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淺談數(shù)據(jù)中心冗余技術的利與弊

時間：2013年6月4日

　　在這個信息高度發(fā)展的社會，企業(yè)對數(shù)據(jù)中心的依賴性越來越大。一旦數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)故障，企業(yè)員工可能會無法正常工作、無法交易導致公司訂單丟失、企業(yè)可能會失去大量的客戶等等嚴重問題。根據(jù)META Group的統(tǒng)計，各行業(yè)平均每小時因為數(shù)據(jù)中心故障造成的損失高達$1,010,536.00美元。其中能源、通信、制造業(yè)的損失分列前三甲。具體情況詳見下表：


表1：各行業(yè)數(shù)據(jù)中心故障損失統(tǒng)計表

　　中國目前有將近54萬個數(shù)據(jù)中心在運營，并正以每年18%的復合增長率高速增長，與數(shù)據(jù)中心相關的基礎設施建設市場以達到千億的規(guī)模。這么多的數(shù)據(jù)中心，幾乎天天都會有大大小小的故障出現(xiàn)�？蓪嶋H這么多的故障并沒有造成多么嚴重的損失，這主要是因為幾乎所有的數(shù)據(jù)中心都采用了各種冗余備份技術，從而當故障發(fā)生時，業(yè)務能及時切換到正常的運轉層面，維持數(shù)據(jù)中心的正常運轉。當排查完故障后，再將業(yè)務切回正常運轉的層面。

　　一般數(shù)據(jù)中心的故障來源有：硬件故障、軟件故障、鏈路故障、電源/環(huán)境故障、資源利用問題、網(wǎng)絡設計問題六個方面。減少這些故障的最簡單方式就是冗余技術，可以通過對設備、鏈路、服務器提供冗余備份，從而將故障對用戶業(yè)務的影響降低到最小。

　　根據(jù)數(shù)據(jù)中心中業(yè)務的網(wǎng)絡層級，可將冗余技術具體分為四大類：


表2：數(shù)據(jù)中心冗余技術

　　ISO 4~7層冗余技術

　　我們知道OSI協(xié)議參考模型定義了7層網(wǎng)絡結構，其中四層以上都屬于應用層，應用層具有區(qū)別各種高層應用和識別內容的能力。數(shù)據(jù)中心通過引入負載均衡技術，可對數(shù)據(jù)中心服務器群訪問實現(xiàn)冗余備份，還可以完成網(wǎng)絡加速，流量工程等一系列優(yōu)化功能。數(shù)據(jù)中心可以采用兩臺負載均衡設備互為冗余備份。設備正常運行過程中可以手動同步配置信息和自動同步會話信息。當一臺設備發(fā)生故障時，另一臺設備可以快速感知設備故障，接管故障設備的業(yè)務，保證故障設備的當前業(yè)務不中斷。

　　網(wǎng)絡層冗余技術

　　數(shù)據(jù)中心可以引入網(wǎng)絡級的關鍵設備冗余備份技術來減小宕機對整個系統(tǒng)的影響。RFC 3623定義了OSPF 的Graceful Restart標準，GR是網(wǎng)絡設備主備切換時的協(xié)議冗余技術，GR冗余技術可以極大的縮短主備切換導致的路由中斷時間。ECMP也是一種路由冗余技術，當路由的某條路徑出現(xiàn)故障時，故障路徑上的流量被重新分布到其他等價路徑。EMCP有很好的收斂速度，在數(shù)據(jù)中心中，如果是基于純IP架構，那么使用ECMP冗余技術是很好的一個選擇。VRRP全稱Virtual Router Redundancy Protocol（虛擬路由冗余協(xié)議），是一種網(wǎng)關冗余技術。VRRP可保證當主機的下一跳設備壞掉時，可以及時的由另一臺設備來代替，從而保持通訊的連續(xù)性和可靠性。

　　鏈路層冗余技術

　　鏈路層的冗余技術主要有：服務器網(wǎng)卡冗余技術；鏈路聚合；環(huán)路監(jiān)測；環(huán)路協(xié)議保護等技術。服務器網(wǎng)卡通過冗余技術可將多塊網(wǎng)卡組合起來形成一個網(wǎng)卡組，網(wǎng)卡組內的網(wǎng)卡之間冗余備份，網(wǎng)卡組提供多種運行模式完成用戶的不同需求。鏈路聚合Link aggregation是將兩臺設備間的數(shù)條物理鏈路“組合”成邏輯上的一條數(shù)據(jù)通路，提高鏈路的可用性，提高鏈路帶寬。只要還存在能正常工作的成員，整個傳輸鏈路就不會失效，通過鏈路聚合實現(xiàn)了鏈路冗余。Loopback-detection工作在鏈路層。通過loopback-detection可以及時發(fā)現(xiàn)單端口環(huán)路，減小環(huán)路對數(shù)據(jù)中心的影響。STP、RRPP、RPR、TRILL等都是鏈路層的環(huán)路保護協(xié)議，通過這些協(xié)議可以實現(xiàn)鏈路的冗余備份。

　　設備級冗余技術

　　數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)時一般會用到較多的設備。在實際運行過程中，各設備均面臨著軟件異常、硬件故障甚至外界影響（如：供電電路故障、自然災禍）等各種意外的威脅。設備級的冗余設計可以通過關鍵部件冗余，靈活快速的故障偵測和恢復來盡量減小故障造成的影響。

　　目前數(shù)據(jù)中心的設備多個硬件部件都是支持冗余備份的，比如設備的電源、業(yè)務板、風扇、主控板等等。當一個部件故障時，另外的部件馬上可以工作，并且所有的硬件部件都支持帶電插拔。除了硬件冗余技術，更主要的部分是軟件冗余技術。IRF是一種網(wǎng)絡設備虛擬化技術。通過IRF技術可以容許全局范圍內的跨設備鏈路聚合，提供了全面的鏈路級冗余保護。同時IRF技術還實現(xiàn)了跨設備的三層路由冗余，可以支持多種單播路由協(xié)議、組播路由協(xié)議的分布式處理，實現(xiàn)了多種路由協(xié)議的冗余備份技術。目前很多設備也支持不中斷業(yè)務升級的冗余備份技術，即ISSU，在設備正常運轉的情況下就可以完成軟件升級。軟件冗余技術還包括支持設置主備兩個啟動文件。設備啟動時可以根據(jù)優(yōu)先級（主優(yōu)于備）選擇啟動文件，在軟件異常時啟動備用軟件。防火墻設備一般都支持HRP協(xié)議，這是實現(xiàn)在主備防火墻設備之間的軟件冗余協(xié)議。

　　以上簡單介紹了數(shù)據(jù)中心各種常用的冗余技術，當然采用冗余技術的同時可能也會增加了網(wǎng)絡的復雜度、增加了運營資金的投入。所以也不能一味的增加冗余設計，過于復雜的冗余設計反而會降低數(shù)據(jù)中心的可用性，增加數(shù)據(jù)中心的運營成本。數(shù)據(jù)中心究竟可采用哪種冗余技術，需要綜合分析，結合自身業(yè)務運營的特點，合理地實施。

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