Anwendung: Datacenter:
Die TH Wildau setzt auf »grenzenloses« Netzwerk

von Bernd Reder (bernd.reder@networkcomputing.de)

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29.07.2010

Ein Vorzeigeprojekt im Bereich Datacenter und Unified Communications hat die Technische Hochschule Wildau realisiert. Es basiert auf der Virtualisierung von Switches und I/O-Ports sowie einer »Unified Fabric«.

(Fortsetzung des Artikels von Seite 1)

Bioinformatiker der Technischen Hochschule Wildau in Brandenburg wollen das Altern der menschlichen Stimme enträtseln. Gemeinsam mit Wissenschaftlern der Johns Hopkins University in Baltimore arbeiten sie an Algorithmen, mit denen ein Computerprogramm das Lebensalter eines Menschen allein aus Stimmklang und Artikulationsdetails ermitteln kann.

Mit solchen Programmen ließe sich zum Beispiel die Aktualität von Videoaufnahmen aus unbekannter Quelle präzise bestimmen – was unter anderem für die Terrorabwehr oder für Kriminalisten von großem Interesse ist.

Was das Herz eines IT-Managers begeht, hat die TH Wildau zu bieten: eine 10-Gigabit-Infrastruktur, Unfied Communications, virtualisierte Switches und I/O-Ports.

»Unsere Arbeiten zur altersbedingten Veränderung des menschlichen Vokaltrakts stützen sich auf enorme Datenmengen«, sagt Prof. Peter Beyerlein, Bioinformatiker an der TH. »Wie viele andere unserer Projekte ist derartige Grundlagenforschung nur dank nahezu uneingeschränktem Zugriff auf hochgradig vernetzte IT-Ressourcen möglich.«

»IT-Hunger« der Wissenschaft wächst

Eine optimale Versorgung mit IT-Services ist heute in vielen Wissenschaftszweigen die Grundbedingung für Spitzenleistungen. Das gilt nicht nur für die Bioinformatik, sondern auch für Materialforschung, Mechanik, Nanotechnologie oder Entwicklungen auf dem Gebiet regenerativer Energien.

Ein wichtiger Gradmesser für die Praxisrelevanz angewandter Wissenschaften ist dabei das Drittmittelvolumen, das eine Bildungseinrichtung einwirbt. Die TH Wildau verzeichnet in diesem Punkt seit Jahren Zuwachsraten. Mehr als ein Drittel der Professoren werben dauerhaft Drittmittel ein. Der Jahresdurchschnitt liegt pro Forschungsprofessur bei 190.000 Euro – das ist nationaler Rekord.

Die Vernetzung auf dem Wildauer Campus hat fraglos maßgeblichen Anteil an diesem Erfolg. Doch der IT-Hunger ambitionierter Wissenschaftsprojekte wächst unaufhaltsam.

Kaum jemand weiß das aus eigener Erfahrung so gut wie Bernd Heimer, Leiter des Hochschulrechenzentrums: »Es kommt durchaus vor, dass die Bioinformatiker mal eben 15 Terabyte Daten an uns auslagern müssen.« Grund genug, die Bandbreite des Cisco-Netzwerks flächendeckend auf 10 GBit/s aufzustocken.

Mit Switches der Reihe Cisco Nexus lassen sich unterschiedliche Datenarten gemeinsam managen: IP und Fibre Channel beziehungsweise Fibre Channel over Ethernet (FCoE).

»Hohe Bandbreiten sind die Voraussetzung dafür, dass wir IT-Dienste aller Art zentral bereitstellen und so historisch gewachsene Grenzen zwischen IT-Inseln in den Fachbereichen und Laboren überbrücken können«, sagt Heimer. Er bezeichnet das Hochschulnetzwerk deshalb als ein »Borderless Network«.

Virtuelles Switch-Tandem und Unified Fabric

Seit Jahren zieht das Netzwerk in Wildau die Aufmerksamkeit anderer deutscher Bildungseinrichtungen auf sich. Denn es dient als Plattform für Unified-Communications-Anwendungen und ist zudem Anker für ein campusweites Wireless LAN.

Forschung und Lehre sind dank dieser IT-Infrastruktur nachweislich effizienter und die Hochschule attraktiver geworden. Die aktuelle 10-GBit/s-Skalierung ist für Bernd Heimer aber nicht nur ein quantitativer, sondern auch ein qualitativer Sprung.

Als Beispiel dafür führt er das »Virtual Switching System« (VSS) an: »Damit lassen sich zwei Core-Switches der Reihe Cisco [1] Catalyst 6509 virtuell zu einem Switch vereinen. Der Administrationsaufwand schmilzt auf die Hälfte zusammen, während die Verfügbarkeit des Netzwerks signifikant steigt.«

Hochverfügbarkeit inklusive

Je mehr IT-Dienste über die Plattform angeboten werden, desto wichtiger werden stabile Performance und ein zuverlässiger Ausfallschutz. »VSS schaltet bei einer Störung innerhalb von Sekundenbruchteilen auf den anderen Catalyst im virtuellen Switch-Verbund um«, führt Bernd Heimer weiter aus.

Bei einer nicht-virtuellen Topologie könne ein solcher Umschaltprozess länger als eine halbe Minute dauern – und würde dann merkbare Einschränkungen der Netzwerkperformance verursachen.

Das hochverfügbare 10-Gigabit-Netzwerk verbindet die Wildauer Labor- und Lehrgebäude mit dem Nervenzentrum der Hochschul-IT, dem weitgehend virtualisierten Hochschulrechenzentrum. Wer dort genauer umsieht, mag sich fragen, wo all die Kabel untergebracht sind, die andernorts den Blick auf Serverracks verstellen.

»Nirgendwo«, antwortet Bernd Heimer. »Die neue Generation der Nexus-Switches führt zu einer durchgreifenden I/O-Konsolidierung – und zwar dank einer Unified Fabric, mit der sich bisherige Grenzen zwischen Server- und Speichernetzen quasi in Luft auflösen.«

Eine Unified Fabric bringt Storage-Netze, die auf Fibre Channel (FC) basieren, auf transparente Weise mit der Ethernet-basierten IP-Welt zusammen. Der Nexus 5000 nutzt den Standard Fibre Channel over Ethernet (FCoE), um FC-Speicherdaten für den Ethernet-Transport einzukapseln. »Unsere neuen Bladeserver benötigen also keine gesonderten FC-Adapter mehr. Zudem sparen wir die Hälfte der sonst notwendigen Verkabelung am Rack«, so der IT-Chef.

Weichenstellung in Richtung Campus-Cloud

Seinen Worten zufolge passt die FCoE-basierte Nexus-Architektur ideal zu den Server-Blades, die mithilfe der Software von Virtualisierungsspezialist Vmware [2] virtualisiert sind. Durch Virtualisierung steigt der Auslastungsgrad verfügbarer IT-Ressourcen, da ein einzelner Bladeserver viele virtuelle Maschinen versorgen kann.

Diese sind trotzdem vollkommen unabhängig von einem bestimmten physischen Server. Sie können auf der Hardware bewegt werden und ermöglichen so beispielsweise Wartungsarbeiten ohne Serviceunterbrechung.

An der TU Wildau kommen Switches der Reihe Nexus zum Einsatz (hier die Modelle der Reihe 7000).

Virtuell sind aber nicht mehr nur die Server, sondern in zunehmendem Maß auch das Netzwerk selbst. Der Nexus 1000V beispielsweise ist als reiner Software-Switch unmittelbar in die Virtualisierungslösung von Vmware integriert. »Virtuelle Maschinen können praktisch ohne jeden Konfigurationsaufwand zusammen mit allen Netzwerkeinstellungen flexibel auf der Server-Hardware hin und her verschoben werden«, erläutert Bernd Heimer den Effekt.

Die Flexibilität, mit der in virtualisierten Umgebungen IT-Ressourcen angefordert und auch wieder freigegeben werden, legt zudem den Grundstein für Cloud Computing: »Dahinter steht ein neuartiges IT-Paradigma, das sich vom Software-as-a-Service-Konzept herleitet – mit dem Unterschied, dass in der Cloud nicht nur Software, sondern jeder beliebige Infrastrukturdienst via Netzwerk als On-Demand-Service zur Verfügung steht«, so Bernd Heimer.

Mit 80 Prozent Virtualisierungsgrad ist das TH-Rechenzentrum de facto schon heute eine Cloud, die gut 600 Terabyte Speicherkapazität per FCoE mit 3 x 10 Server-Blades verbindet.

Weniger CO2-Emission und niedrigerer Strombedarf

Ein weiterer Aspekt der Unified Fabric liegt Bernd Heimer besonders am Herzen: »Weniger Adapter an den Serverracks – das heißt zum einen weniger Geräte und folglich weniger direkte Stromaufnahme. Zum anderen verringert sich die Wärmelast, sodass auch Kühlaggregate weniger Energie verbrauchen.«

Überdies verbessert der erhöhte Auslastungsgrad der virtualisierten Server- und Speicherlandschaft die Energieeffizienz im TH-Rechenzentrum. Trotz massiv gestiegener IT-Leistung lässt sich der Anstieg des Energieverbrauchs nachhaltig begrenzen. Entsprechendes gilt für die IT-bedingten CO2-Emissionen.

Solarstrom für Switches

Unterdessen arbeitet man im Wildauer Forschungsbereich Materialtechnik an optimierten Verfahren zur Nutzung von Solarenergie. An der TH Wildau werden schrittweise Solarzellen installiert, die Sonnenenergie speichern und Strom auch bei bewölktem Wetter liefern. Die Arbeiten zur Installation der neuen Brennstoffzellen sollen noch im Sommer abgeschlossen sein.

Somit sollen künftig die Verteiler-Switches von solchen Brennstoffzellen versorgt werden. An dieser Stelle reduziert sich der CO2-Ausstoß des Netzwerks dann auf null.

Bis es so weit sein wird, hat Bernd Heimer noch alle Hände voll zu tun: Zurzeit sind drei Gebäude mit 10 GBit/s an die virtualisierte Hochschul-Cloud angebunden. Bis Ende 2010 soll das Projekt abgeschlossen sein und diese Bandbreite campusweit allen Forschern zur Verfügung gestellt werden.

Die TH Wildau

Hervorgegangen aus einer Fachschule für Maschinenbau, hat sich die TH Wildau seit 1991 zu einer festen Größe in der deutschen Bildungslandschaft entwickelt. Die TH hat zirka 3.500 Studenten und beschäftigt knapp 250 Mitarbeiter.

Die Netzwerkinfrastruktur

Die 10-Gigabit-Skalierung des bestehenden Cisco-Netzwerks sollte die erweiterten Rechen- und Speicherkapazitäten im weitgehend virtualisierten Hochschulrechenzentrum campusweit flexibel nutzbar machen. Im Rechenzentrum selbst sollte insbesondere die Verkabelung und Adapteranzahl an Bladeserver-Racks eingedämmt werden, um administrativen Aufwand und Kosten zu senken.

Im Core-Netz wurden im ersten Schritt je zwei Cisco-Catalyst-6509 per VSS zu einem virtuellen Switch vereint. Die Bandbreite wird bis Mitte 2010 campusweit auf 10 GBit/s aufgestockt. Im Rechenzentrum selbst überwinden Switches der Nexus-Familie die Grenze zwischen Fibre-Channel- und Ethernet-Welt.

[1] http://www.cisco.de/
[2] http://www.vmware.de/

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