Server - Grundlagen

Bevor wir in das Thema gehen, frage ich dich: Was ist ein Server? Was macht er?

Viele Leute hören oft: "Server", "Server ist down", "mit dem Server verbinden".
Aber was ist ein Server wirklich?

Einfach gesagt: Ein Server ist auch ein Computer, wie der, den du gerade benutzt.
Der Unterschied: Ein Server arbeitet 24/7. Er ist dafür da, anderen Computern oder Geräten etwas zu geben oder zu helfen.

CPU

Weil ein Server oft vielen Nutzern gleichzeitig helfen muss, braucht er stärkere Hardware als ein normaler Computer.
Vor allem die CPU ist wichtig. Server haben oft 2 oder mehr CPUs.

Die CPU ist das „Gehirn“ vom Computer. Je mehr CPUs, desto mehr Dinge kann er gleichzeitig machen.

Wenn wir über „gleichzeitig“ sprechen, meinen wir:

Parallel Processing: Mehrere Aufgaben werden gleichzeitig gemacht.
- Beispiel: Du kochst Suppe, während du gleichzeitig Gemüse schneidest. Du machst zwei Dinge zur gleichen Zeit.
Multi Processing: Mehrere Hardware-Teile arbeiten gleichzeitig.
- Beispiel: Du und dein Freund kochen zusammen.
  Du kochst die Nudeln, dein Freund macht die Soße.
  Zwei „Köpfe“ (Personen) arbeiten gleichzeitig an verschiedenen Aufgaben.

Note

So wie im echten Leben ist Multi Processing häufig schneller als Parallel Processing.

RAM

"Ein Server ist auch ein Computer, wie der, den du gerade benutzt." Behalt das im Hinterkopf.

Bevor wir weitermachen, lies bitte diese echte Geschichte, die wirklich passiert ist:

Belgien Wahl Bit-Flip

2003 gab es in Belgien (Schaerbeek) einen Fall, bei dem eine Kandidatin plötzlich 4.096 Stimmen zu viel bekam. Ursache war ein sogenannter Bit-Flip: Ein kosmisches Teilchen traf die Speicherzelle des Wahlcomputers und kippte ein Bit von 0 auf 1. Dadurch wurde die Stimmenzahl falsch gezählt.
Der Fehler wurde entdeckt, weil die Gesamtzahl der Stimmen größer war als die Anzahl der Wähler.

$2^{12}$	$2^{11}$	$2^{10}$	$2^{9}$	$2^{8}$	$2^{7}$	$2^{6}$	$2^{5}$	$2^{4}$	$2^{3}$	$2^{2}$	$2^{1}$	$2^{0}$
4096	2048	1024	512	256	128	64	32	16	8	4	2	1
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Bit-Flip hier

Wie dein Rechner oder Handy besitzt auch ein Server RAM.
Wie du in der spannenden Geschichte gelesen hast, dürfen Server einfach keine Fehler machen.
Daher gibt es einen speziellen RAM-Typ für Server: ECC RAM.

Kurz gesagt: Dieses Teil existiert, um solche Fehler zu vermeiden. ECC RAM nutzt den Hamming Code(7,4)-Algorithmus, um Bit-Flips (0 → 1 oder 1 → 0) zu erkennen und zu korrigieren. ECC RAM hat einen extra Speicherchip nur für diesen Zweck (daher immer ungerade Anzahl an Speicherchips/Modulen bei ECC RAM).

Note

Du musst Hamming Code(7,4) nicht verstehen (wie er funktioniert).
Du musst aber wissen, dass er existiert und bei ECC RAM verwendet wird 😊.

HDDs: SAS

Ein Server muss oft viele Daten schnell lesen und speichern.
Dafür nutzt man oft spezielle Festplatten: SAS-HDDs.

SAS bedeutet Serial Attached SCSI.
Früher war SCSI eine parallele Verbindung. Heute ist SAS seriell und hat Punkt-zu-Punkt-Verbindungen.

Warum SAS?

Leitungsbündelung:
Zwei Ports können gleichzeitig Daten übertragen → schneller.
Dual-Porting:
Zwei Systeme können gleichzeitig auf dieselbe HDD zugreifen.

Beispiel: Zwei Köche können gleichzeitig auf denselben Topf zugreifen, ohne sich zu stören.

Kompatibilität

SAS-HDDs brauchen zwingend einen SAS-Anschluss.
SATA-HDDs funktionieren auch an einem SAS-Anschluss.

Außerdem kann man bis zu 4 SAS-HDDs an einen SAS-Controller anschließen.

HDD vs SSD

"SSD ist aber schneller und besser.
Warum werden sie nicht in Servern verwendet?" 🤓

Du hast voll recht!
HDD ist standardmäßig besser als SSD.
Aber HDDs sind stabiler, günstiger, und haben eine geringere Wahrscheinlichkeit für Datenverlust.
Deshalb wurde SAS in HDDs als 'Booster' eingesetzt.

Riser Cards

Viele Server haben eine flache Bauweise.
Was heißt das?

Das heißt so viel, dass ein Server so aufgebaut ist (Standard), damit man mit wenig oder keinem Aufwand andere Hardwareteile einsetzen kann.

Kiste öffnen → Hardware einstecken → Kiste schließen → Fertig.

Server-Formfaktoren

Wir haben bereits gelernt, wie ein Server innen aussehen kann.
Aber nicht alle Server sehen von außen gleich aus.
Es gibt drei Standard-Gehäuseformen für Server.

Sehr ähnlich zu einem normalen Desktop-PC, wie man ihn zu Hause hat.
Hat aber mehr Möglichkeiten zur Erweiterung, z. B. mit Riser Cards.

Beliebt bei kleinen Unternehmen
Kompakt, günstig und einfach erweiterbar
Gutes Preis-Leistungs-Verhältnis

Speziell für Rechenzentren gemacht.
Wird in ein standardisiertes Rack eingebaut und hat viele praktische Features:

Hat Gleitschienen und ein aufklappbares Gehäuse → einfacher Zugriff auf die Hardware
Viele Teile sind hot-swappable → z. B. Festplatten oder Netzteile lassen sich im Betrieb tauschen
Mehr Platz für Komponenten als beim Tower
Bessere Organisation → ideal für viele Server nebeneinander
Teurer als Tower, aber platzsparender und effizienter

Ein Rack ist ein standardisiertes Gehäuse, um mehrere Server ordentlich unterzubringen.
Besonders nützlich im Rechenzentrum oder Serverraum.

19 Zoll = Breite der Frontblende (entspricht 48,26 cm) → passt in jedes standardisierte Rack
Die Höhe wird in HE (Höheneinheiten) gemessen
→ 1HE = 1,75 Zoll = 44,45 mm
→ Englisch: U
Die meisten Server brauchen 1–2 HE

Beispiel: Ein Server mit 2HE ist 88,90 mm hoch

Aufbau (siehe Bild)

Racks haben Löcher mit 15,88 mm Abstand (5/8")
3 Löcher = 1 HE
Befestigung mit Schrauben und Käfigmuttern

Blade-Server bestehen aus einem Gehäuse, in das mehrere sogenannte Server-Blades gesteckt werden.
Diese Bauform spart Platz und ist besonders modular.

Jedes Blade ist eine einzelne Platine mit CPU, RAM, Netzwerk usw.
Mehrere Blades werden nebeneinander oder untereinander ins Gehäuse eingesetzt
Die Verbindung läuft über die Rückseite → dort sitzen alle nötigen Anschlüsse
Das Gehäuse stellt Strom und Kühlung für alle Blades bereit

Ideal für große Rechenzentren mit vielen Servern auf engem Raum

Note

Ja. Blade ist nicht nur Cooler. Es ist einfach die Beste von alle 3 😍.
Aber extrem TEUER!

Server-Stromversorgung

Ja. wie zu erwartet benötige diese Riesige Machinen Strom und zwar VIELE Strom. Daher verbrauchen sie deutig mehr Strom als ein standard PC von 5 Watts (elektrische Leistung) bis 150 Watts, je nach den Hardware Teil.

Komponent	Typischer Stromverbrauch
Motherboard	~30 W (Ohne RAM und CPU)
Speicher	~30 W pro 2 GB
CPU	~45 W - 150 W, je nach CPU
HDD	~5 W - 15 W
Optische Laufwerk	~5 - 20 W
Erweiterungskarten	~5 - 30 W, GPUs verbraucht deutlich mehr

Redundante Stromversorgung

Important

"Ein Server arbeitet 24/7 – das ist sein Job."
Damit er das kann, muss die Stromversorgung im Server selbst zuverlässig sein.
Aber was passiert, wenn ein Netzteil kaputt geht oder ausgesteckt wird?
→ Genau dafür gibt es Redundante Stromversorgung – nicht für Stromausfälle im Gebäude!

Server haben oft zwei Netzteile
Wenn eins ausfällt, übernimmt das andere nahtlos
Ziel: Keine Unterbrechung, kein Neustart

Tip

Gegen Stromausfälle im ganzen Haus hilft nur eine USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung).

Modi der Redundanz

Unterschiedliche Arten, wie die Netzteile zusammenarbeiten:

Lastverteilung (aktiv/aktiv)
→ Beide Netzteile arbeiten gleichzeitig und teilen sich die Last
Active-Passive (aktiv/passiv)
→ Nur eins ist aktiv, das zweite springt erst bei Ausfall ein

✅ Vorteile:

Schutz vor defektem Netzteil
Kein manueller Eingriff nötig
Wartung ohne Shutdown möglich

Hotswap

Server laufen oft tagelang oder wochenlang ohne Pause.
Trotzdem kann Hardware kaputt gehen.
→ Mit Hotswap kann man sie im laufenden Betrieb austauschen.

Bedeutet: Du tauschst defekte Hardware ohne Herunterfahren
Beispiele: Festplatten, Netzteile, Netzwerkkarten (NICs)
Häufig in Kombination mit Redundanz, z. B. 2 Netzteile → eins bleibt aktiv

✅ Vorteile:

Keine Downtime
Schneller Austausch
Nützlich bei Wartung oder Notfällen

🔍 Vergleich: Redundanz vs. Hotswap

Merkmal	Redundante Stromversorgung	Hotswap
Ziel	Ausfall verhindern	Austausch im Betrieb ermöglichen
Betrifft	Vor allem Netzteile	Verschiedene Hardware: HDDs, Netzteile, NICs
Funktionsweise	Zwei Netzteile, einer aktiv/alle aktiv	Hardware wird live gezogen/ersetzt
Voraussetzung für ...	Kann Hotswap ermöglichen	Benötigt oft Redundanz
Vorteil	Kein Stromausfall	Kein Neustart nötig
Einsatzgebiet	Rechenzentren, produktive Server	Rechenzentren, Hochverfügbarkeit

Du kannst sagen: Redundanz schützt – Hotswap repariert im Betrieb

USV – Schutz vor Stromausfall

Eine USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) schützt den Serverraum bei Stromproblemen.
Sie springt ein, wenn der externe Strom wegfällt – für ein paar Minuten bis zur sicheren Abschaltung oder Umschaltung auf Notstrom.

Überwacht die Stromversorgung rund um die Uhr
Schützt vor Spannungsspitzen, Kurzunterbrechungen oder kompletten Stromausfällen
Viele Systeme führen automatisch einen sicheren Shutdown aus, wenn die USV anspringt
USVs können Berichte generieren und über eine Konsole überwacht werden

✅ Vorteile:

Verhindert Datenverlust bei plötzlichem Stromausfall
Gibt Zeit für automatische oder manuelle Reaktion
Ideal in Kombination mit Redundante Stromversorgung und Hotswap

Server-Kühlung

Du weißt bestimmt, dass Maschinen mit der Zeit heiß werden –
vor allem durch Strom und die aktiven Hardwarekomponenten.
Jetzt stell dir mal eine Super-Maschine vor, die 24/7 läuft und extrem viel Strom verbraucht.
Yeah... this shit gets hot 😉.

Um Defekte und Probleme zu vermeiden, muss der Serverraum ständig gekühlt werden –
selbst im Sommer 😆.

Die Kühlung erfolgt meistens über Klimaanlagen, aber es gibt bestimmte Maßnahmen, die zusätzlich beachtet werden müssen:

Shrouds

Das sind Luftkanäle im Gehäuse, durch die die Luft gezielt gelenkt wird.
Sie bestehen meist aus Kunststoff und sorgen dafür, dass die gesamte Hardware gekühlt wird.
Besonders wichtig gegen sogenannte Dead Spots – das sind Stellen im Gehäuse, wo keine Luft hinkommt.

Raumkühlung – Regeln

Auch der Raum selbst muss richtig organisiert sein – sonst bringt die beste Klimaanlage nichts.

Server sollten alle in die gleiche Richtung stehen
→ So behindern sie sich nicht gegenseitig beim Luftstrom
Kalte Luft sinkt, warme Luft steigt
→ Klimaanlage bzw. Kaltluftzufuhr gehört nach oben
Warmluft sollte nach oben abziehen können, z. B. durch Abluftkanäle

Ohne richtige Kühlung = 🔥💻 = 💀