背景

近年來自然災害的頻發為各行業的安全敲醒了警鍾,對於IT係統來說如何通過災備保證係統安全及業務連續性成為廣大IT人關注的問題。特別是對於一些市級、省級、國家級的數據中心,單個數據中心已經滿足不了可靠性的高要求,而雙活數據中心則是熱門的解決方案。

 雙活數據中心,區別於一個數據中心、一個災備中心的模式。災難是一個小概率事件,采用一主一備這種方式,備份數據中心隻在災難發生時才能起到作用,這對於某些用戶來說是IT資源和資金的浪費。而雙活數據中心的特點是兩個數據中心都是在線運行的,如果斷了一個數據中心,另外一個數據中心還是在正常運行的,對用戶來說是不可感知的,業務幾乎不受影響。這樣就充分利用了資源,從而避免一個數據中心常年處於閑置狀態而造成浪費。並且通過資源整合,“雙活”數據中心的服務能力是雙倍的。

雙活數據中心組網拓撲如下:

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雙活的實現方式:數據庫雙活、應用雙活、存儲雙活、網絡雙活


Ø網絡雙活

從網絡上來看,雙活數據中心需要將同一個網絡擴展到多個數據中心,在數據中心間需要大二層網絡連接並且實現服務器和應用的虛擬化數據中心互聯技術。

大二層的網絡技術有IRF、TRILL、SPB、EVI等。IRF是將多台網絡設備(成員設備)虛擬化為一台網絡設備(虛擬設備),並將這些設備作為單一設備管理和使用。

TRILL的全稱就是Transparent Interconnection of Lots of Links,顧名思義,其本質就是將很多條鏈路透明地組織在一起,以致於上層IP應用感覺這隻是一條鏈路似的。它本質上是一個2.5層的技術,使用最短路徑、多路徑等三層路由技術來講多條鏈路組織成為一個大二層網絡,並支持VLAN、自配置、多播等二層功能。TRILL目前最大可以支持10核心組網,其最大能力可以無阻塞的接入27648台雙網卡千兆服務器,但TRILL技術目前在芯片實現上存在客觀缺陷,核心層不能支持三層終結,也就是說TRILL的核心層不能做網關設備。必須要在核心層上再增加一層設備來做網關,這導致網絡結構變得複雜,管理難度增加,網絡建設、運維成本都會增加。

SPB的組網方案和TRILL基本相同(同樣可支持接入27648台),其優勢在於能夠方便的支持VLAN擴展功能,但同樣存在網關與SPB核心必須分離的芯片缺陷,導致網絡層次增加,管理、運維成本增加。

EVI可以通過匯聚層和核心層之間的IP網絡實現二層互通,所以通過EVI擴展多個二層域的時候不需要更改布線或是設備,僅僅需要在匯聚設備上啟用EVI特性即可,這樣可以平滑的擴展二層網絡的規模。其技術成熟、架構穩定,能夠支持大規模二層網絡(接入規模221184),運維也簡單方便。思科的Cisco OTV技術與EVI同理;另外,也有部分虛擬化

和軟件廠商提出了軟件的L2 over L3技術解決方案。例如VXLAN、NVGRE,前者是由VMware和思科提出的標準(使用了L2oUDP的封裝方式),後者是由HP和微軟提出的標準(使用了L2oGRE封裝方式),在虛擬化層的vSwitch中將二層數據封裝在UDP、GRE報文中,在物理網絡拓撲上構建一層虛擬化網絡層,從而擺脫對網絡設備層的二層、三層限製。這兩種技術的主要特點是隧道的起點和終點主要在vswitch上,而不是物理交換機上。隧道的封裝在服務器內部的vswitch就已經打好,然後將物理網絡當作大的IP背板加以穿透,大二層範圍可以跨DC。以期達到快速部署,靈活創建虛擬化網絡的目的。但這些技術由於性能、擴展性等問題,也沒有得到廣泛的使用。

在數據中心之間建設一張虛擬的大二層網絡是實現網絡雙活的基礎。通過大二層網絡,可以實現跨數據中心的集群、資源共享和故障探測,它是保證故障發生後到故障切換中間過程不丟包的重要手段。

另外通過負載均衡技術,可以實現流量在不同數據中心間的調度以及在單數據中心內多服務器的負載分擔;同時,負載均衡設備也是探測業務故障實現自動切換的關鍵實現點。


Ø存儲雙活

存儲雙活使信息能在數據中心內部以及數據中心之間共享、存取或移動,從而將各種不同的存儲係統聯合成為單一資源。它允許地理上分離的兩個數據中心間的存儲係統同時進行數據存取,對客戶透明,且保證了數據的可靠性和可用性。

利用跨數據中心的存儲虛擬化功能和數據鏡像功能,結合上層應用集群,使兩個數據中心都處於運行狀態,可同時承擔相同業務,提高數據中心的整體服務能力和係統資源利用率,並且互為生產和備份,當單數據中心故障時,業務自動切換到另一數據中心,實現RPO=0,RTO≈0,解決了傳統災備中心不能承載業務和業務無法自動切換的問題。

典型的技術有IBM的SVC和EMC的VPLEX、HDS的GAD等。IBM SVC是一個軟硬件集成化的產品,專業的虛擬存儲軟件運行在集群式的硬件引擎上。主機集群可通過兩邊存儲同時訪問同一個虛擬卷,雙中心同時提供對外服務,可提高資源利用率。EMC的VPLEX Metro技術則可以將在100公裏之內的兩個VPLEX集群連接起來,也就是會有8個VPLEX引擎,通過這些引擎能將兩個數據中心內最多1.6萬個虛擬存儲卷整合在一起,並且將最大響應時間控製在5ms以內,同時保證兩個數據中心中的應用都能訪問這些存儲卷。HDS GAD基於陣列,用戶數據可以在兩台存儲中實時同步複製,並提供對外的數據訪問服務,用戶主機可以訪問任意一台存儲的數據,如果一台存儲設備出現故障,業務可以不間斷地訪問另一台存儲設備。HDS GAD解決方案可以為客戶解決兩個難題:當生產係統出現了問題,業務可以自動地不停機切換到另外一台存儲設備上,兩數據中心之間的理論距離為100公裏之內。

 存儲雙活是數據中心雙活的重要基礎。


Ø數據庫雙活

數據庫雙活則是指兩個數據庫係統可以在相隔比較遠的情況下同時運行、支持相同的應用負載,並且在一方出現故障時能夠迅速切換到另一方(分鍾級),保證業務高可用性。比如ORACLE擴展的RAC和DB2的purescale技術( 注:DB2 pureScale 是DB2的可選特性,它允許你通過“雙機(active-active)”配置將數據庫擴展到一組服務器上,以便交付高水平的可用性和可伸縮性。在這種配置中,運行於各主機(或服務器)上的 DB2 副本可以同時讀取和寫入相同的數據。)。但數據庫的雙活前提必須是網絡和存儲雙活。以ORACLE擴展的11G RAC為例,其ASM卷則需要在兩邊存儲做鏡像綁定,以保證讀寫一致。

在雙活數據中心模式下,Oracle RAC數據庫可以實現跨站點部署。兩個Oracle RAC節點分別部署在兩個數據中心(Oracle RAC 1部署在數據中心1,Oracle RAC 2部署在數據中心2),即使數據中心1發生故障,也不會影響到運行在數據中心2裏的Oracle RAC 2應用。結合HA技術,還可以保證數據中心2自動重啟原來運行在數據中心1的Oracle RAC 1應用。相比運行在物理架構上RAC,則運行在雲計算平台之上的Oracle RAC不僅可以實現更高級別的業務連續性,而且可以在線進行維護和擴容。借助雲計算虛機遷移技術,還可以在線遷移Oracle RAC節點,從而避免了硬件維護時的應用部分中斷。此外,通過雲計算DRS技術,万利达影院還可以在線增加RAC節點虛擬機的CPU數量以及內存容量,從而避免了硬件擴容時的應用中斷。


Ø應用雙活

數據中心雙活在應用處理層麵上實現了完全冗餘,業務通過負載均衡自動路由到不同數據中心的應用服務器,所有的業務係統同時在同城的兩個數據中心運行,同時為用戶提供服務。當某個數據中心的應用係統出現問題時,有另一個數據中心的應用來持續的提供服務。好處是服務能力是雙倍的,業務連續性和穩定性得到了大大的提高且對用戶來說服務體驗更好,故障無需感知。

真正的雙活,要在數據中心的從上到下各個層麵,都要實現雙活。存儲、服務器、網絡、數據庫、應用,各層麵都要有雙活的設計,這樣才能真正意義上實現數據中心層麵的雙活。


總結

以上闡述了4種數據中心的建設模式,不同的模式適合不同的應用場景,小型企業數據中心多采用傳統模式,隨著超融合架構的到來,傳統數據中心會逐漸消失,向雲架構數據中心靠攏,幾台超整合一體機便可組建一套小型雲架構數據中心;軟件定義數據中心多用於行業雲、醫療雲、政務雲、公有雲等;雙活數據中心有異地和同城,同城的多為醫院、教育等,異地雙活數據中心多為大型企業、金融行業等。


 

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