CN103036701B - 一种跨网段的n+1备用方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种跨网段的N+1备用方法，应用于服务器的网关设备上，该方法包括：通过配置接口接收与N个浮动IP地址分别对应的网关子接口IP地址以及与N个浮动IP地址对应的静态路由；检测主用服务器是否正常对外发送业务报文，如果否则主用服务器异常，并将该主用服务器的浮动IP地址对应的静态路由设置为无效状态；检测备用服务器是否启用浮动IP地址，如果是则将该浮动IP地址对应的静态路由置为有效状态，并通过路由协议报文对外发布该浮动IP地址的静态路由。本发明能够有效解决现有技术无法实现服务器跨网段N+1的技术问题。

Description

一种跨网段的N+1备用方法及装置

技术领域

本发明服务器业务备用技术，尤其涉及一种N+1的备用方法及装置。

背景技术

随着监控行业的发展监控系统规模越来越大，用户对监控服务器的可靠性需求越来越高，目前对服务器（如VM服务器）的备用机制主要是双机备用或者是N+1备用。

双机备用即一台主机（即主用服务器）及一台备机（即备用服务器）都放在同一个机房中，共用一个浮动IP地址对外提供业务服务器。需要说明的是浮动IP地址与动态IP地址是两个不同的概念。浮动IP地址既可以是固定配置的也可以是动态分配的。在主机正常时，浮动IP地址在主机上，主机对外提供监控业务服务。主机故障或者网络中断后，备机检查到主机异常，备机切换成工作状态，浮动IP地址切换到备机上，备机对外提供监控业务服务（这也是浮动IP地址定义的由来）。然而这种方法的缺陷是成本比较高，因为每一个服务器都需要一个备用服务器。

另外一种备用方法是N+1备用，即N个主机和一台备机的组合，N个主机分别使用N个浮动IP地址对外提供服务，当其中一台主机异常后，备机使用该主机的浮动IP地址对外提供服务。但是，请参考图1所示的地铁沿线组网图，因为要使用同一个浮动IP地址，所以服务器VM1必须与备用VM在同一个二层网络，同理，服务器VM2，VM3…等都必须与备用VM在同一个二层网络，则现有的服务器N+1备用方案限制了所有的服务器都在一个二层网络。如果服务器在异地，中间需要跨三层网络，现有的N+1方案无法使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种跨网段的N+1备用方法，应用于服务器的网关设备上，该网关设备所在的网络包括N个（N不小于2）主用服务器以及至少一个备用服务器，其中所述主用服务器上配置有用于与备用服务器建立心跳连接的IP地址以及对外提供业务服务的浮动IP地址，其中每个服务器的心跳IP地址处于不同的网段，该方法包括：

A、通过配置接口接收与N个浮动IP地址对应的网关子接口IP地址以及与N个浮动IP地址分别对应的N个静态路由；

B、检测主用服务器是否正常对外发送业务报文，如果否，则确定主用服务器异常，并将该主用服务器的浮动IP地址对应的静态路由设置为无效状态；

C、检测备用服务器是否启用所述用于对外提供业务服务的浮动IP地址，如果是则将该浮动IP地址对应的静态路由置为有效状态，并通过路由协议报文对外发布该浮动IP地址的静态路由。

本发明还提供一种实现跨网段的N+1备用装置，应用于服务器的网关设备上，该网关设备所在的网络包括N个（N不小于2）主用服务器以及至少一个备用服务器，其中所述主用服务器上配置有用于与备用服务器建立心跳连接的IP地址以及对外提供业务服务的浮动IP地址，其中每个服务器的心跳IP地址处于不同的网段，该装置包括第一及检测单元、配置管理单元以及路由处理单元，其中

配置管理单元，用于通过配置接口接收与N个浮动IP地址对应的网关子接口IP地址以及与N个浮动IP地址分别对应的N个静态路由；

第一检测单元，用于检测主用服务器是否正常对外发送业务报文，如果否，则确定主用服务器异常并通知路由处理单元以及第二检测单元；

第二检测单元，用于检测备用服务器是否启用所述用于对外提供业务服务的浮动IP地址，如果是则通知路由处理单元；

路由处理单元，用于根据第一或第二检测单元的通知相应地将所述浮动IP地址的静态路由置为无效状态或者将所述浮动IP地址的静态路由置为有效状态并通过路由协议报文对外发布该浮动IP地址的新的静态路由。

本发明中，主用服务器设有两个IP地址，多个心跳IP作为各个服务器自身的IP地址，处于不同网段的浮动IP地址作为业务IP地址来使用，依靠网关设备的两种探测机制的结合实现了采用N+1备用时不需要把所有服务器都部署在同一个二层网络。备用服务器完全可以设置在与主用服务器不同的网段，对于大型的网络应用来说，灵活性大大提高，有效地提升了N+1备用机制的应用范围。

附图说明

图1是一种典型的需要跨网段进行服务器N+1备用组网环境。

图2是本发明服务器N+1备用的逻辑组网图。

图3是本发明网关设备硬件结构图。

图4是本发明N+1备用装置的逻辑结构图。

图5是本发明第一种检测机制流程图。

图6是本发明第二种检测机制流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述。请参考图1以及图2，图1所示的示意了一种地铁监控网络的组网结构，在这样的易用应用场景下如果需要实施N+1备用机制，则难以避免需要克服跨网段的问题。本发明为主用服务器引入设置两个IP地址，借由网关设备的探测机制来解决上述问题。

请参考图2所示本发明解决上述问题的组网逻辑图。主用服务器（VM1、VM2以及VM3）均设置有一个自身心跳IP地址，这个自身心跳IP地址用来与包括其他服务器建立心跳线。这里所说的心跳线是一个逻辑概念，并非特指物理上的连线，而是指逻辑上的网络连接，可以理解为，用来承载心跳报文的连接。主用服务器（VM-1、VM-2以及VM-3）均进一步包括一个浮动IP地址，这个浮动IP地址主要用于对外提供业务服务，比如监控业务服务。其中VM-1、VM-2、VM-3以及备用VM的心跳IP地址分别是：IP1-1、IP2-1、IP3-1以及IP4-1，其中每个服务器的心跳IP地址属于不同的网段。而VM-1、VM-2、VM-3的浮动IP地址分别是：IP0-11、IP0-12以及IP0-13。VM是监控网络中的核心节点，其与其他节点主要进行信令交互，引导整个监控数据业务在网络中的传输与存储。图2中负责将各个服务器VM（包括备用服务器VM）接入IP网络的是网关设备，在较佳的实施方式中，该网关设备是路由器或者三层交换机。需要注意的是图2中示意出了多个网关设备，这仅仅是为了从逻辑上更加清晰地进行描述，而在实际的物理组网，可能仅仅需要更少的或者仅仅一台网关设备在网络层与服务器建立通信。

请参考图3以及图4，图3所示为本发明网关设备的一种通用的硬件架构图，其中CPU通常负责处理网络协议等控制层面的事务，比如路由学习、路由发布以及路由计算等等；而转发芯片（如ASIC芯片）主要负责处理数据报文（也称为业务报文）的转发；当然，如果网关设备是一台传统的路由器，其可能并不需要转发芯片，业务报文的转发可以通过CPU执行计算机程序来实现的。图4是本发明采用计算机程序实现的实施方式下的本发明N+1备用装置的逻辑结构图，该装置包括第一及第二检测单元、配置管理单元以及路由处理单元。需要说明的是，本发明并不局限于计算机程序实现，但是无论何种实现方式，其逻辑结构均可以抽象为图4所示的结构。以下结合图5以及图6来描述本发明在较佳实施方式中的具体处理流程。

步骤100，通过配置接口分别接收与N个浮动IP地址对应在同一网段的N个网关子接口的IP地址，其中各个浮动IP地址分属于不同的网段，通过配置接口接收N个与浮动IP地址分别对应的静态路由。步骤101以及步骤102由配置管理单元执行，步骤100由配置管理单元执行。

在初始时，各个服务器通常都会通过手工配置或者DHCP等方式得到心跳IP地址。进一步来说，对于主用服务器以及其网关设备，还可以通过手工配置的方式（当然也可以是基于一些私有/共有协议的配置方式）在各个主用服务器配置浮动IP地址（各个浮动IP地址可以分属于不同的网段），在各个网关设备上配置与浮动IP地址对应的网关子接口IP地址（如图2中的IP0-1、IP0-2、IP0-3）以及与浮动IP地址对应的静态路由。初始时，主用服务器的网关设备上的静态路由处于有效状态，而备用服务器的网关设备上的静态路由处于无效状态，因为备用服务器还不需要对外提供服务。

备用服务器的网关上需要配置与主用服务器的网关设备相同的网关子接口IP地址。当备用服务器启用主用服务器的浮动IP地址时，该浮动IP地址有相应的网关子接口可以为其提供网关服务。备用服务器的网关设备上同样需要配置与各个浮动IP地址对应的静态路由。也就是说各个主用服务器的网关设备上配置的与浮动IP地址对应的网关子接口IP地址以及与浮动IP地址对应的静态路由都需要在备用服务器的网关上有相同的配置，以便于备用服务器使用任意一个主用服务器的浮动IP地址之后，备用服务器的网关配置能够满足其接入网络的要求。在具体实现中，每个服务器的网关设备的在网关子接口IP地址配置以及静态路由的配置可以是一致的，因为主用服务器与备用服务器只角色的概念，随时可能互相转换，所以网关设备配置相同是一种常见的实施方式。同样的道理，备用服务器上可以在初始的时候配置上N个浮动IP地址（但初始时不会被使用），当然即便初始不进行这样的配置，备用服务器也可以通过心跳连接与各个主用服务器交互来获知所述N个浮动IP地址，主要是要让备用服务器能够知道每个主用服务器的浮动IP地址以便随时接管主用服务器的服务，具体设计细节可以参考现有技术。

步骤101，检测主用服务器是否正常对外发送业务报文，如果是，则保持浮动IP地址的静态路由的有效状态，否则确定主用服务器异常并将浮动IP地址的静态路由置为无效状态，转入步骤102；本步骤的检测工作第一检测单元来执行，路由撤销工作由路由处理单元来执行。

如前所述主用服务器的网关设备上配置了多条静态路由，且有效的静态路由的目的IP地址为该主用服务器的浮动IP地址，请参考图2，比如对于VM-1的网关，其目的为IP0-11，路由的下一跳为VM-1。针对这个处于有效状态的静态路由启用第一种检测机制：

从具体实现上来说，首先由网关设备的ASIC转发芯片上对通过其转发的报文做出匹配。如果检查到存放业务报文的缓存器中存在以浮动IP地址（IP0-11）为源IP地址的业务报文时，缓存器标识设置为1，如果没有时，设置为0。缓存器标识为1说明VM-1正在对外发送业务报文，其处于一个正常工作的状态，不需要做其他处理。网关设备可以定时读取缓存器标识，如果缓存器标识为1，则保持静态路由有效状态，这里说的保持静态路由有效状态是指可以是返回或者更新其老化周期等。如果没有读取以浮动IP（IP0-11）为源IP的业务报文时，则说明VM-1没有对外发送报文，很可能已经出现故障，但是为了更加严谨起见，在缓存器标识为0时，网关设备在连接VM-1的接口上向IP0-11快速发送两个以上的探测报文（比如连续发送3个Ping报文），如果收到回应报文，则说明VM-1还处于正常工作状态，只是出现了业务空闲的状况，此时应当继续保持静态路由有效状态，如果没有收到回应，则说明VM-1的服务异常，如图2所示的那样，此时需要通知路由处理单元来将网关设备上面配置的静态路由置为无效状态。

当VM-1出现异常的时候，备用VM会启用它的浮动IP地址来接管它的服务，然而当VM-1的异常情况被排除以后，VM-1的角色会转变为备用服务器，此时VM-1的网关设备转入到步骤102启用第二种探测机制，即由第二检测单元进行处理。

步骤102，检测备用服务器是否启用所述用于对外提供业务服务的浮动IP地址，如果是则通过路由协议报文对外发布该浮动IP地址的静态路由。本步骤的检测工作第二检测单元来执行，路由发布工作由路由处理单元来执行。

当N个主用服务器中任意一台主用服务器异常时，比如VM-1检测到自身的VM服务异常，则会取消自身的浮动IP地址，然后进行重启转入备用服务器的角色。当然，此时由于心跳连接的存在，备用服务器也会检测到VM-1处于异常的状态。此时备用服务器立刻接管VM-1的业务，启用VM-1的浮动IP地址（IP0-11）来对外提供业务服务。

由于VM-1成为了新备用VM，假设原来的备用VM又出现了故障，则VM-1又会将浮动IP地址IP0-11接管回来。此时虽然VM-1可以尽快接管业务，但是网络中的其他设备还不知道如何将报文正确转发给VM-1，因为网络中的其他设备还不知道浮动IP地址“搬家”了，因此网关设备需要尽快检测VM-1是否已经启用了浮动IP地址，如果是，则需要通知路由处理单元来对外发布浮动IP地址的静态路由，静态路由的发布可以通过路由协议报文来发送到网络中，使得其他设备能够知道如何将报文转发到IP0-11这个目的地址，因为IP0-11已经“搬家”了，如果不通过路由发布，网络中的其他三层设备无法按照正确的方向来转发报文。

为了让网关设备尽快知道备用服务器启用了浮动IP地址，备用服务器可以在启用浮动IP地址后定期发送以浮动IP地址为源地址的免费ARP报文，让网关感知到自己已经上线。但是为了更加严谨起见，网关设备在收到ARP报文后在连接备用服务器的接口上向目的地址IP0-11快速发送两个以上的探测报文（比如Ping报文），如果收到回应，则说明备用服务器确实启用了浮动IP地址（IP0-11）。如果没有收到回应，则说明备用服务器还没有启用浮动IP地址，此时可以返回步骤101继续进行第一种检测机制。

需要说明的是第一种检测机制与第二种检测机制是跟随服务器的主用/备用角色切换进行相应切换的，当网关设备连接的服务器当前角色是主用服务器时，第一种探测机制生效，当网关设备连接的服务器的角色从主用服务器变化为备用服务器时，网关设备会迅速切换到第二种检测，同样如果备用服务器变为主用服务器时，网关设备则再次切换到第一种检测机制上来。

本发明中，主用服务器设有两个IP地址，多个心跳IP作为各个服务器自身的IP地址，处于不同网段的浮动IP地址作为业务IP地址来使用，依靠网关设备的两种探测机制的结合实现了采用N+1备用时不需要把所有服务器都部署在同一个二层网络。备用服务器完全可以设置在与主用服务器不同的网段，对于大型的网络应用来说，灵活性大大提高，有效地提升了N+1备用机制的应用范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种跨网段的N+1备用方法，应用于服务器的网关设备上，该网关设备所在的网络包括N个主用服务器以及至少一个备用服务器，其中N不小于2，其中所述主用服务器上配置有用于与备用服务器建立心跳连接的IP地址以及对外提供业务服务的浮动IP地址，其中各个服务器的浮动IP地址分属于不同的网段，其特征在于，该方法包括：

A、通过配置接口接收与N个浮动IP地址分别对应在同一网段的N个网关子接口IP地址以及与N个浮动IP地址分别对应的N个静态路由；

B、检测是否接收到源IP地址为所述浮动IP地址的业务报文，如果是，则确定主用服务器正常对外发送业务报文，如果否，则确定主用服务器异常，并将该主用服务器的浮动IP地址对应的静态路由设置为无效状态；

C、检测是否收到备用服务器发送的源地址为所述浮动IP地址的免费ARP报文，如果是则确定备用服务器启用了所述用于对外提供业务服务的浮动IP地址，则将该浮动IP地址对应的静态路由置为有效状态，并通过路由协议报文对外发布该浮动IP地址的静态路由。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B进一步包括：如果没有接收到源IP地址为所述浮动IP地址的业务报文，则进一步向主用服务器发送探测报文，如果收到源IP地址为浮动IP地址的响应报文则确定为正常，否则确定主用服务器异常。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述检测是否接收到源IP地址为所述浮动IP地址的业务报文具体包括：检查存放业务报文的缓存器中是否存在以浮动IP地址为源IP地址的业务报文。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括：

如果收到备用服务器发送的源地址为所述浮动IP地址的免费ARP报文，则进一步向备用服务器发送探测报文，如果收到源IP地址为浮动IP地址的响应报文则确定备用服务器启用了浮动IP地址，否则确定为未启用并转步骤B。

5.一种实现跨网段的N+1备用装置，应用于服务器的网关设备上，该网关设备所在的网络包括N个主用服务器以及至少一个备用服务器，其中N不小于2，其中所述主用服务器上配置有用于与备用服务器建立心跳连接的IP地址以及对外提供业务服务的浮动IP地址，其中各个服务器的浮动IP地址分属于不同的网段，该装置包括第一及第二检测单元、配置管理单元以及路由处理单元，其特征在于，

配置管理单元，用于通过配置接口接收与N个浮动IP地址分别对应在同一网段的N个网关子接口的IP地址；该配置管理单元进一步用于通过配置接口接收与N个浮动IP地址分别对应的N个静态路由；

第一检测单元，用于检测是否接收到源IP地址为所述浮动IP地址的业务报文，如果是，则确定主用服务器正常对外发送业务报文，如果否，则确定主用服务器异常并通知路由处理单元以及第二检测单元；

第二检测单元，用于检测是否收到备用服务器发送的源地址为所述浮动IP地址的免费ARP报文，如果是则确定备用服务器启用了所述用于对外提供业务服务的浮动IP地址，则通知路由处理单元；

路由处理单元，用于根据第一检测单元的通知相应地将所述浮动IP地址的静态路由置为无效状态，根据第二检测单元的通知相应地将所述浮动IP地址的静态路由置为有效状态并通过路由协议报文对外发布该浮动IP地址的新的静态路由。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一检测单元进一步用于在没有接收到源IP地址为所述浮动IP地址的业务报文时，进一步向主用服务器发送探测报文，如果收到源IP地址为浮动IP地址的响应报文则确定为正常，否则确定主用服务器异常。

7.如权利要求5所述的装置，其中所述检测是否接收到源IP地址为所述浮动IP地址的业务报文具体包括：检查存放业务报文的缓存器中是否存在以浮动IP地址为源IP地址的业务报文。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二检测单元进一步用于在收到备用服务器发送的源地址为所述浮动IP地址的免费ARP报文时，进一步向备用服务器发送探测报文，如果收到源IP地址为浮动IP地址的响应报文则确定备用服务器启用了浮动IP地址，否则确定为未启用并转第一检测单元处理。