Was ist ein Rechenzentrum? Grundlegende Definition und Funktion

Ein Rechenzentrum (Data Center) ist eine spezielle Struktur, die entwickelt wurde, um die Rechen- und Speicheranforderungen einer Organisation zu erfüllen und Hardware-, Software- und Netzwerkkomponenten zusammenführt. Diese Strukturen umfassen Server, Speichersysteme, Netzwerkgeräte (Router, Switch, Firewall usw.) und die unterstützende Infrastruktur (Stromversorgungen, Kühlsysteme, Sicherheitssysteme usw.). Die Hauptfunktion von Rechenzentren besteht darin, kritische Anwendungen auszuführen, Daten sicher zu speichern und Benutzern einen schnellen und zuverlässigen Zugriff auf diese Daten zu ermöglichen.

Rechenzentren können sich im Besitz von Unternehmen befinden (On-Premise) oder von Drittanbietern bereitgestellt werden (Co-Location, Managed Hosting, Cloud Computing). Mit der Verbreitung von Cloud-Computing-Technologien haben virtuelle Rechenzentren und hybride Rechenzentrumslösungen heutzutage ebenfalls an Bedeutung gewonnen.

Wichtige Punkte:

Rechenzentren sind das Rückgrat moderner Unternehmen.
Sicherheit, Leistung und Kontinuität sind die Hauptprioritäten von Rechenzentren.
Verschiedene Arten von Rechenzentren erfüllen unterschiedliche Anforderungen.

Warum wird ein Rechenzentrum benötigt?

Rechenzentren bieten Unternehmen viele wichtige Vorteile:

Hohe Leistung: Rechenzentren ermöglichen dank Hochgeschwindigkeits-Rechenleistung und Netzwerkverbindungen einen schnellen und effizienten Betrieb von Anwendungen.
Zuverlässigkeit und Kontinuität: Dank redundanter Stromversorgungen, Kühlsysteme und Netzwerkverbindungen bieten Rechenzentren einen unterbrechungsfreien Service. Redundante Systeme, die im Fehlerfall automatisch aktiviert werden, gewährleisten die Geschäftskontinuität.
Sicherheit: Rechenzentren sind mit physischen und Cybersicherheitsmaßnahmen ausgestattet. Um unbefugten Zugriff zu verhindern, werden strenge Sicherheitsprotokolle angewendet.
Skalierbarkeit: Rechenzentren können problemlos an die wachsenden Bedürfnisse von Unternehmen angepasst werden. Benötigte Ressourcen (Server, Speicher, Netzwerk) können schnell hinzugefügt oder entfernt werden.
Zentrale Verwaltung: Rechenzentren ermöglichen die zentrale Verwaltung aller Computerressourcen. Dadurch ist es möglich, Ressourcen effizienter zu nutzen und die Verwaltungskosten zu senken.
Konformität: Rechenzentren werden so konzipiert und betrieben, dass sie verschiedenen Industriestandards (ISO 27001, PCI DSS, HIPAA usw.) entsprechen. Dies erleichtert es Unternehmen, gesetzliche und regulatorische Anforderungen zu erfüllen.

Beispiel aus dem echten Leben: Ein E-Commerce-Unternehmen stellt fest, dass seine eigenen Server aufgrund des zunehmenden Kundenverkehrs und des Auftragsvolumens unzureichend sind. Daher wechselt es zu einem Rechenzentrum, um eine höhere Leistung, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit zu erzielen. Darüber hinaus schützt es dank Sicherheitsmaßnahmen Kundendaten besser und erfüllt die Anforderungen der gesetzlichen Bestimmungen.

Welche Arten von Rechenzentren gibt es?

Rechenzentren werden je nach Bedarf und Budget in verschiedene Typen unterteilt:

Enterprise Data Centers (Unternehmensrechenzentren): Rechenzentren, die von Unternehmen selbst eingerichtet und betrieben werden. Sie werden in der Regel von großen Unternehmen bevorzugt.
Co-location Data Centers (Colocation-Rechenzentren): Rechenzentren, in denen Unternehmen ihre eigenen Server und Geräte in den Einrichtungen eines Drittanbieters von Rechenzentren unterbringen. Unternehmen sparen Infrastrukturkosten und profitieren von den Vorteilen, die der Rechenzentrumsanbieter bietet, wie z. B. Sicherheit, Stromversorgung und Kühlung.
Managed Hosting Data Centers (Managed-Hosting-Rechenzentren): Rechenzentren, in denen die Server und die Infrastruktur von Unternehmen von einem Drittanbieter verwaltet werden. Unternehmen erhalten Unterstützung vom Anbieter in Bezug auf technische Fachkenntnisse und können sich auf ihr eigenes Geschäft konzentrieren.
Cloud Data Centers (Cloud-Rechenzentren): Rechenzentren, in denen virtuelle Ressourcen (Server, Speicher, Netzwerk) über das Internet bereitgestellt werden. Unternehmen können die benötigten Ressourcen sofort nutzen und nur für das bezahlen, was sie nutzen. Sie bieten Skalierbarkeit, Flexibilität und Kostenvorteile.
Hyperscale Data Centers (Hyperscale-Rechenzentren): Sehr große, hochleistungsfähige und energieeffiziente Rechenzentren. Sie werden in der Regel von Cloud-Anbietern (AWS, Azure, Google Cloud) und großen Internetunternehmen (Facebook, Google, Amazon) genutzt.

Art des Rechenzentrums	Vorteile	Nachteile	Anwendungsbereiche
Eigenes Rechenzentrum	Volle Kontrolle, Möglichkeit zur Anpassung	Hohe Kosten, erfordert technisches Fachwissen	Große Unternehmen, Organisationen, die mit sensiblen Daten arbeiten
Co-Location Rechenzentrum	Einsparungen bei Infrastrukturkosten, hohe Sicherheit	Begrenzte Kontrolle, Abhängigkeit	Mittelständische Unternehmen, Unternehmen mit schnellem Wachstumspotenzial
Managed Hosting Rechenzentrum	Technischer Support, einfache Verwaltung	Hohe Kosten, begrenzte Anpassungsmöglichkeiten	Kleine und mittelständische Unternehmen, Organisationen ohne technisches Fachwissen
Cloud-Rechenzentrum	Skalierbarkeit, Flexibilität, Kostenvorteile	Sicherheitsbedenken, Abhängigkeit	Unternehmen jeder Größe, insbesondere Unternehmen mit schnellem Wachstum und sich ändernden Bedürfnissen

Was sind Rechenzentrumsdesign und -komponenten?

Das Design eines Rechenzentrums ist ein komplexer Prozess, der die Berücksichtigung vieler Faktoren erfordert. Die Leistung, Zuverlässigkeit und Energieeffizienz des Rechenzentrums werden in der Entwurfsphase festgelegt.

Grundlegende Komponenten:

Server: Sind die grundlegende Hardware, die zum Ausführen von Anwendungen und zum Speichern von Daten verwendet wird.
Speichersysteme: Sorgen für die sichere und effiziente Speicherung von Daten. Die RAID-Technologie (Redundant Array of Independent Disks) wird für Datenredundanz und Leistungssteigerung eingesetzt.
Netzwerkgeräte: Ermöglichen die Kommunikation zwischen Servern, Speichersystemen und Benutzern. Geräte wie Router, Switches und Firewalls verwalten den Netzwerkverkehr und gewährleisten die Sicherheit.
Stromquellen: Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) und Generatoren sorgen dafür, dass das Rechenzentrum bei Stromausfällen weiterarbeiten kann.
Kühlsysteme: Werden verwendet, um eine Überhitzung der Server zu verhindern. Klimaanlagen, Kühltürme und Flüssigkeitskühlsysteme halten die Temperatur des Rechenzentrums unter Kontrolle.
Sicherheitssysteme: Werden verwendet, um physische und Cybersicherheit zu gewährleisten. CCTV-Kameras, Zutrittskontrollsysteme, Brandmeldeanlagen und Cybersicherheitssoftware schützen die Sicherheit des Rechenzentrums.

Schritt-für-Schritt-Designprozess:

Bedarfsanalyse: Die aktuellen und zukünftigen Bedürfnisse des Unternehmens werden ermittelt. Server-, Speicher-, Netzwerk- und Sicherheitsanforderungen werden analysiert.
Standortauswahl: Der Standort des Rechenzentrums wird unter Berücksichtigung von Faktoren wie Sicherheit, Zugänglichkeit, Energiekosten und Naturkatastrophenrisiko ausgewählt.
Architektonisches Design: Die physische Anordnung des Rechenzentrums, die Anordnung der Strom- und Kühlsysteme, die Netzwerktopologie und die Sicherheitsmaßnahmen werden geplant.
Auswahl der Ausrüstung: Server, Speichersysteme, Netzwerkgeräte und andere Hardware werden unter Berücksichtigung von Leistung, Zuverlässigkeit und Kostenfaktoren ausgewählt.
Implementierung und Test: Das Rechenzentrum wird gebaut, die Hardware installiert und die Systeme getestet.
Betrieb und Wartung: Das Rechenzentrum wird kontinuierlich überwacht, gewartet und aktualisiert.

Wie wird die Sicherheit eines Rechenzentrums gewährleistet?

Die Sicherheit von Rechenzentren ist ein vielschichtiger Ansatz, der sowohl physische als auch Cybersicherheit umfasst. Der Schutz der in einem Rechenzentrum gespeicherten Daten und Systeme ist von entscheidender Bedeutung, um den Ruf, die finanzielle Situation und die Einhaltung der Gesetze von Unternehmen zu schützen.

Physische Sicherheitsmaßnahmen:

Zugangskontrolle: Kartenlesesysteme, biometrische Lesegeräte und Sicherheitspersonal werden eingesetzt, um unbefugten Personen den Zutritt zum Rechenzentrum zu verwehren.
CCTV-Kameras: Alle Bereiche des Rechenzentrums werden kontinuierlich überwacht.
Umfeldsicherheit: Das Gelände des Rechenzentrums ist von Zäunen umgeben und wird durch Alarmsysteme geschützt.
Brandschutz: Brandmeldeanlagen, Feuerlöschanlagen und feuerbeständige Materialien werden eingesetzt.
Schutz vor Überschwemmungen: Entwässerungssysteme und Wassersensoren werden eingesetzt, um Überschwemmungen zu verhindern.

Cyber-Sicherheitsmaßnahmen:

Firewall: Wird verwendet, um den Netzwerkverkehr zu überwachen und unbefugten Zugriff zu verhindern.
Intrusion Detection and Prevention Systems (IDS/IPS): Wird verwendet, um bösartige Aktivitäten zu erkennen und zu verhindern.
Antivirus- und Antimalware-Software: Wird verwendet, um Viren, Würmer, Trojaner und andere bösartige Software zu erkennen und zu entfernen.
Datenverschlüsselung: Wird verwendet, um Daten vor unbefugtem Zugriff zu schützen.
Authentifizierung und Autorisierung: Wird verwendet, um die Identität von Benutzern zu überprüfen und sicherzustellen, dass sie nur auf Ressourcen zugreifen können, für die sie autorisiert sind.
Schwachstellen-Scans und Patch-Management: Wird verwendet, um Schwachstellen in Systemen zu identifizieren und diese mit Patches zu beheben.
Security Information and Event Management (SIEM): Wird verwendet, um Sicherheitsereignisse zu sammeln, zu analysieren und zu melden.

Beispielcode (Firewall-Regel):


# SSH-Zugriff von einer bestimmten IP-Adresse zulassen
iptables -A INPUT -p tcp --dport 22 -s 192.168.1.10 -j ACCEPT

# Alle anderen SSH-Zugriffe blockieren
iptables -A INPUT -p tcp --dport 22 -j DROP

Wie kann die Energieeffizienz in Rechenzentren sichergestellt werden?

Da Rechenzentren aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs Strukturen sind, die Umweltauswirkungen haben, ist die Energieeffizienz von großer Bedeutung. Es werden verschiedene Methoden angewendet, um die Energiekosten zu senken, die ökologische Nachhaltigkeit zu gewährleisten und Wettbewerbsvorteile zu erzielen.

Methoden zur Energieeffizienz:

Optimierung der Kühlsysteme: Der Energieverbrauch von Kühlsystemen wird durch den Einsatz von freier Kühlung, Warm-/Kaltgang-Eindämmung, Flüssigkeitskühlsystemen und Ventilatoren mit variabler Drehzahl reduziert.
Servervirtualisierung: Reduziert den Energieverbrauch durch Reduzierung der Anzahl physischer Server.
Energieeffiziente Hardware: Bevorzugt werden Server, Speichersysteme und Netzwerkgeräte mit geringem Energieverbrauch.
Energiemanagement: Es wird sichergestellt, dass Server und andere Hardware bei Nichtgebrauch in den Energiesparmodus versetzt werden.
Erneuerbare Energiequellen: Der Energiebedarf des Rechenzentrums wird durch die Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Sonnenenergie und Windenergie gedeckt.
Rechenzentrumsdesign: Die physische Anordnung des Rechenzentrums ist so konzipiert, dass der Luftstrom optimiert wird.
Energieüberwachungs- und -verwaltungssysteme: Werden verwendet, um den Energieverbrauch kontinuierlich zu überwachen und zu analysieren.

Energieeffizienzmethode	Beschreibung	Vorteile
Freie Kühlung (Free Cooling)	Kühlung unter Verwendung der Außenluft	Deutliche Senkung der Energiekosten, Reduzierung der Umweltbelastung
Warm-/Kaltgang-Einhausung	Erhöhung der Kühlungseffizienz durch Verhinderung der Vermischung von warmer und kalter Luft	Geringerer Energieverbrauch, bessere Kühlleistung
Servervirtualisierung	Optimierung der Ressourcennutzung durch Reduzierung der Anzahl physischer Server	Geringerer Energieverbrauch, geringere Hardwarekosten
Erneuerbare Energiequellen	Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen wie Sonne und Wind	Umweltverträglichkeit, Unabhängigkeit von Energiekosten

Was sind Rechenzentrum Tier-Level?

Rechenzentrum Tier-Level sind ein Klassifizierungssystem zur Messung der Leistung, Zuverlässigkeit und Kontinuität eines Rechenzentrums. Dieses vom Uptime Institute entwickelte System klassifiziert Rechenzentren in vier verschiedene Level (Tier I, Tier II, Tier III, Tier IV).

Tier I: Sind Rechenzentren mit grundlegender Infrastruktur. Sie verfügen über einen einzigen Strom- und Kühlungspfad. Sie bieten keinen Schutz vor geplanten oder ungeplanten Ausfällen. Sie eignen sich in der Regel für kleine Unternehmen oder Anwendungen der Einstiegsklasse.
Tier II: Verfügt über eine im Vergleich zu Tier I fortschrittlichere Infrastruktur. Sie verfügen über redundante Strom- und Kühlungskomponenten, aber über einen einzigen Strom- und Kühlungspfad. Sie bieten Schutz vor geplanten Ausfällen, aber bei ungeplanten Ausfällen kann es zu Serviceunterbrechungen kommen.
Tier III: Verfügt über eine Infrastruktur, die gleichzeitige Wartung (concurrently maintainable) ermöglicht. Sie verfügen über redundante Strom- und Kühlungskomponenten sowie über mehrere Strom- und Kühlungspfade. Während geplanter Wartungsarbeiten kommt es zu keinen Serviceunterbrechungen. Sie bieten auch einen besseren Schutz vor ungeplanten Ausfällen.
Tier IV: Verfügt über eine fehlertolerante (fault tolerant) Infrastruktur. Sie verfügen über vollständig redundante Strom- und Kühlungskomponenten sowie über mehrere unabhängige Strom- und Kühlungspfade. Sowohl während geplanter Wartungsarbeiten als auch bei ungeplanten Ausfällen kommt es zu keinen Serviceunterbrechungen. Sie eignen sich für kritische Anwendungen und Systeme, die eine hohe Verfügbarkeit erfordern.

Vergleich der Tier-Level:

Tier I: 99,671 % Verfügbarkeit, durchschnittlich 28,8 Stunden Ausfallzeit pro Jahr
Tier II: 99,741 % Verfügbarkeit, durchschnittlich 22 Stunden Ausfallzeit pro Jahr
Tier III: 99,982 % Verfügbarkeit, durchschnittlich 1,6 Stunden Ausfallzeit pro Jahr
Tier IV: 99,995 % Verfügbarkeit, durchschnittlich 0,4 Stunden Ausfallzeit pro Jahr

Wichtiger Hinweis: Das Tier-Level ist ein wichtiger Indikator für die Qualität und Zuverlässigkeit eines Rechenzentrums. Unternehmen sollten ein Rechenzentrum mit einem Tier-Level wählen, das ihren Bedürfnissen und ihrem Budget entspricht.