号码携带集中管理系统的高可用技术应用分析

1 引言

　　在号码携带系统中，CSMS（集中管理系统）汇总着全国所有运营商号码携带用户的基本数据和号码携带规则，扮演着号码携带业务提供管理者和仲裁者的角色，地位十分重要。CSMS和运营商的号码携带营业生产系统一起，实时为用户提供号码携带申请业务，必须按照电信级系统的要求，提供24h×7d×365d时间内99.99%的服务可用性。因此，CSMS系统的高可用性方案十分重要。

　　高可用性（High Availability）一般是指通过尽量缩短系统停机时间，提高系统和应用的可用性。为了提高系统可用性，一种方法是提高计算机各个部件的可靠性，但这种方法并不可靠，因为单一服务器可靠性再高也存在单点故障的潜在隐患，所以目前业界比较成熟的做法是采用集群（CluSTer）的方案。它通过加入冗余设备使得在一个设备出错而停止服务的时候，这些冗余的设备可以继续提供服务。本文中，高可用性的含义还包括“快速恢复”，即一旦由于系统中止并重启后，业务应用能够尽快恢复。

　　本文主要介绍了在CSMS中为了实现系统的整体高可用性，在各个层面可以采用的集群技术。

　　2 系统高可用技术的应用范围

　　在号码携带系统中，从和运营商接口侧到CSMS的核心数据层主要包括以下功能层，高可用方案主要围绕这些层面来展开。

　　（1）网络层：是和运营商连接的部分，主要需要考虑，如何避免传输单点故障，如何避免网络设备单点故障？

　　（2）Web服务器层：如何保证Web服务器的单点故障？如果提供多台Web服务器，如何在之间进行资源协调？

　　（3）应用服务器层：Web服务器提交请求给应用服务器后，如何避免应用服务器的单点故障及多台应用服务器的资源协调？

　　（4）数据库服务器层：应用服务器向数据库服务器提交请求时，如何避免数据库服务器的单点故障及多台之间的资源协调？

　　（5）应用软件：即使我们采取了各种措施，还是存在服务器硬件宕机的可能性。在系统重启后，我们应用软件如何设计保证系统能快速恢复？

　　（6）数据层：如何保证数据存储安全可靠？

　　为了回答上述问题，我们需要对各种高可用性技术进行研究和总结。

　　3 高可用性技术研究

　　3.1 CSMS系统架构

　　图1所示的是CSMS系统组织架构。

图1 CSMS系统组织架构

　　为了保证系统的高可用性，防止出现单点故障，系统的每个功能层在硬件设备上都采用冗余配置，同时通过各种软件方案设计，实现系统高可用性。

　　3.2 网络方案

　　在网络方案上，系统和每个运营商之间的专线采用155M POS或者MSTP双光缆接入，利用传输网络的冗余和自愈能力，保证系统物理接入线路的高可用性。每个运营商的两条光缆分别接入到系统的两台接入路由器上，尽量避免路由器设备的单点故障。每台路由器分别配置了多个网卡分别接入多个运营商的专线，防止出现单板卡故障影响到更多的运营商接入。

　　在路由器对运营商侧的方案设计上，需要采用动态路由协议，当某台路由器到某个运营商的某条缺省配置路由出现故障时（比如线路故障或板卡故障），需要将备选路由广播到所有相关设备上，新的通信连接则按照新的路由进行通信。在路由器对防火墙的方案设计上，需要采用VRRP协议进行动态IP地址绑定，即两台路由器下联到防火墙的IP为一个虚拟地址，缺省时绑定在某个路由器的实际地址上，当需要切换时，将虚拟地址绑定在另外一台路由器的实际地址上，而对于防火墙来说，不需要做任何改变就完成了通信的切换过程。

　　3.3 Web服务器的负载均衡器方案

　　从客户端的请求经过网络设备后，将首先到达Web服务器。从系统的高可用性设计角度出发，系统将部署多台Web服务器进行集群。Web服务器之间进行集群包括Web负载均衡和会话的失败转移两个方面。

　　负载均衡可以采用多种技术，比如采用硬件负载均衡器，也可以在某个Web服务器上部署负载均衡软件，由这台Web服务器兼作负载均衡器。负载均衡器最主要的特征包括：

　　（1）单点接入

　　从客户端的角度看，多台Web服务器只有一个地址，就是负载均衡器的服务地址。这样做的好处有两点：一是客户端不需要配置多个Web服务器地址，比较方便；二是可以向客户端网络屏蔽网内具体的设备的地址信息，对网络保护具有一定作用。

　　（2）实现负载均衡算法

　　当客户端请求到来的时候，负载均衡器能够决定把这个请求转发到后台的哪个Web服务器进行处理。主流算法包括：轮循算法，随机算法和权重算法，无论哪种算法，负载均衡器总是试图让每个服务器实例分担等同的压力。