一种高可靠网络平台模型设计

摘要：文章介绍了一种网络平台模型，从网络传输子系统和设备接入子系统两部分进行分析，着重阐述了该模型中运用的各项技术，该模型是无单点故障的全冗余网络，可有效提高网络的可靠性。

關键词：网络  可靠性  单点故障

0 引言

随着信息技术的发展，计算机以及网络应用已经渗透到各行业的生产、管理、经营、办公以及服务中。网络技术上所采用的开放式结构和能力渗透，虽可提高信息的共享和系统的互操作性，但无疑也给网络运作带来隐患。网络化系统在构成、应用、连接上都存在着脆弱的、不确定的因素，[1]建设高可靠性网络平台成为保障信息化运行过程中的重要手段。

1 概述

网络平台由网络传输子系统和设备接入子系统两部分组成。网络传输子系统由交换机、路由器等网络设备通过光纤、双绞线等传输介质连接而成，为网络应用提供数据交互的通道，它是网络系统的基础。设备接入子系统由接入到网络中的各种服务器和主机构成，它提供网络应用系统所需要的各种服务。因此，加强网络平台运行的可靠性，需要从网络传输子系统和设备接入子系统共同进行。

2 网络拓扑结构

网络由于某些部件失效从网络中删除后，如剩余部分满足以下两个条件：①所有接点保持连通，不被分割成两个或者多个子网;②工作接点数大于某一值，则网络仍处于工作状态。[2]为了达到以上要求，可以设计一个无单点故障的全冗余网络系统模型，网络拓扑图如图1所示：

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图1  网络拓扑图

3 网络传输子系统

上图中网络传输子系统由两台核心交换机和两台接入交换机组成，其中任意交换机或链路故障都不会造成网络系统失效。核心交换机采用具有路由功能的三层交换机，两台核心交换机之间建立MLT（多链路聚合）和IST（内部交换聚合）可以将两台核心交换机虚拟成一台逻辑交换机，接入交换机采用二层交换机，接入交换机与核心交换机之间建立SMLT（分离的多链路聚合）提高接入层的可靠性。两台核心交换机采用VRRP（虚拟冗余路由器协议）技术实现路由冗余。

3.1 MLT（多链路聚合）

MLT（多链路聚合）应用在网络第二层，可以有效地避免单个链路故障引发网络中断情况的发生。MLT允许在两台交换设备之间建立两条或更多的物理链路，它可以将两台交换设备之间所有的物理连接绑定为一条虚拟的传输链路，交换机之间的数据交换由这条虚拟的传输链路完成。构成虚拟传输链路的所有物理链路互为冗余备份。当构成虚拟传输链路的物理链路中有一条或多条由于端口或传输介质发生故障时，数据的传输由剩余的有效物理链路来完成。

由于构成虚拟传输链路的所有物理链路共同参与数据的传输，虚拟传输链路的带宽会成倍增加，从而带来网络传输性能的提升。在MLT连接下，负载在物理链路中的传输由交换机进行调度，负载的切换也是自动完成的，这些对于终端用户是完全透明的，用户不会感觉到故障的发生，以及交换机的动作。

3.2 IST（内部交换聚合）

IST（内部交换聚合）可以使两台交换机共享二层的交换信息，从而将两台物理交换机虚拟为一台逻辑上的交换机。IST要求进行连接的两台物理交换机之间的链路必须是可靠的，因此需要在两台交换机建立MLT连接的基础上再建立IST连接。

3.3 SMLT（分离的多链路聚合）

SMLT（分离的多链路聚合）技术是MLT技术的进一步扩展，它可以实现跨越交换机连接，它允许三台交换机互联形成一个闭合的拓扑。通过IST技术将其中两台交换机虚拟成一台逻辑交换机，从而形成这台逻辑交换机与第三台交换机建立MLT连接的逻辑拓扑。如图2所示。

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图2  SMLT连接示意图

3.4 VRRP（虚拟冗余路由器协议）

VRRP（虚拟冗余路由器协议）是由IETF（互联网工程任务组）制定的工作在网络第三层用于提供网络冗余路由的标准协议。通过VRRP，我们可以利用网络中的两台三层交换机各设置多个路由端口，并把这些路由端口构造成一个虚拟路由端口，这些路由端口同时处于活跃状态，相互进行备份，通过优先权的设置还可以完成负载分摊。

4 设备接入子系统

设备接入子系统由接入到网络中的各种服务器和主机构成。客户端主机可以采用双网卡绑定技术提供网络冗余，服务器资源是网络应用系统的核心，对于关键业务的服务器，可以采取双网卡绑定技术结合双机集群的方式。

4.1 双网卡绑定技术

双网卡绑定的实现思路是利用双网卡与交换机建立两条链路，通过操作系统的支持或第三方软件的支持将两块网卡虚拟为一块逻辑上的网卡，并使用一个IP地址。这样做的好处既可以为主机提供冗余的接入链路，同时还可以提高接入的传输带宽。这项技术的应用效果相当于在主机和交换机之间建立了MLT连接。

4.2 双机集群技术

双机集群技术是通过集群应用系统将两台主机配置为双机热备份运行方式。集群中的两台主机除了安装必须的操作系统和服务外，还必须安装集群应用系统，集群中每个成员的动作、对客户端的响应、成员离线后的处理等都是集群应用系统进行调度和协调的。集群中每个成员运行相同的服务，共同处理来自客户端的请求。集群所有成员共享磁盘阵列，从磁盘阵列中读取数据，同时将数据处理结果写入磁盘阵列中。

集群中的每个成员通过心跳线时刻检测集群成员的在线状态。当双机集群正常运行时，所有的工作负载由两台主机共同分担，一旦有一台主机由于故障离线脱离集群，那么另一台主机会自动接管所有的工作负载，继续响应客户端的请求。当故障主机恢复正常，重新加入集群后，工作负载恢复为两台主机共同分担。由于工作负载的切换是由集群系统自动完成，不需要人工干预，并且时延极短，因此，切换对于客户端来讲是完全透明的，客户端感觉不到后台服务器发生的变化。

5 结束语

以上介绍的无单点故障全冗余网络平台模型采用了几种普遍的网络容灾技术，除此之外，STP（生成树协议）、HSRP（热备份路由协议）等技术都可以用于提高网络的可靠性，实际应用时应根据具体情况选择相应的方法进行网络冗余备份。

参考文献：

[1]蓝羽石.对网络为中心指挥信息系统的认识[J].指挥信息系统与技术，2010，01.

[2]赫川，李英涛.通信网络的图谱可靠性分析[J].哈尔滨工业大学学报，1997.

[3]朱立科，秦勃.局域网虚拟视频共享平台[J].科技情报开发与经济，2007（04）.

作者简介：李欣（1973-），女，工程师，大学本科，研究方向：信息技术管理。