建立数据中心高可用性网络的思考分析

唐若航

摘要：在数据中心网络建设的过程中，我们必须关注到其可用性的程度。因此，在综合利用VRRP、OSPF、STP、Link-Aggregation等技术的基础上，消除网络中可能发生的单点故障，从而建立起高效、安全、稳定的数据中心网络系统。

关键词：数据中心，网络建设、高可用性

中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)01-0022-02

该文基于某单位运行使用的特种设备监管系统、产品质量管理系统、远程视频会议系统、举报投诉系统和机房远程管理系统的基础上，就系统数据中心的高可用性问题进行深入分析。为了实现7×24小时不间断服务的目标，我们认为可以采用VRRP协议、OSPF协议等实现路由冗余，采用STP协议，以及Link-aggregation协议则可实现链路冗余。这些技术的运用可以确保数据中心网络的高效与稳定。

1网络协议技术的应用

随着互联网与局域网技术的不断普及与发展，恢复性以及冗余性问题已经成为了局域网领域中的关键问题之一。为了解决好这些问题，IETE制定了虚拟路由协议，简称VRRP。VRRP协议是一种容错性协议，改协议应用于静态配置缺省网关上的第三次交换机以及路由器上。对于依赖广域网接入的静态配置缺省网关而言，这种接入方式以及访问方式无法满足其他局域网的终端系统要求，而VRRP协议的缺省性容错能力，则能够有效地提升网络信息的交换速度，因此其被广泛地运用于大型的网络之中，从而保证第三层交换的冗余备份[2]。

开放式最短路径优先协议，简称OSPF协议是一种基于SPF算法的路由协议，同时也是一种典型的链路状态路由协议。路由域是一种自治系统，其主要的功能是根据相应的路由政策以及路由协议进行网络信息的交换以及处理。在这个系统中，所有的OSPF路由器所承担的自制系统的数据库都是相同的，同时在该数据库存储着该路由域中所需要的链接状态信息。OSPF路由器会根据数据库内存储的信息计算出其所需要的路由表信息。其作为一种链路状态的路由协议，其能够以链路状态的方式将广播数据包传递到所有的路由器上，并且这些信息也会被路由器所保存。一旦某个节点发生故障，则其他路由器内的信息则会被调用出来，从而实现网络的重建。

后者是将部分或是全部的路由表传递给与其相邻的路由器。OPSF的运用增强了网络的可扩展性以及稳定性，但是我们在研究的过程中也发现其存在一定的问题。例如数据库的溢出问题，MTU协商问题，以及度量的刻画问题。但是，不可否认的是OPSF的确是一种功能强大的动态路由协议技术。

生成树协议，简称为STP，其被广泛运用于环路网络之中。STP的功能是建立起一个无环路的树型网络，这种网络结构与环路网络结构最大的区别是其不会产生报文的无限增值以及无限循环。STP的基本原理是将特殊的协议的报文，在不同的交换机之间传递，从而确定网络的拓扑结构。这种特殊的协议报文在IEEE802.ID中又被称为是配置消息。这种配置消息中存在着能够却表交换机实现生成树计算所需要的信息，树型计算也就是树型网络的基本运算方式，可以避免网络中出现大面积的广播风暴，以及报文的死循环，从而造成网络的瘫痪，同时网络链路能够根据网络环境的变化而变化，以避免自动连接的失败。

因此STP协议的运用，能够增加网络的自我恢复弹性，增强网络的稳定性以及功能性。

2数据中心与高可用性网络的实现

基于上述介绍的集中冗余技术，数据中心基本可以实现网络的高可用性以及稳定性，同时消除或是部分消除了单点故障对于网络的影响。以下我们将说明这几种技术在具体操作中的情况[3-4]：

2.1 VRRP技术链路备份功能的运用

VRRP协议可以将系统中的两台核心交换机组组成为一台虚拟路由器，这样的路由器又被称为VRRP组路由器，这种虚拟路由器共有虚拟缺省网关地址。这种虚拟路由器具有一定的互斥性，对外它们表现为一个IP地址，或是MAC地址，但是内部它们是独立的。因此VRRP协议会将其中的一台作为主控路由，而另一台作为备份路由。主控路由主要负责ARP协议，并且负责转发IP数据包。备份路由器的作用是当主控路由器发生故障时，备份路由器将在延时数秒后将成为主路由。由于VRRP的广播间隔为一秒，因此延时可以减少广播两，从而减少网络的负担，有利于网络功能的迅速恢复。但是，延长的时间不能过度，必须根据网络的实际情况。

2.2 OSPF链路冗余以及负载分担功能的运用

OSPF的主要功能是动态生成路由器的内核路由表，路由表通过计算能够确定网络的目标地址、链路代价、链路类型等。完整的OSPF计算的主要分为五个步骤：

1）保存当前路由表。如果当前路由表出现无效情况时，路由表必须重新建立。

2）域内路由的计算。主要是通过Dijkstra算法在路由器网络中建立起最短路径树。

3）域内路由的计算。一般而言，只需要检测主干域的Summary-LSA，从而确定路由器所连接的域的数量。

4）检测Summar-LSA：检测Summar-LAS的目的是查看一个或是多个传输域的边界或是域边界的路由器，以确定是否存在着比之前更为适合的路径及其数量。

5）自动系统外部路由的计算。OSPF生成路由表，SA计算目的在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内核路由表，因此仍旧需要通过路由增强功能以及完成与内核路由表的交换，才能够实现多种路由协议的工作。

2.3 STP协议功能的运用

1）STP协议能够建起了一个动态的拓扑网络结构，在这个结构中STP根据LAV的设备要求以及链接状况分配其所需要的链接信息。数据库会根据指定的桥接器及其端口发出指令，非指定端口则会被过滤，因而不会影响到数据传输的准确性。非指定端口只能接受BPDU数据，除此之外的信息将无法被接受。STP建立的动态拓扑网络能够将每个桥接器进行路由标识，由于桥接器与端口是对应，也就意味着每个端口也可以被标识，因而STP能够计算出桥接器与端口之间的最小路径值，从而确定端口与桥接器的配置。桥接器启动后，便可以向与其相连的网段发送BPDU数据。在接收到到相应的数据之后，该网段便能够时间数据交换。BPDU数据中包含了桥接器的信息以及与其他桥接器交换所得的信息。

STP的基本功能如下：首先，STP算法可以通过比较不同桥接器的标识，从而确定根桥接。并且计算桥接端口，从而确定根桥接的路径值。根桥接的路径值一般是整个网络中，所有桥接器路径值中最低的。一般而言，每个网络中都会设有一个根桥接器，而根桥接器都会相应设有一个根端口，BPDU数据则会通过指定端口传输，从而确保了稳定性与准确性以及高速性。如果存在两个或是两个以上的端口，STP将自动比较其中那个端口的与所在的桥接器更为匹配。

2）STP的配置以及拓扑信息的发布。上述算法主要通过BPDU在不同桥接器的交换来实现。BPDU数据发送的方式比较特殊，由于每一个桥接器都将其自身默认为根根桥接器，因此，BPDU的数据也被视为是根数据，并且会定时向所有的LAN发布拓扑信息。桥接器接受信息后，会自动与其自身的配置信息比较，然后保存更为高级的拓扑信息。

3）重新配置STP。如果网络的拓扑结构被确定了下来，那么桥接器的将监听到根桥接所处处的BPDU包。如果桥接器没有收到相应的数据，那么该桥接器便会自动发送SNMP的trap数据，因为其会自动认为已经失去了与根桥接的联系。各个桥接器在接到了BPDU信息后，会从其缓存内查询元拓扑结构的状态信息，如果发现改信息的确不存在或是已经被更改，则会重新配置STP的状态，重新建立起拓扑结构。

3结束语

通过各种网络协议建立起数据中心网络管理，能够有效地保障与提升网络的可用性，在今后的工作中，我们将进一步探索这方面的技术，从而确保网络的安全性以及稳定性。

参考文献：

[1]张军峰.企业虚拟化数据中心平台搭建及高可用性研究[J].中国科技信息,2010(13).

[2]许鑫,苏新宁,吴乃冈.高校共享数据中心平台的设计与实现[J].现代图书情报技术, 2005(6).

[3]李汉成,张佳琦,杨明皓.基于VIG的配电虚拟数据中心资源组织模型的构建与实现[J].电力系统保护与控制,2010,38(18).

[4]吕金博,俞会利.网络存储中构造高可用数据中心的研究[J].微机发展,2003,13(z2).