CN105376305A - 一种云计算网络智能容灾架构 - Google Patents

Abstract

一种云计算网络智能容灾架构，涉及一种基于多级容灾的物联网系统，包括四级架构和区域云计算网络，所述四级架构包括负载全局调度层、区域网络接入层、服务器群层和数据库层，所述的负载全局调度层连接若干个所述的区域云计算网络，所述区域云计算网络包括所述的区域网络接入层、所述服务器群层和所述数据库层。与现有技术相比，本发明的有益效果是：在同一区域网络内部实现多级容灾机制，提升系统的局部容灾能力，减少了因局部设备故障造成的系统灾难。对全局的负载调度器及集成网关进行智能监控，创新了云计算网络关键设备的自动状态监测与控制机制。提出异地网络数据同步方法及实现方案，提高了数据的安全水平。

Description

一种云计算网络智能容灾架构

技术领域

本发明涉及一种多级容灾的云计算网络系统。

背景技术

随着云计算技术的快速发展，以云计算网络为基础的云服务平台在航空、物流、政务以及商务活动中扮演者越来越重要的角色。但这些大型云服务网络均依托某一地域进行构建，在自然灾害发生后，这些云计算服务网络缺乏数据自动恢复能力，无法保证数据的安全性，且没有解决大量用户并发访问时网络系统的承载能力和响应速度方面存在的缺陷。近几年来，全球性地质灾害呈现多发趋势，造成大量区域网络瘫痪，严重影响了网络及信息的安全，因此，探索大型云服务网络平台的异地容灾机制，提升其容灾能力，改善其安全性能已经成为亟待解决的问题，远程智能监控与负载调度技术的有效集成为我们解决这一问题提供了有效的途径。目前，各类云服务网络平台用户量庞大、访问时间经常会集中在某一时段内，这对云服务网络平台的承载能力和响应速度提出了更高的要求，因此，探索提升云服务平台网络系统的承载能力和响应速率的机制是我们迫切需要解决的问题，群集和冗余技术为我们提高网络系统的承载能力和响应速度提供了良好的方法和途径。通过对负载调度技术、远程智能监控技术、网关冗余技术、服务器冗余技术和数据库冗余技术的深入研究与有效集成，构建了跨地域云服务网络平台智能容灾架构，形成了由区域冗余、网关冗余、服务器冗余到数据库冗余的多级冗余机制，实现了云服务网络平台承载能力明显提升、响应时间有效缩短和异地网络相互实施安全保障的容灾目标。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种云计算网络智能容灾架构，在同一区域网络内部实现多级容灾机制，提升系统的局部容灾能力，减少了因局部设备故障造成的系统灾难。对全局的负载调度器及集成网关进行智能监控，创新了云计算网络关键设备的自动状态监测与控制机制。提出异地网络数据同步方法及实现方案，提高了数据的安全水平。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种云计算网络智能容灾架构，包括四级容灾架构和区域云计算网络，所述四级容灾架构包括负载全局调度层、区域网络接入层、服务器群层和数据库层。所述的负载全局调度层连接若干个所述的区域云计算网络，所述区域云计算网络包括所述的区域网络接入层、所述服务器群层和所述数据库层；所述负载全局调度层负责全局负载调度，实时监控所述区域网络接入层的工作状态，并根据负载量与各所述区域网络接入层的接入带宽动态的将负载调度到不同的所述区域网络接入层，并自动避开出现故障的所述区域网络接入层；所述区域网络接入层根据所述服务器群层内不同服务器群的承载能力自动分配负载到所述服务器群层内不同的服务器群；所述服务器群层内服务器群根据不同成员服务器的工作状态以及工作负荷自动分配负载到不同的成员服务器中；所述的数据库层包括主数据库和备份数据库，处于同一所述区域云计算网络内的所述备份数据库定期对所述主数据库进行备份，处于不同所述区域云计算网络内的所述主数据库定期进行数据镜像。

上述技术方案中，所述负载全局调度层包括负载调度器和监控器，所述的区域网络接入层包括集成网关，所述的服务器群还包括群集管理器。

上述技术方案中，所述监控器实时监测所述负载调度器和处于不同所述区域云计算网络内的所述集成网关，并根据监测结果，调整所述负载调度器的负载调度策略；若所述监控器监测到所述负载调度器工作异常，则发出报警信息并通知维修；若所述监控器监测到某所述集成网关工作异常，则所述监控器调整所述负载调度器的负载调度策略，使负载调度避开出现故障的所述集成网关；若所述监控器监测到各所述集成网关工作正常，则来自终端用户的大量并发访问通过所述负载调度器实施负载分配并将负载调度到不同的所述集成网关上，负载数量的分配比例与各所述集成网关的接入带宽成正比，所述集成网关根据所述区域云计算网络中不同所述服务器群的承载能力将负载调度到不同的服务器群中，每个服务器群负责将负载分配给工作状态正常且负荷较轻的所述成员服务器，所述成员服务器根据用户指令调用应用软件完成数据处理，并将数据处理结果返回给用户。

上述技术方案中，所述监控器包括扫描列表、扫描模块、扫描结果数据库、扫描结果处理模块、结果分析模块、故障重复定位模块、状态正常跟踪模块、故障网关数据库、集成网关与IP地址组对应标记数据库、调度策略控制模块和报警模块。

上述技术方案中，所述负载调度器包括应用域名指针、调度列表、屏蔽地址池、IP地址组删除模块和IP地址组恢复模块。

上述技术方案中，所述集成网关包括IP地址池、IP地址与服务器群集VIP的映射关系表和VPN功能模块。

上述技术方案中，所述的服务器群包括若干个所述的成员服务器，其中一个所述的成员服务器为群集管理机，所述的群集管理机对同一集群内的其他所述成员服务器进行管理。

上述技术方案中，处于相同所述区域云计算网络内的所述主数据库和所述备份数据库之间采用热备方式实施数据的定时备份，处于不同所述区域云计算网络内的所述主数据库之间采用VPN技术通过所述集成网关实施连接，并通过镜像技术实施远程数据同步。

目前，对于云计算网络的研究多注重功能的完善与实现方法，对同一区域网络内部的多级容灾、跨区域网络的智能容灾和关键设备的状态监控研究尚不足，本发明则是建立了一个云计算网络智能容灾四级容灾架构，使得整个云计算网络的容灾能力获得了较大的改善，提高了云计算网络的容灾能力。

本发明总体设计采用四级容灾架构，具体原则如下：第一级容灾在负载全局调度层面实现，全局负载调度由负载调度器完成，负载调度器将来自全地域用户的访问负载根据不同区域云计算网络的承载能力和集成网关的工作状况经行分配。负载调度器的工作状态及调度策略监测与控制由监控器来完成。第二级容灾在不同区域云计算网络的区域网络接入层面实现，该层面的负载调度由冗余的集成网关来完成，集成网关将负载调度器分配的用户访问负载根据区域云计算网络内部不同服务器群的承载能力和工作状态进行智能分配。集成网关工作状态监测由监控器来完成。第三级容灾在服务器群层面实现，集成网关分配的用户访问负载由服务器群中的不同群集来完成，群集管理机根据群集中成员服务器的工作负荷及工作状态将来自集成网关的用户访问负载调度到不同的成员服务器中。第四级容灾在数据库层面实现，每个区域云计算网络中配置冗余的数据库，区域内部主数据库与备份数据库间实施定时备份。不同区域网络中的主数据库间实施定时数据同步。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在同一区域网络内部实现多级容灾机制，提升系统的局部容灾能力，减少了因局部设备故障造成的系统灾难。对全局的负载调度器及集成网关进行智能监控，创新了云计算网络关键设备的自动状态监测与控制机制。提出异地网络数据同步方法及实现方案，提高了数据的安全水平。

附图说明

图1是本发明云计算网络智能容灾架构示意图。

图2是本发明监控器工作结构示意图。

图3是本发明负载调度器工作结构示意图。

图4是本发明集成网关工作结构示意图。

图5是本发明服务器群工作结构示意图。

图6是本发明数据库系统工作结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步详细描述。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，一种云计算网络智能容灾架构，包括四级容灾架构和区域云计算网络，所述四级容灾架构包括负载全局调度层、区域网络接入层、服务器群层和数据库层，所述的负载全局调度层连接若干个所述的区域云计算网络，所述区域云计算网络包括所述的区域网络接入层、所述服务器群层和所述数据库层。

监控器由扫描列表、扫描模块、扫描结果数据库、扫描结果处理模块、结果分析模块、故障重复定位模块、状态正常跟踪模块、故障网关数据库、集成网关与IP地址组对应标记数据库、调度策略控制模块和报警模块构成，负责负载调度器和不同区域云计算网络内集成网关的工作状态的实时监测及调度策略调整。扫描列表由负载调度器使用的IP地址和不同区域云计算网络内集成网关中使用的第一个IP地址按指定顺序排列构成。扫描模块依次读取扫描列表中的IP地址，对负载调度器和各集成网关的CPU信息、内存信息和网卡信息等参数进行扫描，并将扫描结果发送至扫描结果数据库保存。扫描结果处理模块对扫描结果数据库中的数据进行筛选。结果分析模块根据扫描结果处理模块的筛选结果判定负载调度器和各集成网关的工作状态是否正常。若负载调度器及所有集成网关的工作正常，负载调度器按照调度策略向各区域云计算网络中调度访问负载。若负载调度器工作异常，报警模块发出报警，提示系统管理员维护负载调度器。若某个集成网关出现工作异常，故障重复定位模块首先在网关故障数据库中进行查询，若没有查询到故障网关的信息，则将故障网关的信息写入数据库中，并发出删除负载调度器的调度列表中故障网关对应IP地址组的指令。若查询到故障集成网关的信息，说明该故障集成网关的IP地址信息已经不在调度列表中，不需要进行任何处理。若集成网关工作状态正常，状态正常跟踪模块查询故障网关数据库，若没有查到故障记录，说明该集成网关一直处于正常工作状态，不需要进行任何处理。若查询到故障记录，说明该集成网关目前处于暂停服务状态，则立即删除该集成网关的故障信息，通知调度策略控制模块发出恢复该集成网关在调度列表中的IP地址组的指令。调度策略控制模块根据故障重复定位模块和状态正常跟踪模块的输出结果，读取集成网关与IP地址组对应标记数据库中的匹配信息，发出调整负载调度器中调度策略的指令。

负载调度器负责全地域的用户负载调度，由应用域名指针、调度列表、屏蔽地址池、IP地址组删除模块和IP地址组恢复模块构成。应用域名指针作为终端用户访问网络应用程序时使用的域名，应用域名指针与调度列表中的IP地址形成1:N的映射关系，且对调度列表中的IP地址进行轮序访问，将来自终端用户的不同次访问顺序调度到IP地址指向的集成网关上，实现负载调度。调度列表由若干个IP地址组构成，调度列表中IP地址组的个数与工作状态正常的集成网关的个数相同。调度列表中每个IP地址组对应一个集成网关，每个IP地址组中IP地址的数量与对应的集成网关绑定的IP地址数量相同。调度策略通过应用域名指针依次轮序访问调度列表中的IP地址来实现，由于每个IP地址组含有的IP地址数量不同，因此，应用指针会将不同数量的访问负载调度到与IP地址组对应的集成网关上，实现负载的全局调度。屏蔽地址池用于保存工作状态异常的集成网关使用的IP地址组。IP地址组删除模块用于将故障集成网关使用的IP地址组从调度列表中删除，并将IP地址组保存到屏蔽地址池中，然后取消其与应用域名的映射关系。IP地址组恢复模块用于将恢复正常工作状态的集成网关使用的IP地址组从屏蔽地址池中取出并加入调度列表中，并恢复其与应用域名的映射关系。

集成网关负责区域云计算网络的接入，主要包括IP地址池、IP地址与服务器群集VIP的映射关系表和VPN功能模块。IP地址池主要由集成网关网卡绑定的IP地址组构成，该IP地址组与负载调度列表中的某一个IP地址组对应，IP地址组中IP地址的数量与该集成网关的接入链路带宽成正比，IP地址的数量决定了在一轮负载调度过程中该集成网关所连接的链路被分配的访问负载的数量。IP地址与服务器群集VIP的映射关系表中包含了IP地址组中每个IP地址与区域云计算网络各服务器群集虚拟IP地址的静态映射关系，使得每个服务器群集能够接受来自Internet的用户访问。VPN功能模块包含了不同区域云计算网络通过专用虚拟通道连接的配置参数，用于不同区域用户的管理和数据库同步。

服务器群由若干成员服务器构成，以负载均衡群集的方式为用户提供冗余的应用软件服务，其中一台是群集管理机，其余为普通成员服务器。群集管理机负责所有群集成员的管理，包括工作状态检测、群集内的负载分配策略调整、故障成员的自动屏蔽及恢复。每个群集中的所有成员共享一个虚拟的IP地址，即：群集的VIP，群集以VIP接受访问负载，并根据各成员服务器的工作状态向群集中工作负荷较轻的成员服务器分配访问负载，以获得较快的系统响应，提高服务效率。若群集中的某个成员服务器出现故障，则群集管理机将其自动屏蔽，以免出现故障的成员服务器被分配访问负载，待出现故障的成员服务器工作状态恢复正常，群集管理机将自动解除对其实施的屏蔽。

数据库层包含两个冗余的数据库，一个主数据库和一个备份数据库，主数据库和备份数据库采用热备方式实施数据的定时备份，保障同一区域云计算网络的数据安全。不同区域间的区域云计算网络的主数据库通过集成网关采用VPN技术实施连接，并通过镜像技术实施远程数据同步，为异地的云计算网络的数据安全提供保障。

连接在Internet上的监控器实时监测负载调度器和不同区域云计算网络内集成网关的工作状态，并根据监测结果，决定是否调整负载调度器的负载调度策略。负载调度器的调度机制如下。若负载调度器工作状态出现异常，监控器发出报警信息，通知管理人员及时维护。若各集成网关工作状态正常，来自终端用户的大量并发访问通过Internet中的负载调度器实施负载分配并将负载调度到不同的集成网关上，负载数量的分配比例与各集成网关的接入带宽成正比。若负载调度器监测到某一集成网关出现故障，则远程监控器立刻修改负载调度器中的调度策略，使负载调度避开出现故障的集成网关。集成网关根据区域云计算网络中不同服务器群的承载能力将负载调度到不同的集群中。每个群集由群集管理机负责将负载分配给工作状态正常且负荷较轻的成员服务器，成员服务器根据用户指令调用应用软件完成数据处理，并将数据处理结果返回给用户。同一区域云计算网络中的备份数据库对主数据库进行定时的数据备份。不同区域的区域云计算网络通过主数据库定时进行数据镜像。通过本发明的层次设置在同一区域网络内部实现多级容灾机制，提升系统的局部容灾能力，减少了因局部设备故障造成的系统灾难。对全局的负载调度器及集成网关进行智能监控，创新了云计算网络关键设备的自动状态监测与控制机制。同时还提出异地网络数据同步方法及实现方案，提高了数据的安全水平。

Claims (6)

1.一种云计算网络智能容灾架构，其特征为，包括四级容灾架构和区域云计算网络，所述四级容灾架构包括负载全局调度层、区域网络接入层、服务器群层和数据库层，所述的负载全局调度层连接若干个所述的区域云计算网络，所述区域云计算网络包括所述的区域网络接入层、所述服务器群层和所述数据库层；所述负载全局调度层负责全局负载调度，实时监控所述区域网络接入层的工作状态，并根据负载量与各所述区域网络接入层的接入带宽动态的将负载调度到不同的所述区域网络接入层，并自动避开出现故障的所述区域网络接入层；所述区域网络接入层根据所述服务器群层内不同服务器群的承载能力自动分配负载到所述服务器群层内不同的服务器群；所述服务器群层内服务器群根据不同成员服务器的工作状态以及工作负荷自动分配负载到不同的成员服务器中；所述的数据库层包括主数据库和备份数据库，处于同一所述区域云计算网络内的所述备份数据库定期对所述主数据库进行备份，处于不同所述区域云计算网络内的所述主数据库定期进行数据镜像。

2.根据权利要求1所述的一种云计算网络智能容灾架构，其特征为，所述的负载全局调度层包括负载调度器和监控器，所述的区域网络接入层包括集成网关，所述的服务器群还包括群集管理器。

3.根据权利要求2所述的一种云计算网络智能容灾架构，其特征为，所述的监控器实时监测所述负载调度器和处于不同所述区域云计算网络内的所述集成网关，并根据监测结果，调整所述负载调度器的负载调度策略；若所述监控器监测到所述负载调度器工作异常，则发出报警信息并通知维修；若所述监控器监测到某所述集成网关工作异常，则所述监控器调整所述负载调度器的负载调度策略，使负载调度避开出现故障的所述集成网关；若所述监控器监测到各所述集成网关工作正常，则来自终端用户的大量并发访问通过所述负载调度器实施负载分配并将负载调度到不同的所述集成网关上，负载数量的分配比例与各所述集成网关的接入带宽成正比，所述集成网关根据所述区域云计算网络中不同所述服务器群的承载能力将负载调度到不同的服务器群中，每个服务器群负责将负载分配给工作状态正常且负荷较轻的所述成员服务器，所述成员服务器根据用户指令调用应用软件完成数据处理，并将数据处理结果返回给用户。

4.根据权利要求3所述的一种云计算网络智能容灾架构，其特征为，所述的监控器包括扫描列表、扫描模块、扫描结果数据库、扫描结果处理模块、结果分析模块、故障重复定位模块、状态正常跟踪模块、故障网关数据库、集成网关与IP地址组对应标记数据库、调度策略控制模块和报警模块。

5.根据权利要求3所述的一种云计算网络智能容灾架构，其特征为，所述的负载调度器包括应用域名指针、调度列表、屏蔽地址池、IP地址组删除模块和IP地址组恢复模块。

6.根据权利要求3所述的一种云计算网络智能容灾架构，其特征为，所述集成网关包括IP地址池、IP地址与服务器群集VIP的映射关系表和VPN功能模块。