Die
Architektur von Rechenzentren ist entscheidend für den Erfolg der IT-Infrastruktur. Entdecken Sie gemeinsam mit
gbc engineers moderne Architekturen und Verbindungsmethoden für leistungsstarke und zukunftssichere Rechenzentren.
Arten von Datenzentrum-Architekturen
Traditionelle Datenzentrum-Architektur
Ein traditionelles Datenzentrum verwendet dedizierte Hardware für Computing, Speicherung und Netzwerktechnologie, die vor Ort untergebracht ist. Es wird in der Regel mit separaten physischen Servern, Speichersystemen und Netzwerktechnik in einer isolierten Konfiguration aufgebaut.
- Volle Kontrolle über Hardware, Software und Sicherheitsrichtlinien, was mehr Privatsphäre und Sicherheit im Bereich der Arbeitsverwaltung bietet
- Anpassbare Infrastruktur, um spezifische Anwendungsanforderungen zu erfüllen und die Betriebstechnik zu verbessern
- Hohe Leistung für Legacy- oder spezialisierte Arbeitslasten
- Hohe Kapital- und Betriebskosten (CAPEX/OPEX), die die Finanzplanung beeinflussen
- Schwierigkeit, schnell zu skalieren aufgrund von Hardware-Einschränkungen
- Komplexe Verwaltung und lange Bereitstellungszeiten, die erhebliche Ressourcen für das Content-Management erfordern
- Geringe Agilität in dynamischen Arbeitslastumgebungen
Cloud-basierte Datenzentrum-Architektur
Cloud-basierte Datenzentren arbeiten auf virtualisierter Infrastruktur, die von Drittanbietern wie Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure oder Google Cloud gehostet wird.
- On-Demand-Skalierbarkeit – Ressourcen in Echtzeit skalieren
- Geringe Anfangsinvestitionen; Pay-as-you-go-Modell, das die anfänglichen Investitionskosten für den Bau von Einrichtungen reduziert
- Globale Zugänglichkeit und Unterstützung für Remote-Teams, was eine flexible Umgebung für Teams weltweit schafft
- Disaster Recovery und geografische Redundanzoptionen
- Begrenzte Kontrolle über die physische Infrastruktur
- Laufende Abonnementkosten, die mit der Zeit steigen und langfristige finanzielle Entscheidungen erschweren können
- Risiko der Anbieterbindung
- Herausforderungen bei der Einhaltung von Vorschriften und der Datenhoheit in bestimmten Regionen
Hyper-Converged Infrastructure (HCI)
Hyper-Converged Infrastructure (HCI) kombiniert Computing, Speicherung und Netzwerktechnologie in einem einzigen System, das durch Software verwaltet wird und auf Standardhardware läuft. Es wird häufig für Virtualisierung, VDI und Edge-Anwendungen verwendet.
- Vereinfachte Verwaltung durch eine einheitliche Software-Schicht
- Einfache Skalierbarkeit durch nodebasierte Erweiterung
- Platz- und Energieeffizienz
- Schnelle Bereitstellung für neue Dienste oder Arbeitslasten
- Nicht ideal für spezialisierte Hardwareanforderungen
- Eingeschränkte Flexibilität bei der Auswahl und Kombination von Komponenten
- Hohe anfängliche Softwarelizenzkosten
- Skalierbarkeitsgrenzen in extrem großen Umgebungen
Edge-Datenzentren
Edge-Datenzentren sind kleinere Einrichtungen, die näher an der Datenquelle oder den Endnutzern platziert werden, um Latenz und Bandbreitennutzung zu reduzieren. Sie sind ideal für Echtzeitanwendungen in abgelegenen oder städtischen Gebieten.
- Ultra-niedrige Latenz und schnellere Reaktionszeiten
- Lokalisierte Datenverarbeitung in der Nähe von Nutzern oder Geräten
- Geringere Belastung zentralisierter Datenzentren
- Verbesserte Zuverlässigkeit für IoT- und 5G-Anwendungen
- Kleinere Kapazität im Vergleich zu zentralisierten Datenzentren
- Komplexere Verwaltung verteilter Infrastruktur
- Höheres Sicherheitsrisiko aufgrund mehrerer Angriffsflächen
- Größere Abhängigkeit von lokalen Versorgungsunternehmen und Netzwerken
Modulare Datenzentren
Modulare Datenzentren sind vorgefertigte, containerisierte Einheiten, die alle notwendigen IT-, Energie- und Kühlinfrastrukturen beinhalten. Sie können schnell bereitgestellt und skaliert werden, um der Nachfrage gerecht zu werden.
- Schnelle Bereitstellung – in Wochen statt Monaten
- Flexibel und skalierbar – Module können nach Bedarf hinzugefügt werden
- Energieeffizientes Design
- Niedrigere Anfangskosten im Vergleich zu traditionellen Bauten
- Kapazitätsgrenzen pro Modul
- Einschränkungen bei der Anpassung an einzigartige Layouts oder Systeme
- Integrationsprobleme mit Legacy-Systemen
- Platzbeschränkungen in hochdichten Umgebungen
Wichtige Überlegungen beim Entwurf einer Datenzentrum-Architektur
Beim Entwerfen oder Upgraden eines Datenzentrums sollten die folgenden Aspekte berücksichtigt werden:
- Skalierbarkeit: Kann die Infrastruktur mit Ihrem Unternehmen wachsen?
- Redundanz & Verfügbarkeit: Gibt es Backupsysteme, um Ausfallzeiten zu vermeiden?
- Energieeffizienz: Wie kann der Stromverbrauch optimiert werden?
- Sicherheit: Sind physische und Cyber-Sicherheitsmaßnahmen vorhanden?
- Konnektivität: Sind die Verbindungen schnell und zuverlässig?
- Compliance: Entspricht die Architektur den lokalen und internationalen Standards?
Datenzentrum-Architektur
Dreischicht- oder Multi-Schicht-Modell
Die Dreischicht-Architektur ist das traditionelle Modell, das in den meisten Legacy-Datenzentren verwendet wird. Es besteht aus drei Hauptschichten:
- Core-Schicht: Dies ist das Rückgrat des Netzwerks im Datenzentrum. Sie sorgt für eine hochgeschwindigkeits- und redundante Verbindung zwischen verschiedenen Teilen des Datenzentrums oder zwischen mehreren Datenzentren.
- Verteilungs-Schicht: Auch Aggregations-Schicht genannt, verbindet sie die Zugriffs-Schicht mit dem Core. Sie wendet Richtlinien wie Routing, Firewalling und Lastenausgleich an.
- Zugriffs-Schicht: Die Schicht, in der Server, Speichersysteme und Endgeräte verbunden sind. Sie verwaltet den Zugang zum Netzwerk und stellt die Konnektivität für Endgeräte sicher.
- Große Unternehmensdatenzentren
- Organisationen, die Legacy-Anwendungen ausführen
- Umgebungen mit erheblichem Nord-Süd-Verkehr (Benutzer-zu-Server-Kommunikation)
Leaf-Spine (Super Spine / Mesh)
Die Leaf-Spine-Architektur ist eine flache, skalierbare Netzwerktopologie, die entwickelt wurde, um die Einschränkungen des klassischen Drei-Schichten-Modells zu überwinden. Sie besteht aus:
- Spine-Switches: Hochgeschwindigkeitsschalter, die das Rückgrat des Netzwerks bilden und mit allen Leaf-Switches verbunden sind. Sie sind auf optimale Leistung und die Einhaltung von Datenschutzrichtlinien ausgelegt und gewährleisten eine sichere Datenübertragung über große Netzwerke hinweg.
- Leaf-Switches: Zugriffsebene-Switches, die direkt mit Servern, Speichergeräten und anderen Endpunkten verbunden sind. Jeder Leaf-Switch ist mit jedem Spine-Switch verbunden. Dieses System wird häufig analysiert, um optimale Lastverteilung und effizienten Datenverkehr zu gewährleisten und den Best Practices in Bezug auf Skalierbarkeit zu entsprechen.
- In größeren Rechenzentren kann eine zusätzliche Super-Spine-Ebene eingeführt werden. Diese erweitert die Architektur um eine weitere Ebene von Spine-Switches, die mehrere Spine-Leaf-Blöcke (sogenannte „Fabrics“) über mehrere Data Halls oder Einrichtungen hinweg miteinander verbinden.
Typische Anwendungsfälle:
- Hyperscale-Rechenzentren
- Cloud-Service-Anbieter
- High-Performance-Computing (HPC)-Umgebungen
- Rechenzentren mit hohem Ost-West-Datenverkehr
Mesh Point of Delivery (PoD)
Die Point-of-Delivery-Architektur (PoD) beschreibt einen modularen Ansatz im Rechenzentrumsdesign, bei dem jede PoD-Einheit eine eigenständige Einheit darstellt, die Rechen-, Speicher- und Netzwerkressourcen enthält. Diese PoDs werden dann – häufig über eine Leaf-Spine- oder Super-Spine-Struktur – miteinander verbunden.
Die Mesh-PoD-Architektur geht noch einen Schritt weiter, indem sie mehrere PoDs in einer Mesh- oder Super-Spine-Struktur verbindet, was eine hohe Verfügbarkeit, Flexibilität und Leistung im gesamten Rechenzentrum gewährleistet.
Typische Anwendungsfälle:
- Unternehmen auf dem Weg zu hybriden oder Multi-Cloud-Strategien
- Dienstleister mit Multi-Tenant-Umgebungen
- Große Organisationen mit gestuften Rollouts oder regionalen Bereitstellungen
Full Mesh Network
Eine Full-Mesh-Architektur beschreibt die vollständige Vernetzung aller Netzwerkteilnehmer (z. B. Switches, Router oder PoDs) untereinander. Dies bietet maximale Redundanz und mehrere alternative Datenpfade.
- Kritische Umgebungen wie Finanzhandelsplattformen, militärische Rechenzentren oder medizinische Systeme mit Echtzeit-Anforderungen
- Systeme, die Hochgeschwindigkeitskommunikation mit garantierter Betriebszeit erfordern
Verbindungsmethoden für Rechenzentrumsausstattung
Im strukturierten Verkabelungsdesign von Rechenzentren beeinflusst die gewählte Verbindungsmethode von elektronischen Komponenten und Systemen maßgeblich die Leistung, Flexibilität, Skalierbarkeit und Wartungsfreundlichkeit.
Es gibt zwei Hauptansätze:
Cross-connect
Ein Cross-Connect ist ein physischer, zentraler Verbindungspunkt, an dem Patchkabel oder Jumper die Geräteports oder Verkabelungsläufe mit Verbindungshardware verbinden – ohne die eigentliche Elektronik oder Backbone-Verkabelung direkt zu beeinträchtigen. Die Verbindung erfolgt zwischen:
- Geräteports
- Patchpanels
- Verkabelungssystemen
Diese Methode ermöglicht einfachere Wartung und bessere Anpassbarkeit bei Änderungen im System.
Interconnect
Ein Interconnect verbindet Geräteports direkt mit der Backbone-Verkabelung mittels Patchkabeln. Dieses Modell ist einfacher und kostengünstiger und wird häufig in kleineren oder statischen Umgebungen eingesetzt.
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