建立數(shù)據(jù)中心高可用性網(wǎng)絡(luò)的思考分析

唐若航

摘要：在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中，我們必須關(guān)注到其可用性的程度。因此，在綜合利用VRRP、OSPF、STP、Link-Aggregation等技術(shù)的基礎(chǔ)上，消除網(wǎng)絡(luò)中可能發(fā)生的單點(diǎn)故障，從而建立起高效、安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、高可用性

中圖分類號：TP274文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)01-0022-02

該文基于某單位運(yùn)行使用的特種設(shè)備監(jiān)管系統(tǒng)、產(chǎn)品質(zhì)量管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻會議系統(tǒng)、舉報(bào)投訴系統(tǒng)和機(jī)房遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，就系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的高可用性問題進(jìn)行深入分析。為了實(shí)現(xiàn)7×24小時(shí)不間斷服務(wù)的目標(biāo)，我們認(rèn)為可以采用VRRP協(xié)議、OSPF協(xié)議等實(shí)現(xiàn)路由冗余，采用STP協(xié)議，以及Link-aggregation協(xié)議則可實(shí)現(xiàn)鏈路冗余。這些技術(shù)的運(yùn)用可以確保數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的高效與穩(wěn)定。

1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)的應(yīng)用

隨著互聯(lián)網(wǎng)與局域網(wǎng)技術(shù)的不斷普及與發(fā)展，恢復(fù)性以及冗余性問題已經(jīng)成為了局域網(wǎng)領(lǐng)域中的關(guān)鍵問題之一。為了解決好這些問題，IETE制定了虛擬路由協(xié)議，簡稱VRRP。VRRP協(xié)議是一種容錯(cuò)性協(xié)議，改協(xié)議應(yīng)用于靜態(tài)配置缺省網(wǎng)關(guān)上的第三次交換機(jī)以及路由器上。對于依賴廣域網(wǎng)接入的靜態(tài)配置缺省網(wǎng)關(guān)而言，這種接入方式以及訪問方式無法滿足其他局域網(wǎng)的終端系統(tǒng)要求，而VRRP協(xié)議的缺省性容錯(cuò)能力，則能夠有效地提升網(wǎng)絡(luò)信息的交換速度，因此其被廣泛地運(yùn)用于大型的網(wǎng)絡(luò)之中，從而保證第三層交換的冗余備份[2]。

開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議，簡稱OSPF協(xié)議是一種基于SPF算法的路由協(xié)議，同時(shí)也是一種典型的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。路由域是一種自治系統(tǒng)，其主要的功能是根據(jù)相應(yīng)的路由政策以及路由協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息的交換以及處理。在這個(gè)系統(tǒng)中，所有的OSPF路由器所承擔(dān)的自制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫都是相同的，同時(shí)在該數(shù)據(jù)庫存儲著該路由域中所需要的鏈接狀態(tài)信息。OSPF路由器會根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的信息計(jì)算出其所需要的路由表信息。其作為一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，其能夠以鏈路狀態(tài)的方式將廣播數(shù)據(jù)包傳遞到所有的路由器上，并且這些信息也會被路由器所保存。一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，則其他路由器內(nèi)的信息則會被調(diào)用出來，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的重建。

后者是將部分或是全部的路由表傳遞給與其相鄰的路由器。OPSF的運(yùn)用增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性以及穩(wěn)定性，但是我們在研究的過程中也發(fā)現(xiàn)其存在一定的問題。例如數(shù)據(jù)庫的溢出問題，MTU協(xié)商問題，以及度量的刻畫問題。但是，不可否認(rèn)的是OPSF的確是一種功能強(qiáng)大的動態(tài)路由協(xié)議技術(shù)。

生成樹協(xié)議，簡稱為STP，其被廣泛運(yùn)用于環(huán)路網(wǎng)絡(luò)之中。STP的功能是建立起一個(gè)無環(huán)路的樹型網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與環(huán)路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最大的區(qū)別是其不會產(chǎn)生報(bào)文的無限增值以及無限循環(huán)。STP的基本原理是將特殊的協(xié)議的報(bào)文，在不同的交換機(jī)之間傳遞，從而確定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種特殊的協(xié)議報(bào)文在IEEE802.ID中又被稱為是配置消息。這種配置消息中存在著能夠卻表交換機(jī)實(shí)現(xiàn)生成樹計(jì)算所需要的信息，樹型計(jì)算也就是樹型網(wǎng)絡(luò)的基本運(yùn)算方式，可以避免網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)大面積的廣播風(fēng)暴，以及報(bào)文的死循環(huán)，從而造成網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)鏈路能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化而變化，以避免自動連接的失敗。

因此STP協(xié)議的運(yùn)用，能夠增加網(wǎng)絡(luò)的自我恢復(fù)彈性，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性以及功能性。

2數(shù)據(jù)中心與高可用性網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)

基于上述介紹的集中冗余技術(shù)，數(shù)據(jù)中心基本可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高可用性以及穩(wěn)定性，同時(shí)消除或是部分消除了單點(diǎn)故障對于網(wǎng)絡(luò)的影響。以下我們將說明這幾種技術(shù)在具體操作中的情況[3-4]：

2.1 VRRP技術(shù)鏈路備份功能的運(yùn)用

VRRP協(xié)議可以將系統(tǒng)中的兩臺核心交換機(jī)組組成為一臺虛擬路由器，這樣的路由器又被稱為VRRP組路由器，這種虛擬路由器共有虛擬缺省網(wǎng)關(guān)地址。這種虛擬路由器具有一定的互斥性，對外它們表現(xiàn)為一個(gè)IP地址，或是MAC地址，但是內(nèi)部它們是獨(dú)立的。因此VRRP協(xié)議會將其中的一臺作為主控路由，而另一臺作為備份路由。主控路由主要負(fù)責(zé)ARP協(xié)議，并且負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包。備份路由器的作用是當(dāng)主控路由器發(fā)生故障時(shí)，備份路由器將在延時(shí)數(shù)秒后將成為主路由。由于VRRP的廣播間隔為一秒，因此延時(shí)可以減少廣播兩，從而減少網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，有利于網(wǎng)絡(luò)功能的迅速恢復(fù)。但是，延長的時(shí)間不能過度，必須根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況。

2.2 OSPF鏈路冗余以及負(fù)載分擔(dān)功能的運(yùn)用

OSPF的主要功能是動態(tài)生成路由器的內(nèi)核路由表，路由表通過計(jì)算能夠確定網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)地址、鏈路代價(jià)、鏈路類型等。完整的OSPF計(jì)算的主要分為五個(gè)步驟：

1）保存當(dāng)前路由表。如果當(dāng)前路由表出現(xiàn)無效情況時(shí)，路由表必須重新建立。

2）域內(nèi)路由的計(jì)算。主要是通過Dijkstra算法在路由器網(wǎng)絡(luò)中建立起最短路徑樹。

3）域內(nèi)路由的計(jì)算。一般而言，只需要檢測主干域的Summary-LSA，從而確定路由器所連接的域的數(shù)量。

4）檢測Summar-LSA：檢測Summar-LAS的目的是查看一個(gè)或是多個(gè)傳輸域的邊界或是域邊界的路由器，以確定是否存在著比之前更為適合的路徑及其數(shù)量。

5）自動系統(tǒng)外部路由的計(jì)算。OSPF生成路由表，SA計(jì)算目的在AS外的路由，查看AS-Extenal。但是，OSPF所生成的路由表，并不用于路由器中的內(nèi)核路由表，因此仍舊需要通過路由增強(qiáng)功能以及完成與內(nèi)核路由表的交換，才能夠?qū)崿F(xiàn)多種路由協(xié)議的工作。

2.3 STP協(xié)議功能的運(yùn)用

1）STP協(xié)議能夠建起了一個(gè)動態(tài)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中STP根據(jù)LAV的設(shè)備要求以及鏈接狀況分配其所需要的鏈接信息。數(shù)據(jù)庫會根據(jù)指定的橋接器及其端口發(fā)出指令，非指定端口則會被過濾，因而不會影響到數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。非指定端口只能接受BPDU數(shù)據(jù)，除此之外的信息將無法被接受。STP建立的動態(tài)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⒚總€(gè)橋接器進(jìn)行路由標(biāo)識，由于橋接器與端口是對應(yīng)，也就意味著每個(gè)端口也可以被標(biāo)識，因而STP能夠計(jì)算出橋接器與端口之間的最小路徑值，從而確定端口與橋接器的配置。橋接器啟動后，便可以向與其相連的網(wǎng)段發(fā)送BPDU數(shù)據(jù)。在接收到到相應(yīng)的數(shù)據(jù)之后，該網(wǎng)段便能夠時(shí)間數(shù)據(jù)交換。BPDU數(shù)據(jù)中包含了橋接器的信息以及與其他橋接器交換所得的信息。

STP的基本功能如下：首先，STP算法可以通過比較不同橋接器的標(biāo)識，從而確定根橋接。并且計(jì)算橋接端口，從而確定根橋接的路徑值。根橋接的路徑值一般是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，所有橋接器路徑值中最低的。一般而言，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中都會設(shè)有一個(gè)根橋接器，而根橋接器都會相應(yīng)設(shè)有一個(gè)根端口，BPDU數(shù)據(jù)則會通過指定端口傳輸，從而確保了穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性以及高速性。如果存在兩個(gè)或是兩個(gè)以上的端口，STP將自動比較其中那個(gè)端口的與所在的橋接器更為匹配。

2）STP的配置以及拓?fù)湫畔⒌陌l(fā)布。上述算法主要通過BPDU在不同橋接器的交換來實(shí)現(xiàn)。BPDU數(shù)據(jù)發(fā)送的方式比較特殊，由于每一個(gè)橋接器都將其自身默認(rèn)為根根橋接器，因此，BPDU的數(shù)據(jù)也被視為是根數(shù)據(jù)，并且會定時(shí)向所有的LAN發(fā)布拓?fù)湫畔?。橋接器接受信息后，會自動與其自身的配置信息比較，然后保存更為高級的拓?fù)湫畔ⅰ?/p>

3）重新配置STP。如果網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被確定了下來，那么橋接器的將監(jiān)聽到根橋接所處處的BPDU包。如果橋接器沒有收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，那么該橋接器便會自動發(fā)送SNMP的trap數(shù)據(jù)，因?yàn)槠鋾詣诱J(rèn)為已經(jīng)失去了與根橋接的聯(lián)系。各個(gè)橋接器在接到了BPDU信息后，會從其緩存內(nèi)查詢元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的狀態(tài)信息，如果發(fā)現(xiàn)改信息的確不存在或是已經(jīng)被更改，則會重新配置STP的狀態(tài)，重新建立起拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

3結(jié)束語

通過各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議建立起數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)管理，能夠有效地保障與提升網(wǎng)絡(luò)的可用性，在今后的工作中，我們將進(jìn)一步探索這方面的技術(shù)，從而確保網(wǎng)絡(luò)的安全性以及穩(wěn)定性。

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