5 Rechenzentrums-Modelle erklärt: Design, Use Cases & Beispiele

Ein Rechenzentrum (Data Center) ist eine physische Einrichtung, die private Unternehmen und Regierungen zur Speicherung und Bereitstellung von Anwendungen und Daten nutzen. Die meisten Unternehmen hängen von Zuverlässigkeit und Sicherheit des Rechenzentrums ab, um IT-Operationen optimal zu betreiben.

Doch nicht alle Rechenzentren sind gleich: Ihr Design basiert auf Speicher und einem Netzwerk aus Computing-Ressourcen, die gemeinsame Informationen und Anwendungen bereitstellen.

Früheste Rechenzentren (1940er, z. B. ENIAC) benötigten enorme Leistung und Spezialumgebungen. Teuer, meist militärisch genutzt.

In den 1990ern stieg die Zahl weltweit drastisch. Um Internetpräsenz aufzubauen, bauten Organisationen große „Internal Data Centers“ mit erweiterten Fähigkeiten wie Crossover-Backup.

Heutige Rechenzentren sind grundlegend anders: Technologie.shift von physischen Servern zu virtuellen Netzwerken, die Anwendungen/Workloads auf verschiedenen Ebenen unterstützen.

Aktuelle Infrastruktur ermöglicht Anwendungen und Daten, über mehrere Rechenzentren und Private/Public Clouds zu existieren und zu verlinken. Wenn Website/App in der Cloud gehostet wird, nutzt sie Cloud-Provider-Rechenzentrumsressourcen.

Kernkomponenten eines Rechenzentrums

Ein Rechenzentrum umfasst zahlreiche Schlüsselkomponenten: verschiedene Servertypen, Speichersysteme, Switches, Router, Application Delivery Controller. Korrekt installiert/implementiert liefern sie Computing-Ressourcen, Speicherinfrastruktur, Netzwerkinfrastruktur, die Applikationen antreiben.

Grundlegende Standards für Rechenzentrums-Infrastruktur

ANSI/TIA-942-A ist weit verbreiteter Standard. Entspricht vier Tiers nach Uptime Institute:

• Tier I – Basic Capacity: USV für Spannungseinbrüche, -spitzen, Ausfälle. Schutz vor menschlichen Fehlern, nicht vor unerwarteten Ausfällen.
• Tier II – Redundant Capacity: Bessere Sicherheit gegen Störungen, Wartungsmöglichkeiten. Redundante Kapazitätskomponenten für Strom/Kühlung entfernbar ohne Shutdown.
• Tier III – Concurrently Maintainable: Redundante Verteilpfade für kritische Umgebung. Jedes Teil abschalt-/entfernbar ohne IT-Beeinträchtigung.
• Tier IV – Fault-Tolerant: Jede Produktionskapazität isoliert von fast allen Ausfallarten. System unbeeinflusst von geplanten/ungeplanten Störungen. Null Single Points of Failure – höchste Verfügbarkeit (99,995 %).

Um die Technologie besser zu verstehen, erkunden wir verschiedene Rechenzentrumstypen und ihre Zwecke. Jeder hat eigene Vorteile, Limitierungen, Anforderungen.

5. Colocation Rechenzentrum (Colocation Data Center)

China Unicom, einer der größten Retail-Colocation-Anbieter

Beispiel: China Unicom Global Center Data Center, Hongkong
Nutzer: Mittelständische bis große Unternehmen

Auch „Colo“ genannt: Große Einrichtung, die Rackspace an Unternehmen für deren Server/Netzwerkgeräte vermietet. Beliebtester Service für Organisationen ohne Ressourcen für eigenes Rechenzentrum, die dennoch alle Vorteile wollen.

Colocation-Facility stellt Space, Power, Cooling, physische Sicherheit für Server. Verantwortlich für effiziente Anbindung diverser Netzwerkgeräte an verschiedene Telekommunikations-/Netzwerkservice-Provider.

Unternehmen mit großen geografischen Footprints können Hardware an mehreren Standorten platzieren. Ein Unternehmen z. B. Server in 5–6 verschiedenen Colocation-Rechenzentren.

Vorteile:

• Skalierbar: Bei Expansions neue Server/Komponenten schnell hinzufügen
• Standortpräferenz: Rechenzentrum nah an Kunden wählen
• Planbare, geringere Kosten: Leasing günstiger als Eigenbau. Quartals-/Jahresverträge nach Budget
• Zuverlässig: Hohe Redundanz-Spezifikationen = extreme Zuverlässigkeit
• Sorgenfrei: Technisches Personal kümmert sich um Power-Management, Equipment-Installation, Verkabelung, technische Prozesse. Keine Serverwartung-Sorge

Häufige Verwechslung: Colocation Rechenzentrum vs. Colocation Server Rack. Begriff oft synonym genutzt, aber zwei verschiedene Entitäten.

Colocation Rechenzentrum = Firma, die gesamte Facility an andere Firma vermietet. Colocation Rack = Firma, die Rackspace innerhalb des Rechenzentrums an mehrere Organisationen vermietet.

4. Managed Rechenzentrum (Managed Data Center)

Beispiel: Vollständig gemanagte IBM Cloud Services
Nutzer: Mittelständische bis große Unternehmen

Dieses Modell wird von Drittanbieter-Service-Providern deployed, gemanagt, monitoriert. Bietet alle Features über Managed-Service-Plattform.

Vollständig oder teilweise gemanagt. Erstere: Alle technischen Details/Backend-Daten durch Provider gehandelt/administriert. Letztere: Unternehmen behält gewisses Admin-Control über Implementierung/Service.

Provider wartet typischerweise alle Netzwerkkomponenten/Services, upgraded OS/System-Programme, stellt Daten/Services bei Störungen wieder her.

Bezugsquellen: Fixed Data Center Hosting Site, Colocation Facilities, Cloud-basiertes Rechenzentrum.

Beispiel: IBMs Rechenzentrum bietet gemanagte Services direkt: Managed Security, Managed Network, Managed Mobility & Information Services.

3. Enterprise Rechenzentrum (Enterprise Data Center)

Google Rechenzentrum Eemshaven, Niederlande | Bildquelle: Google

Beispiel: Facebooks Forest City Data Center, North Carolina
Nutzer: Große Unternehmen

Enterprise Rechenzentrum = private Facility für einzelnes Unternehmen. On-Premises oder Off-Premises nach Kundenwunsch.

Beispiel: Website aus Kanada, Zielgruppe US-Studenten → Rechenzentrum in USA bauen für geringere Ladezeiten.

Definiert mehr durch Ownership/Zweck als Größe/Kapazität. Geeignet für Organisationen mit einzigartigen Netzwerkanforderungen oder ausreichend Umsatz für Economies of Scale.

Enthält meist mehrere Sub-Rechenzentren für Kernfunktionen, klassifiziert in drei Gruppen:

• Internet Data Center: Devices/Server für Web-Applikationen
• Extranet: B2B-Transaktionen im Enterprise-Netzwerk. Zugriff via private WAN/VPN
• Intranet: Applikationen/Daten für R&D, Fertigung, Marketing, Kernfunktionen

Hauptvorteil: Einfaches Tracking kritischer Parameter (Bandbreite, Stromverbrauch), Software-Updates (Monitoring-Tools). Einfachere Bedarfsprognose, Skalierung.

Kosten: Hohe Kapitaleinlagen, Personal, Equipment-Wartung, laufende Zeitaufwände.

Weiterlesen: Was ist ein Proxy Server und seine Nutzung?

2. Cloud Rechenzentrum (Cloud Data Center)

Beispiel: Cloud Services von Google, IBM, Amazon (AWS), Microsoft (Azure) etc.
Nutzer: Die meisten Organisationen jeder Größe

Hardware wird von Cloud-Firma betrieben/gemanagt, oft mit 3rd-Party-Managed-Services-Provider. Kunden betreiben Websites/Apps, managen Daten in virtueller Infrastruktur auf Cloud-Servern.

Daten werden bei Upload sofort fragmentiert und über zahlreiche Standorte dupliziert. Bei Störungen: Backup des Backups garantiert.

Einige Anbieter bieten Customized Clouds: singulärer Zugriff auf eigene Cloud-Umgebung (Private Clouds). Public Cloud Provider stellen Ressourcen öffentlich via Internet bereit. AWS, Azure – beliebteste Public Cloud Player.

Vorteile vs. On-Premises: Pay-per-Use für Hardware-Ressourcen. Keine Sorge um Server-Updates, Sicherheit, Kühlkosten – in monatlicher Subscription enthalten.

Weiterlesen: 8 verschiedene Arten von Data Breaches mit Beispielen

1. Edge Rechenzentrum (Edge Data Center)

Noch in Entwicklungsphase

Edge Rechenzentren = kleinere Facilities nah an bedienter Population. Charakterisiert durch Größe/Konnektivität: Organisationen liefern Content/Services an lokale User mit minimaler Latenz.

Kernrolle in Edge-Computing-Architektur: Datenspeicherung/Computation näher an Bedarfsort. Studien: Edge Data Centers unterstützen IoT und autonome Fahrzeuge für zusätzliche Verarbeitungskapazität, bessere Customer Experience.

Großer Teil IoT/Autonomous-Vehicle-Daten wird lokal verarbeitet, Rest an Zentral-Rechenzentrum zurückgesendet. Edge-Facilities verbunden mit anderen Rechenzentren/größerem Zentral-Rechenzentrum.

Verglichen mit voll ausgelasteten Enterprise-Rechenzentren: Mehrere kleinere Edge Data Centers verteilen schwere Traffic-Lasten effizienter. Cachen High-Demand-Content, minimieren Delay User-Request → Server-Response. Traffic-Verteilung erhöht Netzwerkzuverlässigkeit.

Für Organisationen zur regionalen Netzwerkperformancesteigerung oder lokalen Marktdurchdringung: unschätzbare Facilities.

Weiterlesen: Was ist ein Server? 15 Server-Typen & Nutzung

Markt

Aktuell: ~70 % Enterprise-Workloads in Corporate Data Centers, 20 % in Colocation, ~9 % in Cloud.

Laut Global Market Insights: Edge Data Center Marktgröße 5,5 Mrd. $ (2019). Erwartetes CAGR 23 % (2020–2026). Steigende Nachfrage nach High-Compute-Ressourcen treibt Provider an, Edge-Standorte für Low Latency/zuverlässige Verbindungen zu hosten.

Häufig gestellte Fragen

Was ist Software-Defined Data Center (SDDC)?

SDDC = Datenspeichereinrichtung, in der ALLE Infrastruktur-Elemente (CPU, Storage, Networking, Security) virtualisiert und als Service bereitgestellt werden.

SDDC = Ergebnis jahrelanger Server-Virtualisierungs-Fortschritte. Erweitert Virtualisierungskonzepte (Abstraktion, Pooling, Automatisierung) auf ALLE Ressourcen/Services für Kostensenkung, Skalierbarkeitssteigerung, Business-Agility-Verbesserung.

Wie konventionelle Data Centers: On-Premise, Managed Service Provider, Public/Private/Hybrid Clouds hostbar.

Was sind Data Center Operations?

Breiter Begriff, umfasst vier Hauptprozesse:

• Installation/Wartung Netzwerkressourcen
• Erstellung, Durchsetzung, Monitoring Policies/Procedures in Data Centers
• Tools/Techniken für Data Center Security
• Monitoring-Systeme für Power & Cooling

Da viele Businesses zu Cloud Computing shiften, ist Automatisierung von Data Center Operations kritischer denn je. Ziel: Prozesse/Systeme für Performance, Kosteneffizienz, Skalierbarkeit optimieren.

Weiterlesen: 8 verschiedene Cloud Computing Arten [Erklärt]

Was ist ein Green Data Center?

Green Data Center = Datenspeicher-, Management-, Dissemination-Facility auf energieeffizienten Technologien. Designed für maximale Energieeffizienz, minimalen Umweltimpact.

Zwei Hauptparameter für Powereffizienz:

• Power Usage Effectiveness (PUE)
• Carbon Usage Effectiveness (CUE)

Beide von The Green Grid entwickelt – führender Trade Association für IT/Data Center Energieeffizienz und Eco-Design.

Diese Facilities gewinnen Traktion in diversen Branchen, ziehen viele Unternehmen für Green-Data-Center-Deployment an. Laut MarketandMarkets: Green Data Center Marktgröße 140 Mrd. $ bis 2026 geschätzt.