DE10016236C2 - Modular aufgebauter Server - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen modular aufgebauten Server.

Aus der U.S. 5,396,552 A ist ein Servermodul für einen modular aufgebauten Server mit mindestens einer Datenverarbeitungsein­ heit zur Datenverarbeitung von Datenpaketen bekannt. Weiterhin weisen die dort beschriebenen Servermodule eine Schaltschnitt­ stelle zum Anschluß des Servermoduls an eine Schalteinrichtung des modularen Servers auf.

Aus "Elektronik Praxis", Nr. 24, 14. Dezember 1999, Seiten 106 bis 110, ist bekannt, daß mindestens eine adressierbare Kommunikationsschnittstelle zum Anschluß eines Moduls an ein externes Netzwerk, über das Datenpakete übertragen werden, vorhanden ist.

Aus F.-J. Kaufels "Einführung in die Datenkommunikation", 4. Auflage, DATACOM, 1991, ISBN 3-89238-039-2 Gb., Seiten 41 bis 47, 60 bis 67 und 195 bis 208, ist eine Routing-Einheit bei Netzwerken bekannt, die dafür sorgt, daß eine optimale Verbindung innerhalb des Netzes zwischen den beteiligten Partnern hergestellt werden. Ebenfalls offenbart diese Druck­ schrift die Verwendung einer Pass-Kontroll-Schicht, die die explizite Route über entsprechende Tabellen, z. B. sogenannte Routing-Tabellen, bestimmt.

Server sind Berechnungseinrichtungen, die in einem verteilten Rechnersystem zentrale Dienste für mehrere Nutzer bzw. Clients anbieten. Die Server und Nutzer sind zumeist über ein LAN miteinander verbunden. Server können entsprechend ihrer Funktion beispielsweise in File-Server, Anwendungsserver, Print-Server, CD-ROM-Server, E-Mail-Server unterschieden wer­ den. Ein File-Server verwaltet zentral Daten und/oder Dateien und stellt diese anderen Rechnern zur Verfügung. Anwendungs­ server stellen dem Netzwerk oder den Anwendern zentral Pro­ gramme zur Verfügung. Ein Print-Server bzw. Druckserver ver­ waltet zentral Druckaufträge und verteilt sie an die entspre­ chenden Drucker im Netz. Ein CD-ROM-Server verfügt über meh­ rere CD-ROM-Laufwerke, auf die über das LAN zugegriffen wer­ den kann. Ein E-Mail-Server dient für alle Teilnehmer als Mailbox und verwaltet alle ein- und abgehenden E-Mails.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Netzwerkes mit mehreren Servern nach dem Stand der Technik. Die Server A-D übernehmen ver­ schiedene Funktionen innerhalb des Netzwerkes, beispielsweise ist Server A ein File-Server, Server B ein Anwendungsserver, Server C ein Print-Server, Server D ein CD-ROM-Server. Die Server sind über eine Kommunikationsschnittstelle mit einem LAN und über eine Router-Schnittstelle mit einem Router zum Datenaustausch mit den übrigen Servern verbunden. Der Daten­ austausch erfolgt mittels Datenpaketen. Der Router ist ein Verknüpfungsrechner zwischen den beiden LAN-Netzen und stellt einen Teil der untersten drei Schichten des OSI- Referenzmodells dar. Als Datenpaketvermittler wertet der Rou­ ter die in den Datenpaketen enthaltenen Schicht-3- Informationen, beispielsweise die IP-Adressen aus und ermittelt anhand von Routing-Tabellen den günstigsten weiteren Da­ tenweg. Der Router kann dabei auch Datenpakete über ein LAN bzw. über Telekommunikationsnetze senden oder empfangen.

Die mit dem Router verbundenen Server nach dem Stand der Technik weisen zwei Hauptbestandteile auf, nämlich eine Da­ tenverarbeitungseinheit bzw. einen Prozessor sowie eine Netz­ werk-Schnittstellenkarte NIC. Falls der an das LAN1 ange­ schlossene Server A mit dem an dem LAN2 angeschlossenen Ser­ ver B kommunizieren möchte, müssen die Daten in das geeignete Rahmenformat gebracht werden. In der Netzwerk-Schnittstellen­ karte NIC_a des Servers A werden die an den Server B zu über­ tragenden Daten in das Datenformat des Netzwerks LAN1 einge­ packt (Framing) und an die Line-Card des Routers gesendet. Durch die Line-Card des Routers werden die Daten ausgepackt (Deframing) und dann in das Datenformat des zweiten Netzwer­ kes LAN2 gebracht bzw. eingepackt (Framing). Anschließend sendet der Router die umformatierten Daten an den Server B. Die Datenpakete, die der Server A an den Router absendet, enthalten als Zieladresse den Server B.

Ein Nachteil der in Fig. 1 dargestellten Netzwerkanordnung besteht darin, daß der technische Aufwand zur Übertragung von Daten von einem Server zu einem anderen Server über den Rou­ ter technisch relativ aufwendig ist, da ein ständiges Ein- und Auspacken bzw. eine Datenformatumwandlung erfolgen muß. Die dazu in den Servern vorhandenen Netzwerk-Schnittstellen­ karten besitzen eine hohe schaltungstechnische Komplexität, so daß die Server relativ hohe Herstellungskosten aufweisen.

Ein weiterer Nachteil der in Fig. 1 dargestellten Netzwer­ kanordnung besteht darin, daß stets ein Router zwischen den Servern vorhanden sein muß. Die Anzahl der möglichen Server in der in Fig. 1 gezeigten Netzwerkanordnung wird daher durch die Leistungsfähigkeit und die Anzahl der Server-Anschlüsse des Routers begrenzt. Eine flexible Erweiterung der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Netzwerkanordnung wird hierdurch erschwert.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen modular aufgebauten Server zu schaffen, der einen Datenaus­ tausch mit einem geringen schaltungstechnischen Aufwand er­ möglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen modular aufge­ bauten Server mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkma­ len gelöst.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jedes Servermodul zur Datenverarbeitung von Datenpaketen eines bestimmten vor­ gegebenen Applikationstyps vorgesehen.

Dabei wird die Servermodul-Adresse vorzugsweise in Abhängig­ keit von dem Applikationstyp des übertragenen Datenpakets be­ rechnet.

Die Kommunikationsschnittstellen weisen vorzugsweise Puffer­ speicher zum Zwischenspeichern von übertragenen Datenpaketen auf.

Die Routing-Tabelle wird bei einer besonders bevorzugten Aus­ führungsform in einem zugewiesenen Routing-Servermodul des modular aufgebauten Servers ständig aktualisiert.

Das Routing-Servermodul überträgt die aktuelle Routing- Tabelle an die übrigen Servermodule vorzugsweise über die Schaltschnittstelle.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sammelt das Routing-Servermodul Daten über die Auslastung der Datenverar­ beitungseinheiten aller Servermodule des modular aufgebauten Servers und wertet diese aus.

Dabei aktualisiert das Routing-Servermodul die Routing- Tabelle in Abhängigkeit von den ausgewerteten Auslastungsda­ ten, den zugewiesenen Applikationstypen der übrigen Servermo­ dule sowie Prioritätsinformationsdaten der übertragenen Da­ tenpakete.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden bei ei­ ner zu hohen Auslastung der Datenverarbeitungseinheiten eines Servermoduls die in diesem Servermodul ablaufenden Datenver­ arbeitungsprozesse zumindestens teilweise auf Datenverarbei­ tungseinheiten anderer Servermodule übertragen.

Im weiteren wird eine bevorzugte Ausführungsform des Servermoduls für einen modular aufgebauten Ser­ ver unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläute­ rung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Netzwerkanordnung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen aus mehreren Servermodulen modular aufgebauten Server gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Servermo­ duls.

In Fig. 2 ist ein modular aufgebauter Server 1 dargestellt, der modular aus mehreren verschiedenen Servermodulen 2, 3, 4, 5 aufgebaut ist. Jedem Servermodul 2, 3, 4, 5 ist zur Daten­ verarbeitung von Datenpaketen vorgesehen, die einem bestimm­ ten Applikationstyp entsprechen. Beispielsweise sind die Ser­ vermodule 3, 5 File-Server zur Datenverarbeitung von FTP- Dateien, während das Servermodul 4 einen Druckserver dar­ stellt. Das Servermodul 2 ist über einen internen Datenbus bzw. eine Datenleitung 6 mit einer Schalteinrichtung 7 ver­ bunden. Die Schalteinrichtung 7 ist über weitere interne Da­ tenbusse bzw. Datenleitungen 8, 9, 10 mit den übrigen Server­ modulen 3, 4, 5 des modular aufgebauten Servers 1 verbunden. Die Servermodule 2, 4 sind über Anschluß-Datenbusse bzw. Da­ tenleitungen 11, 12 an ein erstes lokales Netzwerk 13 ange­ schlossen und die Servermodule 3, 5 sind über Anschluß- Datenbusse 14, 15 an ein zweites lokales Netzwerk 16 ange­ schlossen.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus eines Servermoduls des modular aufgebauten Servers 1. Alle Servermodule 2, 3, 4, 5 des modular aufgebau­ ten Servers 1 weisen den gleichen schaltungstechnischen Auf­ bau auf. Der Aufbau eines Servermoduls wird in Fig. 3 anhand des Servermoduls 2 dargestellt. Das Servermodul 2 enthält mindestens eine Datenverarbeitungseinheit 17, eine Routing- Berechnungseinheit 18, mindestens eine adressierbare Kommuni­ kationsschnittstelle 19 sowie eine Schaltschnittstelle 20. Die Datenverarbeitungseinheit 17 kann einen oder mehrere Pro­ zessoren zur Datenverarbeitung von Datenpaketen enthalten. Über die adressierbare Kommunikationsschnittstelle und den Anschluß-Datenbus 11 ist das Servermodul 2 mit dem externen Netzwerk 13 verbunden. Die von dem Netzwerk 13 empfangenen externen Datenpakete gelangen über den Anschluß-Datenbus 11 zu der Kommunikationsschnittstelle 19. Das ankommende Datenpaket ist ein Daten-Rahmen, der aus Kopfdaten (Header) und Nutzdaten (Payload) besteht. In den Kopfdaten ist eine Lei­ tungsschichtadresse bzw. Layer 2-Adresse enthalten. Darüber hinaus enthält der ankommende Internet-Datenrahmen Informa­ tionen über den Applikationstyp. Die Routing-Berechnungs­ einheit 18 prüft, ob die Leitungsschicht-Adresse des ankom­ menden Datenpakets ein Servermodul innerhalb des modular auf­ gebauten Servers 1 adressiert oder nicht. Falls der modular aufgebaute Server 1 nicht adressiert wird, liest die Routing- Berechnungseinheit aus einer Routing-Tabelle die Port-Adresse des externen Zielrechners aus und versendet das Datenpaket über die Kommunikationsschnittstelle 19 an diesem externen Zielrechner. Falls umgekehrt durch die in dem ankommenden Da­ tenpaket enthaltene Leitungsschichtadresse bzw. durch die MAC-Informationsdaten ein Servermodul innerhalb des modular aufgebauten Servers 1 adressiert wird, wird zunächst der Ap­ plikationstyp des empfangenen Datenrahmens bestimmt. Aus der aktuellen Routing-Tabelle wird in Abhängigkeit von der Rech­ nerauslastung der Datenverarbeitungseinheiten innerhalb der verschiedenen Servermodule 2, 3, 4, 5 des modular aufgebauten Servers 1 die Servermodul-Adresse desjenigen Servermoduls ausgelesen, das diesem Applikationstyp zugeordnet ist und de­ ren Datenverarbeitungseinheiten am wenigsten ausgelastet sind. An diese ausgelesene Servermodul-Adresse versendet die Routing-Berechnungseinheit die empfangenen Nutzdaten als ein Internet-Protokoll-Datenpaket bzw. IP-Datagramm über die in­ ternen Datenbusleitungen und die Schalteinrichtung 7. Hierzu generiert die Routing-Berechnungseinheit 18 entweder einen internen Header mit der ermittelten Servermodul-Adresse, der an das IP-Datagramm angefügt wird, oder steuert die Schalt­ einrichtung 7 mittels (nicht dargestellter) Steuerleitungen derart an, daß das aus den Nutzdaten des ankommenden Datenpa­ kets gewonnene Internet-Protokoll-Datenpaket an dasjenige Servermodul geschaltet wird, welches durch die aus der Rou­ ting-Tabelle stammende Servermodul-Adresse adressiert wird.

Bei dem modular aufgebauten Server 1 übernehmen die verschie­ denen Servermodule 2, 3, 4, 5 verschiedenen Funktionen. Ein Servermodul wird als Routing-Tabellenmanager mit der Aktuali­ sierung der Routing-Tabelle betraut. Ein weiteres Servermodul bestimmt als Load-Manager die Rechnerauslastung aller Daten­ verarbeitungseinheiten der verschiedenen Servermodule inner­ halb des modular aufgebauten Servers 1. Das mit der Laster­ mittlung betraute Servermodul sammelt ständig Daten über die Rechnerauslastung der Datenverarbeitungseinheiten der übrigen Servermodule und wertet diese aus. Die Auswertungsergebnisse werden an dasjenige Servermodul übertragen, das die Routing- Tabelle verwaltet. Die Routing-Tabelle wird dort in Abhängig­ keit von den übertragenen Auslastungsdaten, den zugewiesenen Applikationstypen der Servermodule sowie von Prioritätsinfor­ mationsdaten der ankommenden Datenpakete ständig aktuali­ siert. Datenkopien der aktualisierten Routing-Tabelle werden an die übrigen Servermodule versendet, so daß jedes Servermo­ dul 2-5 innerhalb des modular aufgebauten Servers 1 über den Auslastungszustand der übrigen Servermodule informiert ist. Bei einer zu hohen Auslastung der Datenverarbeitungseinheiten eines Servermoduls werden dabei vorzugsweise Datenverarbei­ tungsprozesse, die in diesem Servermodul ablaufen, zuminde­ stens teilweise auf Datenverarbeitungseinheiten von anderen Servermodulen übertragen. Die Rechnerauslastung der verschie­ denen Servermodule werden hierdurch weitgehend aneinander an­ geglichen.

Sind beispielsweise die Servermodule 3, 5 als File-Server zur Bearbeitung von FTP-Applikationen geeignet und erhält das Servermodul 2 über den Anschluß 11 von dem lokalen Netzwerk 13 ein externes Datenpaket mit einer FTP-Applikation, be­ stimmt es anhand der in der Routing-Berechnungseinheit 18 enthaltenen Routing-Tabelle die Servermodul-Adresse desjeni­ gen File-Servers, der die geringste Rechnerauslastung auf­ weist. Hierzu befindet sich eine Kopie der aktualisierten Routing-Tabelle in einer Speichereinrichtung der Routing- Berechnungseinheit 18. Ist beispielsweise die Rechnerauslastung des als File-Server arbeitenden Servermoduls 3 geringer als die Rechnerauslastung des ebenfalls als File-Server ar­ beitenden Servermoduls 5, ist die Routing-Tabelle durch den Routing-Tabellenmanager derart aktualisiert, daß bei einem ankommenden Datenpaket, welches einen File-Server benötigt, als Servermodul-Adresse die Adresse des Servermoduls 3 durch die Routing-Berechnungseinheit 18 generiert wird. Das Inter­ net-Protokoll-Datenpaket, das in dem Internet-Datenpaket als Payload bzw. Nutzdaten enthalten ist, wird durch die Routing- Berechnungseinheit 18 vorzugsweise mit einem internen Header bzw. Kopfdaten versehen, die als Servermodul-Adresse die Adresse des Servermoduls 3 beinhalten. Die mit dem internen Header versehenen Internet-Protokoll-Datenpakete werden als interne Datenpakete über den internen Datenbus 6, die Schalt­ einrichtung 7 und den internen Datenbus 8 an das Servermodul 3 übertragen. Hierzu liest die Schalteinrichtung 7 die in dem Header des internen Datenpakets enthaltene interne Servermo­ dul-Adresse aus und leitet das daran hängende Internet- Protokoll-Datenpaket an das adressierte Servermodul 3 weiter.

Das Servermodul besitzt eine integrierte Router-Funktion, so daß der modular aufgebaute Server 1 kei­ nen eigenständigen Router benötigt. Der in Fig. 2 dargestell­ te modular aufgebaute erfindungsgemäße Server 1 besitzt eine Schalteinrichtung 7, an die im Prinzip eine beliebig hohe An­ zahl von Servermodulen 2-5 anschließbar sind. Eine Erweite­ rung des modular aufgebauten Servers 1 mit weiteren Servermo­ dulen zur Leistungssteigerung und zur Übernahme zusätzlicher Serverdienste ist daher einfach durch Anschluß zusätzlicher Servermodule an die Schalteinrichtung 7 flexibel möglich. Da jedes Servermodul über eine eigene Routing-Berechnungseinheit verfügt, wird der Lastausgleich zwischen den verschiedenen Severmodulen innerhalb des modular aufgebauten Servers 1 op­ timiert. Jedes Servermodul leitet ankommende Datenpakete an dasjenige Servermodul weiter, das für den Applikationstyp zu­ ständig ist und das die geringste Rechnerauslastung aufweist. Ferner werden ablaufende Datenverarbeitungsprozesse, die innerhalb der Datenverarbeitungseinheiten eines überlasteten Servermoduls ablaufen, an weniger belastete Servermodule übergeben.

Der modulare Aufbau des Servers 1 gewährleistet somit eine optimal ausgeglichene Rechnerauslastung sowie flexible Erwei­ terungsmöglichkeiten. Ein umständliches Umformatieren von ex­ ternen Datenpaketformaten in interne Datenpaketformate ent­ fällt, da die in den externen Datenpaketen bzw. Internet- Rahmen enthaltenen IP-Datenpakete unverändert an die entspre­ chenden Servermodule weitergeschaltet werden. Der schaltungs­ technische Aufwand zur internen Weiterleitung empfangener Da­ tenpakete an die übrigen Servermodule ist daher gering.

Claims (9)

1. Modular aufgebauter Server (1) mit einer Mehrzahl von Ser­ vermodulen (2, 3, 4, 5) und einer Schalteinrichtung (7), über die Datenpakete zwischen den Servermodulen (2, 3, 4, 5) ver­ sendbar sind;
wobei die Servermodule (2, 3, 4, 5) jeweils
mindestens eine Datenverarbeitungseinheit (17) zur Da­ tenverarbeitung von den Datenpaketen;
mindestens eine adressierbare Kommunikationsschnittstel­ le (19) zum Anschluß an ein externes Netzwerk (13; 16), über das die Datenpakete übertragbar sind;
eine Schaltschnittstelle (20) zum Anschluß an die Schalteinrichtung (7); und
eine Routing-Berechnungseinheit (18) zum Prüfen, ob ein ankommendes Datenpaket ein Servermodul (2, 3, 4, 5) des Servers (1) adressiert, und zur Festlegung einer Server­ modul-Adresse eines Servermoduls (2, 3, 4, 5) des Ser­ vers (1) mittels einer Routing-Tabelle in Abhängigkeit von der Auslastung der Datenverarbeitungseinheiten aller Servermodule, an das das Datenpaket zu senden ist,
aufweisen.

2. Modular aufgebauter Server (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Servermodul (2, 3, 4, 5) zur Datenverarbeitung von Datenpaketen bestimmter vorgegebener Applikationstypen vorge­ sehen ist.

3. Modular aufgebauter Server (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenpakete Informationen über den Applikationstyp enthalten und die Servermodul-Adresse in Abhängigkeit von dem Applikationstyp des jeweiligen übertragenen Datenpakets be­ rechnet wird.

4. Modular aufgebauter Server (1) nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationsschnittstelle (19) einen Pufferspeicher zum Zwischenspeichern von übertragenen Datenpaketen aufweist.

5. Modular aufgebauter Server (1) nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Routing-Tabelle in einem zugewiesenen Routing- Servermodul des Servers (1) ständig aktualisiert wird.

6. Modular aufgebauter Server (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Routing-Servermodul die aktuelle Routing-Tabelle an die übrigen Servermodule über die Schaltschnittstelle (7) überträgt.

7. Modular aufgebauter Server (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Routing-Servermodul Daten über die Auslastung der Da­ tenverarbeitungseinheiten aller Servermodule des Servers (1) sammelt und auswertet.

8. Modular aufgebauter Server (1) nach einem der vorangehen­ den Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Routing-Servermodul die Routing-Tabelle in Abhängig­ keit von den ausgewerteten Auslastungsdaten, den zugewiesenen Applikationstypen der übrigen Servermodule sowie von Priori­ tätsinformationsdaten der übertragenen Datenpakete aktuali­ siert.

9. Modular aufgebauter Server (1) nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zu hohen Auslastung der Datenverarbeitungsein­ heit (17) eines jeweiligen Servermoduls (2, 3, 4, 5) Daten­ verarbeitungsprozesse, die innerhalb des Servermoduls ablau­ fen, auf Datenverarbeitungseinheiten von anderen Servermodu­ len übertragbar sind.