软交换容灾技术(2)

兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）

软交换 信令 SS SS 软交换信令 软交换信令 软交换 信令 七号 信令 软交换 信令 七号 信令 SG SG TDM交换机 话路 中继 话路中继 IP 话路 中继 TDM交换机 TMG TMG 图1-1中国移动的软交换网络体系结2

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2 容灾技术简介

2.1 容灾的定义

在给出容灾的概念之前，有必要先给出灾难的定义。从一个计算机系统的角度讲，一切引起系统非正常停机的事件都可以称为灾难。大致可以分成以下三个类型：

自然灾害，包括地震、火灾、洪水、雷电等，这种灾难破坏性大，影响面广； 设备故障，包括主机的CPU、硬盘等损坏，电源中断以及网络故障等，这类灾难影响范围比较小，破坏性小。

人为操作破坏，包括误操作、人为蓄意破坏等等。

容灾（Disaster Tolerance），就是在上述的灾难发生时，在保证生产系统的数据尽量少丢失的情况下，保持生存系统的业务不间断地运行。

2.2 容灾的评价指标

现在工业界都以数据丢失量和系统恢复时间作为标准，对某个容灾系统进行评价，公认的评价标准是RPO和RTO。

RPO（Recovery Point Objective）: 恢复点目标，以时间为单位，即在灾难发生时，系统和数据必须恢复到的时间点要求。RPO标志系统能够容忍的最大数据丢失量。系统容忍丢失的数据量越小，RPO的值越小。

RTO（Recovery Time Objective）: 恢复时间目标，以时间为单位，即在灾难发生后，信息系统或业务功能从停止到必须恢复的时间要求。RTO标志系统能够容忍的服务停止的最长时间。系统服务的紧迫性要求越高，RTO的值越小。

RPO针对的是数据丢失，RTO针对的是服务丢失，两者没有必然的联系，并且两者的确定必须在进行风险分析和业务影响分析之后根据业务的需求来确定

2.3 常见的几种容灾技术

传统的容灾技术通常指针对生产系统的灾难采用的远程备份系统技术。但是，随着对容灾系统要求的不断提高，现在的容灾技术包括了可能引起生产系统服务停止的所有防范和保护技术。一般来讲，一个容灾系统中实现数据容灾和应用容灾采取不同的实现技术，数据容灾的技术包括数据备份技术、数据复制技术和数据管理技术等，而应用容灾包括灾难检测技术、系统迁移技术和系统恢复技术等等。 2.3.1数据备份技术

数据备份就是把数据从生产系统备份到备份系统中的介质中的过程。 主机备份

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这种备份就是传统意义上的基于主机（Host-based）的备份。主机负责将数据备份到和主机直接相连的存储介质上（一般是磁带）。虽然这种备份的速度快，管理简单，但是仅能适应于单台服务器备份，并且在灾难恢复过程中，系统恢复的时间长。

网络备份

随着网络的发展，传统的主机备份渐渐地转向了网络备份，即系统中备份数据的传输以网络为基础。根据备份系统中备份服务器、介质服务器是否在同一个局域网（LAN）中，可以将网络备份分为基于局域网的备份和远程网络备份。

基于局域网的备份特点是应用服务器、备份服务器和介质服务器共用一个局域网络，备份服务器统一管理备份的过程，多个应用服务器可以将各自的数据备份到介质服务器上。这种备份方式可以共享介质资源，实现集中的备份管理。缺点是对网络带宽和备份时间的压力比较大，并且不具备远程的容灾能力。当然通过将介质（磁盘、磁带或光盘）运输到远程保存，可以具备一定的容灾能力。

远程网络备份

则是介质服务器与应用服务器不属于同一个局域网，备份服务器依然统一管理备份的过程，备份数据则是通过广域网（WAN），异步传输模式（ATM）或者英特网（Internet）等公共网络传送到远程的介质服务器上。这种备份方式基本上构成了一个异地的备份容灾方案。由于备份数据在公共网络上传输，备份的速度、备份数据的完整性和安全性等方面都需要考虑。

专有存储网络备份

当存储系统成为一个独立于备份系统的系统之后，特别是存储局域网（SAN）的发展，使得备份过程可以在存储局域网中实现，根据备份过程中对应用服务器的影响，专有存储网络备份可以分为LAN-Free备份和Server-Free备份。

LAN-Free备份，是在存储网络（Storage Network）之上建立的一种备份系统。在该备份系统中，生产系统的存储和介质服务器的存储直接通过专用存储网络进行连接，在备份过程中，庞大的备份数据不经过主机系统所在的网络，而是通过专用的存储网络传输到介质上。这种备份方式的优点是共享介质资源，实现集中管理，不会对主机系统网络有影响。缺点是实现比较复杂，成本相对较高。

Server-Free备份，则是建立在存储区域网（SAN）的基础上，备份过程无需应用服务器参与数据传输的备份系统。这种备份方式可以保证生产系统及其网络不受影响。目前这种备份技术还不太成熟，对硬件的性能和兼容性的要求都很高。

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专用存储网络备份更多关注的是存储系统的扩展性、可用性以及性能等方面的因素，可以讲存储局域网的发展将会在更大程度上提高系统的数据容灾能力。 2.3.2数据复制技术

和数据备份相比，数据复制技术则是通过不断将生产系统的数据复制到另外一个不同的备份系统中，以保证在灾难发生时，生产系统的数据丢失量最少。

按照备份系统中数据是否与生产系统同步，数据复制可以分成同步数据复制和异步数据复制。同步数据复制就是将本地生产系统的数据以完全同步的方式复制到备份系统中。由于发生在生产系统的每一次输入/输出（I/O）操作都需要等待远程复制完成才能返回，这种复制方式虽然可能做得数据的零丢失，但是对系统的性能有很大的影响。异步数据复制则是将本地生产系统中的数据在后台异步的复制到备份系统中。这种复制方式会有少量的数据丢失，但是对生产系统的性能影响较小。

根据数据复制的层次，数据复制技术的实现可以分成以下四种：

(1)存储系统数据复制：数据的复制过程通过本地的存储系统和远端的存储系统之间的通信完成。这种方式的复制对应用来讲时透明的，可以直接实现数据容灾功能，也可以提供很高的性能，可是，对存储系统的要求比较高。 (2) 数据交换层数据复制：这种方式的复制技术是伴随着存储局域网的出现引入的，即在存储局域网的交换层上实现数据复制。实现方式可以通过专有的复制服务器实现，也可以通过存储局域网（SAN）交换机，将数据同步的复制到远端存储系统中。

(3) 操作系统层数据复制：主要通过操作系统或者数据卷管理器来实现对数据的远程复制。这种复制技术往往要求本地系统和远端系统是同构的，并且由于数据复制由主 机系统完成，其效率和管理上也存在不少问题。

(4) 应用程序层数据复制：例如数据库的异地复制技术，通常采用日志复制功能，依靠本地和远程主机间的日志归档与传递来实现两端的数据一致。这种复制技术对系统的依赖性小，有很好的兼容性。缺点是本地应用程序向远端复制的是日志文件，这需要远端应用程序重新执行和应用才能生产可用的备份数据。另外，由于各个应用程序采取的复制技术不同，无法以一种技术实现多种应用的数据复制。 2.3.3 灾难检测技术

对于一个容灾系统来讲，在灾难发生时，尽早地发现生产系统端的灾难，尽快地恢复生产系统的正常运行或者尽快地将业务迁移到备用系统上，都可以将灾难造成的损失降低到最低。除了依靠人力来对灾难进行确定之外，对于系统意外停机等灾难还需要容灾系统能够自动地检测灾难的发生，目前容灾系统的检测技术一般采用心跳技术。

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心跳技术，其中一个实现是：生产系统在空闲时每隔一段时间向外广播一下自身的状态。检测系统在收到这些“心跳信号”之后，便认为生产系统是正常的，否则，在给定的一段时间内没有收到“心跳信号”，检测系统便认为生产系统出现了非正常的灾难。心跳技术的另外一个实现是：每隔一段时间，检测系统就对生产系统进行一次检测，如果在给定的时间内，被检测的系统没有响应，则认为被检测的系统出现了非正常的灾难。心跳技术中的关键点是心跳检测的时间和时间间隔周期。如果间隔周期短，会对系统带来很大的开销。如果间隔周期长，则无法及时地发现故障。 2.3.4系统迁移技术

灾难发生后，为了保持生产系统地业务连续性，需要实现系统的透明性迁移，利用备用系统透明地代替生产系统进行运作。一般对实时性要求不高的容灾系统，例如Web服务，邮件服务器等，可以通过修改域名服务器（DNS）或者IP来实现，对实时性要求高的容灾系统，则需要将生产系统的应用透明地迁移到备用系统上。目前基于本地机群的进程迁移的算法可以应用在远程容灾系统中，但是需要对迁移算法进行改进，使之适应复杂的网络环境。

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