Надежное питание сети

Приручение электричества - один из величайших подвигов человечества. Эта статья посвящена тому, как изолировать сеть от проблем с питанием.

Представьте себе, что вы администратор сети с 1000 пользователями. Под вечер в пятницу ваш пейджер внезапно выдает сообщение: "Питание сервера приложений отсутствует". Системный дисплей показывает, что временное питание сервера осуществляется от батарей ИБП (источника бесперебойного питания), а пользователям, работающим с приложениями на сервере, посланы предупредительные сообщения. Через несколько минут вы устанавливаете причину неполадки и восстанавливаете питание прежде, чем сервер инициирует автоматическую остановку.

Если ваша сеть спокойно переносит связанные с питанием проблемы, то она представляет скорее исключение, нежели правило. Единственный способ добиться такого рода успеха - это разработать и внедрить эффективную стратегию управления питанием.

В предлагаемой статье мы рассматриваем наиболее важные проблемы, связанные с питанием, принципы разработки и способы реализации плана обеспечения питания, правила выбора аппаратного и программного обеспечения и роль стандартов в защите вашей сети.

РАЗРЫВ ЦЕПИ

Первый шаг в защите сети состоит в понимании основных проблем, связанных с питанием. Электрический ток подвергается целому ряду воздействий: форма импульса может оказаться искажена, он может периодически исчезать, а среднее напряжение может быть непостоянным. Такие проблемы мешают, а порою даже делают невозможным функционирование серверов, рабочих станций и других компонентов сети (см. Рисунок 1).

Рисунок 1.
На практике электрический ток не является гладкой функцией, а аномалии в его форме могут привести к целому ряду проблем. Например, сервер или ПК могут быть выведены из строя всплеском напряжения, а модемная линия может оказаться непроходимой из-за шума. Даже такое оборудование, как коммутаторы, подвержено воздействию неконтролируемых токов.

Наиболее типичными проблемами с питанием являются шум на линии, наброс мощности, резкое повышение и снижение напряжения и отключение электричества (см. Рисунок 2).

Рисунок 2.
Эти общие проблемы с электричеством в современных сетях происходят по разным причинам. Если некоторые ведут к секундным всплескам, то другие могут нанести вред оборудованию и серьезному перегреву сетевых компонентов. Наиболее типичная ситуация, падение напряжения, длится обычно порядка пяти секунд, но и это может запросто привести к потере файлов и остановке ПК или сервера.

Шум на линии - это случайные импульсы напряжения на фоне стандартной волны. Форма волны переменного тока представляет собой синусоиду, но шум на линии приводит к тому, что сигнал искажается.

Электромагнитные и радиочастотные помехи являются типичными причинами шума на линии. Электромагнитные помехи могут быть вызваны молнией и включением люминисцентных светильников. Расположенная неподалеку радиостанция может внести радиочастотные помехи в сигнал переменного тока.

Шум на линии может привести к сбою в передаче данных с ЦПУ на диск, ошибкам при печати, повреждению источников питания и статическому напряжению на мониторе.

Наброс мощности, т. е. увеличение напряжения более чем на 100% по сравнению с номинальным уровнем, зачастую чреват более серьезными проблемами, чем шум на линии. Продолжительный наброс мощности, называемый также электрическим перенапряжением, может привести к перегрузке источников питания и перегреву ПК.

Всплеск напряжения - это наброс мощности с резким увеличением напряжения в течение очень короткого интервала времени (обычно менее 1/20-й с). Одной из причин всплесков напряжения являются молнии, а также внезапное отключение нагрузки и переключение мощностей. Всплески могут повредить оборудование, поскольку электронные схемы рассчитаны на гораздо меньшее напряжение.

Резкое увеличение напряжения приводит к резкому росту тока и, как следствие, перегреву чувствительных компьютерных компонентов. Продолжительные всплески достаточно типичное явление. Они могут возникать при выключении кондиционеров и других бытовых приборов в близлежащих зданиях.

Снижение напряжения представляет собой противоположное по отношению к набросу мощности явление. Снижение напряжения отвечает примерно за 80% всех проблем с питанием. Оно имеет место, когда уровень напряжения понижается примерно на 80% в сравнении с номинальным уровнем в продолжении более чем одного цикла переменного тока. Снижения напряжения, как правило, непродолжительны: 90% из них длятся обычно менее пяти секунд.

Отключение питания (т. е. продолжительное его отсутствие) приводит к полному отключению сети. Несмотря на то что такое случается довольно редко, в результате сеть может оказаться в состоянии хаоса. Если сервер останавливается без надлежащего резервирования, то его оперативная память и головка жесткого диска могут быть повреждены.

ПЛАНИРОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ПИТАНИЯ

Проблемы с питанием можно свести к минимуму, и здесь поможет эффективная стратегия управления питанием.

Прежде всего, вы должны оценить настоящие и будущие потребности сети, а затем определить оборудование, программное обеспечение и процессы, отвечающие требованиям к защите питания вашей сети. Организуйте команду вместе с отделом ИС для совместной разработки плана.

Кроме того, вы должны будете проверить: каким образом поступает электричество (по наземным линиям электропередач или иначе), какое мощное электрооборудование расположено в том же здании (лифты и т. п.) и что строится вблизи вашего здания.

Далее следует произвести анализ питания посредством мониторинга качества питания в критических точках. Если ваша компания не занята в сфере энергетики, то она вряд ли располагает оборудованием для мониторинга питания. Контроль питания могут произвести многие местные коммунальные компании, сетевые интеграторы, независимые консультанты по сетям и поставщики - конечно, за плату.

Затем убедитесь, что все компоненты сети инвентаризованы. Помимо регистрации типа, номера и местоположения этих компонентов вы должны проверить факт их подключения к модемным линиям.

После сбора данных необходимо будет определить уровень риска, которому ваша компания подвергается, если не принять мер для исключения проблем, связанных с питанием. Для этого нужно выяснить последствия - потери от простоев, стоимость замены компонентов, потенциальный ущерб репутации вашей компании и проч.

Безопасность сетевых пользователей также является немаловажным фактором.

В ХОРОШИХ РУКАХ

Полный резерв батарей служит достаточной контрмерой в случае, когда в результате перебоев с питанием могут быть потеряны данные или прерваны процессы. Хотя такая защита сводит к минимуму риск остановки сети, она может оказаться весьма дорогостоящей.

Принимая решение о том, какая защита нужна для каждого компонента, следует отдельно рассмотреть серверы, настольные системы, периферию, межсетевые устройства и центры обработки данных. Все подключаемые к стенным розеткам компоненты должны иметь защиту от всплесков напряжения и средства регулирования напряжения. Иными словами, вопрос стоит так: "Какие сетевые компоненты нуждаются в ИБП?"

Наиболее подверженная риску операция сервера - это запись данных на диск. Перебой с питанием в этот момент может привести к серьезной порче жесткого диска. Кроме того, многие серверы помещают сохраненные пользователями файлы в кэш, а поскольку эта память энергозависима, при отключении сервера они будут потеряны.

ИБП должны обеспечивать функционирование таких систем при полной нагрузке по крайней мере в течение пяти минут - типичные возмущения напряжения длятся, как правило, меньше. Однако механизмы сохранения данных должны вступить в действие до того, как ИБП прекратят питание от батарей. Кроме того, телефонные/модемные линии на этом сервере тоже должны быть защищены.

Для определения наиболее эффективной защиты настольных систем проведите анализ функционирования и назначения каждой машины. Если настольная система работает с программным обеспечением на сервере, то существует риск, что испорченные данные с рабочей станции запишутся поверх хороших данных на сервере. Такие настольные системы должны быть защищены с помощью ИБП.

В одноранговых сетях ИБП нужен для каждой станции. Кроме того, ИБП следует оснастить все высококритичные системы.

За прошедшие несколько лет цены на ИБП для пользовательских ПК упали с нескольких сотен долларов до более приемлемого уровня. Например, ИБП Model 300 для настольных систем компании Exide стоит 139 долларов.

ПОД БРЕМЕНЕМ

Межсетевые компоненты включают концентраторы, маршрутизаторы, шлюзы, коммутаторы и мосты, связывающие между собой серверы и настольные системы. Если пользователям необходим доступ к серверам в период снижения напряжения или отключения электричества, то межсетевые устройства придется защищать с помощью ИБП.

Межсетевые устройства должны иметь и внутреннюю защиту от шума на линиях передачи данных. В случае отсутствия защиты вам придется установить специальные фильтры для подавления шума на этих линиях. Такие фильтры продают многие компании, специализирующиеся на защите питания.

Необходимо, чтобы план управления питанием предусматривал возможность удаленного управления. Выбранная система должна использовать связь по внешнему каналу, например модемным линиям, между межсетевыми компонентами и ИБП.

Центры обработки данных, в которых крупные компании размещают свои вычислительные ресурсы и инструментарий управления, требуют наиболее надежной защиты. Все оборудование в центре обработки данных должно быть защищено ИБП.

Убедитесь в том, что ИБП имеют достаточную емкость для поддержки наибольшей нагрузки на центр обработки данных, а также средства превентивного управления. В качестве примеров мы можем назвать Martix-UPS компании American Power Conversion и SmartPro DataCenter UPS компании TrippLite.

Вопрос мощности батарей имеет немаловажное значение: при исчерпании заряда батарей сеть может остановиться (ИБП способны поддерживать питание до 30 мин). Если простой сети обходится слишком дорого, то следует рассмотреть вопрос установки резервной энергосистемы - РЭС (Standby Power System, SPS), вырабатывающей электрический ток с помощью дизельного генератора. Такие компании, как Liebert, продают РЭС мощностью от 15 до 2250 кВт.

При отключении питания ИБП какое-то время подает ток от батарей, но если по истечении пяти или около того минут питание не возобновится, то программное обеспечение включит РЭС автоматически. После возобновления питания программное обеспечение автоматически переключает мощности на основной источник энергии. В результате пользователи могут продолжать работать с сетью, даже когда электричество отключено.

ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

Далее вы должны знать, как выбирать необходимое аппаратное и программное обеспечение. Важными аппаратными компонентами являются разрядник для защиты от перенапряжений, ИБП и РЭС.

Разрядники для защиты от перенапряжений тестируются и классифицируются в соответствии с уровнем напряжения, который они пропускают. Чем меньше пропускаемое напряжение, тем лучше разрядник. Вообще говоря, пропускаемое напряжение не должно превышать 330 В.

Согласно стандартам IEEE разрядник должен пропускать менее 5% от напряжения в 6000 В. Пятипроцентный уровень позволяет защитить большинство серверов и ПК в случае максимально возможного всплеска напряжения.

При выборе ИБП необходимо учитывать тип системы, размер нагрузки и длительность работы от батарей. Основных типов ИБП три: резервные (off-line), линейно-интерактивные (line-interactive) и активные (on-line).

Резервные ИБП обеспечивают защиту, только когда проблема с питанием приводит к переключению системы на работу от батарей. Они довольно хорошо защищают от всплесков напряжения, но не предоставляют необходимой изоляции входного напряжения на все случаи жизни. Резервные ИБП, как правило, не подходят для защиты серверов, но доступность цен делает их весьма привлекательными для настольных систем.

Благодаря функции регулирования напряжения линейно-интерактивные ИБП гораздо надежнее традиционных резервных моделей. Как и резервные ИБП, линейно-интерактивные системы в случае значительного наброса мощности или отключения питания переключаются на работу от батарей. Линейно-интерактивные системы обеспечивают адекватную защиту, если только понижение напряжения не происходит слишком часто.

Напоминающие повторители, активные ИБП, обеспечивают наивысший уровень защиты за счет восстановления исходной формы электрического тока. Данный процесс включает регулирование напряжения и согласование линии передачи. В активных ИБП батареи постоянно подключены к шине постоянного тока, так что они всегда готовы к работе. Системы этого типа защищают высококритичные сетевые компоненты, доступ к которым необходим постоянно.

КТО СКОЛЬКО ВЕСИТ

Величина нагрузки ИБП, измеряемая в ВА (в Вольт-Амперах), характеризует ту мощность, которую он способен обеспечить. При выборе ИБП следует рассчитать необходимую величину нагрузки, чтобы система гарантированно соответствовала уровню мощности устройств, нуждающихся в защите. Для этого вольт-амперные характеристики всех устройств, подключаемых к ИБП, нужно сложить. Для полной безопасности значение вольт-амперной характеристики ИБП должно быть на 20-50% выше, чем вычисленная вами величина.

Батареи ИБП должны обеспечивать достаточно длительное питание защищаемых устройств при максимальной нагрузке с учетом возможных непредвиденных обстоятельств. Длительность работы от батарей должна составлять минимум 15 мин.

Батареи ИБП не вечны - даже если вы следуете рекомендациям относительно температуры помещения и эксплуатации устройства. Профилактическое обследование устройств должно производиться на регулярной основе с целью определения износа батарей посредством проверки напряжения и тестирования нагрузки.

Если для обеспечения непрерывного резервного питания вы планируете использовать вспомогательный генератор, то в этом случае ИБП необходимы разъемы для взаимодействия с генератором. Кроме того, при длительном отключении питания он должен производить переключение питания на резервный генератор.

ВЫБОР ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Программное обеспечение управления питанием играет критическую роль в защите ваших сетевых активов. Ввиду того, что разные производители ИБП исповедуют разные подходы, при выборе производителя продукта необходимо учитывать качество программного обеспечения.

Программное обеспечение управления питанием контролирует качество питания и характеристики ИБП и представляет эту информацию в графическом виде на экране монитора. Некоторые программы ведут журнал событий и, следовательно, историю проблем с питанием.

Одной из опций является возможность записи времени и даты каждого случая снижения напряжения ниже определенной величины. Это может оказаться полезным при оценке потребностей защиты питания и диагностики причин многих сетевых проблем.

Если сеть охватывает большую территорию, то программное обеспечение должно автоматически подавать предупреждения о необходимости замены батарей, иначе статус каждой батареи придется периодически проверять вручную (см. Рисунок 3). Для поддержки этой функции ИБП должны иметь средства контроля температуры и влажности, чтобы более точно прогнозировать срок службы батарей.

При продолжительных перерывах в питании программное обеспечение должно автоматически оповещать пользователей и технический персонал, сохранять открытые файлы и закрывать приложения до остановки пострадавшего сервера.

В зависимости от производителя программное обеспечение управления питанием выдает предупреждения в виде звуковых сигналов, электронной почты и пейджинга. Некоторые пакеты позволяют перепрограммировать сообщения, посылаемые пользователям и/или техническому персоналу. Чтобы эти системы работали правильно, программное обеспечение управления питанием должно быть полностью совместимым с вашей сетевой ОС. Большинство производителей поддерживают системы NetWare и Windows NT.

С недавних пор производители источников питания стали выпускать инструменты управления на базе Web. Такие продукты позволяют работать с программным обеспечением управления питанием удаленным образом через Internet или корпоративные сети Intranet с помощью браузера Web. Некоторые из них могут посылать предупреждения о проблемах с питанием тем, кто работает с Web, а не только тем, кто зарегистрировался на сервере.

SNMP играет ключевую роль в обеспечении взаимодействия между разнотипными управляемыми устройствами. При выборе программного обеспечения управления питанием необходимо убедиться, что оно поддерживает SNMP на случай, если вы планируете использовать ИБП от различных поставщиков. Однако эффективность системы управления питанием возрастет, если вы будете применять с оборудованием данного конкретного производителя его собственный программный пакет.

НА СЛУЧАЙ НЕОЖИДАННОСТЕЙ

Вне зависимости от того, какие меры защиты вы реализуете, элемент риска всегда остается. Никакое аппаратное и программное обеспечение не может полностью изолировать сеть от проблем с питанием. Например, батарея ИБП может разрядиться в случае продолжительного снижения напряжения, а резервный генератор исчерпать запас топлива.

На случай таких происшествий вы должны разработать соответствующий план, являющийся составной частью общего плана восстановления после аварий, причиной которых стал, например, пожар, кража и неполадки в системе. План, учитывающий чрезвычайные ситуации, должен вступать в действие тогда, когда аппаратное и программное обеспечение защиты питания оказывается бессильным.

Основу чрезвычайного плана составляет описание всех потенциальных серьезных проблем с питанием. Например, список должен указывать, что делать, когда при отключении питания кончается заряд батарей ИБП.

Основная задача чрезвычайного плана состоит в предоставлении инструкций техническому персоналу относительно необходимых действий в случае возникновения той или иной проблемы. Например, он должен гарантировать, что пользователи будут предупреждены заранее, что сеть может быть остановлена, если питание не возобновится. Те пользователи, на которых эти проблемы не сказываются, или те, кто защищены ИБП, могут получать предупреждение по сети. Те же, кого эти проблемы касаются непосредственно, получат сообщение, только когда ИБП прекратят работу. Таким образом, пользователи должны быть предупреждены с помощью других средств, например с помощью системы голосовой почты.

Другая задача возникает, когда функционирование сети должно быть восстановлено после возобновления питания. Внезапное включение питания может вызвать резкий всплеск напряжения. Для предотвращения такой ситуации устройства типа ПК, нагревателей и кондиционеров необходимо отключить на время отсутствия электричества.

При разработке стратегии защиты питания вы должны определить размер страховки для покрытия ущерба в случае потенциальных аварий из-за проблем с питанием.

Определите возможные расходы, которые грозят вашей компании, даже в случае если система защиты питания реализована. Некоторые происшествия, например повреждение оборудования или потеря жизни, следует также учесть в рамках стратегии компании.

Большая часть производителей источников питания предоставляет гарантию на защищаемое сетевое оборудование помимо гарантии на разрядники и ИБП. APC, Liebert, Tripp Lite и другие гарантируют пожизненную защиту оборудования. В соответствии с гарантией APC компания заменит свой продукт и заплатит до 25 000 долларов в возмещение убытков от выхода из строя подключенного оборудования, если он был вызван проблемами с питанием.

СТАНДАРТЫ, БРОСКИ И БЕЗОПАСНОСТЬ

Имеющиеся стандарты послужат вам руководством на пути к надежной защите питания. IEEE/ANSI с62.41, ранее IEEE 587, определяет броски напряжения, которым электрическое оборудование может быть подвержено. IEEE/ANSI с62.41 описывает наихудшие возможные токи и рекомендует защиту оборудования. Другой стандарт IETF RFC 1628 определяет объекты для ИБП, управляемые с помощью SNMP. Копию IETF RFC-1628 можно найти на www.es.net/pub/rfcs/rfc1628.txt.

МОЩНАЯ ЗАЩИТА

В будущем рынок ИБП может претерпеть серьезные изменения, так как все более число производителей предпочитают придерживаться стандартов SNMP. Вероятно, наиболее заметным изменением на этом рынке станет

появление нового поколения программного обеспечения управления питанием.

Вне зависимости от того, какие разработки окажут наибольшее влияние на сеть, значение эффективной стратегии защиты питания будет расти.