Rechenzentren mit Automatisierungspotenzial

Technikvergleich Blade-Server
Rechenzentren mit Automatisierungspotenzial
geschrieben von Christoph Lange/pf am 30.10.2012
Blade-Server bieten nicht nur eine hohe Server-Dichte auf wenig Raum. Mithilfe einer LAN- und SAN-Virtualisierung vereinfachen sie auch das Server-Management beträchtlich. Einige Hersteller integrieren zudem Storage-Module direkt in das Blade-Chassis. Im Technikvergleich nimmt LANline die aktuellen Blade-Server-Generationen der fünf großen Hersteller Cisco, Dell, Fujitsu, HP und IBM genauer unter die Lupe. Es zeigen sich Gemeinsamkeiten, aber auch Unterschiede.

Als vor etwa zehn Jahren die ersten Blade-Server auf den Markt kamen, ging es in erster Linie darum, möglichst viel Rechenleistung auf möglichst wenig Raum unterzubringen. Seitdem haben die Hersteller ihre Blade-Systeme in verschiedene Richtungen ausgebaut. Eine besonders hohe Server-Zahl pro Rack stellt heute nur noch eine von mehreren Konfigurationsoptionen dar. So lassen sich Blade-Systeme zum Beispiel mit „Vier-Wege“-Server-Blades (vier CPU-Sockets) oder mit Storage-Modulen bestücken und bieten dadurch eine hohe Flexibilität.
Punkten können Blade-Lösungen auch mit leistungsfähigen Management-Tools, durch die sich größere Server-Zahlen in sehr kurzer Zeit bereitstellen lassen. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Virtualisierung der LAN- und SAN-Anbindung. Diese entkoppelt die Server-Hardware von der physischen LAN- und SAN-Infrastruktur. Wenn zum Beispiel eine NIC (Network Interface Card), ein HBA (Host Bus Adapter) oder ein komplettes Server-Blade auszutauschen ist, erhält der Server beim nächsten Boot-Vorgang von der Management-Anwendung automatisch wieder dieselben virtuellen MAC-, WWN- (World Wide Name) oder iSCSI-Adressen zugewiesen, die er zuvor hatte.

Unterschiedliche Philosophien der Netzanbindung
Die meisten Hersteller verfolgen bei der Anbindung der Blade-Gehäuse an die LAN- und SAN-Infrastruktur den traditionellen Ansatz und bestücken jedes Chassis mit redundanten Ethernet- und SAN-Switches. Im Vergleich zu einem Server-Rack, das komplett mit 1-HE-Servern bestückt ist, reduziert sich die benötigte Verkabelung bereits deutlich, da die einzelnen Blade-Server über die Midplane des Chassis direkt mit den Switches verbunden sind.
Mithilfe von FCoE-Switches (Fibre Channel over Ethernet) lässt sich die Kabelanzahl nochmals halbieren, da der FC- und der Ethernet-Traffic (NAS und iSCSI) über dasselbe Kabel laufen und für alle Protokolle nur noch ein Switch-Typ erforderlich ist. Die Blade-Server müssen in diesem Fall mit „Converged Network Adapters“ (CNAs) ausgestattet sein, die alle Protokolle unterstützen. Für besonders hohe Anforderungen an Übertragungsbandbreiten und Latenz sind auch Infiniband-Switches erhältlich. Alle Hersteller von traditionellen Blade-Chassis bieten für die genannten Netztopologien Switch-Module in verschiedenen Ausführungen an.
Einen anderen Weg hat Cisco mit seinem „Unified Computing System“ (UCS) beschritten. UCS verwendet die von den Cisco-Nexus-Switches bekannte „Unified Fabric“-Technik, mit der sich alle relevanten Protokolle über Ethernet-Verbindungen transportieren lassen. Jedes Chassis verfügt auf der Rückseite über bis zu zwei „Fabric Extender“-(FEX-)Module, die direkt mit den Server-Blades verbunden sind. Auf der Netzwerkseite sind die FEX-Module an so genannte „Fabric Interconnect“-(FI-)Switches angebunden, die auf der Nexus-5000-Familie basieren.
Beim traditionellen Chassis-Ansatz lässt sich die I/O-Gesamtbandbreite höher skalieren als bei der Fabric-Extender-Lösung von Cisco, weil ein Chassis je nach Hersteller bis zu zehn Switch-Module aufnehmen kann. Bei Cisco ist die Anzahl auf zwei FEX-Module pro Chassis beschränkt. In der Praxis dürfte sich dieser Unterschied allerdings nur bei High-Performance-Computing-Anwendungen bemerkbar machen, da auch die Cisco-Lösung sehr hohe Übertragungsbandbreiten bereitstellt. Ein mit zwei 8-Port-FEX-Modulen ausgestattetes UCS-Chassis stellt für die vier oder acht Blade-Server eine Gesamtbandbreite von 160 GBit/s zur Verfügung.
Ein weiteres Argument gegen die von Cisco gewählte Architektur hängt mit der zunehmenden Verschiebung von „Nord-Süd“-zu „Ost-West“-Verkehr zusammen. „Nord-Süd“ steht dabei für den traditionellen Client-Server-Traffic, bei dem Clients von außerhalb auf die Server im RZ zugreifen. „Ost-West“ bezieht sich auf die Server-zu-Server-Kommunikation innerhalb eines Rechenzentrums, die besonders durch die Server-Virtualisierung stark zugenommen hat. Bei UCS-Systemen müssen die Daten zwischen Servern im selben Chassis oder im selben Rack zunächst zum FI-Switch im Netzwerk und dann wieder zurückübertragen werden. Ein Blade-Chassis mit integrierten Switches hingegen kann lokalen Traffic direkt zwischen den Servern desselben Chassis beziehungsweise im Stack-Modus auch zwischen mehreren Servern in unterschiedlichen Chassis switchen, ohne das externe Netzwerk zu belasten.

Chassis- und Server-Hardware
Beim Aufbau der Blade-Chassis ähneln sich die meisten Systeme. Das Cisco UCS-Gehäuse ist aufgrund der speziellen Netzanbindung relativ einfach aufgebaut und enthält neben den Server-Blades bis zu zwei Fabric Extender, Lüfter und Netzteile. Die anderen Hersteller können je nach Kundenanforderung bis zu zehn Ethernet-, FC- oder FCoE/DCB-Switches (DCB – Data Center Bridging) in ein Chassis integrieren. Eine Midplane verbindet die I/O-Module mit den Blade-Servern.
Das UCS-5100-Chassis von Cisco misst sechs HE und bietet Platz für acht Blade-Server mit halber Baubreite oder vier Blade-Server mit voller Breite. Die Blade-Systeme BX900 von Fujitsu, M1000e von Dell und C7000 von HP sind in einem 10-HE-Gehäuse untergebracht. Das High-Performance-System „Bladecenter H“ von IBM belegt im Rack 9 HE. Mit „Puresystems“ hat IBM zudem vor einigen Monaten eine neue Blade-Systemgeneration auf den Markt gebracht. Diese ist unter dem Namen „Pureflex“ auch als reiner Infrastrukturblock erhältlich. Mit „Pureapplication“ bietet IBM ferner eine integrierte Lösung an, die alle Computerelemente inklusive Storage enthält und eine komplette Anwendung – zum Beispiel für Business Analytics – in einem Block bereitstellt.
In die Gehäuse von Dell und von HP lassen sich wahlweise acht Blades mit voller Breite, 16 Blades mit halber Breite oder 32 Blades mit Viertelbreite einbauen. Bei einer Bestückung mit 32 Blades steht allerdings pro Server nur noch halb so viel I/O-Bandbreite zur Verfügung wie mit 16 Blades. Das BX900-System von Fujitsu bietet Platz für bis zu 18 Server-Blades halber Bauhöhe oder neun Server-Blades mit voller Breite. IBM bietet für das Bladecenter H nur Server-Blades mit voller Bauhöhe an. Ein Chassis kann bis zu 14 Server aufnehmen. Bei allen Herstellern lassen sich die verschiedenen Blade-Typen innerhalb eines Chassis mischen. Einige Hersteller bieten auch eine abgespeckte Chassis-Version für kleinere Unternehmen oder Zweigstellen an.
Die Server-Blades sind in verschiedenen Hardware-Ausstattungen erhältlich, die von kostengünstigen Ein-Wege-Blades über Zwei-Socket-Server bis zu Blade-Servern mit vier CPUs reichen. Dell und HP bieten Blade-Server mit Intel- oder AMD-CPUs an. Cisco und Fujitsu setzen dagegen voll auf Intel. IBM unterstützt neben Intel-CPUs die hauseigenen Power7-Prozessoren, wodurch sich Blade-Server auch mit IBM-AIX- oder -Iseries-Betriebssystem betreiben lassen.

Skalierbare CPU- und RAM-Ausstattung
Bei der Ausbaufähigkeit des Arbeitsspeichers reicht die Bandbreite von 640 GByte bis zu 1,5 TByte. Das Vier-Wege-Blade B420 M3 von Cisco lässt sich mit 48 DIMMs bestücken, die 1,5 TByte RAM bereitstellen. Dell kommt mit dem neuen Vier-Wege-Blade M820 ebenfalls auf 1,5 TByte Arbeitsspeicher. Die großen Blade-Server von HP verfügen über zwei oder vier CPUs und 32 DIMM-Steckplätze für bis zu 1 TByte RAM. Das HX5-Blade für das Bladecenter von IBM ist mit zwei oder vier Sockets erhältlich und erreicht über ein Erweiterungsmodul maximal 640 GByte Arbeitsspeicher. Die neuen Pureapplication-Systeme von IBM können über mehrere Blade-Server RAM-Größen von 1,5 bis 9,7 TByte bereitstellen. Fujitsu konzentriert sich bei den besonders leistungsfähigen Blade-Servern auf Zwei-Wege-Systeme, die Ausbaumöglichkeiten bis zu 768 GByte RAM bieten.
Wie hoch die maximale I/O-Bandbreite für ein einzelnes Server-Blade ausfällt, hängt vom Aufbau der Chassis-Backplane, der Anzahl und Bandbreite der I/O-Module, der auf dem Server vorhandenen I/O-Karten sowie der Server-Zahl pro Chassis ab. Zwischen den Blade-Systemen gibt es kleinere Unterschiede bei den maximalen Bandbreiten, die sich aber nur bei High-Performance-Computing-Anwendungen bemerkbar machen dürften.
Die Festplattenausstattung der Blade-Server ist bei allen Herstellern vergleichbar. Diese verfügen über zwei oder mehr lokale Hot-Swap-fähige Disks der gängigen Plattentypen SAS, SATA oder SSD. Es ist auch möglich, die Server-Blades direkt von einem SAN-Storage zu booten, sodass keine lokalen Disks mehr nötig sind.
Da Blade-Systeme eine sehr hohe Leistungsdichte pro Rack-Einheit aufweisen, bedarf es ausgeklügelter Lüftungs- und Kühlungssysteme, um die erzeugte Wärme kontrolliert nach außen abzuführen. Innerhalb eines Blade-Chassis zählen dazu unter anderem Blenden, die sich automatisch schließen, wenn eine Komponente aus dem System entfernt wird. Dadurch lässt sich der Lüftungsstrom im Chassis optimieren. Für ein Rack, das mit mehreren Blade-Chassis bestückt ist, können spezielle Kühlungsmaßnahmen wie zum Beispiel wassergekühlte Rack-Gehäuse erforderlich werden.

Integration von Storage-Systemen
Prinzipiell kann der Anwender Blade-Systeme an Storage-Lösungen beliebiger Hersteller anbinden. Da Dell, Fujitsu, HP und IBM auch eigene Storage-Systeme im Portfolio führen, verwundert es nicht, dass diese Hersteller ihre Storage-Lösungen mit den Blade-Chassis integrieren. Dabei sind zwei Ansätze zu unterscheiden. Zum einen gibt es Storage-Blades, die sich direkt in das Chassis stecken lassen. Zum anderen existiert eine Integration auf der Softwareebene, durch die ein Deployment Tool bei einer Neuinstallation von Servern automatisch LUNs auf dem Storage-System erzeugen und dem jeweiligen Server zuweisen kann.
Dell bietet mit dem Storage-Blade PS-M4110 einen Einschub an, der bis zu 14 Festplatten in 2,5-Zoll-Bauweise aufnehmen kann. Es handelt sich dabei um ein vollwertiges iSCSI-System von Equallogic. In einem Chassis lassen sich bis zu vier Equallogic-Module betreiben.
Auch HP hat die hauseigenen Storage-Lösungen mit den Blade-Server-Systemen integriert. Neben einem SAS-Disk-Blade, das jeweils einem benachbarten Server-Blade zuzuweisen ist, gibt es auch ein eigenes Chassis, das P4800-Storage-Blades aufnimmt, die über iSCSI angebunden sind und bis zu 42 TByte Speicherkapazität bereitstellen können. Bei IBM ist das klassische Bladecenter mit externen Storage-Systemen verbunden. Das neue Pureflex-Chassis dagegen integriert das V7000-Speichersystem von IBM und kann dadurch das Server-Provisioning auf der Storage-Seite besser automatisieren. Die V7000-Software ist auch in der Lage, Speichersysteme von anderen Herstellern zu virtualisieren und in das IBM-Management einzubinden.
Fujitsu bietet für das BX900-Chassis mehrere Storage-Blades an. Das SX940-Modul enthält bis zu vier Laufwerke und ist direkt dem benachbarten Server-Blade zuzuweisen. Die SX960- und SX980-Blades stellen bis zu zehn Laufwerke bereit. Das SX960-Blade lässt sich in Verbindung mit einer virtuellen Netapp-Ontap-Appliance auch als Shared Storage zum Beispiel für Server-Cluster einsetzen. Mit den so genannten „Dynamic Infrastructure Blocks“ hat Fujitsu zudem zertifizierte Gesamtlösungen im Portfolio, die sich aus BX900-Chassis und Eternus-Speichersystemen zusammensetzen und in drei Ausbaustufen erhältlich sind.
Cisco hat keine eigenen Storage-Systeme im Portfolio, bietet aber einen UCS-Rack-Server an, der sich mit vielen Platten bestücken lässt. Für größere Installationen hat sich Cisco mit EMC und Netapp zusammengetan und bietet für spezielle Anwendungsfälle wie VDI oder SAP so genannte Building Blocks an. Das Ergebnis der Kooperation mit EMC heißt „V-Block“, der Building Block mit Speichersystemen von Netapp trägt die Bezeichnung „Flexpod“.

Chassis- und Server-Management
Für das Management der Blade-Server und der Gehäuse bieten alle Hersteller eine Reihe von Werkzeugen an. Bei Cisco läuft die Verwaltungssoftware auf den „Fabric Interconnect“-Switches. Bei den anderen Lösungen sind die Management-Module in der Regel in das Blade-Chassis integriert. Zu den Standardfunktionen zählt ein Remote-Zugriff auf die KVM-Konsole (Keyboard, Video, Mouse) der Blade-Server. Der Administrator kann zudem Standby Blades konfigurieren, die bei einem Ausfall automatisch einspringen. Auch automatisierte Firmware-Updates der Chassis- und Server-Komponenten zählen mittlerweile zum Standard. Mit den Management-Oberflächen ist es zudem möglich, virtuelle Server zu überwachen.
Die Energiesparfunktionen erlauben es, Grenzen für die maximale Leistungsaufnahme eines Chassis festzulegen. Beim Überschreiten des Grenzwerts regelt das System entweder die aktiven Blade-Server so weit herunter, dass sich ein zusätzliches Blade einschalten lässt, oder es verhindert das Hochfahren weiterer Blades.
Alle von den jeweiligen Herstellern erhältlichen Monitoring-Lösungen überwachen zum einen, ob sämtliche Hardwarekomponenten korrekt funktionieren und ob sich die Temperaturen im vorgeschriebenen Bereich bewegen. Zum anderen erfassen sie die Performance-Werte und schlagen Alarm, sobald die Schwellenwerte überschritten werden oder Komponenten ausfallen.
Mit den Server-Management-Lösungen können die Hersteller nicht nur Blade-Server, sondern auch Rack-Server aus dem eigenen Haus und zum Teil auch von Fremdanbietern verwalten. Die traditionellen Server-Hersteller bieten ein sehr umfangreiches Werkzeug-Set für das Server-Management an. Dell hat hierfür unter anderem die Open-Manage-Familie im Portfolio, Fujitsu die Serverview-Suite, HP die Systems-Insight-Familie und IBM den Systems Director und weitere Produkte der Tivoli-Suite. Dazu zählen auch Deployment-Lösungen, mit denen sich Betriebssysteme automatisch auf einer sehr großen Zahl von Servern installieren lassen.
Cisco verfügt bislang über kein eigenes OS Deployment Tool. Mithilfe der XML-basierten Service-Profile des „Cisco UCS Managers“ lassen sich jedoch Server für die OS-Installation mit Fremdhersteller-Tools schnell in großen Stückzahlen bereitstellen. Die Server booten von der im Profil definierten SAN-Disk und übernehmen die virtuellen MAC- und WWN-Adressen des jeweiligen Profils. Durch Zuweisung eines anderen Profils lässt sich ein Server-Blade innerhalb kürzester Zeit mit einer anderen Applikation bereitstellen. Die Service-Profile unterstützen auch virtuelle Server.

Netzwerkvirtualisierung
Doch auch die anderen Blade-Hersteller haben für ihre Systeme eine Virtualisierung der MAC- und WWN-Adressen entwickelt, wodurch sie ebenfalls in der Lage sind, dass Server nach einem Tausch von Hardwarekomponenten ihre ursprüngliche Netzkonfiguration behalten. Dell, HP und IBM haben die Virtualisierungssoftware in Blade-Chassis-Module integriert. Fujitsu verwendet für die I/O-Virtualisierung eine externe Server-Appliance, die die Rekonfiguration der Server-Blades durchführt, sobald Teile der Hardware ausgetauscht wurden. Die Vorgehensweise ist bei allen Herstellern ähnlich. Die Management-Software greift beim Boot-Vorgang eines Server-Blades auf die Firmware der Adapter zu und ersetzt die vorhandenen MAC- und WWN-Adressen durch virtuelle Adressen aus einem Adress-Pool. Durch die I/O-Virtualisierung sind die Lösungen auch in der Lage, die Netzwerk-Ports von virtuellen Servern bei einer Migration auf einen anderen Host automatisch umzuziehen.
Ein zweiter wichtiger Teil der I/O-Virtualisierung betrifft die 10-GBit/s-CNA-Adapter, die mehrere Protokolle gleichzeitig übertragen und die Bandbreite der virtuellen Ports begrenzen können. Ein 10-GBit/s-Port stellt vier virtuelle Kanäle bereit, von denen sich jeder Kanal für Ethernet, iSCSI oder FCoE konfigurieren lässt. Der Administrator kann in 100-MBit/s-Abstufungen vorgeben, welche Bandbreite der jeweilige Kanal erhält.

Orchestrierung und Cloud-Integration
Um Server in einer Cloud automatisiert bereitstellen zu können, ist eine enge Integration der Blade-Lösung mit dem Speichersystem erforderlich. Dell, Fujitsu, HP und IBM bieten als Hersteller eigener Storage-Systeme Orchestrierungslösungen an, die unter anderem in der Lage sind, das FC-Zoning anzupassen und für neue Server automatisch LUNs zu erstellen und zuzuweisen.
IBM verfügt über ein sehr breites Angebot für Orchestrierung und Automatisierung von Workflows. Der „IBM Service Delivery Manager“ (ISDM) zum Beispiel kann Workflows über unterschiedliche Plattformen hinweg steuern. Mit „Smart Cloud Entry“ bietet IBM zudem ein Einstiegsprodukt für die automatisierte Bereitstellung von bis zu 1.000 Systemen auf VMware- oder AIX-Plattformen an. Bei Dell stellt das „Virtual Integrated System“ (VIS) die Orchestrierungsfunktionen bereit. Es umfasst den „VIS Creator“ für ein automatisiertes Server-Provisioning und den „Advanced Infrastructure Manager“ für ein dynamisches Workload-Management mit Recovery-Funktionen.
Fujitsu bietet mit dem „Serverview Resource Orchestrator“ ebenfalls ein komplettes Werkzeug-Set für eine automatisierte Server-Bereitstellung an. HP wiederum hat mit „Matrix“ eine Gesamtlösung aus Bladecenter und unterschiedlichen Softwareprodukten wie Opsware im Portfolio, mit der sich Cloud-Services über ein Portal automatisiert bereitstellen lassen. Cisco kann Speicherressourcen im Zusammenspiel mit Systemen von EMC oder Netapp automatisiert bereitstellen und integriert seine UCS-Lösung mit Orchestrierungsprodukten anderer Hersteller.

Fazit
Die seit vielen Jahren etablierten Server-Hersteller legen auch bei Blade-Servern den Fokus auf die Server-Seite. Cisco dagegen verfolgt einen netzwerkzentrischen Ansatz. Die Entscheidung für das eine oder das andere Konzept ist auch eine Philosophiefrage. Eine wichtige Rolle bei der Kaufentscheidung für eine Blade-Lösung sollte die Anbindung der Storage-Systeme spielen, besonders wenn eine weit reichende Automatisierung das Ziel ist. Mit den von allen Herstellern angebotenen Building Blocks aus Storage- und Blade-Systemen dürfte sich dies am besten umsetzen lassen. Wenn ein Unternehmen zudem die richtigen Management- und Automatisierungswerkzeuge einsetzt, sollten sich Server-Umgebungen mit Blade-Systemen wirtschaftlich betreiben lassen.

Info: Cisco
Tel.: 0800/1873652
Web: www.cisco.de

Info: Dell
Tel.: 069/97927000
Web: www.dell.de

Info: Fujitsu
Tel.: 01805/372100
Web: www.fujitsu.de

Info: HP
Tel.: 0800/2660266
Web: www.hp.de

Info: IBM
Tel.: 0800/7843977
Web: www.ibm.de

Der Autor auf LANline.de: chjlange



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