企业服务器网络的可用性设计

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企业服务器网络的可用性设计

随着企业信息系统的集中化和虚拟化，作为企业连接服务器和企业网络主干的服务器群网络必须具有高性能、可扩展性和高可用性，能满足不断增长的企业服务器群规模和客户访问需求，其中实现服务器群网络的高可用性尤其重要。

1 网络高可用性

    网络的可用性可以从故障率、可恢复性和鲁棒性三方面来衡量：故障率是指在给定的时间里，网络故障和维护事件出现的次数；可恢复性是指网络从故障状态恢复到正常状态的能力；而鲁棒性是指网络检测和处理故障的能力以及在各种故障情况下仍然具有的工作能力。由于网络是业务系统的承载体，网络的高可用性是为了保障业务系统的高可用性。所以在网络发生故障的情况下，如何迅速检测到故障并且让网络尽快恢复传递能力，使得所承载的企业业务系统具有高可用性是网络高可用性设计的首要目标。网络冗余容错威廉希尔官方网站 可以保持网络在故障情况下的工作能力也即实现网络的鲁棒性，是网络高可用性的主要威廉希尔官方网站 。

    具体的来说，可以通过网络设备、网络链路、路径控制信息的冗余容错，使得网络故障发生时，网络可以无缝地切换到冗余设备或链路，从而保持网络的传递能力。其中网络的控制平面要做到平滑的切换，尽可能减少控制信息的丢失；而网络的转发平面要做到快速切换，尽可能减低切换时延，减少包丢失。

2 网络高可用性威廉希尔官方网站

    冗余容错威廉希尔官方网站 关键是消除单点故障。网络设计要提供全冗余的架构、以应对可能的硬件故障或线路故障，任何一个网络组件发生故障后的恢复应该对上层应用服务和用户体验是没有影响的。实现网络高可用性的冗余容错威廉希尔官方网站 主要有以下几种：网络设备硬件冗余、链路汇聚、2层链路冗余、网关冗余、冗余路由快速收敛以及不问断转发威廉希尔官方网站 。

    2．1网络设备硬件冗余

    主要指单台网络设备上的硬件冗余，一般有控制引擎冗余、背板冗余、板卡热插拔和电源风扇冗余等。控制引擎冗余主要用在控制平面和转发平面分离的架构中。在控制引擎冗余的设备上，配备了两块控制引擎板，一块实际起作用j另一块备用。主板转发平面的各种转发信息会持续备份到备板上，这样备板随时可以替换主板承担起控制任务。网络设备一旦发现主板异常，立即启动主备切换，由备板接管主板的工作。不过，因为备板在主备切换前不参与控制平面的处理，在切换后需要重新和邻居进行会话协商，所以即使保存了完整的转发表项，但只能避免部分流量不中断。

    2．2链路聚合威廉希尔官方网站

    (Link-aggation)是指将多条物理链路当作一条逻辑链路使用的威廉希尔官方网站 而网络流量由聚合到逻辑链路中的所有物理链路共同转发。IEEE802．3ad标准定义了如何将两个以上的千兆位以太网连接组合起来，为高带宽网络连接实现负载共享、负载平衡，以及提供更好的可伸缩性服务。在链路聚合威廉希尔官方网站 的支持下，网络传输的数据流被动态地分布到加入链路的各个端口，如果链路使用的多个端口中的一个出现故障，网络传输的数据流可以动态地快速转向链路中其他工作正常的端口进行传输。大部分交换机都支持链路聚合威廉希尔官方网站 。

    2．3二层链路冗余

    STP(Spannng，Tree Protcol，生成树协议)是为了避免2层链路环路而提出来的威廉希尔官方网站 ，在解决2层环路的同时能提供链路冗余。STP的收敛时间较慢，通常是30s，特殊情况下要到50s。为了提高STP的收敛速度，IEEE提出了RSTP标准(快速STP)。RSTP相对于STP，大大加快了收敛时间，解决了收敛速度较慢的问题，但是没有解决冗余链路利用率低的问题。在STP/RSTP中如果一个端口被阻断，那么该端口的链路事实上是被闲置了。MSTP(多实例STP)解决冗余链路利用率低的问题。

    2．4网关冗余

    网关冗余威廉希尔官方网站 是让多个物理网关虚拟出一个或多个虚拟网关，而网络缺省网关静态配置成这些虚拟网关，虚拟网关的转发任务由选举出来的某个物理网关承担，只要不是所有物理网关同时故障，总能选举出一个物理网关承担虚拟网关的转发任务。网关冗余威廉希尔官方网站 还可实现流量的负载分担。目前的虚拟网关威廉希尔官方网站 有VRRP(虚拟路由器冗余协议)、HSRP(热备份路由器协议)和GLBP(网关负载平衡协议)，其中HSRP和GLBP是CISCO的私有威廉希尔官方网站 。HSRP完成和VRRP类似的功能，它们都不具备负载均衡功能。GLBP做了优化，配置同一个虚拟网关地址就可实现负载均衡功能。

    2．5路由冗余

    可以通过冗余路由来提高网络可用性，当其中一条路径发生故障时，流量可以切换到其他冗余路径。冗余路由可以分为两种情况，一种是等价路由，一种是非等价路由。等价路由各条路径在互为备份的同时实现了负载分担。非等价路由情况下，只有最优路径被启用作分组转发，次优路径只有当最优路径失效时才会被启用。基于链路状态的动态路由OSPF(开放式最短路径优先协议)有较快的收敛速度，可以显著提高在网络节点和链路变化情况下的路由选择和路径切换的速度。而Cisco公司的EIGRP(增强型内部网关路由选择协议)既有距离向量路由协议的特点，同时又继承了链路状态路由协议的优点，也有较好的收敛特性。

    2．6 不间断转发威廉希尔官方网站

    是基于控制引擎冗余的优化威廉希尔官方网站 。由于因为备份控制引擎冗余板在切换后需要重新和邻居进行会话协商，会在网络上引发路由的再次收敛，造成网络的短暂停顿。而CISCO的无停顿转发NFS(Nonstop Forwarding)和状态切换SSO(StatefulSwitchover)可以维护路由器中两个控制引擎之间路由状态信息，使主备引擎可以在不中断网络运行或丢弃包的情况下进行切换。在切换期间，SSO提供零中断2层连接，而NSF转发3层数据包时保证不丢失分组，或丢失量最小。分组连续转发可以重新建立对等关系，而无需在整个网络中再次收敛路由，从而显著提高了网络可用性。

作者：盖广平

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