CMS Journal
Nr. 33
Juni 2010
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Weitere Artikel aus dem cms-Journal Nr. 33 finden Sie auf dem edoc-Server der Humboldt-Universität zu Berlin unter http://edoc.hu-berlin.de/cmsj/33
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Topologie und Einordnung unserer Netze


Dr. Günter Kroß
kross@cms.hu-berlin.de

Abstract


Ausgehend von der gemeinsamen Verkabelungsinfrastruktur und darauf aufgesetzten Multiplexverfahren gibt dieser Beitrag eine Übersicht zu den Netzen der Humboldt-Universität. Das sind das Datennetz (LAN), bestehend aus dem Backbone-Netz, Gebäu-denetzen, virtuellen LANs (VLANs) und dem Wireless LAN (WLAN), das Telefonnetz (TK-Netz) und das Speichernetz (SAN). Einen abschließenden Gesichtspunkt bilden Konvergenzen zwischen unseren Netzen.


Glasfaserverkabelung des Backbone-Netzes

Die Humboldt-Universität (HU) ist über das Stadtgebiet verteilt. Grundlage unserer Netze ist die aus Glasfaserkabeln (Lichtwellenleiter, LWL) bestehende Backbone-Infrastruktur. Schwerpunkte sind die Verkabelung der Standorte der HU in Berlin-Mitte (dort in einem Umkreis von ca. fünf Kilometern), der Verbund der mathematisch-naturwissenschaftlichen Standorte in Berlin-Adlershof sowie die ca. 25 km langen LWL-Verbindungen zwischen Mitte und Adlershof. Die meisten LWL-Kabel des Backbone-Netzes verlaufen über öffentliches Land. Überwiegend werden vielfasrige Kabel in HU-eigenen Trassen verwendet. Zur Verbindung weit auseinanderliegender größerer Standorte der HU (z. B. zwischen Mitte und Adlershof) sowie zum Anschluss großer Standorte, zu denen keine HU-eigenen Kabel verlegt werden konnten, werden gemietete Glasfaserpaare sowie gemietete Ethernet-Verbindungen verwendet. Eine Übersicht zu dieser Infrastruktur zeigt Abb. 1. Es werden LWL-Verbindungen zwischen Standorten der HU, der Einsatz von WDM-Technik (Wavelength Division Multiplexing) zum Multiplexen mehrerer Verbindungen auf einem Glasfaserpaar sowie Standorte der MPLS-Corerouter (Multi Protocol Label Switching) des Datennetzes dargestellt. Nicht aufgeführt sind gemietete EthernetConnect-Verbindungen mit Bandbreiten zwischen 5 und 50 Mbit/s.

Inhaltsverzeichnis

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Glasfaserverkabelung des ...

Einsatz von Wellenlängenm...

Topologie und Einordnung ...

Das Datennetz der HU...

Das Telefonnetz der HU...

Das Speichernetz der HU...

Konvergenz der Netze...


Einsatz von Wellenlängenmultiplexing

Im Normalfall benötigt eine LWL-Netzverbindung, egal welchen Typs (z. B. Datennetz, Speichernetz, TK-Netz), ein Glasfaserpaar, je eine Faser zum Transport der Daten in jede Richtung. Dort, wo die HU Glasfaserkabel verlegen konnte, stehen in der Regel genug Fasern für die verschiedenen Netztypen zur Verfügung. Dort, wo Glasfasern gemietet werden müssen, beschränken wir uns aus Kosten-gründen auf die Anmietung eines Paares.

Wenn es notwendig ist, mehrere unabhängige Netzverbindungen über ein Glasfaserpaar zu betreiben, kommt WDM-Technik zum Einsatz. Die HU setzt auf folgenden Strecken WDM-Technik des Herstellers MRV Communications ein:

  • . Unter den Linden 6 / Rudower Chaussee 26
  • . Geschwister-Scholl-Straße 1–3 / Rudower Chaussee 25
  • . Spandauer Straße 1 / Invalidenstraße 42

Die WDM-Strecken 1 und 2 verbinden den Campus Mitte der HU mit dem Campus Adlershof. Sie sind für die HU somit von herausragender Bedeutung. Die dritte Strecke bildet eine wichtige Redundanz zum Anschluss der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät (Spandauer Str. 1) und des Campus Nord (Invalidenstr. 42). Eingesetzt werden WDM-Multiplexer der Typen LD1600 (Strecken 1 und 2) sowie LD800 (Strecke 3). Sie realisieren bis zu neun 20 nm breite CWDM-Kanäle (Coarse WDM) im Wellenlängenbereich zwischen 1450 und 1630 nm. In den mittleren CWDM-Kanal ab 1550 nm werden auf den Strecken 1 und 2 jeweils 8 schmalere DWDM-Kanäle (Dense WDM) zusätzlich eingespeist, so dass auf diesen Strecken je 16 Kanäle zur Verfügung stehen. In den WDM-Kanälen für Gigabit-Ethernet (GE) werden durch zusätzliches TDM (Time Division Multiplexing) je 2x GE übertragen. Jeweils ein Kanal der Strecken 1 und 2 wird zur Übertragung von E1-Verbindungen des Telefonnetzes verwendet (E1 erlaubt bis zu 30 Sprachverbindungen über 2 Mbit/s). Das TDM-Multiplexing der bis zu sechs E1-Verbindungen erfolgt hier durch separate, vor die WDM-Multiplexer geschaltete Geräte.

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Einsatz von Wellenlängenm...

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Das Datennetz der HU...

Das Telefonnetz der HU...

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Konvergenz der Netze...


Topologie und Einordnung unserer Netze

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Abb. 1: Backbone-Netz der HU

Zusammengefasst werden auf jeder der Strecken 1 und 2 folgende Netzverbindungen betrieben:

  • Datennetz: 1x 10-Gigabit-Ethernet, 4x Gigabit-Ethernet
  • Speichernetz: 2x 8-Gigabit- und 2x 4-Gigabit-Fibre-Channel
  • Telefonnetz: 4x E1 Verfügbar sind noch je 3 CWDM- und 5 DWDM-Kanäle.

Auf der Strecke 3 gibt es folgende Verbindungen:

  • Datennetz: 1x 10-Gigabit-Ethernet, 4x Gigabit-Ethernet
  • Speichernetz: 4x 2-Gigabit-Fibre-

Channel Verfügbar ist hier noch ein CWDM-Kanal.

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Einsatz von Wellenlängenm...

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Das Datennetz der HU...

Das Telefonnetz der HU...

Das Speichernetz der HU...

Konvergenz der Netze...


Das Datennetz der HU

Das Datennetz der HU hat über 30.000 Ports und gliedert sich physikalisch in das Backbone-Netz, Gebäudenetze und das Wireless LAN. Logisch unterteilt es sich in geroutete IP-Subnetze für die Einrichtungen der HU und in virtuelle Netze (VLANs). Letztere bilden die Grundlage für eine logische Netzstrukturierung, unabhängig von der physikalischen Netzstruktur. VLANs werden z. B. für den WLAN-Verbund, Voice over IP (VoIP), für Netze der Gebäudeleittechnik und für das Netz der Universitätsverwaltung eingesetzt. Diese VLANs werden durch das MPLS-Backbone-Netz je nach Bedarf universitätsweit verteilt. Zu ihrem Schutz werden in der Regel Firewalls eingesetzt. Nähere Informationen geben die Beiträge dieses Journals zum MPLSBackbone-Netz, zu Gebäudenetzen, WLAN, VoIP und zur Netzsicherheit.

Das Datennetz hat über zentrale Firewallsysteme Verbindungen zum Deutschen Wissenschaftsnetz X-WiN und zum Berliner Wissenschaftsnetz BRAIN. Der Anschluss der HU zum X-WiN im CMS/Adlershof ist unser In-ternet-Zugang. Er hat zurzeit die Bandbreite 900 Mbit/s, also knapp unter Gigabit-Ethernet. Die jährlichen Kosten betragen ca. 167 T Euro. Über BRAIN realisiert die HU wichtige Backbone-Verbindungen. Das geschieht über drei vom BRAIN gemietete Glasfaserpaare sowie über sechs BRAIN-Anschlüsse: 5x Gigabit-Ethernet und 1x 100 Mbit/s (s. auch Abb. 1).

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Glasfaserverkabelung des ...

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Das Datennetz der HU...

Das Telefonnetz der HU...

Das Speichernetz der HU...

Konvergenz der Netze...


Das Telefonnetz der HU

Das von unserer Technischen Abteilung betriebene TK-Netz hat mit etwa einem Viertel der Portanzahl des Datennetzes (ca. 7.500) die gleiche räumliche Ausdehnung. Zu ca. 90% basiert es noch auf konventionellen TK-Anlagen. Im Backbone verwendet das herkömmliche TK-Netz separate Fasern oder WDM-Kanäle, in den Gebäuden nutzt es eine ebenfalls dedizierte Kupferverkabelung zwischen Gebäude- und Etagenverteilern. 10% des TK-Netzes werden zurzeit per Voice over IP über das Datennetz und somit ohne eine separate Netzinfrastruktur realisiert. Dieser Anteil wird schrittweise ausgebaut. Dazu gibt es nachfolgend einen Beitrag in diesem Journal.


Das Speichernetz der HU

Das Speichernetz basiert auf einem separaten Fibre-Channel-Netz. Die FC-Switche sind über dedizierte Glasfasern bzw. WDM-Kanäle der oben beschriebenen Infrastruktur untereinander verbunden. Es hat gut 1.500 Ports. An das Speichernetz werden ausschließlich Server des Datennetzes angeschlossen, die über Speichervirtualisierungsserver universitätsweit Festplattenspeicher des CMS nutzen. Das wird ebenfalls näher in einem nachfolgenden Artikel erläutert. Schwerpunkte des Speichernetzes sind die CMS-Standorte in Berlin-Mitte (Grimm-Zentrum, Hauptgebäude) und in Adlershof (Schrödinger-Zentrum). Es dehnt sich in Mitte bis zur Spandauer Straße und Invalidenstraße aus, in Adlershof sind alle umliegenden naturwissenschaftlichen Institute angeschlossen.


Konvergenz der Netze

Unter Netzkonvergenz versteht man die Auflösung einzelner, voneinander getrennter Netze hin zu größeren Netzen, die ihre Aufgaben übernehmen. Bezogen auf die erwähnten Netze bedeutet Netzkonvergenz, dass das Datennetz Aufgaben der anderen Netze übernimmt, es somit im Idealfall nur noch ein Transportnetz für die verschiedenen Aufgaben gibt. Der Sinn der Netzkonvergenz erschließt sich leicht: das Datennetz ist überall verfügbar, es werden Kosten für separate Verbindungen und für dediziert den Applikationen zugeordnete Netztechnik gespart, und der personelle Aufwand für den Netzbetrieb sinkt insgesamt erheblich. Netzkonvergenz zum Datennetz ist aber (noch) nicht für alle Netztypen adäquat möglich bzw. sinnvoll, es gibt viele Varianten und Abstufungen. Das liegt vor allem daran, dass die verschiedenen Netznutzungen sehr unterschiedliche Anforderungen an Netzeigenschaften haben. Beispiele dafür sind Stabilität und Verfügbarkeit oder gesicherte kurze Latenzzeiten. Das Datennetz muss zwar auch stabil und hochverfügbar sein, die Wegewahl der IP-Pakete, unterschiedliche Latenzen zwischen den Paketen, z. B. durch gelegentliche Überlastsituationen oder Paketwiederholungen, sind jedoch leichter für Datennetzanwendungen verkraftbar als für Applikation anderer Netztypen.

Während es inzwischen auch problemlos möglich ist, durch ausreichende Bandbreiten und Priorisierung des entsprechenden Netzverkehrs Telefonate, Videokonferenzen und andere Videoapplikationen über das Datennetz abzuwickeln (z. B. Telefonie per Voice over IP), trifft das für das Speichernetz so noch nicht zu, auch wenn Hersteller schon anderes versprachen. Für eine Separierung des Speichernetzes sprechen nach wie vor folgende Gründe: Server reagieren sensibel auf Ausfälle und Unregelmäßigkeiten beim Speicherzugriff. Bei einer Nutzung des Datennetzes für den Zugriff auf Speicher (z. B. über iSCSI) beeinflussen nicht nur die diversen Applikationen mit unterschiedlichsten Charakteristika der Benutzung des Datennetzes ggf. den Speicherstrom, sondern Überlastsituationen und Netzattacken können unangenehme Folgen für den Speicherzugriff und damit für die Arbeitsfähigkeit der Server und die Datensicherheit haben. Bei Verwendung eines separaten FibreChannel-Speichernetzes kann dies nicht Topologie und Einordnung unserer Netze passieren. Das FC-Protokoll ist zudem besonders auf das für Speicherzugriffe verwendete SCSI-Protokoll abgestimmt, und das FC-Speichernetz ist hinsichtlich Verfügbarkeit durch Redundanz optimal entworfen.

An der HU gibt es folgende Tendenzen hinsichtlich der Netzkonvergenz:

  • Zusammenfassung unterschiedlicher Netzverbindungen per WDM auf gemeinsamen gemieteten Glasfaserpaaren
  • schrittweiser Übergang von der konventionellen Telefonie zu Voice over IP in den nächsten Jahren
  • Realisierung spezieller Netze (z. B. Gebäudeleittechnik) direkt über Switche des Datennetzes (hier gibt es je nach Gebäudetyp und Portanzahlen noch abgestufte Vorgehensweisen)

Das Speichernetz der HU wird sicherlich noch längere Zeit separat vom Datennetz betrieben werden. Wir werden sehen, wie schnell Standardisierungen zum Converged Enhanced Ethernet (CEE) voranschreiten und tragfähige Entwicklungen durch die Hersteller erfolgen und sich durchsetzen können.

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Das Datennetz der HU...

Das Telefonnetz der HU...

Das Speichernetz der HU...

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