CN202940854U - 基于公共计算服务的多i/o网络应用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于公共计算服务的多I/O网络应用系统，包括：网络核心层、网络接入层和网络节点层，网络核心层包括多个核心层交换机柜和多台高性能计算存储服务器，核心层交换机柜之间通过千兆多模光缆全网状互连，每个高性能计算存储服务器通过光缆与一个核心层交换机柜相连接；网络接入层包括多个网络接入层交换机，网络接入层交换机通过双绞线或光缆与核心层交换机柜互连；网络节点层包括多个输入和输出子系统，子系统与网络接入层交换机冗余连接，每个子系统包括显控台、节点计算机和外围应用执行设备。本实用新型采用层次化设计，简化了系统网络结构，且资源利用率高、系统响应能力强。

Description

基于公共计算服务的多I/O网络应用系统

技术领域

本实用新型涉及网络通讯技术领域，尤其涉及一种基于公共计算服务的多I/O网络应用系统。

背景技术

随着计算机和网络应用技术的发展，大多数网络应用系统具有多个输入输出特征，如图1所示，每个子系统分别为不同的应用业务配置了单独的计算资源、存储资源以及软件资源等，即“烟囱式”网络资源配置模式，这种资源配置模式在一定程度上能够有效实现业务功能，但同时存在着以下缺陷：

（1）资源利用率低，系统总体拥有成本高。随着计算机性能的不断提高，很多场合下，一台高性能服务器足以满足大多数业务应用的计算与存储要求，不再需为每项应用配置专属计算设施。

（2）计算应用效率较低。若系统应用业务间存在着串行接力关系，即应用A需要应用B的计算数据，应用B需要应用C的计算数据等，以此存在着排队计算、等待判断等过程，不利于系统的快速响应，不支持集中计算处理与按需订阅-分发。

（3）系统复杂度高，灵活性低，不易独立升级，表现在系统升级时牵一发而动全身。系统中应用显示、控制设备（如显控台、节点计算机等）与应用执行设备存在着一一对应的紧耦合独占关系，当系统需要升级时则需要同时对所有这些设备同时做出改动。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于现有网络应用系统资源利用率低、计算应用效率较低以及系统复杂度高的缺陷，提供一种架构简单、资源利用率高、系统响应能力快的基于公共计算服务的多I/O网络应用系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种基于公共计算服务的多I/O网络应用系统，包括：网络核心层、网络接入层和网络节点层，其中：

所述网络核心层包括多个核心层交换机柜和多台高性能计算存储服务器，所述核心层交换机柜之间通过千兆多模光缆全网状互连，每个高性能计算存储服务器通过光缆与一个核心层交换机柜相连接；

所述网络接入层包括多个网络接入层交换机，所述网络接入层交换机通过双绞线或光缆与所述核心层交换机柜互连；

所述网络节点层包括多个输入和输出子系统，所述子系统与所述网络接入层交换机冗余连接，每个子系统包括显控台、节点计算机和外围应用执行设备；

本实用新型所述的基于公共计算服务的多I/O网络应用系统中，所述的节点计算机或显控台使用双网络接口与网络接入层交换机双冗余互连。

本实用新型所述的基于公共计算服务的多I/O网络应用系统中，核心层交换机柜和高性能计算存储服务器安装在不同的地理位置。

本实用新型所述的基于公共计算服务的多I/O网络应用系统中，高性能计算存储服务器包括存储单元、网络接口单元、多个刀片服务器、不间断电源以及风机。

本实用新型所述的基于公共计算服务的多I/O网络应用系统中，核心层交换机柜和网络接入层交换机内均设有双冗余不间断电源。

本实用新型所述的基于公共计算服务的多I/O网络应用系统中，高性能计算存储服务器设置在防震机柜架上。

本实用新型所述的基于公共计算服务的多I/O网络应用系统中，所述网络核心层包括4个核心层交换机柜和4台高性能计算存储服务器。

使用本实用新型具有以下有益效果：本实用新型基于公共计算服务的多I/O网络应用系统，采用集成化、层次化设计，在网络核心层构建公共计算平台，取消了原各个子系统中每个应用专有的计算资源、存储资源、软件资源，从而节省了系统软硬件资源，简化了系统网络结构。该架构的简单性使得总体网络系统能够不断扩大规模，提高性能和增加带宽。在网络核心层设置至少4台高性能计算存储服务器，作为系统公共计算平台，可有效支持工业应用中各项高性能并发计算服务，并可自动均衡并发计算负荷，具有较强的抗损顽存重组能力。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为现有技术中网络应用系统资源配置模式示意图；

图2为本实用新型实施例的基于公共计算服务的多I/O网络应用系统的层次结构示意图；

图3为本实用新型实施例基于公共计算服务的多I/O网络应用系统的网络结构的连接示意图；

图4为本实用新型实施例的高性能计算存储服务器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的网络接入层与网络节点层的双冗余连接示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图2所示，本实用新型实施例基于公共计算服务的多I/O(输入输出)网络应用系统包括由网络核心层、网络接入层和网络节点层。网络核心层，包括多个10G核心层交换机柜和多台高性能计算存储服务器，用于支持高速交换网络通信、连接多个网络接入层交换机以及提供整体系统的公共并发计算服务；网络接入层，包括具体应用所需的多个网络接入交换机，与核心层交换机柜连接，为网络节点层提供网络服务接口；网络节点层，包括多个输入和输出子系统，与网络接入层交换机双冗余连接，负责业务信息的显示、控制以及数据流的输入和输出。

下面结合图3、图4和图5对本实用新型基于公共计算服务的多I/O网络应用系统的结构做进一步详细解释。

如图3所示，网络核心层包括四个10G核心层交换机柜和至少四台高性能计算存储服务器。核心层交换机柜之间通过千兆多模光缆全网状互连，由核心层交换机柜（或核心层网元）级联组成，负责支持高速交换网络通信、连接多个网络接入层交换机。核心层交换机之间可使用诸如Trunk和链路捆绑等技术来充分利用网络带宽资源。核心层交换机上可运行诸如VRRP协议（即虚拟路由器冗余协议）形成热备份为网络接入层提供冗余。

核心层交换机可使用带路由的64G无阻塞3层交换机，以此提供强大而完善的路由与网络交换能力，可支持目前主流的网络路由标准，支持以太网、分组交换，支持64G bit的3层底板数据交换。

如图3和图4所示，高性能计算存储服务器作为系统的公共计算平台，提供公共并发计算服务，物理上通过光缆分别与一台核心层交换机柜相连接，采取标准机柜形式，在机柜内含有存储单元、网络接口单元、6～10个刀片服务器、UPS电源（Uninterruptible PowerSystem不间断电源）以及风机，其中的部件均可支持热更换。通过在网络核心层构建公共计算平台，提供公共并发计算服务，以此取消原各个子系统中每个应用专有的计算、存储、软件资源等，实现应用数据显示、控制与计算相分离，节省了系统资源，降低了系统复杂度，易于整体系统的升级和维护，满足了工业应用中多输入多输出网络信息的计算服务需求以及可靠性、实时性要求。

6～10个刀片服务器构成多机集群服务器，根据需要可具有抗恶劣环境能力，均配置有千兆双冗余网卡、电源、多个风扇以及状态监视器，每个刀片服务器可配置有16~64个核，能满足所有的并发计算任务。此外也可采用高性能的多刀片工作站来构成COTS集群服务器（例如一个集群服务器内装6～10个工作站，每个工作站内可插4块多CPU主机板-即“刀片”）。刀片服务器之间可自动均衡并发计算负荷，具有很强的抗损顽存重组能力，其中的少数损坏后，剩余的服务器仍可保证系统所需的计算服务。

存储单元可采用商用磁盘柜来实现，内部配备有多块大容量的存储盘构成冗余存储阵列。存储单元包括：应用计算软件，用于系统业务数据计算，涉及到串行接力计算的应用将完成连续计算，每个阶段应用的计算结果存储在数据库中；实时数据库/非实时数据库，用于保存应用计算中每个阶段的计算数据，网络节点层根据所需获取计算数据，压缩了系统响应时间；服务器管理/配置等相关软件，用于服务器管理配置、并发计算服务等。所述的存储单元与刀片服务器相连接，网络节点层可通过服务器访问实时数据库/非实时数据库，以得到各自所需计算结果。

网络接口单元可提供万兆以太网和以太网光纤通道功能，用于为刀片服务器提供网络连接与管理能力。所有连接到网络接口单元的刀片服务器均成为单一高可用管理域的组成部分，网络接口单元为域内的刀片服务器提供局域网(LAN)和存储网络(SAN)连接。

UPS电源可为双冗余带旁路保护的不间断电源（约3000KVA）。风机可为700CFM可变速风机，入口温度不超过10摄氏度。所述的高性能计算存储服务器机柜架可为901D防震机柜架(即19“EIA”)。

核心交换机柜和高性能计算存储服务器可根据位置分散的安全抗毁策略安装在不同的机房内。

网络接入层包括多个1G接入层交换机（或网元），通过双绞线或光缆与核心层交换机柜相连接。整个网络拓扑成对称结构，实现了网络通信的设备冗余和链路冗余。此外，可在接入层交换机上配置HSRP协议（即热备份路由器协议），为虚拟网VLAN提供网关备份。

为了防止交换机故障（如断电、引擎失效、端口损坏等）影响网络高速交换通信，在核心层交换机和网络接入层交换机上采用双电源冗余、UPS电源、引擎冗余和模块冗余技术以提供更多冗余保护。由芯片控制电源进行负载均衡，当一个电源出现故障时，另一个电源马上可以接管其工作，在更换电源后，又是两个电源同时工作。核心层交换机和网络接入层交换机均采用双电源冗余、UPS电源、引擎冗余和模块冗余技术以提供更多冗余保护。

网络节点层由多个输入和输出子系统组成，子系统包括显控台、节点计算机、外围应用执行设备等，与网络接入层交换机双冗余连接，子系统中各个应用设备的数据计算请求都交由网络核心层的高性能计算存储服务器进行处理，计算结果返回给各个应用设备。节点计算机可根据业务需要酌情（非必须）划分成不同的虚拟网VLAN，并可酌情（非必须）采用MPLS/VPN等技术实现应用隔离，方便网络系统的管理与维护。

如图5所示，节点计算机或显控台使用双网络接口（例如共用单IP地址的双网卡单口或单网卡双口）与网络接入层交换机实现双冗余互连，其中的一条通道运行，另外一条作为热备份。若当前网络链路发生故障，则自动切换到另一链路。

本实用新型所涉及到的网络设备、网络技术体制、网络协议和组网、服务策略等根据实际应用的需要，均可酌情采用市场上成熟的商用标准技术和现成货架设备，使用层次化设计，支持国际标准网络接口和协议。

本实用新型实施例基于公共计算服务的多I/O网络应用系统信息安全有保障，在网络核心层和网络接入层，网络交换设备可接插防火墙硬件卡或安装网络安全硬件模块，可以进行基于协议、基于Mac地址、基于IP地址的包过滤控制功能，实现信息过滤；在网络节点层，支持自主访问控制策略，可使用诸如以入侵检测分级访问机制安全数据传输为基础的信息安全防护机制，拒绝非法访问。

本实用新型所涉及到的网络设备、网络技术体制、网络协议和组网、服务策略等根据实际应用的需要，均可酌情采用市场上成熟的商用标准技术和现成货架设备，使用层次化、集成化设计，支持国际标准网络接口和协议。

本实用新型实施例基于公共计算服务的多I/O网络应用系统，采用集成化、层次化设计，在网络核心层构建公共计算平台，取消了原各个子系统中每个应用专有的计算资源、存储资源、软件资源，从而节省了系统软硬件资源，简化了系统网络结构。该架构的简单性使得总体网络系统能够不断扩大规模，提高性能和增加带宽，而不会像传统网络系统一样出现复杂性的增加。

在网络核心层设置至少4台高性能计算存储服务器，作为系统公共计算平台，可有效支持工业应用中各项高性能并发计算服务，并可自动均衡并发计算负荷，具有较强的抗损顽存重组能力。此外由于一体化集成设计，一次性完成原应用之间串行接力计算流程，应用层根据所需获取计算数据，提高了系统快速响应能力。

在网络接入层和网络应用层采用双冗余以太网连接，当局部线路或网络节点出现故障时，自动切换到冗余网络，保证整个网络的正常通信；同时网络核心层和网络接入层使用机房备份、设备冗余、物理链路冗余、虚拟链路捆绑等方式进一步提高了网络的可靠性。

另外，将网络节点层的数据显示、控制与计算相分离，显控台只负责人机交互界面的终端设备，不负责具体的应用计算，因此与各个应用执行设备之间没有一一对应的耦合关系，可根据职责灵活定义权限与功能。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于公共计算服务的多I/O网络应用系统，其特征在于，包括：网络核心层、网络接入层和网络节点层，其中：

所述网络核心层包括多个核心层交换机柜和多台高性能计算存储服务器，所述核心层交换机柜之间通过千兆多模光缆全网状互连，每个高性能计算存储服务器通过光缆与一个核心层交换机柜相连接； 

所述网络接入层包括多个网络接入层交换机，所述网络接入层交换机通过双绞线或光缆与所述核心层交换机柜互连；

所述网络节点层包括多个输入和输出子系统，所述子系统与所述网络接入层交换机冗余连接，每个子系统包括显控台、节点计算机和外围应用执行设备。

2.根据权利要求1所述的基于公共计算服务的多I/O网络应用系统，其特征在于，节点计算机或显控台使用双网络接口与网络接入层交换机双冗余互连。

3.根据权利要求1所述的基于公共计算服务的多I/O网络应用系统，其特征在于，核心层交换机柜和高性能计算存储服务器安装在不同的地理位置。

4.根据权利要求1所述的基于公共计算服务的多I/O网络应用系统，其特征在于，高性能计算存储服务器包括存储单元、网络接口单元、多个刀片服务器、不间断电源以及风机。

5.根据权利要求1所述的基于公共计算服务的多I/O网络应用系统，其特征在于，核心层交换机柜和网络接入层交换机内均设有双冗余不间断电源。

6.根据权利要求1所述的基于公共计算服务的多I/O网络应用系统，其特征在于，高性能计算存储服务器设置在防震机柜架上。

7.根据权利要求1所述的基于公共计算服务的多I/O网络应用系统，其特征在于，网络核心层包括4个核心层交换机柜和4台高性能计算存储服务器。

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