服务器群集及容错技术在组网工程与技术中的应用

1.群集技术

服务器群集技术是把多个物理服务器通过输入/输出系统互联在一起，这些服务器连接到存储介质中，形成一个整体，分布式地工作，并且由分布资源管理软件进行管理，因而是可以更好地利用设备资源的一项新兴技术，近年来得到了广泛的应用。群集技术可以提高特定应用程序或者服务的可用性，也可以提高应用程序的性能，为特定的应用程序或者问题提供强大的处理能力。一旦在服务器上安装并运行了群集服务，该服务器即可加入群集。群集化操作可以减少单点故障数量，并且实现了群集化资源的高可用性。

服务器群集技术最主要的应用即在于网络负载平衡的功能。网络负载平衡使用两台或更多台一起工作的计算机组成的群集，为服务器提供了高可用性和高伸缩性。Internet客户端使用一个IP地址或一组地址访问群集。客户端无法区别群集和单一服务器。服务器应用程序并不表明它们是在群集上运行的。但是，网络负载平衡群集与运行单个服务器应用程序的单个主机有很大的区别，因为即使在某个群集主机发生故障的情况下，它也可以提供不间断服务。群集对客户端请求的响应也比单个主机快。

如图4-14所示，由两台服务器（Server1，Server2）组成的群集方式，其中每台服务器的地位是平等的，都可以为客户端提供服务并且不用其他服务器的辅助。图中Server3是服务器群集虚拟出来的主机，客户端所能看到的群集只是一台Server3主机，并不需要知道其他服务器的存在。群集中的主机将均衡处理客户端发来的应用请求，以此来实现负载均衡；如果某一台服务器出现故障，客户端发来的应用请求将被分配给另外一台服务器，通过这种方式来保障业务应用的高可用性。

常用的服务器操作系统如UNIX/Linux、Windows 2000 Server、Windows Server 2003/2008系统都有关于服务器群集的实用工具，用来支持在服务器上安装群集软件或创建新群集。

图4-14 服务器集群

2.容错技术

尽管服务器的硬件性能越来越高，但是对一些具有特殊应用的行业，如证券、银行、电信等需要提供永不间断的服务，发生故障也是难免的。世界上各大服务器厂商都试图通过一种名为容错的技术来解决这种问题，以解决关键服务器和关键应用的高可用性、安全性、稳定性、高管理性及其不间断运行，能够很好地满足一些重要行业的应用需求。

容错（Fault Tolerance）是指系统发生错误但能容忍错误而不导致服务的中断。对于服务器来说，容错是指服务器对于错误的容纳能力，是应用过程中对于服务器稳定性的一个更高的要求。

当前，服务器容错技术主要有服务器群集技术、双机热备份技术和单机容错技术。实际上，服务器群集和双机热备份的技术比较类似，双机热备份可以看做是最简单的集群；也可以把服务器集群技术视为双机冗余的延伸，可以理解为一种多机容错的方案。采用集群技术，通过多台服务器之间的负载均衡，可以解决服务器单点故障所引发的系统不稳定，提高系统的可靠性，因此集群具有更好的容错能力。双机热备份技术也是一种软硬件结合的较高容错应用方案。(https://www.xing528.com)

单机容错技术是在一台服务器上实现容错能力，这是一种最高级别的容错技术。具有单机容错能力的服务器被称为容错服务器，这一种服务器也是各大厂家追逐研究的前沿性产品。单机容错技术以Stratus公司的ftServer、惠普公司的NonStop服务器和NEC公司的Express5800/ft为代表。这种技术具有比双机热备方案更高的容错能力。有研究报告指出，双机热备方案的可靠性可以达到99.9%，而单机容错技术的可靠性可以达到99.999%甚至更高。

3.双机热备份技术

服务器的故障可能由各种原因引起，如设备故障、操作系统故障、软件系统故障等。对于一些重要系统而言，如果发生服务器故障而中断，会造成重大的经济损失。因此，在实际应用中对于一些重要、关键的业务系统需要通过双机热备，来避免可能因发生故障而导致的长时间服务中断，保证系统长期、可靠的服务。

双机热备份技术是一种软硬件结合的较高容错应用方案。一般由两台服务器系统和一个外接共享磁盘阵列柜及相应的双机热备份软件组成，如图4-15所示。

在该方案中，将操作系统和应用程序安装部署在两台服务器的本地系统盘上，整个网络系统的数据是通过磁盘阵列集中管理和数据备份的。数据集中管理是通过双机热备份系统，将所有站点的数据直接从中央存储设备读取和存储，并由专业人员进行管理，极大地保护了数据的安全性和保密性。用户的数据存放在外接共享磁盘阵列中，在一台服务器出现故障时，备机主动替代主机工作，保证网络服务不间断。

双机热备份系统采用“心跳”方法保证主系统与备用系统的联系。所谓“心跳”，指的是主从系统之间相互按照一定的时间间隔发送通信信号，表明各自系统当前的运行状态。一旦“心跳”信号停止表明主机系统发生故障，或者备用系统无法收到主机系统的“心跳”信号，则系统的高可用性管理软件认为主机系统发生故障，主机停止工作，并将系统资源转移到备用系统上，备用系统将替代主机系统发挥作用，以保证网络服务运行不间断。

双机热备份方案中，最常用的两种热备模式是双机热备模式和双机互备模式。双机互备模式（Active/Standby，激活/停机模式）即一主一备模式，指的是一台服务器处于某种业务的激活状态（即Active状态），另一台服务器处于该业务的备用状态（即Standby状态）。而双机互备模式（双主机方式）即指两种不同业务分别在两台服务器上互为主备状态（即Active-Standby和Standby-Active状态）。

图4-15 双机热备份方案