Umgebungsüberwachung im Rechenzentrum

Umgebungskontrollen schützen die Hardware im Rechenzentrum vor physischen Bedrohungen, die nichts mit Cyberangriffen zu tun haben: Überhitzung, Überschwemmungen, Bränden, Stromausfällen und Schäden durch Feuchtigkeit. Ein Serverraum, der aufgrund eines Ausfalls der Klimaanlage 95 °F erreicht, führt innerhalb weniger Minuten zu Drosselungen und Abstürzen. Ein einziges undichtes Wasserrohr über einem Server-Rack kann Geräte im Wert von Millionen zerstören. Umgebungskontrollen schützen somit unmittelbar die Komponente Verfügbarkeit des CIA-Dreiecks.

Server erzeugen beträchtliche Wärme, und Wärme ist ihr größter Feind. Rechenzentren nutzen speziell für IT-Umgebungen entwickelte HVAC-Systeme (Heating, Ventilation, and Air Conditioning). ASHRAE empfiehlt, die Zulufttemperatur der Server zwischen 64,4 °F und 80,6 °F (18 °C–27 °C) zu halten. Eine Einhausung von Warm- und Kaltgängen verbessert die Kühlleistung, indem kühle Luft nur zu den Vorderseiten der Server (Kaltgang) geleitet und die warme Luft von den Rückseiten der Server (Warmgang) in Rückluftwege abgeführt wird. Dadurch wird verhindert, dass sich warme und kalte Luft vermischen.

Extreme Luftfeuchtigkeit schädigt die Hardware. Niedrige Luftfeuchtigkeit (unter 40 % rF) begünstigt den Aufbau elektrostatischer Entladungen (ESD), die empfindliche Elektronik zerstören können. Hohe Luftfeuchtigkeit (über 60 % rF) verursacht Kondensation auf Leiterplatten, was zu Kurzschlüssen und Korrosion führt. Rechenzentren halten die relative Luftfeuchtigkeit zwischen 40 % und 60 % rF. Sensoren zur Umgebungsüberwachung erfassen Temperatur und Luftfeuchtigkeit kontinuierlich an mehreren Rack-Standorten und alarmieren das Betriebspersonal, wenn die Werte außerhalb der zulässigen Bereiche liegen.

Rechenzentren verwenden spezielle Branderkennungssysteme anstelle von Rauchmeldern für Wohngebäude. VESDA-Systeme (Very Early Smoke Detection Apparatus) entnehmen aktiv Luft aus Leitungen unter der Decke und können Verbrennungspartikel erkennen, bevor sichtbarer Rauch entsteht. Dadurch bleibt Zeit, den Brand zu untersuchen und einzudämmen, bevor er sich ausbreitet. Ionisationsmelder reagieren schnell auf offene Brände. Optische Rauchmelder reagieren besser auf Schwelbrände. Die meisten modernen Rechenzentren setzen mehrere Meldertypen mit zweistufigen Alarmsystemen ein, bei denen mehrere Melder auslösen müssen, bevor die Löschanlage aktiviert wird.

Herkömmliche Sprinkleranlagen mit Wasser zerstören elektronische Geräte, selbst wenn sie Brände löschen. Rechenzentren verwenden Löschanlagen mit rückstandsfreien Löschmitteln, die Brände löschen, ohne die Geräte zu beschädigen. FM-200 (HFC-227ea) unterdrückt Brände, indem es der Verbrennungsreaktion Wärme entzieht. Novec 1230 (FK-5-1-12) funktioniert ähnlich, hat jedoch ein geringeres Treibhauspotenzial. Inergen und Argonite sind Inertgassysteme, die die Sauerstoffkonzentration unter den für eine Verbrennung erforderlichen Wert senken. Alle rückstandsfreien Löschmittel sind bei Verwendung in der vorgesehenen Konzentration für bewohnte Räume sicher.

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) stellen bei einem Ausfall der Netzversorgung sofort Batteriestrom bereit. Dadurch können Server weiterbetrieben werden, während Generatoren anlaufen. USV-Systeme werden danach klassifiziert, wie sie mit der normalen Stromversorgung umgehen: Offline-/Standby-USV (schaltet nur bei einem Ausfall auf Batteriebetrieb um – kurze Umschaltzeit), Line-Interactive-USV (regelt die Spannung, ohne bei geringfügigen Schwankungen auf Batteriebetrieb umzuschalten) und Online-/Doppelwandler-USV (läuft stets über den Wechselrichter – keine Umschaltzeit, am besten für kritische Systeme geeignet). Rechenzentren verwenden für Server Doppelwandler-USV.

USV-Systeme bieten typischerweise 10–30 Minuten Batterielaufzeit – genug Zeit für ein kontrolliertes Herunterfahren oder den Start eines Generators. Dieselgeneratoren stellen bei längeren Stromausfällen eine längerfristige Stromversorgung bereit. Generatoren müssen: monatlich unter Last getestet werden (nicht nur gestartet werden), mit einem für 72–96 Betriebsstunden ausreichenden Kraftstoffvorrat gewartet werden und mit automatischen Netzumschaltern (ATS) ausgestattet sein, die einen Ausfall der Netzversorgung erkennen und ohne manuelles Eingreifen auf den Generator umschalten. Generatoren befinden sich typischerweise im Außenbereich oder in separaten Generatorräumen, die durch Brandschutzmaßnahmen vom Hauptgebäude getrennt sind.

Enterprise-Server verfügen über zwei Netzteile, die jeweils an einen separaten Stromkreis angeschlossen sind. Rechenzentren implementieren eine N+1- oder 2N-Redundanz der Stromversorgung: N+1 bedeutet, dass eine USV bzw. ein Generator zusätzlich zur erforderlichen Anzahl vorhanden ist, sodass der Ausfall eines Geräts keinen Stromausfall verursacht. 2N bedeutet vollständig doppelte Strompfade vom Netzeingang über USV und PDU (Power Distribution Unit) bis zum Servernetzteil – vollständige Redundanz an jedem Punkt. Jeder Strompfad wird nach Möglichkeit von einem anderen Netzanschluss und Umspannwerk gespeist, um eine maximale Ausfallsicherheit zu erreichen.

Wasser stellt für Rechenzentren ein erhebliches Risiko dar – etwa durch undichte Dächer, geplatzte Leitungen über Doppelböden oder Kondenswasser aus der HLK-Anlage. Sensoren zur Wasserleckageerkennung werden unter Doppelböden (insbesondere in der Nähe von HLK-Geräten), unter CRAC-Geräten (Computer Room Air Conditioning) und an Wanddurchführungen von Leitungen angebracht. Moderne Systeme verwenden ein Erkennungskabel, das entlang gefährdeter Bereiche verläuft und bei jedem Kontakt mit Wasser einen Alarm auslöst. Automatische Absperrventile können undichte Leitungsabschnitte isolieren, sobald ein Wasseralarm ausgelöst wird.

Systeme zur Umgebungsüberwachung (EMS) bieten einen Echtzeitüberblick über alle Umgebungsbedingungen in einem Rechenzentrum: Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Stromverbrauch, USV-Status, Kraftstoffstand des Generators und Wassererkennung. Moderne EMS-Plattformen stellen dem Betriebspersonal Dashboard-Ansichten, automatisierte Benachrichtigungen per SMS/E-Mail bei überschrittenen Grenzwerten, historische Trendanalysen für die Kapazitätsplanung sowie eine Integration in DCIM-Tools (Data Center Infrastructure Management) bereit, die Umgebungsdaten mit den Standorten von IT-Assets verknüpfen.

Auch die Systeme zur Umgebungssteuerung selbst müssen physisch gesichert werden. HLK-Bedienfelder, USV-Verwaltungsschnittstellen und Stromverteilungseinheiten müssen verschlossen und zugangskontrolliert sein – ein Angreifer mit Zugriff auf einen Thermostat kann die Temperatur auf zerstörerische Werte erhöhen. Zur Verwaltung der Umgebungsüberwachung werden vom Produktionsnetz getrennte Out-of-Band-Verwaltungsnetzwerke verwendet, damit ein Sicherheitsvorfall im Netzwerk nicht zugleich die Überwachung außer Betrieb setzt. Änderungen sollten erst nach einer Autorisierung möglich sein, bevor jemand Temperatursollwerte, Stromgrenzwerte oder Einstellungen der Löschanlage verändern darf.

Testen Sie Ihr Verständnis der CompTIA-Security+-Konzepte (SY0-701) aus dieser Lektion.

In dieser Lektion haben Sie gelernt: HLK- und Feuchtigkeitsregelungen halten die Hardware innerhalb sicherer Betriebsbedingungen, Löschanlagen mit nicht wasserbasierten Löschmitteln schützen die Geräte im Gegensatz zu Wassersprinklern, und redundante USV- und Generatorsysteme gewährleisten die Verfügbarkeit bei Stromausfällen jeder Dauer. Als Nächstes befassen wir uns mit Hardwaresicherheit – TPM, Secure Boot und Laufwerksverschlüsselung zum Schutz von Geräten vor physischen Angriffen.