TU Chemnitz virtualisiert IP-Kommunikation mit Cisco UCS

Campus-Collaboration aus der CloudDie Technische Universität Chemnitz gilt bundesweit als Voice-over-IP-Pionier: Schon vor mehr als fünf Jahren hat sich die sächsische Bildungseinrichtung von alten Telefonanlagen verabschiedet und stattdessen eine technologisch offene Cisco Unified-Communications-Lösung eingeführt. Plattform dafür ist ein hoch-sicheres und extrem robustes Cisco-Netzwerk, das seither verstärkt auch als Basis für innovative Web- und Video-Collaboration dient. Jetzt macht die TU erneut von sich reden – und zwar durch die Virtualisierung des zentralen Unified Communications Managers mit dem Cisco Unified Computing System. Die hochskalierbare Bladelösung von Cisco räumt Effizienzbarrieren im Unirechenzentrum aus dem Weg und vereinheitlicht das Management der virtuellen Serverumgebung. Hardwareressourcen werden effektiver ausgenutzt, die Energieeffizienz steigt und IT-bedingte CO2-Emissionen werden nachhaltig begrenzt. Nicht zuletzt bleibt dem Chemnitzer IT-Team mehr Zeit für künftige Innovationen, die den multimedialen TU-Campus mit externen Instituten und Unternehmen immer enger zu einer Smart+Connected Community vereinen.

Wer einmal eine Vorlesung im interaktiven Hörsaal der TU Chemnitz miterlebt hat, kann schon heute erahnen, wie Lehre und Forschung in Zukunft aussehen werden: In der Reichenhainer Straße 90, Raum N012, werden akademische Veranstaltungen unterschiedlicher Art als Videokonferenz in HD-Qualität abgehalten. Daran teilneh-men können Studenten also auch von anderen Universitätsstandorten aus, zum Beispiel Sportstudenten, die beim Trainingsprogramm eines Spitzensportlers live dabei sein können. Simultan dazu werden dessen Vitaldaten über das Universitäts- netzwerk in Echtzeit auf einem separaten Bildschirm angezeigt.

Smart+Connected Community intensiviert Forschungskooperation Die Cisco TelePresence-Ausstattung im Raum N012 markiert dabei die qualitative Spitze einer wachsenden Anzahl von Video-Anwendungen verschiedenster Aus-prägung und Dimension. Ein möglichst breites Spektrum visueller Collaboration ist

„Das Interesse an Weiter- bildungsstudiengängen mit geringen Präsenzphasen nimmt stetig zu. Direkte Kommunikationsmöglichkeiten zwischen unseren Hörsälen und Studierenden an beliebigen anderen Orten haben daher eine strategische Bedeutung für uns.“ Eberhard Alles, Kanzler, TU Chemnitz.

Kommunikation auf höchstem Niveau in der TU Chemnitz: Der bundesweite Voice-over-IP Pionier virtualisiert seine IP-Kommunikation.

Anwenderbericht TU Chemnitz

Eberhard Alles, Kanzler der TU Chemnitz

für die TU Chemnitz aus zwei Gründen essenziell: Erstens intensiviert Videokom-munikation die standortübergreifende Zusammenarbeit innerhalb und außerhalb der TU – sowohl mit anderen Universitäten und Hochschulen als auch mit außeruni-versitären Partnern aus Wirtschaft und Industrie. Das Medium Video fördert dabei die Herausbildung von wissenschaftlichen Smart+Connnected Communities und verbessert so die Forschungskooperation weit über die sächsische Region hinaus. Zweitens steigern multimediale Formen von Forschung und Lehre die Attraktivität der TU Chemnitz für Studierende – ein Aspekt, der in Zukunft immer wichtiger wird: „Das Interesse an Weiterbildungsstudiengängen mit geringen Präsenzphasen nimmt stetig zu“, erläutert Eberhard Alles, Kanzler der TU Chemnitz. „Deshalb haben direkte Kommunikationsmöglichkeiten zwischen Chemnitzer Hörsälen und Studier-enden an beliebigen anderen Orten eine strategische Bedeutung für uns.“

Echtzeitkommunikation beginnt im Netzwerk „Die TU Chemnitz investiert seit Jahren gezielt in den kontinuierlichen Ausbau einer beispielgebenden Plattform für die universitäre Multimedia-Collaboration“, ergänzt Steffen Zietz, Account Manager Lehre und Forschung bei Cisco Deutschland. „Damit hat sich die TU den Ruf als eine der innovativsten deutschen Universitäten erarbeitet.“

Beispielsweise lief das letzte traditionell vermittelte Telefongespräch auf dem Chemnitzer Campus im Jahr 2006 – unmittelbar bevor ein kleines Team unter Füh-rung des Voice-over-IP-Experten und Leiters der Arbeitsgruppe Datenkommunika-tion Ronald Schmidt die komplette Unikommunikation in einem harten Schnitt auf Cisco Unified Communications (UC) umstellte. Alle Aufgaben der ausrangierten Telefonanlagen übernahm seinerzeit der Cisco UC Manager – eine Software, die auf abgesicherten Serviceclustern im Hochschulrechenzentrum installiert ist. Tele-fonate wie auch Videosessions laufen seither über das konvergente Campusnetz-werk, das gleichfalls aus Cisco-Komponenten aufgebaut ist und zurzeit rund 3.200 IP-Telefone versorgt. Darüber hinaus verwandeln circa 300 Cisco Access Points große Teile des Campusareals in einen ausgedehnten Wireless LAN Hotspot.

„Die Konvergenz von Sprach- und Datennetzwerk wirkte seinerzeit zugleich als Türöffner in die Welt der Videokommunikation“, kommentiert Roland Schmidt. „Denn die Fähigkeit des Netzwerks, verschiedene Datenströme mit unterschiedli-cher Priorität zu behandeln, erfüllt die technologische Grundbedingung sowohl für Voice- als auch für Video-over-IP.“ Quality of Service (QoS) wird diese fundamen-tale Fähigkeit genannt. Anschaulich gesprochen, sorgt QoS dafür, dass Echtzeit-kommunikation stets Vorrang erhält vor weniger zeitkritischem Netzwerkverkehr. IP-Telefonate haben sozusagen immer Vorfahrt, beispielsweise vor E-Mail-Daten, die vergleichsweise unempfindlich sind gegen kurzzeitige Transportverzögerungen.

Virtualisierungslimits aus der Welt geschafftIn der Zwischenzeit hat sich auch im TU-Rechenzentrum, in dem der UC-Server-cluster steht, ein tiefgreifender Wandel vollzogen: Virtualisierung ist eines der beherrschenden Themen für das Team im Datacenter. Virtualisierung löst Abhän-gigkeiten zwischen Hardware und Software auf und verbessert so die Ressour-cenauslastung, steigert die Energieeffizienz und erlaubt zudem eine weitaus flexi-blere Servicebereitstellung als zuvor. Bereits 85 Prozent aller Serveranwendungen der Uni wurden im Lauf der letzten drei Jahre schrittweise virtualisiert.

Nicht dabei war allerdings der Cisco UC Manager, der bis Mitte 2011 weiterhin auf einem konventionellen Server mit eigener Hardware lief. Der Grund dafür: „Die Vir-tualisierung von Echtzeitkommunikation erfordert zwingend, dass QoS-Einstellun-gen vom Netzwerk-Switch bis hinauf zum virtuellen Server durchgereicht werden. Und dazu waren bisher verfügbare virtuelle Serverarchitekturen einfach nicht in der Lage“, sagt Thomas Müller, Projektverantwortlicher im Chemnitzer Unirechen-

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HintergrundDie 1836 als „Königliche Gewerbschule“ gegründete Technische Universität Chem-nitz bietet ihren rund 10.400 Studenten ein breites, interdisziplinäres Fächerspektrum. Die Studienangebote in Ingenieur- und Naturwissenschaften sowie Mathematik sind fakultätsübergreifend mit Wirtschafts-, Geistes- und Sozialwissenschaften verzahnt. Die TU beschäftigt rund 1.900 Mitarbeiter und zählt damit zu den bedeu-tendsten Arbeitgebern in der Region.

HerausforderungIm Rechenzentrum der TU laufen bereits gut 85 Prozent aller Serveranwendungen auf virtuellen Maschinen. Das galt jedoch nicht für den Cisco Unified Communications Manager – das Herzstück der Chemnitzer Collaboration-Plattform. Denn mit der bislang vorhandenen Technologie ließ sich Echtzeitkommunikation nicht virtualisieren.

LösungZwei Cisco UCS 5108 Bladesysteme sind via Fabric Interconnect sowie virtuelle Switches Cisco Nexus 1000v nahtlos in das Campusnetzwerk, die vorhandene VMware-Serverumgebung und das Storage Area Network integriert. Die vier hochskalier-baren UCS-Blades bieten zusammen mehr als 1,2 Terabyte Arbeitsspeicher. Vor allem aber ist die UCS-Architektur in der Lage, Quality-of-Service-Einstellungen verlust-los vom Netzwerk-Switch bis zur virtuellen Serverplattform durchzureichen – und erfüllt damit die Grundbedingung für innovative Voice- und Videodienste aus der Cloud.

Nutzen1 vereinheitlichtes Server-, Netzwerk-

und Speichermanagement

1 mehr Freiraum für künftige Collaboration-Innovationen

1 bessere Ressourcenausnutzung, höhere Sicherheit

1 steigende Energieeffizienz: weniger IT-bedingte CO2-Emissionen

Zeitgemäßes Lernen dank innovativer Tech-nologien. Die Ausstattung der TU Chemnitz bietet den Studierenden höchsten Lernkom-fort und setzt Standards für die Lehre und Forschung der Zukunft.

zentrum. Diese Barriere räumte in Chemnitz erst das Cisco Unified Computing System UCS aus dem Weg. Thomas Müller fährt fort: „UCS ist ein außerordentlich kompaktes Bladesystem, das VMware-Virtualisierung inklusive IP- und Speicher-netzanschluss in einer hochintegrierten Komplettlösung bündelt. Mit UCS konnten wir die gesamte IP-Kommunikation auf der virtuellen Serverplattform konsolidieren. Wir verfügen damit über einheitliche Wartungszugänge, Managementschnittstellen und Monitoring-Instrumente. Das vereinfacht nicht nur die Administration, sondern verbessert auch den Ausfallschutz.“

Geprüfte Interoperabilität sichert reibungslose EinführungCisco UCS wurde dezidiert für die Anforderungen in hochgradig virtualisierten Cloud-Umgebungen entwickelt. Auf quasi virtuelle Weise erfolgt auch die Anbin-dung an das IP-Netzwerk und das Storage Area Network (SAN) der Uni – und zwar über den sogenannten Fabric Interconnect und den virtuellen Switch Cisco Nexus 1000v sowie ebenfalls virtuelle Netzwerkadapter. „Die virtuellen Adapter im Cisco UCS sind deutlich leistungsfähiger als die native Netzwerkanbindung von VMware“, erklärt Ronald Schmidt. „QoS-Prioritäten lassen sich damit äußerst filigran dosie-ren, wobei die momentan nicht benötigte Bandbreite im Sinne effektiver Ressour-cenausnutzung problemlos einem anderen virtuellen Adapter zugeteilt werden kann. Zudem verbessert die integrierte Port-Security-Funktion das Sicherheitsniveau der virtualisierten Kommunikation.“

Zurzeit stellt sich die Gesamtkonfiguration folgendermaßen dar: zweimal Cisco Fabric Interconnect für zwei UCS 5108-Systeme, die an getrennten Standorten installiert sind, und insgesamt vier Blades B250 M2. Jedes UCS-Blade ist mit zwei 3,46 Gigahertz-Intel-Xeon-Prozessoren und einem virtuellen Adapter M81KR bestückt, wobei der Cisco Nexus 1000v für Konnektivität zur VMware-ESXi-Umgebung sorgt. Kompatibilitätsprobleme zum vorhandenen NetApp-SAN hat es Thomas Müller zufolge nicht gegeben: „Hier profitieren wir ganz klar von der Cloud-Partnerschaft zwischen Cisco, NetApp und VMware, die unter dem Namen FlexPod firmiert. Wir haben zwar kein komplettes FlexPod Datacenter angeschafft, dennoch bewährt sich auch bei uns die im Rahmen von FlexPod umfassend ge-testete Interoperabilität zwischen Cisco UCS, VMware-Software und NetApp-Speichersystemen.“ Insgesamt war das dreiköpfige Projektteam rund 65 Stunden mit Planung, Teststellung und Inbetriebnahme befasst – nicht schlecht für einen Technologiesprung, der Echtzeitkommunikation in die Cloud holt.

Unterdessen arbeitet das Team bereits an einem neuen Projekt: Die Bandbreite der Verbindung zwischen beiden Chemnitzer RZ-Standorten soll auf sage und schreibe 100 Gigabit pro Sekunde aufgestockt werden. Für derart gigantische Übertragungskapazitäten gibt es freilich noch keinen virtuellen Switch. In Chemnitz kommen daher echte physische Switches zum Einsatz, und zwar zwei Nexus 7000er Modelle – das Flaggschiff der Cisco Datacenter-Switch-Familie.

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„Die Konvergenz von Sprach- und Datennetzwerk wirkte als Türöffner in die Welt der Videokommunikation. Die Fähigkeit des Netzwerks, ver-schiedene Datenströme mit unterschiedlicher Priorität zu behandeln, erfüllt die techno-logische Grundbedingung sowohl für Voice- als auch für Video-over-IP.“ Ronald Schmidt, Voice-over-IP-Experte und Leiter der Arbeitsgruppe Datenkommunikation, TU Chemnitz.

„Die TU Chemnitz investiert seit Jahren gezielt in den kontinuierlichen Ausbau einer beispielgebenden Plattform für die universitäre Multi- media-Collaboration und hat sich damit den Ruf als eine der innovativsten deutschen Universitäten erarbeitet.“ Steffen Zietz, Account Manager Lehre und Forschung, Cisco.

Mit UCS wird die gesamte IP-Kommunikation auf der virtuellen Serverplattform konsolidiert. Die TU verfügt so über einheitliche Wartungs-zugänge, Managementschnittstellen und Monitoring-Instrumente. Das vereinfacht die Administration und verbessert den Ausfallschutz.

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04/2012