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數(shù)據(jù)中心解決方案
分布式數(shù)據(jù)中心解決方案
技術(shù)背景
數(shù)據(jù)大集中之后，企業(yè)的經(jīng)營活動越來越依賴于數(shù)據(jù)中心與網(wǎng)絡(luò)等IT基礎(chǔ)設(shè)施，IT的7*24全天業(yè)務(wù)連續(xù)運(yùn)營成為大型企業(yè)IT建設(shè)運(yùn)營與企業(yè)經(jīng)營追求的目標(biāo)。如何實現(xiàn)減少甚至消除正常和非正常的停機(jī)對業(yè)務(wù)可用性造成的影響，不僅是IT建設(shè)與運(yùn)維團(tuán)隊的目標(biāo)，更成為企業(yè)決策層所關(guān)注的。
出于災(zāi)備(Disaster Recovery)的目的，企業(yè)一般都會建設(shè)兩個或多個數(shù)據(jù)中心(如圖1所示)。主數(shù)據(jù)中心承擔(dān)用戶的核心業(yè)務(wù)，其他的數(shù)據(jù)中心主要承擔(dān)一些非關(guān)鍵業(yè)務(wù)并同時備份主中心的數(shù)據(jù)、配置、業(yè)務(wù)等。正常情況下，主中心和備中心各司其職，發(fā)生災(zāi)難時，主數(shù)據(jù)中心宕機(jī)、備份數(shù)據(jù)中心可以快速恢復(fù)數(shù)據(jù)和應(yīng)用，從而減輕因災(zāi)難給用戶帶來的損失。由于災(zāi)難是小概率事件，而采用一主一備這種方式，備份數(shù)據(jù)中心只在災(zāi)難發(fā)生時才能起到作用，并且隨著企業(yè)容災(zāi)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(《信息系統(tǒng)災(zāi)難恢復(fù)規(guī)范》GB/T 20988-2007)的提升，備份IT資源和資金會投入越來越大，相互直接又不能夠復(fù)用，從而造成浪費。另外主備模式的應(yīng)用，備中心在接替主中心時需要較長的時間、關(guān)系復(fù)雜，往往會嚴(yán)重影響用戶的業(yè)務(wù)辦理。典型的如國內(nèi)外銀行等高端用戶多采用"兩地三中心"(即生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心、同城災(zāi)備中心、異地災(zāi)備中心)建設(shè)方案。這種模式下，多個數(shù)據(jù)中心是主備關(guān)系，即存在主次，業(yè)務(wù)部署優(yōu)先級存在差別，針對災(zāi)難的響應(yīng)與切換周期非常長，RTO與RPO目標(biāo)無法實現(xiàn)業(yè)務(wù)零中斷，資源利用率低下，投資回報無法達(dá)到預(yù)期。兩地三中心本質(zhì)上是一種通過簡單資源堆砌提高可用性的模式，對高可用的提高、業(yè)務(wù)連續(xù)性的保證仍然只是量變，業(yè)務(wù)連續(xù)性及容災(zāi)備份一直沒有實質(zhì)性的跨越。
目前，以銀行為代表的、包括政府、公共交通、能源電力等諸多行業(yè)用戶，開始將關(guān)注點轉(zhuǎn)向"分布式雙活數(shù)據(jù)中心"(Distributed Active/Active Data Centers)的建設(shè)(如圖2所示)。
分布式數(shù)據(jù)中心的定義
分布式雙活數(shù)據(jù)中心將業(yè)務(wù)分布到多個數(shù)據(jù)中心，彼此之間并行為客戶提供服務(wù)，分布式雙活包括兩大關(guān)鍵特征——分布式和雙活，體現(xiàn)出企業(yè)級用戶在建設(shè)與使用數(shù)據(jù)中心時對資源調(diào)度利用和業(yè)務(wù)部署靈活性的新思路。
所謂分布式，一是指數(shù)據(jù)中心在機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施、地理空間、計算/存儲/網(wǎng)絡(luò)資源的軟硬件部署上是分布而非集中的，滿足災(zāi)備建設(shè)與業(yè)務(wù)聯(lián)系的要求，多個DC在建設(shè)上可以循序漸進(jìn)的展開，彼此保持一定的獨立性，未來擴(kuò)容升級可與現(xiàn)有架構(gòu)保持良好兼容;二是資源的調(diào)度可以跨越多個數(shù)據(jù)中心，運(yùn)維管理可以基于全局，多個數(shù)據(jù)中心間實現(xiàn)有機(jī)結(jié)合與資源共享，邏輯上可以視為一個全局的大數(shù)據(jù)中心。
所謂雙活，一是多中心之間地位均等，正常模式下協(xié)同工作，并行的為業(yè)務(wù)訪問提供服務(wù)，實現(xiàn)了對資源的充分利用，避免一個或兩個備份中心處于閑置狀態(tài)，造成資源與投資浪費，通過資源整合，雙活數(shù)據(jù)中心的服務(wù)能力往往雙倍甚至數(shù)倍于主備數(shù)據(jù)中心模式;二是在一個數(shù)據(jù)中心發(fā)生故障或災(zāi)難的情況下，其他數(shù)據(jù)中心可以正常運(yùn)行并對關(guān)鍵業(yè)務(wù)或全部業(yè)務(wù)實現(xiàn)接管，達(dá)到互為備份的效果，實現(xiàn)用戶的"故障無感知"。
分布式數(shù)據(jù)中心技術(shù)體系
數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)只是數(shù)據(jù)中心總體IT系統(tǒng)的一個組成部分，建設(shè)分布式雙活數(shù)據(jù)中心需要網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲等多個IT系統(tǒng)之間緊密合作才能實現(xiàn)。分布式雙活數(shù)據(jù)中心的技術(shù)體系內(nèi)容非常豐富，從數(shù)據(jù)中心前端的全局負(fù)載均衡(GSLB)到服務(wù)器前端的負(fù)載均衡(SLB)和服務(wù)器集群HA技術(shù)，再到后端的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)技術(shù)，涉及數(shù)據(jù)中心整體解決方案的方方面面。
分布式數(shù)據(jù)中心前段網(wǎng)絡(luò)雙活
在分布式雙活數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，通過數(shù)據(jù)中心前端分布式網(wǎng)絡(luò)雙活技術(shù)，用戶能快速訪問"距離最近"的可用數(shù)據(jù)中心相對應(yīng)的業(yè)務(wù)，提高服務(wù)響應(yīng)速度，提升用戶訪問體驗。數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)對外發(fā)布時，可以采用純IP地址也可以采用DNS域名方式。根據(jù)業(yè)務(wù)對外發(fā)布方式的不同，數(shù)據(jù)中心前端也相應(yīng)采用不同的技術(shù)實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)雙活。
如圖3所示，當(dāng)業(yè)務(wù)采用純IP方式對外發(fā)布時，正常情況下只有主中心DC A對外發(fā)布業(yè)務(wù)路由，從而將用戶訪問流量牽引到主中心，實現(xiàn)主中心業(yè)務(wù)訪問。而備中心DC B的流量管理設(shè)備(支持RHI特性)只探測業(yè)務(wù)地址，因沒有探測到而不對外發(fā)布業(yè)務(wù)路由，實現(xiàn)主中心的備份作用。
圖3 純IP地址方式發(fā)布業(yè)務(wù)正常情況由主中心提供業(yè)務(wù)
當(dāng)主中心業(yè)務(wù)遷移到備中心后，備中心的'流量管理設(shè)備探測到業(yè)務(wù)IP已經(jīng)轉(zhuǎn)移到備中心，從而對外發(fā)布業(yè)務(wù)路由，引導(dǎo)用戶訪問備中心的業(yè)務(wù)IP，從而實現(xiàn)基于純IP發(fā)布業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)中心前端網(wǎng)絡(luò)雙活。
當(dāng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)基于DNS域名方式對外發(fā)布時，可以采用基于智能DNS解析的GSLB。GSLB解決了第一步即引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心前端廣域網(wǎng)用戶流量訪問適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)中心問題，所以GSLB的應(yīng)用環(huán)境往往是基于域名的多數(shù)據(jù)中心之間的負(fù)載分擔(dān)和相互之間的容災(zāi)備份。
圖4 DNS方式GSLB的基本模型
(如圖4所示)GSLB 基于DNS的流量管理機(jī)制主要完成DNS解析請求的負(fù)載均衡、服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)控、用戶訪問路徑優(yōu)化。用戶訪問應(yīng)用時，域名解析請求將由GSLB負(fù)責(zé)處理，它通過一組預(yù)先定義好的策略，將最接近用戶的節(jié)點地址提供給用戶，使其可以得到快速的服務(wù)。同時，它還與分布在各DC的所有GSLB節(jié)點保持通訊，搜集各節(jié)點的健康狀態(tài)，以保證不將用戶的請求分配到任何一個已經(jīng)不可用的節(jié)點上。GSLB 通過就近探測實現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)(如圖5所示)。
圖5 GSLB就近探測原理
數(shù)據(jù)中心A、B、C各部署一個GSLB，其中DC A的GSLB為主GSLB，響應(yīng)流程如下：
1. Local DNS向主GSLB發(fā)起域名解析請求;
2. GSLB-A、GSLB-B、GSLB-C將訪問local DNS的延遲時間等相關(guān)信息返回給GSLB-A匯總，并判斷最優(yōu)的地址返回給local DNS;
3. 以站點的響應(yīng)時間作為引導(dǎo)用戶的依據(jù)，用戶的訪問請求被導(dǎo)向到性能好，響應(yīng)時間快的站點。
DNS方式的GSLB主要功能和特性如下：
應(yīng)用智能：感知應(yīng)用，及時發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)中斷;
可管理：自動切換，通知用戶改變數(shù)據(jù)訪問點;
高性能：支持流量在數(shù)據(jù)中心的動態(tài)負(fù)載均衡。
分布式數(shù)據(jù)中心后端網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)
通過虛擬機(jī)動態(tài)遷移技術(shù)(如VMware的vMotion)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心間的計算資源動態(tài)調(diào)配，通過服務(wù)器高可用集群技術(shù)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心間應(yīng)用級容災(zāi)，這兩種應(yīng)用場景統(tǒng)稱為"分布式數(shù)據(jù)中心(Distributed Data Center)部署方式"，其特點是一個應(yīng)用系統(tǒng)在IP地址不變的情況下可以在不同數(shù)據(jù)中心對外提供服務(wù)，但同一時段此應(yīng)用只出現(xiàn)在一個數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心的訪問用戶不感知這種變化。虛擬化從根本上改變了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的需求，最重要的一點就是，虛擬化引入了虛擬機(jī)動態(tài)遷移技術(shù)，從而要求網(wǎng)絡(luò)支持大范圍的二層域，大二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，以幫助解決二層網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。
以太網(wǎng)虛擬化互聯(lián)(EVI：Ethernet Virtual Interconnection)技術(shù)基于現(xiàn)有的服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，給分散的物理站點提供靈活的二層互聯(lián)功能。EVI解決方案部署非常簡單，成本低廉，只需要在站點邊緣部署一個或多個支持EVI功能的設(shè)備，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)無需做任何變動
數(shù)據(jù)中心之間需要二層互聯(lián)，建議在數(shù)據(jù)中心添加獨立的邊緣層設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)中心之間的二層互聯(lián)，邊緣層支持設(shè)備冗余以提升高可靠性。當(dāng)然，如果數(shù)據(jù)中心匯聚層設(shè)備支持MDC，可以在現(xiàn)有匯聚層設(shè)備上劃分出一個邏輯獨立的邊緣層設(shè)備。這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量，降低成本。標(biāo)準(zhǔn)的EVI部署模型如圖10所示。
圖10 EVI部署模型
在數(shù)據(jù)中心添加獨立的邊緣層設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)中心之間的二層互聯(lián)，邊緣層支持設(shè)備冗余以提升高可靠性。數(shù)據(jù)中心的多個POD的匯聚層設(shè)備通過二層鏈路連接到邊緣設(shè)備，從而不同數(shù)據(jù)中心站點之間的POD之間形成大的二層轉(zhuǎn)發(fā)域。
云數(shù)據(jù)中心解決方案
云計算數(shù)據(jù)中心是一種基于云計算架構(gòu)的計算、存儲及網(wǎng)絡(luò)資源松耦合，完全虛擬化各種IT設(shè)備、模塊化程度較高、自動化程度較高、具備較高綠色節(jié)能程度的新型數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心從物理上聚集了大量服務(wù)器，是網(wǎng)絡(luò)的邏輯中心，提供業(yè)務(wù)的源頭。數(shù)據(jù)中心應(yīng)具備十分豐富的帶寬資源、安全可靠的機(jī)房設(shè)施、高水平的網(wǎng)絡(luò)管理、十分完備的增值服務(wù)。數(shù)據(jù)中心的實質(zhì)是創(chuàng)造盡可能多的基于帶寬的增值價值。
云數(shù)據(jù)中心特點：一是高度虛擬化，包括服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用等虛擬化，用戶可以按需調(diào)用各種資源;二是自動化管理程度，包括物理服務(wù)器、虛擬服務(wù)器管理，相關(guān)業(yè)務(wù)自動化流程管理、客戶服務(wù)收費等自動化管理;三是綠色節(jié)能，云計算數(shù)據(jù)中心在各方面符合綠色節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，一般PUE值不超過1.5。
虛擬化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)圖
云數(shù)據(jù)中心解決方案包括虛擬化平臺、虛擬化數(shù)據(jù)中心管理、虛擬化數(shù)據(jù)中心運(yùn)維、虛擬化數(shù)據(jù)中心備份、虛擬化數(shù)據(jù)中心安全等。虛擬化數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)和應(yīng)用運(yùn)行平臺，實現(xiàn)所有計算資源的池化，能夠?qū)崿F(xiàn)共享、動態(tài)、集中監(jiān)控、集中管理、擴(kuò)展和高可用特性。虛擬化數(shù)據(jù)中心的管理平臺可實現(xiàn)對底層基礎(chǔ)架構(gòu)的管理，實現(xiàn)對虛擬化資源的管理，在統(tǒng)一的管理平臺上實現(xiàn)跨地域，多數(shù)據(jù)中心的管理。虛擬化數(shù)據(jù)中心運(yùn)維平臺是確保虛擬化數(shù)據(jù)中心進(jìn)行自動化操作的關(guān)鍵平臺，也是和未來的有云門戶進(jìn)行接口的.平臺。虛擬化備份平臺對整個數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用、數(shù)據(jù)實現(xiàn)集中的備份和恢復(fù)，確保當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)故障、誤操作等情況下的應(yīng)用系統(tǒng)可用性和可恢復(fù)。集中的虛擬化數(shù)據(jù)中心安全，根據(jù)不同用戶、不同管理員的使用權(quán)限和角色，對其能夠訪問的系統(tǒng)，能夠執(zhí)行的操作進(jìn)行詳細(xì)的定義。
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