號碼攜帶集中管理系統的高可用技術(shù)應用分析

1 引言

　　在號碼攜帶系統中，CSMS（集中管理系統）匯總著(zhù)全國所有運營(yíng)商號碼攜帶用戶(hù)的基本數據和號碼攜帶規則，扮演著(zhù)號碼攜帶業(yè)務(wù)提供管理者和仲裁者的角色，地位十分重要。CSMS和運營(yíng)商的號碼攜帶營(yíng)業(yè)生產(chǎn)系統一起，實(shí)時(shí)為用戶(hù)提供號碼攜帶申請業(yè)務(wù)，必須按照電信級系統的要求，提供24h×7d×365d時(shí)間內99.99%的服務(wù)可用性。因此，CSMS系統的高可用性方案十分重要。

　　高可用性（High Availability）一般是指通過(guò)盡量縮短系統停機時(shí)間，提高系統和應用的可用性。為了提高系統可用性，一種方法是提高計算機各個(gè)部件的可靠性，但這種方法并不可靠，因為單一服務(wù)器可靠性再高也存在單點(diǎn)故障的潛在隱患，所以目前業(yè)界比較成熟的做法是采用集群（CluSTer）的方案。它通過(guò)加入冗余設備使得在一個(gè)設備出錯而停止服務(wù)的時(shí)候，這些冗余的設備可以繼續提供服務(wù)。本文中，高可用性的含義還包括“快速恢復”，即一旦由于系統中止并重啟后，業(yè)務(wù)應用能夠盡快恢復。

　　本文主要介紹了在CSMS中為了實(shí)現系統的整體高可用性，在各個(gè)層面可以采用的集群技術(shù)。

　　2 系統高可用技術(shù)的應用范圍

　　在號碼攜帶系統中，從和運營(yíng)商接口側到CSMS的核心數據層主要包括以下功能層，高可用方案主要圍繞這些層面來(lái)展開(kāi)。

　?。?）網(wǎng)絡(luò )層：是和運營(yíng)商連接的部分，主要需要考慮，如何避免傳輸單點(diǎn)故障，如何避免網(wǎng)絡(luò )設備單點(diǎn)故障？

　?。?）Web服務(wù)器層：如何保證Web服務(wù)器的單點(diǎn)故障？如果提供多臺Web服務(wù)器，如何在之間進(jìn)行資源協(xié)調？

　?。?）應用服務(wù)器層：Web服務(wù)器提交請求給應用服務(wù)器后，如何避免應用服務(wù)器的單點(diǎn)故障及多臺應用服務(wù)器的資源協(xié)調？

　?。?）數據庫服務(wù)器層：應用服務(wù)器向數據庫服務(wù)器提交請求時(shí)，如何避免數據庫服務(wù)器的單點(diǎn)故障及多臺之間的資源協(xié)調？

　?。?）應用軟件：即使我們采取了各種措施，還是存在服務(wù)器硬件宕機的可能性。在系統重啟后，我們應用軟件如何設計保證系統能快速恢復？

　?。?）數據層：如何保證數據存儲安全可靠？

　　為了回答上述問(wèn)題，我們需要對各種高可用性技術(shù)進(jìn)行研究和總結。

　　3 高可用性技術(shù)研究

　　3.1 CSMS系統架構

　　圖1所示的是CSMS系統組織架構。

圖1 CSMS系統組織架構

　　為了保證系統的高可用性，防止出現單點(diǎn)故障，系統的每個(gè)功能層在硬件設備上都采用冗余配置，同時(shí)通過(guò)各種軟件方案設計，實(shí)現系統高可用性。

　　3.2 網(wǎng)絡(luò )方案

　　在網(wǎng)絡(luò )方案上，系統和每個(gè)運營(yíng)商之間的專(zhuān)線(xiàn)采用155M POS或者M(jìn)STP雙光纜接入，利用傳輸網(wǎng)絡(luò )的冗余和自愈能力，保證系統物理接入線(xiàn)路的高可用性。每個(gè)運營(yíng)商的兩條光纜分別接入到系統的兩臺接入路由器上，盡量避免路由器設備的單點(diǎn)故障。每臺路由器分別配置了多個(gè)網(wǎng)卡分別接入多個(gè)運營(yíng)商的專(zhuān)線(xiàn)，防止出現單板卡故障影響到更多的運營(yíng)商接入。

　　在路由器對運營(yíng)商側的方案設計上，需要采用動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，當某臺路由器到某個(gè)運營(yíng)商的某條缺省配置路由出現故障時(shí)（比如線(xiàn)路故障或板卡故障），需要將備選路由廣播到所有相關(guān)設備上，新的通信連接則按照新的路由進(jìn)行通信。在路由器對防火墻的方案設計上，需要采用VRRP協(xié)議進(jìn)行動(dòng)態(tài)IP地址綁定，即兩臺路由器下聯(lián)到防火墻的IP為一個(gè)虛擬地址，缺省時(shí)綁定在某個(gè)路由器的實(shí)際地址上，當需要切換時(shí)，將虛擬地址綁定在另外一臺路由器的實(shí)際地址上，而對于防火墻來(lái)說(shuō)，不需要做任何改變就完成了通信的切換過(guò)程。

　　3.3 Web服務(wù)器的負載均衡器方案

　　從客戶(hù)端的請求經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )設備后，將首先到達Web服務(wù)器。從系統的高可用性設計角度出發(fā)，系統將部署多臺Web服務(wù)器進(jìn)行集群。Web服務(wù)器之間進(jìn)行集群包括Web負載均衡和會(huì )話(huà)的失敗轉移兩個(gè)方面。

　　負載均衡可以采用多種技術(shù)，比如采用硬件負載均衡器，也可以在某個(gè)Web服務(wù)器上部署負載均衡軟件，由這臺Web服務(wù)器兼作負載均衡器。負載均衡器最主要的特征包括：

　?。?）單點(diǎn)接入

　　從客戶(hù)端的角度看，多臺Web服務(wù)器只有一個(gè)地址，就是負載均衡器的服務(wù)地址。這樣做的好處有兩點(diǎn)：一是客戶(hù)端不需要配置多個(gè)Web服務(wù)器地址，比較方便；二是可以向客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )屏蔽網(wǎng)內具體的設備的地址信息，對網(wǎng)絡(luò )保護具有一定作用。

　?。?）實(shí)現負載均衡算法

　　當客戶(hù)端請求到來(lái)的時(shí)候，負載均衡器能夠決定把這個(gè)請求轉發(fā)到后臺的哪個(gè)Web服務(wù)器進(jìn)行處理。主流算法包括：輪循算法，隨機算法和權重算法，無(wú)論哪種算法，負載均衡器總是試圖讓每個(gè)服務(wù)器實(shí)例分擔等同的壓力。