關(guān)于金融機(jī)構(gòu)接入全國(guó)性數(shù)據(jù)處理中心的高可用方案研究

孫書彤

摘 要 當(dāng)前金融業(yè)務(wù)在社會(huì)中承擔(dān)的作用越來越重要，而在開展金融業(yè)務(wù)時(shí)，各家金融機(jī)構(gòu)接入全國(guó)性數(shù)據(jù)處理中心時(shí)的架構(gòu)處于混合模式，在系統(tǒng)的高可用方面存在較大的提升空間。本文通過對(duì)金融機(jī)構(gòu)同全國(guó)性數(shù)據(jù)處理中心的通信方式、接入方式進(jìn)行分析，提出提高系統(tǒng)架構(gòu)可用性和可靠性的方案。

關(guān)鍵詞 金融IT系統(tǒng);災(zāi)備系統(tǒng);冗余能力

Abstract At present， financial business plays an increasingly important role in the society， while in the development of financial business， the framework of each financial institution when it connects to the national data processing center is in a mixed mode， and there is a large space for improvement in the high availability of the system. This paper analyzes the communication and access modes between financial institutions and national data processing centers， and puts forward a scheme to improve the availability and reliability of the system architecture.

Key words Financial IT system; Disaster preparedness system; Redundant capacity

1 全國(guó)性數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)概述

全國(guó)性數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)是一個(gè)金融機(jī)構(gòu)間、跨地區(qū)的支付清算系統(tǒng)，是國(guó)家重要的金融交易和信息管理決策系統(tǒng)。

1.1 背景

為了主動(dòng)適應(yīng)金融業(yè)務(wù)的創(chuàng)新和發(fā)展，使支付系統(tǒng)未來能快速適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的變化以及發(fā)展。數(shù)據(jù)處理中心需要建設(shè)適應(yīng)新興電子支付發(fā)展的、面向接入機(jī)構(gòu)管理需要的、功能更完善、架構(gòu)更合理、技術(shù)更先進(jìn)、管理更簡(jiǎn)便的新一代交換系統(tǒng)。

為了不斷提高系統(tǒng)間鏈接的穩(wěn)定、可靠性，持續(xù)分析、優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本文主要結(jié)合作者從事金融系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)全國(guó)性數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)與金融機(jī)構(gòu)系統(tǒng)在鏈接冗余方面進(jìn)行分析并提出改進(jìn)高可用方案。

1.2 全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)的現(xiàn)狀

全國(guó)性數(shù)據(jù)處理中心，以城市處理中心作為接入節(jié)點(diǎn)，全國(guó)性金融機(jī)構(gòu)以省級(jí)分行為單位通過所在地城市處理中心接入，地方性金融機(jī)構(gòu)以法人為單位通過所在地城市處理中心接入，同時(shí)也支持接入的金融機(jī)構(gòu)總部一點(diǎn)接入、一點(diǎn)清算，適應(yīng)了銀行業(yè)金融機(jī)構(gòu)內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)據(jù)大集中的發(fā)展趨勢(shì)，為金融機(jī)構(gòu)節(jié)約了流動(dòng)性和接入成本。

2 金融機(jī)構(gòu)接入全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心冗余能力分析

全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心已具備快速、高效、安全的特點(diǎn)。但同時(shí)，該系統(tǒng)由于多層結(jié)構(gòu)，每一層接入都是一個(gè)交易鏈條的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定并提高接入節(jié)點(diǎn)的容災(zāi)能力，必須解決整個(gè)系統(tǒng)接入環(huán)節(jié)的可靠性、可用性問題。結(jié)合金融系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)金融交換系統(tǒng)同金融機(jī)構(gòu)的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，進(jìn)而優(yōu)化和改進(jìn)。

2.1 金融機(jī)構(gòu)接入全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心通信接入方式分析

根據(jù)調(diào)研目前大多數(shù)金融機(jī)構(gòu)系統(tǒng)都是通過兩條單邏輯鏈路與全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心相連，見下圖所示。

（1）金融機(jī)構(gòu)通信前置同全國(guó)數(shù)據(jù)中心的前置采用串行直連的方式接入。

（2）兩臺(tái)全國(guó)數(shù)據(jù)中心的前置分別同數(shù)據(jù)中心接入通信進(jìn)行雙通道的方式直連接入。

從圖上可出，金融機(jī)構(gòu)同全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心前置的交叉連接方式充分保證了系統(tǒng)冗余能力、提高了系統(tǒng)的可用性和健壯性。而前置同數(shù)據(jù)處理中心的通信機(jī)的連接是兩條單鏈路接入的情況，系統(tǒng)單對(duì)單的接入模式降低了連接的容錯(cuò)能力，增加了系統(tǒng)容災(zāi)切換的處理時(shí)效并增加了鏈路故障影響性，因此給業(yè)務(wù)應(yīng)急切換和恢復(fù)帶來了一定的風(fēng)險(xiǎn)和困難。

金融機(jī)構(gòu)穩(wěn)定接入和運(yùn)行對(duì)全國(guó)的金融業(yè)務(wù)是有力保障，因此在圖2-1網(wǎng)狀接入的金融系統(tǒng)架構(gòu)體系中，不僅要考慮網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)間各節(jié)點(diǎn)的高可用和負(fù)載，而且還要充分考慮網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)間的節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的通道的高可用和負(fù)載均衡，進(jìn)而保障整個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的金融系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，而不因節(jié)點(diǎn)故障、通道故障、通道負(fù)載不均衡影響到金融業(yè)務(wù)的開展。

結(jié)合金融系統(tǒng)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)需要滿足節(jié)點(diǎn)高可用、通道高可用、通道負(fù)載均衡的要求，對(duì)圖2-1中進(jìn)行分析，得出了相關(guān)結(jié)論：

由于數(shù)據(jù)處理中心前置同通信機(jī)的連接分別是單點(diǎn)接入通道，節(jié)點(diǎn)間單對(duì)單的接入不能保障線路高可用和線路負(fù)載，當(dāng)節(jié)點(diǎn)間連接出現(xiàn)故障時(shí)，即使存在節(jié)點(diǎn)的高可用，也很難保障整個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的全部高可用和負(fù)載均衡。此網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不足，增加了系統(tǒng)容災(zāi)切換的時(shí)間且放大通道故障造成對(duì)外的影響，給業(yè)務(wù)應(yīng)急切換和恢復(fù)帶來了一定的風(fēng)險(xiǎn)和困難。

鑒于現(xiàn)狀和不足的分析，本文對(duì)此金融機(jī)構(gòu)接入數(shù)據(jù)處理中心架構(gòu)中的各節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間存在的關(guān)系進(jìn)行梳理，并找出可優(yōu)化的點(diǎn)，最終保障該金融系統(tǒng)的高可用能力。

2.2 金融機(jī)構(gòu)接入全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心接入方式分析

根據(jù)規(guī)劃，未來全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)將形成多中心的格局，將建設(shè)主中心、備中心等多中心。基于多中心的模式，目前金融機(jī)構(gòu)接入全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心的現(xiàn)狀如下：

（1）金融機(jī)構(gòu)通信前置同數(shù)據(jù)處理中心前置采用交叉直連的負(fù)載均衡的方式接入。

（2）兩臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心前置分別同接入通信進(jìn)行雙通道的方式直連接入主中心。

（3）兩臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心前置只有在主中心異常時(shí)，通過應(yīng)急處理，在災(zāi)備切換時(shí)才同備中心以雙通道的方式接入。

在多中心的架構(gòu)下，此類的中心接入方式由于災(zāi)備中心對(duì)外透明，因此在災(zāi)備切換時(shí)增加了切換難度，對(duì)于業(yè)務(wù)恢復(fù)能力也有一定的影響。

在圖2-2金融機(jī)構(gòu)接入全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)中心接入架構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)間各節(jié)點(diǎn)的高可用和負(fù)載均衡、中心間的節(jié)點(diǎn)災(zāi)難備份（例如主中心故障時(shí)各金融機(jī)構(gòu)將同備中心建立通信連接，并承擔(dān)業(yè)務(wù)職責(zé)），保障整個(gè)金融系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，而不因中心節(jié)點(diǎn)故障影響到全國(guó)金融業(yè)務(wù)的開展。

結(jié)合金融機(jī)構(gòu)網(wǎng)狀接入結(jié)構(gòu)的特性，對(duì)圖2-2中進(jìn)行深入分析，得出了相關(guān)結(jié)論：

由于數(shù)據(jù)處理中心的前置同通信機(jī)的連接分別是單點(diǎn)接入通道，節(jié)點(diǎn)間單對(duì)單的接入不能保障中心的高可用和中心線路負(fù)載，當(dāng)節(jié)點(diǎn)間連接出現(xiàn)故障或者中心出現(xiàn)故障時(shí)，即使存在節(jié)點(diǎn)和中心級(jí)別的高可用，也很難保障金融機(jī)構(gòu)接入數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)整體的高可用。此中心接入方式會(huì)增加系統(tǒng)容災(zāi)切換的時(shí)間和對(duì)外的影響，給應(yīng)急切換和恢復(fù)帶來了一定的風(fēng)險(xiǎn)和困難。

鑒于中心接入的各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)，找出最優(yōu)的關(guān)系和最穩(wěn)定的狀態(tài)，最終提升金融機(jī)構(gòu)中心接入的高可用能力。

3 金融機(jī)構(gòu)接入全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心提高冗余能力方案

結(jié)合前面現(xiàn)狀分析，為了提高系統(tǒng)冗余能力，建議用Petri網(wǎng)模型對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行定量分析找出解決方案。

在Petri網(wǎng)中，整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)用庫(kù)所（Place）來表示，而導(dǎo)致狀態(tài)改變的事件用變遷（Transition）來表示。Petri網(wǎng)是一個(gè)六元組N=（P，T，F(xiàn)，K，W，M），其中：P是庫(kù)所集;T為各種變遷的集合;F是該網(wǎng)N的有向弧的集合;W為弧F的權(quán)函數(shù)，W（p，t）為從P到轉(zhuǎn)換t所消耗的令牌（token）數(shù)，pP，tT;K為庫(kù)所p的容量函數(shù)，K（p） 代表庫(kù)所p的最大令牌數(shù);M是網(wǎng)N的一個(gè)標(biāo)識(shí)，M（p）代表庫(kù)所p的當(dāng)前令牌數(shù)，條件為：pP，M（p）K（p）。Petri網(wǎng)規(guī)則是：①有向弧是有方向的;②兩個(gè)庫(kù)所或變遷之間不允許有弧;③庫(kù)所可擁有任意數(shù)量的令牌。

結(jié)合Petri網(wǎng)模型對(duì)于系統(tǒng)可靠性分析采用故障樹分析法FTA（Fault Tree Analysis），F(xiàn)TA是一種自頂向下路徑進(jìn)行的分析法，即從希望不發(fā)生的事件（頂事件）開始，向下逐步追查導(dǎo)致頂事件發(fā)生的原因，一直查到最底層事件（底事件），以此確定事件發(fā)生的原因。

本次系統(tǒng)可靠性分析，即在X為輸出系統(tǒng)可靠性;xi為輸入系統(tǒng)可靠性，i=1，2，...n;為輸出系統(tǒng)可靠性的概率，則串聯(lián)系統(tǒng)可靠性的輸出概率為：

根據(jù)公式可以分析出當(dāng)系統(tǒng)串聯(lián)接入時(shí)，可靠性會(huì)隨接入節(jié)點(diǎn)數(shù)增多而下降;當(dāng)系統(tǒng)并聯(lián)接入時(shí)，可靠性會(huì)隨并入節(jié)點(diǎn)數(shù)增加而提升。因此根據(jù)分析結(jié)論建議采用多節(jié)點(diǎn)并聯(lián)接入方案來提升系統(tǒng)冗余能力。

3.1 金融機(jī)構(gòu)接入全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心通信接入方式優(yōu)化方案

鑒于圖2-1金融機(jī)構(gòu)接入全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)現(xiàn)狀的分析，提出機(jī)構(gòu)側(cè)同數(shù)據(jù)處理中心前置、數(shù)據(jù)處理中心前置同接入側(cè)兩級(jí)連接方式都采用交叉接入的方式。

根據(jù)建議接入方式：

（1）金融機(jī)構(gòu)通信前置同在數(shù)據(jù)處理中心前置采用交叉直連的負(fù)載均衡的方式接入。

（2）兩臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心前置同接入應(yīng)用也采用交叉直連的負(fù)載均衡的方式接入。

雙機(jī)負(fù)載均衡接入的架構(gòu)下，同時(shí)在前置和接入通信機(jī)上增加線路狀態(tài)監(jiān)控，可以具備如下的優(yōu)點(diǎn)：

1）業(yè)務(wù)高可用

雙機(jī)模式下，即使單機(jī)故障，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)無縫切換到正常的數(shù)據(jù)鏈路，業(yè)務(wù)處理無中斷，報(bào)文錄入及發(fā)送，來報(bào)接受及業(yè)務(wù)處理，日終對(duì)賬皆不受影響，業(yè)務(wù)響應(yīng)時(shí)間有保證。

2）橫向可擴(kuò)展

隨業(yè)務(wù)處理量增長(zhǎng)，后臺(tái)應(yīng)用可橫向擴(kuò)展，在帶寬及前置處理能力限度內(nèi)，批量發(fā)送及接收的業(yè)務(wù)處理性能可隨應(yīng)用擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)近似線性增長(zhǎng)。

3.2 金融機(jī)構(gòu)接入全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心的中心接入優(yōu)化方案

全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心通過建設(shè)雙中心的架構(gòu)，與金融機(jī)構(gòu)接入采取雙點(diǎn)交叉接入的形式來提高容災(zāi)和抗災(zāi)能力。

（1）金融機(jī)構(gòu)通信前置同數(shù)據(jù)處理中心前置采用交叉直連的負(fù)載均衡的方式接入。

（2）兩臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心前置分別同主中心和備中心的接入通信機(jī)采用交叉直連的方式直連接入。

建議所有接入金融機(jī)構(gòu)都要以雙中心接入的方式接入全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心，增強(qiáng)系統(tǒng)的容災(zāi)和應(yīng)急能力。特別是在全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心實(shí)現(xiàn)“兩地三中心”的模式下，提供多點(diǎn)接入的接入形式，金融機(jī)構(gòu)配置雙通信前置分別與多個(gè)處理中心建立通信連接。如果監(jiān)測(cè)到一個(gè)通信前置機(jī)與某個(gè)處理中心之間的通信連接異常，那么交易可以立刻轉(zhuǎn)發(fā)至其他處理中心，最大限度地降低各種異常對(duì)業(yè)務(wù)的影響。

此種中心接入的方式，具備故障自動(dòng)切換及恢復(fù)時(shí)無縫回切功能。

從提高運(yùn)維管理和業(yè)務(wù)連續(xù)性管理水平的角度考慮，系統(tǒng)的建設(shè)依照“多中心一體化（多個(gè)物理中心協(xié)同形成一個(gè)大的邏輯中心）”的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，支持一體化的監(jiān)控、運(yùn)行、維護(hù)等;因此中心接入模式也需依照“多中心一體化”原則來推廣和建設(shè)[3]。

4 金融機(jī)構(gòu)接入高可用方案實(shí)踐

結(jié)合前面通信接入和中心接入的優(yōu)化方案，根據(jù)在金融機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)接入實(shí)踐，通過項(xiàng)目改造以及實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，驗(yàn)證優(yōu)化方案達(dá)到預(yù)期提升高可用性的效果：①在通信交叉接入的模式下，金融機(jī)構(gòu)系統(tǒng)全年業(yè)務(wù)“零影響”;②在中心多點(diǎn)交叉接入模式下，單個(gè)中心故障和切換時(shí)，對(duì)外業(yè)務(wù)無影響，全年系統(tǒng)“零故障”。

同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的可靠性開展定量分析， 按照業(yè)界基準(zhǔn)水平系統(tǒng)主機(jī)故障率為4sigma（每百萬次機(jī)會(huì)中的缺陷數(shù)3170個(gè)）[4]的水平來評(píng)估，由于我們優(yōu)化前采用串聯(lián)接入的模式，優(yōu)化后采用的并聯(lián)接入的模式，系統(tǒng)可靠性來評(píng)估公式如下：

根據(jù)定量分析發(fā)現(xiàn)金融機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的通信和中心接入模式在優(yōu)化前可靠性水平低于4sigma，在優(yōu)化后根據(jù)評(píng)估的結(jié)果可靠性水平均超過6sigma，因此本文分析提出的高可用優(yōu)化方案滿足金融機(jī)構(gòu)系統(tǒng)對(duì)于可用性和可靠性的高要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速運(yùn)行以及社會(huì)威脅的不可預(yù)測(cè)性，使我們不得不想方設(shè)法改進(jìn)整個(gè)金融體系應(yīng)對(duì)災(zāi)難、風(fēng)險(xiǎn)和危機(jī)的應(yīng)變能力。

除了本文對(duì)于金融機(jī)構(gòu)接入全國(guó)數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)的通信連接和中心連接的改進(jìn)建議，還希望通過加強(qiáng)日?；\(yùn)行質(zhì)量分析、建立系統(tǒng)化的運(yùn)行指標(biāo)監(jiān)控體系、持續(xù)開展容量分析，使金融系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行在一個(gè)健康的狀態(tài)，確保社會(huì)經(jīng)濟(jì)秩序穩(wěn)定運(yùn)行。

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