計算機網路的高可用性和分散式處理
阿新 • • 發佈：2018-12-13
- 伺服器接入伺服器接入的高可用設計也就是伺服器多網絡卡接入。為了實現接入的高可用性，伺服器通常採用多鏈路上行，即伺服器採用兩塊或兩塊以上的網絡卡接入，伺服器中的網路驅動程式和高可用叢集軟體可將兩塊或者多塊網絡卡捆綁成一個虛擬的網絡卡，如果一個網絡卡失效，另一個網絡卡會接管它的MAC 地址，兩塊網絡卡使用同一個IP 地址，而且必須位於同一廣播域，即同一子網下。圖3 伺服器和接入交換機之間的連線方式伺服器和接入交換機之間的連線方式（如圖3所示），標號從1至4，拓撲的可用性依次降低。標號1採用接入層框式雙機拓撲的網路可用性最高，標號2的框式多板卡冗餘要比標號3的盒式多機冗餘拓撲可用性更高，而標號4中單機盒式裝置雙網口冗餘的網路可用性最低。因此推薦採用第1種接入方式，這種連線方式的伺服器採用交換機容錯模式分別接入到兩臺機櫃式交換機上，並且將VLAN Trunk 到兩臺裝置上，實現伺服器的高可用接入。2. 接入層接入層到匯聚層共有4種連線方式，分別為倒U型接法、U型接法、三角形接法和矩形接法，這裡所謂不同型別的接法是以二層鏈路作為評判依據，比如說矩形接法，從接入到接入，接入到匯聚、匯聚到匯聚均為二層鏈路連線，因此形成了矩形的二層鏈路接法。圖4 接入層的高可用拓撲比較拓撲優點缺點1倒U型不啟用STP，好管理VLAN 可以跨匯聚層交換機，伺服器部署靈活必須通過鏈路聚合保證高可用性匯聚交換機故障時，伺服器不可達，無法實現高可用接入2U型不啟用STP，好管理雙active鏈路，接入交換機密度高不能使VLAN跨匯聚層，伺服器部署不靈活接入交換機間鏈路故障，VRRP心跳報文無法傳遞，整機做VRRP主備切換，故障收斂時間長。3矩形雙active鏈路，接入交換機密度高VLAN可以跨匯聚層交換機有一半的接入層流量要通過匯聚交換機之間的鏈路。當接入交換機上行鏈路故障時，所有流量將從一側的交換機上行。收斂比變小，網路易擁塞，降低網路高可用性。4三角形鏈路冗餘，路徑冗餘，故障收斂時間最短VLAN 可以跨匯聚層交換機，伺服器部署靈活接入交換機的密度小表2. 四種拓撲連線方式的對比由表2可以看出，三角形組網提供了更高的接入可用性以及更靈活的伺服器擴充套件能力，所以常見推薦的組網採用第4種拓撲方式。需要指出，接入交換機直接雙上行與匯聚層裝置相連，冗餘連線並不是越多越好，而最小的三角形環能夠提供最快的收斂速度和最高的可用性。例如圖5中右側圖組網拓撲在接入層交換機和匯聚層交換機之間採用全交叉冗餘，是一種過度冗餘組網，反而增加交換機的生成樹計算的複雜性以及故障排錯的複雜性，所以不建議按這種方式部署。圖5 接入層推薦組網方式3. 路由層面傳統資料中心匯聚層到核心層間採用OSPF等動態路由協議進行路由層面高可用保障。常見連線方式一般分為以下2種（見圖6）：圖6 路由高可用拓撲比較兩種組網拓撲實際部署中可根據需求而定，第一種"倒三角"式組網適合對網路延遲較敏感，故障收斂速度要求較高的場景，缺點是網路的複雜度與維護難度較高；第二種"口字形"結構適用於冗餘收斂要求較低場景，組網簡單易於維護，缺點是故障收斂較慢。與接入層組網類似，這裡不推薦使用全連線方式過度冗餘，同樣會導致組網設計的複雜度並增加排障難度。4. IRF高可用架構圖7 IRF架構與傳統架構比較傳統架構伺服器群網路拓撲與IRF架構伺服器群網路拓撲相比（如圖7所示），對於接入層而言，傳統架構為保證網路高可用性通常採用伺服器雙網絡卡接入+MSTP+VRRP，伺服器通過雙網絡卡接入到兩臺交換機上，兩臺接入交換機採用雙歸屬三角形拓撲接入到匯聚交換機，接入交換機與匯聚交換機之間需要執行MSTP協議，管理和維護比較複雜。但當接入交換機和匯聚交換機都採用IRF架構之後，可將每兩臺交換機（也可以是多臺）配置成一個IRF堆疊組，兩臺匯聚交換機也配置成一個堆疊組，接入交換機與匯聚交換機之間通過捆綁鏈路連線。從邏輯上看，一個堆疊組就是一臺裝置，因此接入交換機和匯聚交換機間不存在二層環路，可以避免MSTP的配置管理，簡化網路設計。對於伺服器的高可用接入方式，在IRF架構下，基本原則是伺服器的雙網絡卡接在不同交換機上，從而實現高可用性接入。對於匯聚層交換機來說，設計方式與接入IRF是一致的，進行匯聚層交換機堆疊後，將兩層交換機用多條鏈路進行捆綁連線，一般原則建議為偶數鏈路數，有利於將資料流量均衡到各鏈路。圖8給出了IRF二層接入設計下的HA考慮。基於虛擬化網路交換結構，伺服器流量經過網路接入與匯聚層的路徑十分清晰，簡化為單條邏輯鏈路轉發。對於情況B，當接入IRF架構的其中一臺交換機出現故障，伺服器網絡卡進行切換，通過另一臺交換機即可恢復網路通訊，而匯聚層裝置無需任何變化，資料流仍從同一聚合鏈路進入網路。對情況C，匯聚層裝置出現單臺故障，伺服器不感知，只由接入交換機將流量轉發到聚合鏈路，匯聚層存活的交換機感知的仍是從現有聚合鏈路接收資料流。對於情況D，發生捆綁鏈路故障，交換機會將資料流轉發到捆綁組存活鏈路上，對於IRF交換機組來說，資料流轉的邏輯介面並未改變。圖8 IRF接入層故障切換IRF對外體現為一個整體交換系統，也存在由於意外原因導致IRF分裂的可能。RF分裂後，形成兩個或多個相同的邏輯裝置：地址相同、配置相同，需要進行檢測和進一步處理以消除對網路的影響。IRF系統作為邏輯單臺裝置，對外具有唯一的橋MAC（和三層MAC），IRF建立時，Master裝置橋MAC同步到其它成員裝置，分裂後，對於非Master所在系統，IRF中其它裝置維持該橋MAC不變並選舉新的Master，此機制可避免當原Master故障時網路中的鄰居裝置重新學習MAC。但IRF也有比較靈活的橋MAC處理方式以便於組網變通，目前一共提供了三種使用者可以配置IRF系統MAC變化的方式： Master離開後，橋MAC立即變化 保留6min變化 始終不變IRF系統分裂後，會在網路中形成兩組或多組"完全相同"的裝置組，均有相同配置的Active Master，IRF附加了檢測和衝突處理，稱為多Active檢測（Multi-Active Detection，簡稱MAD）。圖9 IRF分裂檢測方式檢測：通過LACP（Link Aggregation Control Protocol，鏈路聚合控制協議）或者BFD（Bidirectional Forwarding Detection，雙向轉發檢測）協議來檢測網路中是否存在多個從同一個IRF系統分裂出去的全域性配置相同的IRF（如圖9所示）。LACP方式下，H3C進行了擴充套件開發，在LACP協議報文中增加IRF Master ID ，當系統分裂後，分裂後的IRF系統有各自的Active Master ID，可通過LACP進行傳遞檢測。BFD方式下，也通過在BFD中擴充套件Master ID來檢測衝突。衝突處理：IRF分裂後，系統會檢測到網路中存在多個處於Active狀態相同的IRF。此時Master成員編號最小且處於Active狀態的IRF系統會繼續正常工作；Master成員編號較大且處於Active狀態的IRF系統會遷移到Recovery狀態，關閉該系統所有成員裝置上除保留埠以外的其他全部物理埠。故障恢復：IRF系統通過日誌提示使用者修復IRF互聯鏈路，鏈路修復後，衝突的裝置重新啟動恢復IRF系統，被Down掉的埠將重新恢復業務轉發。
- 四、 結束語對資料中心而言，高可用性永遠是必不可少的重要需求。資料中心的核心是業務資料，網路作為承載層需要保證運行於其上的資料的安全性與可用性，尤其是在網路節點鏈路發生故障情況下要確保業務可用與資料零丟失。從傳統的環路冗餘到現在的IRF堆疊，資料中心網路高可用技術將會不斷優化進步，更好的滿足高速發展的資料中心業務應用需求。
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