一種高可用群集系統採用單一實ip地址的通訊方法

2023-04-26 18:41:16 1

專利名稱：一種高可用群集系統採用單一實ip地址的通訊方法
技術領域：
本發明涉及高可用群集計算機系統的通訊方法，尤其涉及高可用群集系統採 用單一實IP位址的通訊方法。
背景技術：
隨著信息技術的飛速發展，計算機系統被廣泛地應用於社會生活的各個方 面。與此同時，對於計算機系統的依賴也產生了極大的風險。 一些內部和外部的 原因都會導致系統的破壞、數據丟失，而使其不能再對外提供服務。因此，提高 系統的可用性十分重要。
高可用性群集系統利用群集架構，將多臺計算機或節點聯網在一起形成統一 資源以共同執行計算機任務。系統對外呈單一映像，對內只有一個節點承擔當前 任務，當工作節點發生故障和計劃停機時，備用節點將自動接管當前任務，變為 工作節點，以保持系統應用程式和資源的正常運行。
高可用群集利用群集IP位址提供對外服務，該IP綁定在工作機的網卡上。 外部實體(客戶端)通過訪問群集IP位址獲取服務。外部的訪問請求被工作機 接受，工作機完成當前請求後將數據包通過網卡上的虛擬IP位址返回給外部實 體。當高可用群集主動訪問本地網絡的外部實體(外部伺服器)時，由於本地 IP位址具有優先性，工作機釆用本地實IP位址進行外部訪問。
當工作機(A機)故障或停機時，另外一臺備機(B機)將轉換為工作機， 同時群集IP位址也隨之轉移綁定到當前工作機(B機)網卡上。此時，外部實 體仍可以通過群集IP位址獲取群集服務，但群集對外主動訪問的IP位址由原工 作機(A機)實IP位址變為當前工作機(B機)實IP位址。
高可用群集系統一般作為服務資源被外部客戶端訪問，最為常用的方法是利 用網絡上的群集IP位址(虛擬IP)實現客戶端對群集伺服器的訪問。在許多情 況下，要求高可用群集系統採用單一IP位址訪問外部伺服器或系統。例如，基 於高可用群集系統架構的生產過程控制系統對企業級資料庫系統的主動訪問。當 這些外部系統基於安全和架構的考慮，只允許單一IP位址接入時，高可用性群
集的實IP位址訪問受到了限制。
已經申請的有關群集和高可用系統的專利主要包括三方面主題1、群集系 統的架構、配置管理、應用、軟體算法本身以及群集和高可用系統的應用方面。
2、高可用系統的架構和配置方式。3、群集和高可用系統的應用。
其中方面一是指，為實現群集某一用途而對群集系統及群集節點、資源、負 載均衡管理、群集控制管理等方面的架構方式、配置管理方法、軟體實現算法描
述等。主要專利有，CN97115437. 6、 CN02808612. 0、 CN02804758. 3、 CN02816646. 9、 CN97121527. 8 、 CN00802642. 4 、 CN200410084187. 4 、 CN200410077878.1 、 CN200410068696. 8等。
方面二主要指高可用系統的架構方式、配置方式及其相關的協議、構造方法、 檢錯方法等。主要專利有，CN200310113622. 7 、 CN200310117036. X 、 CN200310118384. 9、 CN200410090158.9、 CN2005讓2192.9、 CN200510043171. 3。
方面三主要指為實現某種功能而架構和配置群集和高可用系統的方法。主要 專利有，CN99811945.8、 CN03112402. X、 CN200510012192. 9、 CN02154520. 0。 涉及到高可用性群集通訊的專利有，CN02147870. 8 、 CN01823073. 3 、 CN00802642.4等。
其中，專利CN02147870.8—基於TCP連接映像的高可用系統，給出了利用 建立髙可用性群集的基本方法和外部資源通過TCP/IP協議利用群集虛擬IP訪問 高可用性群集的基本原理。其內部通訊網關綁定在主伺服器上，由主伺服器完成 對外通訊過程。該發明在於提出了一種軟體架構方法，通過各軟體模塊的使用實 現群集功能。沒有明確給出一種具體的實現高可用性群集作為客戶端主動訪問外 部伺服器或系統的方案。
專利CN01823073. 3給出的是一種外部設備對群集組的訪問方式。其重點要 解決的問題在於外部對駐留在群集內部組的訪問，包括對訪問權限的限定等相關 問題。該發明的實用價值在於管理對駐留在群集計算機系統上的組的訪問。該發 明也沒有具體給出一種高可用性群集系統主動訪問外部伺服器或系統的方案。

發明內容
本發明的目的在於在現有較成熟的高可用群集架構技術、軟體或方案基礎 上(如windows 2003群集管理器)，實現其與外部伺服器或系統的通訊。特別是
在外部伺服器或系統只允許該群集採用唯一實IP位址對其進行主動訪問，提出 一種簡單的高可用性群集通訊方案，該方案能夠實現群集系統作為客戶端採用唯 一不變IP位址對外部伺服器或系統的訪問。
本發明的技術方案為 一種高可用群集系統採用單一實IP位址的通訊方法， 包括以下步驟
a、 架構群集系統工作機和備機通過路由器形成內部子網，在子網內架構 群集，路由器連接到外部網絡中並指定路由器外部IP位址為客戶端IP位址，子 網內的各群集節點均通過路由器接入外部網絡，且在外網視各節點IP位址均為 路由器外部IP位址，當工作機發生轉移時，實IP位址的改變不會影響路由器外 部IP位址的改變，因此保證了客戶端訪問IP位址的唯一性。
b、 當外部客戶端或外部伺服器訪問本高可用群集系統時，利用路由器的端 口轉發功能，將訪問數據轉發至群集IP位址上，實現外部客戶端的訪問。所述 的埠轉發，即將指定埠的全部數據包轉發至內部子網的一個IP位址上。
C、當群集對外訪問時，工作機通過本機IP位址將數據報文傳送至路由器內 部IP位址，通過路由器轉發至外網。
本發明的有益效果是，提供了一種簡單的高可用性群集通訊方案，該方案能 夠實現群集系統作為客戶端採用唯一不變IP位址對外部伺服器或系統的訪問。 在現有技術中群集架構中前端機可以實現類似的功能，但前端機一般僅用於高性 能群集的負載均衡功能。在高可用群集中，本發明省去了前端伺服器的架構，特 別是在小型系統中(如雙機熱備系統)，大大降低了架構成本。


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圖1為本發明群集系統主動連接外部伺服器或系統時數據包地址結構。
圖2為本發明外部客戶端連接群集時數據包地址結構。 圖3為本發明一個實施例的群集系統結構連接圖。
具體實施方式
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參照圖l，當群集對外訪問時，主伺服器上運行的通訊程序利用主伺服器工 作機網卡實IP位址將數據報文傳送至路由器內部IP位址，通過路由器轉發至外 網，但凡流經路由器的數據報文從路由器外部IP位址發出，即增加了路由器的 外部IP位址信息，即對外部伺服器或系統而言，訪問它們的數據報文來源於路
由器對外IP位址。即使工作機換為其他備份伺服器，對外部系統仍然認為訪問 它們的數據報文來源於路由器外部IP位址。外部伺服器或系統收到數據報文後， 將報文逐層解包，將應答數據回送至路由器，再由路由器分發至內網工作機實 IP位址。
參照圖2,當外部伺服器或系統主動訪問群集時，被訪問IP位址為路由器外 部IP位址，並設置訪問埠，如FTP訪問埠21， http訪問埠80,及其他 訪問指定的埠等。利用路由器將指向該埠的TCP數據包全部轉發到子網的群 集IP位址上，由群集IP位址傳送至工作機。當工作機轉移時，群集IP位址將 轉移至備份伺服器上，以該IP位址指定通訊的通訊信道隨之轉移至備份伺服器， 達到了工作機切換前後通訊保持的目的。
以高可用群集系統結構為實例，結構連接如圖3所示。在這種結構中，服務 器為當前工作機A機，其他伺服器為備機B機和C機。只有主伺服器運行工作程 序，其他伺服器處於"待命"狀態。群集釆用連接到磁碟陣列的Share Nothing 結構進行關鍵數據訪問，僅工作機對磁碟陣列櫃具有訪問權限，其他備用伺服器 對其不可訪問。如果當前伺服器A機出現故障，系統的群集管理器會自動切換一 個備份伺服器B機或C機為工作機，同時接管磁碟陣列訪問權限、群集名和群集 IP位址，保證工作的連續性。
本實例中，工作機A機實IP位址通過連接①至路由器，由路由器通過連接
③ 轉發至外部伺服器，外部伺服器通過連接④回送報文至路由器，由路由器通過 連接②至子網內A機實IP位址。當A機發生故障時，工作機轉移為B機，工作 任務轉移至B機，所需要連接的外部伺服器由B機發起，從B機實IP位址通過 連接⑨至路由器，由路由器通過連接③轉發至外部伺服器，外部伺服器通過連接
④ 回送報文至路由器，路由器通過連接⑩轉發至B機實IP位址。
'當外部客戶端訪問群集時，客戶端通過連接⑦發送連接請求至路由器，路由 器根據訪問的埠號，指定該數據包轉發至子網內部群集IP位址上，即通過連 接⑥將數據發送到群集IP位址上，此時群集IP位址綁定在工作機A網卡上，工 作機A對數據請求作出相應處理，通過連接⑤發送相應報文至路由器，路由器通 過連接⑧傳送數據包至客戶端。當群集中工作機轉移時，如B機接替A機成為工 作機，群集IP位址將轉移至新工作機B的網卡上，此時客戶端發送的數據包仍
然會通過連接⑦和連接⑥傳送至群集IP位址上，但由於群集IP位址綁定在B 機網卡上，將有B機對請求響應，並仍然利用群集IP位址通過連接⑤和連接⑧
回送數據包至客戶端。
如果群集內工作機再次發生轉移，如從B機轉移至C機，將由連接⑩和連接
②代替B機的連接⑨和連接⑩，同時由於群集IP位址轉移至新工作機C機的網
卡上，客戶端訪問仍然通過連接⑦和連接⑥將數據包傳送至群集IP位址上，C 機處理完畢後響應數據包由連接⑤和連接⑧回送至外部客戶端。
權利要求
1、一種高可用群集系統採用單一實IP位址的通訊方法，其特徵是包括以下步驟a、架構群集系統工作機和備機通過路由器形成內部子網，在子網內架構群集，路由器連接到外部網絡中並指定路由器外部IP位址為客戶端IP位址，子網內的各群集節點均通過路由器接入外部網絡，且在外網視各節點IP位址均為路由器外部IP位址；b、當外部客戶端或外部伺服器訪問本高可用群集系統時，利用路由器的埠轉發功能，將訪問數據轉發至群集IP位址上，實現外部客戶端的訪問；c、當群集對外訪問時，工作機通過本機IP位址將數據報文傳送至路由器內部IP位址，通過路由器轉發至外網。
2、 根據權利要求1所述的一種高可用群集系統採用單一實IP位址的通訊方 法，其特徵是，備機可轉換為工作機，a、 當外部客戶端或外部伺服器訪問本髙可用群集系統時，群集IP位址將轉 移至備份伺服器上，以該IP位址指定通訊的通訊信道隨之轉移至轉換為工作機 的備機上；b、 當群集對外訪問時，這時對外訪問仍然採用路由器內部IP位址，外部服 務器或系統收到數據報文後，將報文逐層解包，將應答數據回送至路由器，再由 路由器分發至轉換為工作機的備機實IP位址。
3、 根據權利要求1所述的一種高可用群集系統採用單一實IP位址的通訊方 法，其特徵是，在架構群集系統時，工作機和備機還連接有磁碟陣列，用於對關 鍵數據訪問，且只有工作機具有訪問權限。
4、 根據權利要求1所述的一種高可用群集系統釆用單一實IP位址的通訊方 法，其特徵是，步驟b中所述的埠轉發，是將指定埠的全部數據包轉發至內 部子網的一個IP位址上。
全文摘要
本發明涉及高可用群集系統採用單一實IP位址的通訊方法。主要解決高可用群集系統只允許單一IP位址接入時，高可用性群集的實IP位址訪問受到了限制的技術問題。一種高可用群集系統採用單一實IP位址的通訊方法，包括以下步驟a.架構群集系統工作機和備機通過路由器形成內部子網，在子網內架構群集，路由器連接到外部網絡中並指定路由器外部IP位址為客戶端IP位址，子網內的各群集節點均通過路由器接入外部網絡，且在外網視各節點IP位址均為路由器外部IP位址；b.當外部客戶端或外部伺服器訪問本高可用群集系統時，利用路由器的埠轉發功能，將訪問數據轉發至群集IP位址上，實現外部客戶端的訪問；c.當群集對外訪問時，工作機通過本機IP位址將數據報文傳送至路由器內部IP位址，通過路由器轉發至外網。
文檔編號H04L29/06GK101170544SQ20061011752
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月25日 優先權日2006年10月25日
發明者夏建超, 朱苗勇, 李衛東, 田建良, 程 祭, 琦 趙 申請人:上海梅山鋼鐵股份有限公司;東北大學