实现地址冲突服务器虚拟化及MES取数云计算机

◎谭振军

前言

随着MES 的深入应用，每一套装置都需要一台MES BUFFER 服务器给MES 服务器传递数据。仪表车间每升级一套装置的DCS 就需要一台BUFFER 服务器以及相应的网络设备与之配套，各装置DCS 相对独立，仪表车间没有对IP 进行统一规划，有几套装置OPC 服务器IP 地址相同，导致与之相连的BUFFER 服务器无法整合到一起进行虚拟化，使用Vlan 技术、Trunk 技术成功解决了这一难题，实现了BUFFER 服务器的虚拟化，在这个基础之上利用虚拟平台技术建立双链路多服务器云计算平台。

一、原MES 网络情况

1.MES 取数过程。

MES 通过仪表DCS 的OPC 接口将采集的数据传递给BUFFER 服务器，BUFFER 服务器再将数据通过防火墙传递给MES 服务器子网中的数据库，MES 通过各种应用程序对数据库中数据进行处理和展示，用户通过信息网对MES 系统进行访问。

2.网络连接情况。

仪表OPC 接口连接一台接入交换机，然后通过光纤连接至服务器机房，再用一台交换机进行接收并将光信号转换成电信号连接至BUFFER 服务器第一块网卡，BUFFER 服务器的第二块网卡连接至MES 核心交换机，再通过防火墙与信息网相连。TOP结构如图-1：

图-1：原MES 网络拓扑

3.存在的问题。

问题一：系统不具备可扩展性，服务器利用率低，资源浪费。每套装置都需要一台交换机和BUFFER 服务器，如果有10 套装置则需要10 台交换机和10 台服务器，不具备可扩展性。

问题二：部分装置BUFFER 服务器IP 地址相同，存在IP 冲突，由于仪表车间不允许信息中心修改OPC 服务器地址，导致无法将所有BUFFER 机虚拟化到一个私有云中。

二、网络优化改造与服务器虚拟化及云计算实现

1.优化整合目标。

（1）优化网络，将所有BUFFER 服务器整合到一个私有云，实现虚拟化。

（2）将服务器端交换机整合成一个交换机，减少交换机的使用，节约网络设备。

（3）形成双设备双链路冗余的云计算平台，具备稳定性、高可用性、可扩展性。

2.网络链路聚合。

BUFFER 服务器虚拟化的关键是图-1 中与OPC 服务器相连的子网能使用一根物理网线连接，如果各个装置是不同的子网，使用路由连接是很容易做到的。但是有部分装置OPC 服务器在一个子网，甚至IP 地址完全相同，因此无法使用路由连接。

该问题可简化成如何使两台IP 地址完全相同的服务器如何虚拟化到同一台物理服务器。这个问题最后反复测试可以用最简单的Trunk 和VLAN 实现。具体方法如下：

图-2：相同IP 地址服务器虚拟化

在图-2 中假设装置1 和装置2 的OPC 服务器地址都是192.168.1.1，BUFFER 服务器IP 也都是192.168.1.2.使用VLAN 分割网络，使用Trunk 聚合到一条物理链路。

假定装置1 子网对应VLAN10，装置2 对应VLAN20。在交换机1 上创建VLAN10，将连接对应端口划入VLAN10；在交换机2上创建VLAN20，将连接对应端口划入VLAN20。

在MES 汇聚交换机中创建VLAN10、VLAN20，与交换机1 连接的端口划入VLAN10，与交换机2 连接的端口划入VLAN20；与BUFFER 服务器连接端口设为Trunk，端口允许VLAN10、VLAN20。

BUFFER 服务器物理机网卡设置为Trunk 模式，然后在虚拟服务器1 上使用虚拟网卡，虚拟网卡VLAN 号设置为10，IP 地址配置192.168.1.2，虚拟服务器2 的VLAN 号设置为20，IP 地址也配置为192.168.1.2。

该方式巧妙使用VLAN 隔离网络，使用Trunk 聚合，使得相同IP 地址服务器虚拟化到一台物理服务器得以实现。

3.全部装置BUFFER 虚拟化实现。

使用2.2 中的方法将多套装置汇聚到一台交换机，然后与物理BUFFER 服务器连接的端口配置成Trunk 端口。

物理服务器需要3 块网卡，其中2 块配置网络冗余连接DCS网络，1 块连接MES 网络，对物理服务器磁盘做好RAID，安装好系统软件，配置好虚拟化角色及2 台虚拟交换机，1 台虚拟交换机连接聚合的DCS 网络，另1 台交换机连接MES 网络，虚拟平台可以用微软的Hyper-V 也可用用Vmware 的ESXI，开启网卡虚拟VLAN 功能。

在虚拟平台创建完成一套装置的虚拟机后，可以保存为模板，新增加装置时只需要复制一台完成网络及其他必要配置就可以轻松完成部署。

完成后只用一台物理BUFFER 服务器和一台汇聚交换机就完成了服务器端的全部功能。完成后拓扑图如图-3。

图-3：改造后网络拓扑

4.稳定、高可用性、可扩展性云取数平台实现。

优化整合完成后并未实现消除BUFFER 服务器单点故障的问题。因此需要进一步优化以实现BUFFER 服务器形成双设备双链路冗余，提高稳定性、高可用性、提供可扩展性。

实现方法：使用物理服务器开启双物理网卡绑定成一个虚拟网卡，该虚拟网卡开启VLAN 功能。物理网卡双上联至汇聚交换机的TRUNK 端口，从而保证了链路冗余。增加一台BUFFER 服务器采用同样配置双上联至汇聚交换机，从而保证了服务器冗余。如果装置太多，两台服务器性能不够，可以使用多台物理服务器搭建云取数平台。

具备高可用性云取数平台网络拓扑如图-4。

图-4：高可用性云取数网络拓扑

三、结论

通过网络技术优化DCS 取数网，将分散的多台交换机和存在相同IP 地址的多台BUFFER 服务器进行虚拟化，消灭了数十台普通计算机担任的BUFFER 服务器，分别优化整合至一台交换机和一台服务器，不仅节约了资源还提高了稳定性。然后使用虚拟化平台技术将系统优化成双链路多服务器的云计算平台，保证了高可用性。对于新装置，只需要在取数云平台上使用模板建立虚拟机即可轻松部署，服务器端无需新增软硬件资源，具备可扩展性。