zu verstehen. Je nach Ihren Anforderungen können die tatsächlichen Kosten stark davon abweichen. Tier I definiert ein einfaches Rechenzentrum ohne Kostenvergleich Redundanz. Es verfügt über einen Telekommunikationseingang, einen Eingang für die Tier I $1x Stromversorgung, eine Klimaanlage und erfüllt die Tier II $1.10x bis 1.20x Mindestanforderungen an die Traglast des Bodens Tier III $1.65x bis 1.85x sofern der Boden erhöht ist. Eine optionale USV oder Tier IV $1.90x bis 2.20x Reservestromversorgung verwendet dieselben Leitungen wie die Hauptstromversorgung. Ein Tier I-Rechenzentrum wird in der Regel einmal jährlich für Wartungsarbeiten heruntergefahren, wobei erfahrungsgemäß Ausfälle aufgrund von unvorhergesehenen Ereignissen weitere Unterbrechungen verursachen. Die Betriebszeit für Tier I wird im besten Fall mit 99,67 % veranschlagt, was einer Ausfallzeit von 29 Stunden pro Jahr entspricht. Tier II umfasst redundante Komponenten in den verschiedenen Infrastrukturen und bietet etwas bessere Prognosen für die Betriebszeit als ein Tier 1-Rechenzentrum. Zu diesen Komponenten zählen ein zweiter Telekommunikationseingang, USV und Reservestromversorgung mittels Dieselgenerator sowie eine zweite Klimaanlage. Die Gebäudestruktur bietet eine höhere Traglast des Bodens, stärkere Wände (und obligatorische Türspione in den Türen des Rechenzentrums). Wie ein Tier I-Rechenzentrum sollte auch ein Tier II- Rechenzentrum einmal jährlich für Wartungsarbeiten heruntergefahren werden. Die Betriebszeit für Tier II wird im besten Fall mit 99,75 % veranschlagt, was einer Ausfallzeit von weniger als 22 Stunden pro Jahr entspricht. Tier III ist ein Rechenzentrum, das bei laufendem Betrieb gewartet werden kann. Das heißt, die Hauptinfrastrukturkomponenten können heruntergefahren werden, ohne den Rechnerbetrieb zu stören. Dazu sind redundante Komponenten UND redundante Pfade für Telekommunikation, Elektrogeräte und Klimaanlagen erforderlich. Die Traglasten sind höher, und der Zugang zum Gebäude wird strenger kontrolliert, und zwar mittels Videoüberwachung, Drehschleusen für jeweils nur eine Person, Wänden mit elektromagnetischer Schirmung und mehr, darunter auch rund um die Uhr anwesendes Personal. Ausfallzeiten sollten ausschließlich durch Bedienungsfehler verursacht werden. Solange die Computergeräte funktionstüchtig sind, sollte ein Tier III-Rechenzentrum betriebsbereit sein. Die Betriebszeit für Tier III wird im besten Fall mit 99,98 % beziffert, was einer Ausfallzeit von 105 Minuten pro Jahr entspricht. 9

10 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT 3.0 Tier IV ist ein fehlertolerantes Rechenzentrum mit mehreren Kabeltrassen und Komponenten, das bei einer geplanten Abschaltung einer dieser Infrastrukturen betriebsbereit bleibt. Außerdem ist es so aufgebaut, dass es mindestens ein unvorhergesehenes Worst-Case-Ereignis übersteht. Alle Geräte verfügen über redundante Daten- und Stromverkabelung über separate Routen. Separate Verteilungsbereiche können von gespiegelten Verarbeitungseinrichtungen genutzt werden. Der Erdbebenschutz liegt über den Mindestanforderungen wie auch der Schutz vor Wirbelstürmen, Überflutung und sogar Terroranschlägen. Bei einem Tier IV-Rechenzentrum ist eine Betriebszeit von mindestens 99,995 % zu erwarten. Die Ausfallzeit, die durch einen geplanten Test des Feuermelders oder der Notfallabschaltung verursacht sein sollte, sollte nur wenige Minuten pro Jahr betragen. Im Diagramm unten steht die Redundanz der Telekommunikationsinfrastruktur im Vordergrund. Ein Tier II- Rechenzentrum verfügt über eine zweite Eingangsöffnung, die mindestens 20 Meter von der Haupteingangsöffnung entfernt ist. In einem Tier III-Rechenzentrum führt dies zu einem zweiten Eingangsraum, der ebenfalls 20 Meter vom Haupteingangsraum entfernt ist und über eine separate Stromverteilung, Klimaanlage und Brandschutz verfügt. Die primären und sekundären Wartungsöffnungen und Eingangsräume können über Kabelschutzrohre miteinander verbunden werden, um mehr Flexibilität zu haben. Durch Hinzuziehen eines zweiten Telekommunikationsanbieters kann die Redundanz noch weiter gesteigert werden, sofern der Reserveanbieter eine andere Wegführung verwendet und einen anderen Hauptsitz hat als der erste Anbieter. Innerhalb des Rechnerraums ist ein zweiter Verteilungsbereich dann sinnvoll, wenn dieser sowie die zugehörigen Geräte in einem anderen Raum untergebracht sind als der Hauptverteilungsbereich (MDA). Mit einer redundanten horizontalen und Backbone-Verkabelung wird ein noch größeres Maß an Redundanz erzielt, wenn sie auf verschiedenen Routen verlegt sind. Da die sekundäre Route unter Umständen länger ist, ist darauf zu achten, dass die maximale Kanallänge nicht überschritten wird. 10

11 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT Räumliche Anordnung von Rechenzentren Die hohe Konzentration von Geräten im Rechenzentrum stellt besondere Ansprüche an die unterstützende Infrastruktur. Die Anhäufung von Kabeln kann massiv sein. Ein voll beladenes Geräte-Rack bzw. ein voller Schrank erfordert Strom- und Kommunikationskabel für zig regalmontierte Module. Da diese Menge an Geräten Wärme von mehreren Tausend Watt erzeugt, ist ein erhebliches Maß an Kühlung nötig. Die zur Kühlung eines vollen Racks/Schranks benötigte Klimaanlage würde auch für zwei normalgroße Wohnhäuser ausreichen. Wenn man diese Faktoren mit den Hunderten von Racks multipliziert, die in einem großen Rechenzentrum untergebracht sind, wird deutlich, dass eine sorgfältige Planung sowie ein gut durchdachter Grundriss unerlässlich sind. Ein Rechenzentrum verfügt in der Regel über einen Doppelboden, bei dem der untere Boden aus Betonplatten besteht und der luftdicht verschlossen ist, damit sich möglichst wenig Staub bildet. Zur Erdung aller Metallkomponenten (Racks, Schränke, Bodenbelag usw.) dient ein Potenzialausgleichsgitter aus Kupfer. Ein im Boden verlegter Leitungskanal enthält die Stromkabel zu den Geräten. Die Kanäle für die Kommunikationskabel hängen von einem abbaubaren Doppelboden, der auf Stützen steht. Der Hohlraum unterhalb dieses Bodens dient der Luftzirkulation. Die Racks und Schränke werden in Gängen auf einem erhöhten Boden in einer Warm/Kalt -Konstellation montiert. Racks können durch Gewindestangen, die an der Bodenplatte befestigt sind, zusätzlich gesichert werden. In den Erdbebenzonen 1 und mehr ist dies Vorschrift. Über den Racks befinden sich Beleuchtung, Feuerbekämpfungssysteme und zusätzliche Kabelkanäle, sofern erforderlich. Böden Die Doppelböden bestehen aus einer Vielzahl von Materialien, die Belastbarkeit mit Antistatik-Eigenschaften verbinden. Die Bodenplatten haben eine Standardgröße von 600 mm x 600 mm und werden an den Ecken von Pfosten gestützt, die an der Platte befestigt sind. Mit Längsbalken zwischen den Pfosten lässt sich noch mehr Stabilität erreichen. TIA-942 empfiehlt für den Boden eine verteilte Last von 12 kpa (die zulässige Mindestlast beträgt 7,2 kpa). Für Kabelwannen wird eine Hängelast von 2,4 kpa empfohlen (die zulässige Mindestlast beträgt 1,2 kpa). Der Boden sollte durchgängig elektrisch leitend und vollständig geerdet sein. Das Bodensystem sollte mindestens die NFPA 75-Anforderungen für den Brandschutz erfüllen. Örtliche Gesetze sind maßgeblich, wenn sie strenger sind. Stromversorgung Innerhalb des Racks bzw. Schranks befinden sich Strombänder, die 20 A und 120 V (bzw. 16 A und 230 V) liefern sollten. Jedes Rack/jeder Schrank sollte über einen eigenen Schutzschalter verfügen. Der Strom innerhalb des Rechnerraums wird von Stromverteilungseinheiten (PDUs) vorverarbeitet und verwaltet. USV-Einheiten bis 100 kva können im Rechnerraum platziert werden, sofern sie nicht mit Nassakkus betrieben werden. Redundante Strombänder, USV-Systeme und sonstige Aspekte im Zusammenhang mit der Stromversorgung werden in Abschnitt 5.0 beschrieben. Alle Infrastruktursysteme (Beleuchtung, Sicherheit, Klimaanlage usw.) sollten über einen eigenen Stromkreis verfügen. Potenzialausgleich und Erdung Racks/Schränke, Schutzrohre und der Doppelboden sind großflächig über ein Kupfergitter auf den Bodenplatten geerdet. Dies dient nicht nur der elektrischen Sicherheit, sondern auch als zusätzlicher Schutz vor elektrostatischen Entladungen, die elektronische Geräte schwer beschädigen können. Stromkabel werden unter den kalten Gängen (siehe unten) in einem Schutzrohr oder Leitungskanal verlegt. Die Schutzrohre für Stromkabel können auf den Bodenplatten verlegt werden. 11

12 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT 4.0 Kabelkanäle Kommunikationskabel werden in der Regel in Wannen oder Körben unter den warmen Gängen und so nah wie möglich am Boden verlegt, wie das System es zulässt. Sie können auch durch den Zwischenraum geleitet werden. Einige Installateure platzieren die Trassen dagegen direkt auf den Racks. Unter Berücksichtigung zukünftigen Wachstums sollten Sie die Kabelwannen so anbringen, dass die bestehende Last maximal 40 % der Kapazität ausmacht. Es ist wesentlich einfacher, freien Platz aufzufüllen als eine überlastete Wanne zu ersetzen. Klimaanlage und warme/kalte Gänge Moderne IT-Geräte erzeugen Unmengen von Wärme, bis zu 50 Watt pro Quadratmeter Rechnerraumfläche. Die stetig zunehmende Leistung von Geräten sowie die Schnelligkeit von Verbindungen verursachen in kurzer Zeit gravierende Wärmeprobleme. Beispielsweise ist für einige der neuen Blade-Server eine Flüssigkühlung erforderlich. Grundsätzlich geben schnellere Übertragungsgeräte mehr Wärme ab. 10-Gbit/s-Kupfer- Übertragungssysteme, die derzeit entwickelt werden, sollen kostengünstiger als die aktuellen optischen 10-Gbit/s-Systeme sein. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die Leistungsaufnahme und Abwärme eine echte Herausforderung darstellen werden. Primäre und sekundäre Klimageräte sind ein wichtiger Faktor für die Systembetriebszeit. In Rechenzentren muss rund um die Uhr eine Klimatisierung gegeben sein, die eine Trockentemperatur von 20 bis 25 C aufrechterhält. Die bevorzugte Temperatur sind 22 C. Die Luftfeuchtigkeit sollte zwischen 40 und 55 % liegen und einen maximalen Taupunkt von 21 C haben. Für eine optimale Kühlung werden die Racks/Schränke in einer Konstellation mit warmen/kalten Gängen angeordnet. Die Geräte werden nach dem Motto Vorderseite zu Vorderseite und Rückseite an Rückseite aufgestellt. Die Gerätevorderseiten zeigen in den kalten Gang. Dort steigt die kühle Luft, die von der Klimaanlage im Computerraum (CRAC, Computer Room Air Conditioner) stammt, durch perforierte Fliesen nach oben. Die Luft wird durch ein Gebläse aus dem kalten Gang durch die Geräte geblasen. Die warme Luft wird auf der Rückseite in die warmen Gänge ausgestoßen und von der Klimaanlage am Ende des warmen Gangs wieder aufgenommen. Um die Effizienz des Luftstroms zu erhöhen, sollten Sie Füllpaneele verwenden, um die Leerräume im Rack auszufüllen. Schränke lassen sich besser kühlen als Racks, insbesondere, wenn die Bodenplatten unter ihnen über eine 460 x 460 mm große Öffnung in der Mitte verfügen. Dadurch entsteht ein Kamineffekt, der sich verstärkt, wenn der Schrank mit einem Lüfter ausgestattet ist. HINWEIS: Lüfter nutzen sich meist schnell ab. Sie sollten daher regelmäßig überprüft und ausgetauscht werden, wenn nötig. Die kalten Gänge (Gerätevorderseite) sollten mindestens 1,20 m breit und die warmen Gänge (Geräterückseite) mindestens 1,00 m breit sein. Für einige Geräte ist noch mehr Platz erforderlich. Fragen Sie im Zweifelsfall beim Hersteller nach. Die Platzierung der Klimaanlage hängt von der Größe des Rechnerraums ab. Eine entsprechende Anlage hat eine Reichweite von 12 m. Das heißt, für einen großen Raum sind womöglich zwei Klimaanlagen pro warmer Gang nötig. Beachten Sie, dass die Luft aus den Klimaanlagen den warmen Gang entlang strömt. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Kapazität eines Racks/Schranks im Normalfall nicht voll ausgenutzt wird und auch nicht jedes Rack für elektrisch betriebene Geräte eingesetzt wird. In einer typischen Konstellation ist beispielsweise ein Rack zur Hälfte mit Geräten gefüllt, während das nächste Rack ein Patchfeld enthält. Durch die sinnvolle Verteilung von Geräten lassen sich Wärmestaus vermeiden und die Kühlung optimieren. 12

13 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT 4.0 Positionierung von Racks/Schränken Für die Geräte im Rechnerraum sind 483 mm breite Racks/Schränke der heutige Standard. Für den Eingangsraum und die Zugangsanbieter-Schnittstelle werden allerdings 584 mm breite Racks bevorzugt. Um den Zugang zu den Geräten einzuschränken, können die Racks in Käfigen aufgestellt werden. Schränke mit abschließbaren Türen (mit einer freien Fläche von mindestens 50 % für die Belüftung) können ebenfalls eingesetzt werden. Racks und Schränke sollten an den Kanten der Bodenplatten ausgerichtet werden, damit sie leichter entfernt werden können. In Kombination mit Hardware für vertikales Kabelmanagement sollten sie der Breite der Bodenplatten entsprechen. Die Höhe von Racks/Schränken sollte maximal 2,40 m betragen, wobei eine maximale Höhe von 2,10 m bevorzugt wird. Die Tiefe von Racks/Schränken kann variieren. Da Schränke mit Türen ausgestattet sind, sollten zwischen den Türen und den Geräten im Schrank mindestens 100 mm Platz gelassen werden, um die Strom- und Kommunikationskabel unterzubringen. Aussparungen in den Bodenplatten, die für Kabel gedacht sind, sollten nicht größer sein als nötig. Um den Luftstrom durch die Aussparung zu blockieren, sollten Absperrvorrichtungen oder Bürsten angebracht werden. In jedem Fall sollte die Aussparung eingefasst sein, damit das Kabel während der Montage nicht beschädigt wird. Decke und Beleuchtung In TIA-942 wird Neonbeleuchtung mit einer Beleuchtungsstärke von 500 Lux in horizontaler Ebene und mit 200 Lux in vertikaler Ebene empfohlen. Diese Werte beziehen sich auf die Messung des Lichts in jedem Gang 1,00 m über dem Boden. Die Lampen sowie etwaige andere Hindernisse (wie Sprinklerköpfe) sollten mindestens 2,60 m über dem erhöhten Fußboden angeordnet sein. Für Racks/Schränke, die höher als 2,13 m sind, müssen die Decken höher sein, damit zwischen der Oberkante der Gerätegehäuse und der Sprinkleranlage ein Mindestabstand von 460 mm gewährleistet ist. Die Sprinkleranlage sollte eine Trockenanlage sein. Das heißt, das Wasser strömt erst dann in die Leitungen, wenn Rauch gemeldet wurde. 13

14 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT Stromversorgung und Erdung Für den Betrieb eines Rechenzentrums ist die unterbrechungsfreie Versorgung mit reinem Strom unerlässlich. Außerdem ist die sorgfältige und vollständige Erdung der Racks/Schränke, Böden und sogar des gesamten Gebäudes nicht weniger wichtig, um eine Beschädigung sensibler Geräte zu verhindern. Hauptstromversorgung Überlegen Sie, mit welchen Nachbarn Sie Ihre Versorgungsleitung teilen. Wenn es sich dabei um ein Krankenhaus oder eine Polizeiwache handelt, ist das für Sie positiv, denn Einrichtungen dieser Art werden bei Ausfällen meist bevorzugt behandelt. Dagegen sind Anlagen der Schwerindustrie als Nachbarn weniger erstrebenswert, da sie für Spannungsschwankungen und Oberschwingungen in der Versorgungsleitung sorgen. In jedem Fall sollten die Leitungen unterirdisch verlegt werden. Der Schaltanlagenbus sollte überdurchschnittlich groß sein, da eine Vergrößerung nach Inbetriebnahme äußerst schwierig ist. Auf jeder Ebene des Verteilungssystems sollte ein Überspannungsschutz (TVSS, Transient Voltage Surge Suppression) installiert werden. Redundante Stromversorgung Die redundante Stromversorgung lässt sich auf zwei Arten realisieren, mit USV-Systemen und Generatoren. Eine Kombination aus beidem bietet den optimalen Schutz. USV-Systeme müssen sich ohne Verzögerung einschalten und dann den Generator zum Zuge kommen lassen, sobald er eingeschaltet ist. Ein USV-System sollte zwar in der Lage sein, bei einem Versorgungsausfall sofort und vorübergehend Strom zur Verfügung zu stellen. Doch realistisch gesehen, muss es so lange Strom liefern, bis die Geräte ordnungsgemäß heruntergefahren werden konnten. Als grobe Faustregel werden mindestens vier Stunden angesetzt. Wenn es keinen Generator gibt, dann sind es acht Stunden. Planen Sie 20 % mehr USV- Kapazität ein, als nach derzeitigen Berechnungen erforderlich. Für Tier IV-Redundanz können mehrere USV- Einheiten in einem verteilten, isolierten Redundanzschema konfiguriert werden. Wenn nur ein USV-System verwendet wird, ist womöglich ein System zur Überwachung des Status der einzelnen Akkus sinnvoll. Die Akkus für USV werden in zwei Kategorien unterteilt: Akkus mit versiegelter Zelle (auch als VRLA-Akkus oder ventilregulierte Bleisäureakkus bezeichnet) und Nassakkus Akkus mit versiegelter Zelle sind kleiner und können im Regal montiert werden. Sie sind so gut wie wartungsfrei und produzieren weniger Wasserstoff. HINWEIS: Im Rechnerraum sind USV-Systeme mit versiegelter Zelle und einer Leistung von maximal 100 kva zulässig. Nassakkus haben eine wesentlich längere Lebensdauer (und niedrigere Lebenszykluskosten), sind jedoch wartungsintensiver und müssen am Boden montiert werden. In jedem Fall sollte der Akkubereich belüftet und klimatisiert sein. Eine zu niedrige Temperatur setzt die Leistung herab, eine zu hohe Temperatur verkürzt die Lebensdauer des Akkus. Bei Stromausfällen erfolgt eine langfristige Stromversorgung über Generatoren. Dieselgeneratoren werden für diese Aufgabe bevorzugt. Sie sollten genug Kraftstoff vorrätig haben, um den Generator mindestens acht Stunden lang zu betreiben (für Tier IV-Redundanz sind es 96 Stunden). Gelagerter Dieseltreibstoff kann durch Mikroben verderben. Daher sollte ein Klärsystem vorhanden sein. Außerdem kann Diesel bei niedrigen Temperaturen fest werden, so dass in kalten Umgebungen unter Umständen eine Beheizung/Umwälzung für den Tank nötig ist. Stromverteilungseinheiten Stromverteilungseinheiten (PDU, Power Distribution Unit) sind nötig, um die Geräte mit reinem Strom zu versorgen. Für jeden horizontalen Verteilungsbereich sollte mindestens eine PDU installiert sein. Im Idealfall ist eine PDU für zwei Gänge oder sogar eine PDU für jeden Gang vorhanden, wenn es die Umstände erfordern. PDUs übernehmen diverse Funktionen, beispielsweise Trenntransformator, Überspannungsschutz, Ausgabeschalttafel und Stromüberwachung. Außerdem sind sie so konstruiert, dass sie die hohe Schaltungsdichte im Rechenzentrum bewältigen können. 14

15 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT 5.0 Abschaltung im Notfall NEC 645 sieht vor, dass an jeder Ausgangstür eine Notabschaltungsvorrichtung (EPO, Emergency Power Off) vorhanden ist. Um ein versehentliches Betätigen zu verhindern, sollten diese Vorrichtungen über eine Abdeckung, ein Umgehungssystem und einen Abbruchschalter verfügen. Die Steuerung der Notabschaltung wird gemäß NFPA 75 über das Bedienfeld für den Brandschutz überwacht. Wenn ein Brandbekämpfungssystem aktiviert wird, das mit Gas arbeitet, müssen alle elektronischen Geräte von der Stromversorgung abgeschnitten werden. Standort und Dichte von Stromkabeln Wie bereits erwähnt, verlaufen die Stromkabel an der Vorderseite des Racks/Schranks und die Kommunikationskabel an der Rückseite, wodurch eine ausreichende Trennung gegeben sein sollte. Sollte ein Stromkabel jedoch einem UTP-Kabel zu nahe kommen, beispielsweise wenn beide Kabelarten dieselbe Wanne nutzen, besteht die Möglichkeit elektrischer Störungen. Berechnen Sie die Entfernung anhand des Diagramms unten: Entfernung zwischen Strom- und Datenkabeln Leitungsanzahl Leitungstyp Entfernung A 110/240 V, geschirmt, einphasig Siehe SYSTIMAX Power Separation Guidelines A 110/240 V, geschirmt, einphasig 50 mm A 110/240 V, geschirmt, einphasig 100 mm A 110/240 V, geschirmt, einphasig 150 mm über A 110/240 V, geschirmt, einphasig 300 mm 1 oder mehr 100 A 415 V, dreiphasig, geschirmte Versorgungsleitung 300 mm Wenn die Elektrokabel ungeschirmt sind, müssen diese Entfernungswerte verdoppelt werden, es sei denn, die Strom- oder UTP-Kabel sind in einer geerdeten Metallwanne mit Potenzialausgleich angebracht und mit einem durchgängigen Metall getrennt. Sonstige Vorschriften für die gemeinsame Installation unterschiedlicher Kabelarten finden Sie in NFPA 70 oder örtlich geltenden Vorschriften. UTP-Kabel, die in der Decke montiert werden, sollten mindestens 50 mm von den Neonleuchten entfernt sein. Wenn sich die Wege von UTP- und Stromkabeln kreuzen, dann sollte dies in einem Winkel von 90 geschehen. Erdung Die hohe Konzentration und Anfälligkeit für statische Elektrizität erfordert den Einsatz einer äußerst robusten Potenzialausgleichs- und Erdungsstruktur. Für das Erdungssystem des Gebäudes sollte ein direkter Potenzialausgleich durchgeführt werden, indem die Busse zu allen Stromverteilungsgeräten sowie alle Racks, Wannen und Bodenelemente im Rechenzentrum geerdet werden. TIA-942 zufolge beginnt die Erdung des Rechnerraums mit einem Kupfergitter mit den Abständen 25 x 3 mm, das zwischen den Stützen des Doppelbodens verläuft. Eine weitere Methode ist beispielsweise die Verwendung eines Gitternetzes aus isolierten Leitungen (AWG 6). Jede sechste (vorzugsweise jede dritte) Stütze wird mit einer AWG 6-Leitung über dieses Band geerdet, wie auch die Racks/Schränke, Klimaanlagen, Stromleitungsschutzrohre und Kabelkanäle. HINWEIS: Racks verfügen in der Regel über eine Lackschicht, und die Erdung muss direkt mit dem Metall verbunden sein. Daher kann bei der Rack-Montage die elektrische Verbindung durch Verwendung von Zahnscheiben, die durch die Lackschicht greifen, verbessert werden. Standards NEC 645 sowie NFPA 70 und 75 enthalten spezielle Vorschriften für Brandschutzgeräte und -verfahren für Rechenzentren, die regelmäßig aktualisiert werden. Die Spezifikationen für Erdung und Potenzialausgleich sind in ANSI-J-STD-607-A-2002 (ehemals TIA-607A), IEEE 1100 und NEC zu finden. In diesen Dokumenten finden Sie ausführliche Informationen. Auch hier gilt, dass örtliche Gesetze und Vorschriften Vorrang haben. Andere internationale Standards sind beispielsweise IEC TR , EN 50310, BS 7671 (Großbritannien) und VDE 0100 (Deutschland). 15

16 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT Kommunikationskabel Twisted-Pair- und Glasfaserkabel sind die gängigsten Kabelarten für Rechenzentren. Verkabelungslösungen bestehen aus dem Kabel, den Steckverbindern, den Patchkabeln und Patchfeldern. Die Verkabelung sollte als System betrachtet werden, in dem alle Komponenten miteinander verbunden und aufeinander abgestimmt sind. Faktoren, die unerheblich scheinen mögen (Enge einer Paarverdrillung oder ein perfekt zentrierter Faserkern), spielen für eine optimale Leistung eine zentrale Rolle. UTP-Kabel UTP-Kabel bestehen aus vier Paaren isolierter Kupferdrähte. Die beiden Adern jedes Paares sind sorgfältig miteinander verdrillt. Die Verdrillung ermöglicht die Übertragung mit Gigabit- oder noch höheren Geschwindigkeiten über eine durch Standards vorgegebene Entfernung von bis zu 100 m. Die Leistung von UTP-Kabeln wird in Kategorien angegeben (z. B. Kategorie 6). Das bedeutet, dass das Kabel als Mindestanforderung die Leistungsstandards TIA-568, ISO 11801:2002 und EN für die Kategorie erfüllt. Für die Kanalleistung ist es entscheidend, die Verdrillung der Adernpaare in einem UTP-Kabel beizubehalten, besonders an der Terminierung. Der Steckverbinder muss der Kabelkategorie entsprechen und so konstruiert sein, dass die Paarverdrillungen so ungestört wie möglich beibehalten werden. Patchkabel müssen auf die Kabelleistung und die Steckverbinder abgestimmt sein und sollten aus Gründen der Leistung und Einheitlichkeit vorterminiert sein. Aus diesem Grund muss man sich die Verkabelung als System vorstellen: Mit einem Kabel der Kategorie 6, dessen Patch und Terminierung Kategorie 5e entspricht, lässt sich keine Leistung der Kategorie 6 erzielen. Für Hochgeschwindigkeitsanwendungen im Rechenzentrum ist eine UTP-Verkabelung der Kategorie 6 mit 1 Gbit/s die Mindestvoraussetzung. Eine neue Kategorie namens TIA Kategorie 6A oder ISO Klasse EA ist der neue Standardentwurf für symmetrische Twisted-Pair-Kabel, die auf einer Länge von bis zu 100,00 m eine Leistung von 10 Gbit/s bringen. UTP-Leistungsmessung Es gibt unterschiedliche Methoden zur Messung der UTP-Leistung, bei denen die Phänomene Nebensprechen (XT, Störung des Signals eines Paares durch ein oder mehrere andere Paare) und Einfügungsdämpfung (Dämpfung, also der Signalverlust mit zunehmender Leitungslänge) berücksichtigt werden. Ein allgemeines Kriterium für die UTP-Leistung ist die Bandbreite, also die Signalkapazität des Kabels in MHz. Nahnebensprechen (NEXT) ist die nicht erwünschte Einkopplung von Signalen (Rauschen) von einem Paar in ein anderes. Dieses wird am nahen (Sender) Ende gemessen und in db angegeben. PowerSum-Nahnebensprechen (PSNEXT) ist die Summe des unerwünschten Signals, das von mehreren Sendern in ein Paar am nahen Ende eingekoppelt wird. Equal Level Far End Crosstalk (ELFEXT) ist die Summe der Einkopplung von einem Paar in ein anderes abzüglich der Einfügungsdämpfung am fernen (Empfänger) Ende. PowerSum Equal Level Far End Crosstalk (PSELFEXT) ist die Summe der Einkopplung von mehreren Sendern am nahen Ende in ein Paar, die am fernen Ende gemessen und an den eingehenden Signalpegel angepasst wird. Beim Vergleich dieser Messungen sind höhere Werte immer besser. Sonstige Leistungsindikatoren für UTP sind Rückflussdämpfung (Signalstärke, die vom Ende eines terminierten Kabels bei einer typischen Impedanz von 100 Ohm reflektiert wird) und Laufzeitdifferenz (Differenz in der Ausbreitungsverzögerung zwischen zwei Adernpaaren des gleichen Kabels). Die SYSTIMAX GigaSPEED XL7- und XL8-Lösungen der Kategorie 6 bieten eine Leistung, die deutlich über den Anforderungen der TIA-568- und ISO-/IEC-Standards liegt. Diese zusätzliche Marge (oder Spielraum) ist für eine effektive Übertragung erforderlich. Ein System mit wenig oder gar keinem Spielraum kann die Übertragung sogar verlangsamen, da Datenpakete, die im Kanal beschädigt wurden, ständig neu gesendet werden müssen. Bis vor kurzem war 1 Gbit/s die Geschwindigkeitsobergrenze für eine horizontale UTP-Verkabelung. Für höhere Geschwindigkeiten waren Multimode-Fasern nötig. Die nötigen höheren Anforderungen an Übertragungsleistung und Frequenzen, um mit Twisted-Pair-Verkabelungen die 10-Gbit/s-Ebene zu erreichen, bedeuteten, dass Alien Crosstalk (Rauschen von benachbarten Kabelkanälen oder angeschlossenen Geräten) zu einem Hindernis wird (besonders in einer so dicht gedrängten Umgebung wie dem Rechenzentrum), es sei denn, die Verkabelungskonstruktion wirkt dem entgegen. 16

17 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT 6.0 Die SYSTIMAX GigaSPEED X10D-Lösung erfüllt die strengen neuen Anforderungen, die für Klasse EA vorgesehen sind, und garantiert 10-Gbit/s-Geschwindigkeiten nach dem 10GBASE-T-Standard. GigaSPEED X10D- Verkabelung der Klasse EA kann auch eingesetzt werden, um eine 1-Gbit/s-Leistung mit einer größeren Marge zu erzielen, als es mit jeder Verkabelungslösung der Kategorie 6 möglich ist. UTP-Kanalleistung Die UTP-Verkabelung wird normalerweise im horizontalen Segment des Rechenzentrums eingesetzt (siehe Abschnitt 7.0), das eine maximale Länge von 100,00 m hat. Dabei handelt es sich nicht um ein durchgehendes Kabel. Es gibt bis zu vier Verbindungen (MDA mit HDA/HDA mit ZDA/ZDA mit EDA/Geräte-Patchkabel), wobei jede Verbindung ein potenzieller Punkt für eine Signalabschwächung ist. Aus diesem Grund müssen Kabel, Steckverbinder und Patchfelder als System betrachtet werden, in dem alle Komponenten für eine Zusammenarbeit ausgelegt sind. In diesem Diagramm wird dargestellt, in welchem Umfang Kupferkabellösungen von SYSTIMAX die Standards übertreffen. Die tatsächlichen Werte können Sie dem entsprechenden SYSTIMAX-Dokument über die Leistungsspezifikation entnehmen. HINWEIS: Diese Werte sind garantierte Worst-Case-Margen für den gesamten Frequenzbereich. Garantierte Marge über der Kanalspezifikation Elektrischer Kategorie 6 / Klasse E Klasse E Klasse EA Parameter MHz MHz MHz GigaSPEED XL7 GigaSPEED XL8 GigaSPEED X10D GigaSPEED X10D Einfügungsdämpfung 5 % 8 % 5 % 2% NEXT 6.0 db 7.0 db 6.0 db 1.0 db PSNEXT 7.5 db 8.5 db 7.5 db 2.5 db ELFEXT 6.0 db 8.0 db 6.0 db 6.0 db PSELFEXT 8.0 db 10.0 db 8.0 db 8.0 db Rückflussdämpfung 4.0 db 4.0 db 3.0 db 0.0 db PSANEXT db PSAELFEXT db Glasfaserkabel In Glasfaserkabeln (auch Lichtwellenleiter genannt) werden digitale optische Impulse über den Kern aus dünnen Glasadern verbreitet (oder übertragen). Es gibt grundsätzlich zwei Arten von Glasfasern: Multimode-Fasern mit einem breiten Kern (50 oder 62,5 µm) und Singlemode-Fasern mit einem schmalen Kern (unter 9 µm). Beide Faserarten müssen zum Schutz bei der Handhabung gepuffert werden. Bei einer ordnungsgemäßen Verkabelung sind Glasfasern so einfach zu handhaben wie Kupferkabel. Die gängigste Art der Glasfaserschaltung verwendet zwei Fasern, eine zum Senden und eine zum Empfangen. Leistungsmessung bei Multimode-Fasern Kriterien für die Bewertung eines Multimode-Kabels sind Bandbreite (Datenübertragungskapazität einer Faser) und Dämpfung. Bandbreite wird für die Lichtwellenlängen 850/1300 nm gemessen und in MHz km angegeben. Bisher wurden Multimode-Fasern mit der OFL-Methode (Overfilled Launch, Vollanregung), die für die Verwendung mit LEDs optimiert wurde, getestet, und auch die Bandbreite wurde damit spezifiziert. Da für die Gigabit- Übertragungen von heute Laser (VCSEL) nötig sind, war nun ein neues Testverfahren nötig. Die SYSTIMAX LazrSPEED -Glasfaserspezifikationen wurden von den Standardisierungsorganisationen schnell akzeptiert und dienten als Vorlage für die Spezifikationsentwicklung für 10-Gbit/s-Anwendungen. Dies führte zur Veröffentlichung von Standards für laseroptimierte Multimode-Fasern, wie den TIA-492AAAC-A-Glasfaserspezifikationen (auch bekannt als ISO/IEC OM3-Faser) und dem DMD-Testverfahren (Differential Mode Delay) TIA FOTP-220 (international unter dem Namen IEC bekannt). OM3-Faser ist in den Verkabelungsstandards ANSI/EIA/TIA-568B und ISO/IEC enthalten. 17

18 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT 6.0 LazrSPEED-Lösungen übertreffen die obigen Standards und werden am effektivsten als 10-Gbit/s- Verkabelung über längere Distanzen eingesetzt. SYSTIMAX-Lösungen bieten LazrSPEED-Lösungen mit Betriebsreichweiten von 150, 300 und 550 m. Nachstehend ist die Leistung auf Grundlage der Bandbreite für die LazrSPEED-Lösung plus nicht optimierte 50-µm- und 62,5-µm-Faser dargestellt. Betriebsgeschwindigkeiten und -entfernungen für Multimode-Fasern LazrSPEED 550 LazrSPEED 300 LazrSPEED 150 Standard Standard UNTERSTÜTZTE 50 µm 50 µm 50 µm 50 µm 62.5 µm ANWENDUNGEN 4700/500 MHz km 2000/500 MHz km 950/500 MHz km 500/500 MHz km 200/500 MHz km 10 Gb/s 850 nm 550 m 300 m 150 m 82 m 32 m 10 Gb/s 1310 nm 300 m 300 m 300 m 300 m 300 m 1 Gb/s 850 nm 1100 m 1000 m 800 m 550 m 300 m 1 Gb/s 1310 nm 600 m 600 m 600 m 550 m 550 m 100 Mb/s 850 nm 300 m 300 m 300 m 300 m 300 m 100 Mb/s 1310 nm 2000 m 2000 m 2000 m 2000 m 2000 m Leistungsmessung bei Singlemode-Fasern Singlemode-Fasern verfügen über einen einzigen Modus für die Lichtverbreitung. Das wichtigste Kriterium für die Leistungsmessung ist die Dämpfung. Für die Übertragung über Singlemode-Fasern sind Laser erforderlich, und ihre hohen Kosten im Vergleich zu LEDs oder VCSELs sprechen gegen eine großflächige Verwendung im Rechenzentrum. Singlemode-Fasern werden jedoch in Weitverkehrsnetzen (WANs) wie Campus eingesetzt, wo Entfernungen von über 550,00 m zu überwinden und/oder die Geschwindigkeiten über 10 Gbit/s liegen. Die herkömmlichen Wellenlängen für Singlemode-Laser sind 1310 und 1550 nm (die weißen Linien im Diagramm). Doch Fortschritte haben das so genannte Wavelength Division Multiplexing (WDM) ermöglicht, wobei durch Senden mehrerer Lichtwellenlängen über dieselbe Faser eine höhere Datenkapazität erzielt wird. TeraSPEEDTM-Singlemode-Lösungen arbeiten mit einer ZWP-Faser (Zero Water Peak), um eine Dämpfungsspitze bei 1400 nm auszuschalten. Das führt zu einer kontinuierlich niedrigeren Dämpfung über das gesamte nutzbare Spektrum. So kann auf relativ günstige Laser migriert werden, die CWDM-Übertragung ohne Upgrade der Verkabelung ermöglichen. Beide Kabelarten sind in Ausführungen erhältlich, die innerhalb und außerhalb des Rechenzentrums eingesetzt werden können. Die Feuerwiderstandsklassen von Kabeln werden im nächsten Abschnitt behandelt. Standarddämpfung TeraSPEED-Dämpfung Wellenlänge 18

19 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT 6.0 Konnektivität bei Glasfasern In Glasfaser-Steckverbindern werden die polierten Faserenden in einem Adapter, der in einem Patchfeld montiert ist, einander gegenüberliegend angeordnet. Es gibt drei gängige Arten von Steckverbindern für Einzelfasern. ST-Steckverbinder werden gedreht/arretiert, sind größer und einfacher in der Handhabung, weisen jedoch eine geringfügig höhere Einfügungsdämpfung auf als andere Verbinderarten. SC- Steckverbinder rasten in ihrer Position ein, haben etwa dieselbe Größe, sind aber leichter als STs und können für eine bessere Leistung angepasst werden. LC-Steckverbinder sind kompakt, und Duplexing erfolgt mühelos die Adernpaare werden zusammengehalten. Aufgrund ihrer geringen Größe sind sie ideal für die Verwendung im Rechenzentrum. Bei Steckverbindern wie MPO werden 12 Fasern in einem Steckverbinder untergebracht. Diese eignen sich für im Voraus mit Steckern versehene Anwendungen, die für die Migration auf Gerätekonnektivität mit paralleler Übertragung konzipiert sind. InstaPATCH Plus vorterminiertes Glasfasersystem Die Terminierung von Glasfasern ist in handwerklicher Hinsicht relativ aufwändig. Wem an der Zuverlässigkeit einer vorterminierten, vom Hersteller getesteten, modularen High-Density-Glasfaserverkabelungslösung gelegen ist, mit der Techniker Systemkomponenten bei der Installation schnell und einfach verbinden können, dem sei das SYSTIMAX InstaPATCH -System empfohlen. Mit dieser modularen Systemlösung können in der gleichen Zeit, in der bei traditionellen Systemen eine Glasfaserverbindung installiert wird, 96 betriebsbereite Glasfaserverbindungen hergestellt werden. Das InstaPATCH Plus-System unterstützt Rechenzentren, die Wert auf hohe Dichte, schnelle Bereitstellung und hohe Leistung legen. Das InstaPATCH Plus-System umfasst LazrSPEED-Multimode- und TeraSPEED- Singlemode-Glasfasertechnologien, um anspruchsvollen Anwendungen gerecht zu werden und gleichzeitig die Migration auf die Technologie der nächsten Generation zu erleichtern. Zum InstaPATCH Plus-System gehören vorterminierte Hardware, vorterminierte Backbone-Trunk-Kabel, widerstandsfähige MPO-auf-Einzelfaser-Verzweigungs-Patchkabel und Standard-Glasfaser-Patchkabel. Das InstaPATCH Plus-System verwendet ein einheitliches Modul, einheitliche widerstandsfähige Verzweigungen mit Steckern und Buchsen und Standard-Glasfaser-Patchkabel. Gleichzeitig bietet es die Vorteile einer einfachen Installation, Systemadministration und eines zukünftigen Upgrade-Pfads auf parallele Konnektivität. Zusammenfassung Die GigaSPEED XL7- und XL8-Lösungen der Kategorie 6 bieten eine 1-Gbit/s-Leistung mit garantierten Margen, die über den Anforderungen für einen reibungsloseren Netzwerkbetrieb liegen. Die GigaSPEED X10D-Lösung wurde ausdrücklich mit verbesserter Leistungsfähigkeit entwickelt, um auch den zukünftigen Anforderungen für 10 Gbit/s Ethernet gerecht zu werden. Diese Lösung bietet die doppelte Bandbreite der heutigen Verkabelung der Kategorie 6 sowie eine garantierte Alien Crosstalk-Leistung unter Worst-Case-Installationsbedingungen. LazrSPEED-Multimode-Faserlösungen bieten eine10-gbit/s-leistung über drei verschiedene Entfernungen (150, 300 und 550 m), so dass die Systemleistung auf die Planung, Umsetzung und das Budget eines Rechenzentrums abgestimmt werden kann. Bei der TeraSPEED-Lösung handelt es sich um eine Singlemode-Faserlösung für 10 Gbit/s und schnellere Systeme über größere Distanzen. Detaillierte Informationen und Spezifikationen zu all diesen Produkten finden Sie unter 19

20 PLANUNGSHANDBUCH FÜR DATENCENTER ABSCHNITT Verkabelungstopologie, Leistung und Sicherheit im Rechenzentrum Die Verkabelungstopologie im Rechenzentrum beruht auf dem Standard TIA-568 und wurde an die stärker konzentrierte Umgebung des Rechenzentrums angepasst. Im Allgemeinen fungiert der horizontale Verteilungsbereich als Trennung zwischen den beiden wichtigsten Verkabelungsarten, horizontal und Backbone. Der Begriff Verkabelung umfasst die Cross-Connects, Terminierungen, Jumper und natürlich das Kabel. Es ist darauf hinzuweisen, dass diese Komponenten als Gesamtsystem betrachtet werden sollten, in dem alle Komponenten auf ein Maximum an Kompatibilität und Leistung ausgelegt sind. Die Verkabelung des Rechenzentrums sollte nach einer Stern-Topologie angeordnet sein, so dass Hochgeschwindigkeitssignale über den Backbone hereinkommen und an die kleineren und kürzeren horizontalen Segmente verteilt werden. Die horizontale Verkabelung verläuft von den Patchfeldern im horizontalen Verteilungsbereich aus zu den Geräten in den Racks. Die Backbone-Verkabelung verläuft vom horizontalen Verteilungsbereich zurück zum Eingangsraum. Darüber hinaus gibt es einen erweiterten Backbone-Typ namens Centralized oder Collapsed Backbone. Dieser kann für Hochgeschwindigkeitsverbindungen über größere Entfernungen genutzt werden. Hinweis zur Verkabelungsentfernungen und -leistung Im Standard TIA-568 sind maximale Betriebsentfernungen für Verkabelungssysteme angegeben, die auf Mindestleistungsstandards beruhen (Nebensprechen, Bandbreite usw.) und in die Dämpfung an Spleißen und Steckverbindern einkalkuliert ist. Eine minimal kompatible Verkabelung, die bei maximalen Entfernungen arbeitet, kann zu Übertragungsfehlern führen. Es wird empfohlen, Verkabelungssysteme zu spezifizieren, die mehr Spielraum haben und die Standards überschreiten, damit die Leistung mit Verkabelungen höherer Dichte und höheren Übertragungsraten gewährleistet ist. Horizontale Verkabelung Kupfer und Glasfaser im Vergleich Die horizontale Verkabelung ist traditionell die kürzere der beiden Verkabelungsarten. Nach TIA-568 beträgt die maximale Länge für horizontale Kabel 90,00 m mit weiteren 10,00 m für Geräte- oder Patchkabel. Das heißt die gesamte Kanallänge beträgt 100,00 m. Das derzeit bevorzugte Medium für die horizontale Verkabelung ist das Kupfer-UTP-Kabel. Multimode-Glasfaser gewinnt jedoch trotz der höheren Anschaffungskosten an Beliebtheit. Twisted-Pair-Verkabelung eignet sich für ein Mindestmaß an Leistung und wird nach Kategorien definiert (bzw. in den internationalen Standards nach Klassen). Beispielsweise sind UTP-Kabel der Kategorie 5e zuverlässig für Übertragungen mit 100 Mbit/s, während UTP-Kabel der Kategorie 6 für zuverlässige und robuste 1 Gbit/s- Übertragungen empfohlen werden. Die GigaSPEED X10D-Lösung entspricht dem Entwurfsstandard für Kategorie 6A (auch Klasse EA genannt) und bietet über Entfernungen bis zu 100,00 m 10 Gbit/s. 20

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