号码携带集中管理系统的高可用技术应用

2011-04-16 11:30:43来源: 互联网
1  引言

  在号码携带系统中,CSMS(集中管理系统)汇总着全国所有运营商号码携带用户的基本数据和号码携带规则,扮演着号码携带业务提供管理者和仲裁者的角色,地位十分重要。CSMS和运营商的号码携带营业生产系统一起,实时为用户提供号码携带申请业务,必须按照电信级系统的要求,提供24h×7d×365d时间内99.99%的服务可用性。因此,CSMS系统的高可用性方案十分重要。

  高可用性(High Availability)一般是指通过尽量缩短系统停机时间,提高系统和应用的可用性。为了提高系统可用性,一种方法是提高计算机各个部件的可靠性,但这种方法并不可靠,因为单一服务器可靠性再高也存在单点故障的潜在隐患,所以目前业界比较成熟的做法是采用集群(CluSTer)的方案。它通过加入冗余设备使得在一个设备出错而停止服务的时候,这些冗余的设备可以继续提供服务。本文中,高可用性的含义还包括“快速恢复”,即一旦由于系统中止并重启后,业务应用能够尽快恢复。

  本文主要介绍了在CSMS中为了实现系统的整体高可用性,在各个层面可以采用的集群技术。

  2  系统高可用技术的应用范围

  在号码携带系统中,从和运营商接口侧到CSMS的核心数据层主要包括以下功能层,高可用方案主要围绕这些层面来展开。

  (1)网络层:是和运营商连接的部分,主要需要考虑,如何避免传输单点故障,如何避免网络设备单点故障?

  (2)Web服务器层:如何保证Web服务器的单点故障?如果提供多台Web服务器,如何在之间进行资源协调?

  (3)应用服务器层:Web服务器提交请求给应用服务器后,如何避免应用服务器的单点故障及多台应用服务器的资源协调?

  (4)数据库服务器层:应用服务器向数据库服务器提交请求时,如何避免数据库服务器的单点故障及多台之间的资源协调?

  (5)应用软件:即使我们采取了各种措施,还是存在服务器硬件宕机的可能性。在系统重启后,我们应用软件如何设计保证系统能快速恢复?

  (6)数据层:如何保证数据存储安全可靠?

  为了回答上述问题,我们需要对各种高可用性技术进行研究和总结。

  3  高可用性技术研究

  3.1  CSMS系统架构

  图1所示的是CSMS系统组织架构。


图1  CSMS系统组织架构

  为了保证系统的高可用性,防止出现单点故障,系统的每个功能层在硬件设备上都采用冗余配置,同时通过各种软件方案设计,实现系统高可用性。

  3.2  网络方案

  在网络方案上,系统和每个运营商之间的专线采用155M POS或者MSTP双光缆接入,利用传输网络的冗余和自愈能力,保证系统物理接入线路的高可用性。每个运营商的两条光缆分别接入到系统的两台接入路由器上,尽量避免路由器设备的单点故障。每台路由器分别配置了多个网卡分别接入多个运营商的专线,防止出现单板卡故障影响到更多的运营商接入。

  在路由器对运营商侧的方案设计上,需要采用动态路由协议,当某台路由器到某个运营商的某条缺省配置路由出现故障时(比如线路故障或板卡故障),需要将备选路由广播到所有相关设备上,新的通信连接则按照新的路由进行通信。在路由器对防火墙的方案设计上,需要采用VRRP协议进行动态IP地址绑定,即两台路由器下联到防火墙的IP为一个虚拟地址,缺省时绑定在某个路由器的实际地址上,当需要切换时,将虚拟地址绑定在另外一台路由器的实际地址上,而对于防火墙来说,不需要做任何改变就完成了通信的切换过程。

  3.3  Web服务器的负载均衡器方案

  从客户端的请求经过网络设备后,将首先到达Web服务器。从系统的高可用性设计角度出发,系统将部署多台Web服务器进行集群。Web服务器之间进行集群包括Web负载均衡和会话的失败转移两个方面。

  负载均衡可以采用多种技术,比如采用硬件负载均衡器,也可以在某个Web服务器上部署负载均衡软件,由这台Web服务器兼作负载均衡器。负载均衡器最主要的特征包括:

  (1)单点接入

  从客户端的角度看,多台Web服务器只有一个地址,就是负载均衡器的服务地址。这样做的好处有两点:一是客户端不需要配置多个Web服务器地址,比较方便;二是可以向客户端网络屏蔽网内具体的设备的地址信息,对网络保护具有一定作用。

  (2)实现负载均衡算法

  当客户端请求到来的时候,负载均衡器能够决定把这个请求转发到后台的哪个Web服务器进行处理。主流算法包括:轮循算法,随机算法和权重算法,无论哪种算法,负载均衡器总是试图让每个服务器实例分担等同的压力。

  (3)健康检查

  一旦某一个Web服务器停止工作,负载均衡器能够检测到并且不再把请求转发到这个服务器。同样,当这个失败的服务器重新开始工作的时候,负载均衡器也能够检测到,并且开始向它转发请求。

  (4)会话粘滞

  所有的Web应用都会有一些会话状态,比如号码携带系统中某个流程是否结束的信息,某条请求消息是否接收到对应的ACK信息或者响应信息等。因为HTTP协议本身是无状态的,所以会话状态就需要记录在某个地方,并且和客户端关联,以便于下次请求的时候能够很方便地取出来。当进行负载均衡的时候,对于某一个确定的会话来说,把请求转发到上一次它所请求到的服务器实例是一个很好的选择,否则的话,可能会导致应用不能正常工作。

  因为一般来说会话状态是存储在某个Web服务器实例的内存中的,所以对于负载均衡器来说,“会话粘滞”的特征非常重要。但是,如果某个Web服务器由于某种原因失败,那么在这个服务器上的会话状态就会全部丢失。负载均衡器能够检测到这个错误并且不再把请求转发到这个服务器,但是由于会话状态的丢失,可能会引发其他错误。因此,负载均衡器必须还要有另一个重要功能“会话失败转移”。

  (5)会话失败转移

  会话失败转移的实现机制是在某个Web服务器在收到某个客户端请求后,将会话对象备份到某个地方,以保证服务器失败的时候会话状态不会丢失。

  如何备份会话数据也有不同的方案,比较主流的方案包括数据库方案和内存复制方案。

  数据库方案就是在合适的时间让Web服务器将会话数据存储到数据库中。当失败转移发生时,另外可用的Web服务器实例接替失败的服务器,从数据库中将会话状态恢复加载进来。数据库方案的优点是:

  ●易于实现。将请求处理和会话备份分离开来使得集群更健壮、更易于管理。

  ●即使整个集群都失败了,会话数据仍然可以保存下来,可以在系统重启时继续使用。

  数据库事务的缺点是比较消耗资源,当会话中的数据量较大时就会受到性能的限制。

  内存复制方案是在备用服务器的内存中保存会话信息,而不是在数据库中进行持久化。和数据库方案相比,这种方案的性能较高,在原始服务器和备份服务器之间直接进行网络通讯的消耗很小,这种方案节省了会话数据“恢复”的阶段,因为会话信息已经在备份服务器的内存中了。

  3.4  应用服务器基于J2EE的方案

  介绍应用服务器的集群方案之前,有必要介绍一下J2EE,因为J2EE已经是一个分布式企业级应用开发与部署的事实标准,应用服务器的集群方案实际上是基于J2EE的某些标准实现的。

  在J2EE中,业务逻辑被封装成可复用的组件,组件在分布式服务器的组件容器中运行,容器间通过相关的协议进行通讯,实现组件间的相互调用。所以,我们看到的网络上客户端或者Web服务器和应用服务器之间的通信过程,在J2EE实现上是组件之间的调用或者是组建对容器服务的调用。这种调用在J2EE的规范中分为两个阶段,一是对JNDI服务器访问,获得要调用的EJB组件的代理(EJB Stub),二是对EJB组件的调用。

  对JNDI访问的集群方案分为共享全局JNDI树方案,独立的JNDI方案和具有高可用性的中央集中JNDI方案,每种方案都可以实现JNDI服务提供的高可用性。

  而在对EJB组件的调用阶段,客户端实际上只能调用一个叫做“Stub”的本地对象,这个本地的“Stub”和远程的EJB有相同的接口,起到代理的作用。Stub知道如何通过RMI/IIOP协议在网络上找到真正的对象。对于在调用EJB Stub过程中的集群方案,主要有以下3种方式:

  ●Smart Stub:在Stub代码中加入特殊的行为,但是这些代码对于客户端而言又是透明的(客户端程序对这些代码一无所知),这些代码包含了一个可访问的目标服务器的列表,也能够检测到目标服务器的失败,同时还包含了很复杂的负载均衡和失败转移的逻辑来分发请求。

  ●IIOP运行库:负载均衡和失败转移的逻辑集成在IIOP运行库中,这样就使得Stub很小并且不掺杂其他代码。

●LSD(LocatiON Service Daemon):LSD的作用是EJB客户端的代理,在这种方案中,EJB客户端通过查找JNDI获取一个Stub,这个Stub中包含的路由信息指向LSD,而不是指向真正的拥有这

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关键字:号码  携带  技术  应用

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0416/article_7081.html
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