高可靠性網(wǎng)絡(luò)與實(shí)現(xiàn)

高可靠性網(wǎng)絡(luò)與實(shí)現(xiàn)

摘要本文介紹了基于鏈路聚合、生成樹(shù)兩種技術(shù)的高性能網(wǎng)絡(luò)。分析了在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)無(wú)單點(diǎn)故障，即任何單個(gè)交換機(jī)或者單條鏈路的故障都不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的連通性更不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，同時(shí)也研究如何提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐率的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由此組成的網(wǎng)絡(luò)極大地提高了網(wǎng)絡(luò)的性能。

關(guān)鍵詞單點(diǎn)故障；鏈路聚合；生成樹(shù)算法

1前言

在以網(wǎng)絡(luò)為支撐的信息時(shí)代里，信息的傳播和獲取極大地依賴網(wǎng)絡(luò)，因此在網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間不間斷的運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)無(wú)單點(diǎn)故障，全冗余的高性能網(wǎng)絡(luò)很重要。在組建網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，交換機(jī)與交換機(jī)之間采用SpanningTreeAlgorithm即生成樹(shù)算法可以實(shí)現(xiàn)它們之間的鏈路冗余，能保證交換機(jī)無(wú)單點(diǎn)故障；交換機(jī)與主機(jī)之間采用Link-aggregation即鏈路聚合等技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)他們之間的鏈路冗余并有效提高鏈路之間的帶寬。這樣便能組建任何單個(gè)交換機(jī)或單條鏈路的故障都不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的連通性，更不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓即無(wú)單點(diǎn)故障的高性能網(wǎng)絡(luò)。

2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)由于某些部件失效從網(wǎng)絡(luò)中刪除后，如剩余部分滿足以下兩個(gè)條件：①所有接點(diǎn)保持連通，不被分割成兩個(gè)或者多個(gè)子網(wǎng)；②工作接點(diǎn)數(shù)大于某一值，則網(wǎng)絡(luò)仍處于工作狀態(tài)[1]。為了達(dá)到如上條件，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，采用的交換機(jī)為DES-32559G、IntelExpress460和Intel82559網(wǎng)絡(luò)適配器，并進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3網(wǎng)絡(luò)可靠性分析

生成樹(shù)算法

初看網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，感覺(jué)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中有回路存在，將會(huì)形成廣播風(fēng)暴，從而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。顯然如果是簡(jiǎn)單的連接，那一定會(huì)出現(xiàn)如上結(jié)果，事實(shí)上是在網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)在各交換節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)建多條物理鏈路來(lái)提供冗余以形成冗余鏈路從而提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。任何兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間應(yīng)該只有一條路徑，否則，網(wǎng)絡(luò)中將出現(xiàn)環(huán)路。如果存在著多于一條的路徑，那么生成樹(shù)算法就會(huì)偵測(cè)到環(huán)路的發(fā)生，并自動(dòng)選擇開(kāi)銷值最低的那條路徑作為可使用的路徑，而阻斷其它路徑，將它們作為備用路徑。在主鏈路正常工作時(shí)，備用鏈路處于空閑狀態(tài)；只有在主鏈路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，生成樹(shù)算法將自動(dòng)啟用備用鏈路，重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種自動(dòng)重構(gòu)的功能，使得網(wǎng)絡(luò)上的用戶能夠最大限度地與網(wǎng)絡(luò)保持正常地連接。提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

鏈路聚合

所謂鏈路聚合是一種封裝技術(shù)，它是一條點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路，其實(shí)質(zhì)是將兩臺(tái)設(shè)備間的數(shù)條鏈路“組合”成邏輯上的數(shù)據(jù)通路稱為鏈路聚合[2]。在服務(wù)器上采用IntelPROSet軟件把兩塊網(wǎng)卡虛擬成一塊虛擬網(wǎng)卡，對(duì)外只用一個(gè)IP。并結(jié)合交換的link-aggregation技術(shù)，服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)的帶寬成倍的提高，它的另外一個(gè)好處就是實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器網(wǎng)卡的冗余。當(dāng)一塊網(wǎng)卡不能工作的時(shí)候，計(jì)算機(jī)會(huì)立刻讓另外一塊網(wǎng)卡獨(dú)立承擔(dān)服務(wù)器和客戶機(jī)器之間的通訊，中間不會(huì)有間斷。利用AaptiveLoadBalancing，技術(shù)配合交換機(jī)的link-aggregation技術(shù)，能成倍提高服務(wù)器的帶寬。本來(lái)82559網(wǎng)卡的帶寬和交換都為100M的帶寬，采用此技術(shù)捆綁兩塊82559網(wǎng)卡后理論上服務(wù)器能達(dá)到200M。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，它不是這樣簡(jiǎn)單的相加，但是性能的提高是明顯的，數(shù)據(jù)的交換更平穩(wěn)。這樣就把兩條物理鏈路在邏輯上形成一條數(shù)據(jù)通

道。圖2，圖3為其示意圖。圖2創(chuàng)建組圖3結(jié)果虛擬出一網(wǎng)卡

交換機(jī)鏈路聚合是將交換機(jī)的多個(gè)端口聚集在一起，從而形成一個(gè)高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸通道。把交換機(jī)鏈路聚合內(nèi)的所有端口看作一個(gè)端口。在組合交換機(jī)鏈路聚合中，將有一個(gè)端口指定為主端口。而且它們里面的端口都以相同的方式工作。

4鏈路分析

從服務(wù)器到接入交換機(jī)的鏈路

在平常情況下只要交換機(jī)鏈路故障或網(wǎng)卡故障都將導(dǎo)致服務(wù)器不能連到相應(yīng)的接入交換機(jī)?，F(xiàn)在可以利用IntelPROSet軟件把服務(wù)器中的兩塊網(wǎng)卡虛擬成一塊虛擬網(wǎng)卡，接到不同的接入交換機(jī)。如圖1服務(wù)器的兩塊網(wǎng)卡進(jìn)行鏈路聚合后分別接入交換機(jī)器1、交換機(jī)2，和交換機(jī)之間采用鏈路冗余解決這個(gè)問(wèn)題。利用AFT技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)卡間的容錯(cuò)，當(dāng)主網(wǎng)卡或該網(wǎng)卡到所連的交換機(jī)鏈路發(fā)生故障時(shí)例如圖1中的網(wǎng)卡1發(fā)生故障，服務(wù)器會(huì)立刻將該網(wǎng)卡上的流量轉(zhuǎn)移到備份網(wǎng)卡2上。反之也成立，當(dāng)圖1中服務(wù)器網(wǎng)卡2或者交換機(jī)1出現(xiàn)故障，服務(wù)器會(huì)立刻把該鏈路上的流量轉(zhuǎn)移到另外的鏈路上。從而極大地提高了服務(wù)器的性能。下面是拔掉服務(wù)器的一根網(wǎng)線后，另外一塊網(wǎng)卡立刻承擔(dān)服務(wù)器的全部通訊功能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。打開(kāi)Windows的事件查看器，見(jiàn)圖4所示結(jié)果。

圖4拔掉一根網(wǎng)線后的事件圖從交換機(jī)接入交換機(jī)的鏈路交換機(jī)2與交換機(jī)3以及交換機(jī)4各形成一條鏈路，但是在交換機(jī)2中已經(jīng)對(duì)此兩條鏈路采用了SpanningTreeAlgorithm技術(shù)，根據(jù)前面論述知道在主鏈路正常工作的時(shí)候如交換機(jī)2與交換機(jī)4鏈路，備用鏈路如交換機(jī)2與交換機(jī)3之間的鏈路處于空閑狀態(tài)，只有在主鏈路出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，備用鏈路才不需要人工干預(yù)自動(dòng)地接替主鏈路。同理交換機(jī)1，與交換機(jī)3以及交換機(jī)4之間的鏈路進(jìn)行同樣的處理。顯然這樣整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不會(huì)形成環(huán)路，并且客戶機(jī)能夠最大限度與服務(wù)器保持正常的連接，提高了網(wǎng)路的可靠性能。

5結(jié)論

對(duì)數(shù)據(jù)流量大和對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性要求高的情況，可以通過(guò)設(shè)置服務(wù)器多網(wǎng)卡冗余鏈路，交換機(jī)冗余鏈路的設(shè)置，配合SpanningTreeAlgorithm，LinkAggregation，，AaptiveLoadBalancing，等技術(shù)，消除網(wǎng)絡(luò)中的單點(diǎn)故障，最終建立一個(gè)安全、可靠、高效的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。但此方案由于全部采用冗余設(shè)置，因此投資成本相應(yīng)較高。