（计算机科学与技术专业论文）移动监控网关双机热备份系统的设计与实现.pdf

莺精季车学技术大学群究生貔学经论文 接要 随蓿计算机的发展，容错系统越来越发挥着瓯大作用。容错系统保证当系统出现故障 时，利用冗余资灏继续为系统提供可靠服务。双机热各份系统是容错答统中常见到的一种 形式，颓撬燕备份麓够保 歪恣系统窭袋敲障时势蓉统提供实辩骚务，缣涯了系统不溜瑟跫 工作。 本课题通过为上海东州公司研制的移动监控网关1 5 5 m 2 i p 系统，主要研究了其中的一 辞势疆辍热餐傍子系统d b l 5 5 m 2 i p ( d u a lb a c k u ps y s t e mi n1 5 5 m 2 i p ) ，逶遘蜜辩鳇运霉 测试，d b l 5 5 m 2 p 系统不但满足了客户要求，为辫户提供不问断、实时的服务，而且该系 统在主系统和从系统之间切换的时间比较短，从发现故障到切换时间小予1 0 秒，报好地完 残了客户对系统韬换薅霹靛鼗求。 在d b l 5 5 m 2 i p 系统的蜜现过程中，本课题主藉研究了撇机热备份的概念和工作原理； d b l 5 5 m 2 i p 系统期传统双机热备份系缆的不同点；d b l 5 5 m 2 i p 系统心跳线的工作原理j 主鼹务系统移放辍务系统之耀弱键抉裰壤蠢条铎、系统窭褒袭漳螽兹一些馥簿上鼹移据应 的软件予系统的实现。在进行d b l 5 5 m 2 i p 系统故障检测和切换时，可通过软件誊按自动实 现系统之间的切换，这样大大缩短了切换时间。 d b l 5 5 m 2 i p 系统设计竞成轰，进抒了d b l 5 5 m 2 1 p 系绞的蛙裁测试，：褰主黢务系统裁 从服务系统之间切换的时间，强及系统出现故障后进行故障的定位和检测。并对 d b l 5 5 m 2 i p 系统的特点进行了阐述。 骚磊逶过对现在的硬撬热备徐系统瓣各个摸黧进行分攒e e 较，著选择了适食攘述双枧 热备份系统的马尔可夫模型来描述d b l 5 5 m 2 t p 系统的工彳笮状态转移，并利用m a t l a b 编 写仿真程序对d b l 5 5 m 2 i p 系统的可靠发和安全度进行分析。通过实际测试结果找出影垧系 统可冀度秘安全度鲍参数困予以及可靠度帮安全度隧孵耀变化的援律。侵害户对 d b l 5 5 m 2 1 p 系统的可靠度和安全度有个理解。 本文最后对双机热各份的理论和涉及到的关键技术进行了展望，并对影响d b l 5 5 m 2 1 p 系统的一些因素徽了分析。 关键词双机热备份，热切换，故障模型，马尔可夫模型，d b l 5 5 m 2 i p 望茎鍪堂垄查查堂矍窒竺鏊堂笙逢奎 众8 s t 耩众c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e r , t h ec o m p u t e rf a u l t t o l e r a n ts y s t e mi sv e r yi m p o r t a n ti n m a n y 巍l 。d s 。c o m p u t e rf a u l t t o l e r a n ts y s t e me n s u r e st h es y s t e mc o n t i n u et oe x e c u t et h ep r o c e d u r e w h e ns o m ee l r o r sc o m e ，a n dp r o v i d e st h ed u p l i c a t e ds e r v i c ef o r t h es y s t e m i nt h i sp a p e r , t h r o u g hd e v e l o p i n gt h e1 5 5 m 2 i ps y s t e mf o rs h a n g h a id o n g z h o uc o m p a n y , w e i n t r o d u c eap a r to ft h e1 5 5 m 2 i ps y s t e m t h ei m p l e m e n t a t i o no fo n l i n ed u a lb a c k u ps y s t e m ，w e n a m e dt h i ss y s t e md b l 5 5 m 2 i pf o rc o n v e n i e n t t h eo n l i n ed u a lb a c k u ps y s t e mn o to n l ya c c o r d s w i t ht h eu s e r s r e q u e s t sb u ta l s op r o v i d e su n i n t e r r u p t e da n dr e a lt i m es e r v i c e i na d d i t i o nt h r o u l g h t e s t i n g , t h eh o ts w a pt i m eo fo n l i n ed u a lb a c k u ps y s t e mb e t w e e np r i m a r ys y s t e ma n ds e c o n d r y s y s t e mi sv e r ys m a l l i nt h i sp a p e r ，i t sn om o r e t h a n1 0s e c o n d s i nt h ep r o c e d u r eo ft h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ed b l 5 5 m 2 i p , w ea l s os t u d yt h et h e o r ya n d c o n c e p to ft h eo n l i n ed u a l 踟c k 印s y s t e m ，t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nd b l 5 5 m 2 1 p a n dt h eo n l i n e d u a lb a c k u ps y s t e m ，t h et h e o r yo fo n l i n e , t h et h e o r yo fh o ts w a pb e t w e e np r i m a r ys y s t e ma n d s e c o n d r ys y s t e m ，f a u l tu p l o a da n d t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h es y s t e ms o f t w a r e a f t e ri m p l e m e n t a t i o nt h ed b l 5 5 m 2 1 p , w et e s tt h ep e r f o r m a n c eo ft h ed b l 5 5 m 2 1 p ，t h eh o t t i m eb e t w e e np r i m a r y s y s t e ma n ds e c o n d r ys y s t e m ，f a u l tu p l o a d ，f a u l tt e s t ，f a u l tl o c a t i o n f i n a l l y , t h r o u g ha n a l y s i s i n ge v e r ym o d u l eo fo n l i n ed u a lb a c k u ps y s t e m ，w es e l e c tt h e m a r k o vm o d u l et od e s c r i b et h ed b l 5 5 m 2 1 ps y s t e m ，a n ds t u d yt h er e l i a b i l i t ya n ds a f e t yo ft h e d b l 5 5 m 2 i ps y s t e m i n a d d i t i o n , w ea n a l y s i s t h er e l i a b i l i t ya n ds a f e t yo ft h ed b l 5 5 m 2 i p s y s t e m u s et h el a n g u a g e m a t l a b t h r o u g ht h er e s u l t s ，w el o o ku pt h ep a r a m e t e r sw h i c he f f e c t s h er e l i a b i l i t ya n ds a f e t yo ft h eo n l i n ed u a lb a c k u ps y s t e m t h i si sv e r yi m p o r t a n tf o ru s e rt o u n d e r s t a n dt h er e l i a b i l i t ya n ds a f e t yo ft h eo n l i n ed u a lb a c k u ps y s t e mt h r o u t ht h e o t ya n a l y s i s a tl a s t ，w eg i v eo u ts o m et e n t a t i v ep l a n sa n ds o m es u g g e s t i o nf o rt h eo n l i n ed u a lb a c k u p s y s t e m ，a n da n a l y s i ss o m ee f f e c t so ft h eo n l i n ed u a lb a c k u ps y s t e m i t sv e r yi m p o r t m a n ti n p r a c t i c e k e y w o r d s ：o n l i n ed u a lb a c k u p ，h o ts w a p ，d e p e n d a b i l i t ym o d e l i n g ，m a r k o vm o d e l d b l 5 5 m 2 1 p 望茎墅堂鍪垄查堂鐾篓尘釜兰竺蕊兰 翌1 。1 图2 1 图2 2 蹙2 ，3 图2 4 图2 5 图目录 1 5 5 m 2 1 p 监控系绞疆络掘羚结梅图，2 双机热备份结构图5 双机双工双以太网互联结构图6 双穰i 蹇跌双以太耀热备互联结擒窭6 双机热备份结构图7 双机盎从侦期4 裂以太网结构图7 墅2 。61 5 5 醚2 撑系统中的双鼹热簧傍系绞翻1 0 图3 11 5 5 m 2 i p 监控系统网络拓扑结构圈j 1 图3 2 热切换机制原理图1 3 图3 。3b o x 蓉统结构雕1 s 图3 4 数舞箍理分系统结构框图1 5 图3 5 系统总流程图1 9 图3 + 6t c p 密接字如綦零流程墅2 l 图3 7u d p 套接字麴熬本流程圈2 2 图3 8 h o t s w a ei n i t 流襁图2 3 图3 9w o r k 嘶m a r y 流稷豳24handler 潜3 1 0w o r ks e c o n d a r yh a n d i e r 浚稷图2 5 图3 1 1w o r ks c a n d a l o n e 流程图2 6 图3 1 2p i n g 程序流程隧2 8 固3 1 3 釜控韪蓬滚程滏。2 8 图3 1 4 故障上传流程图3 1 图3 1 5 故障事件流程图3 2 圈3 ，1 6 系绞虢态转换爨。3 3 图4 1 系统遥行图3 6 图4 。2 双机热备份系统结构图3 7 鹦5 1 f 与f ( 0 夔时翔变诧睡4 4 图5 2 f ( 0 、f ( t ) 和r ( t ) 曼者之间的关系图4 4 罔5 3 系统工作状态转换图4 9 圈5 ，4 马尔霹夫敬态转换圈4 9 图5 5d b l 5 5 m 2 i p 系统可靠度变化函数5 1 冈5 6d b l 5 5 m 2 1 p 系统安全度变化函数5 2 国防科学技术大学研究生院学位论文 表目录 表3 1 报文格式1 6 表3 2 套接字接口一2 0 表3 3i p 数据包格式2 7 表3 4 指针在i p 数据包中的使用1 2 8 表3 5 指针在i p 数据包中的使用2 2 8 表3 6 故障事件i d 定义2 9 表3 7 主发数据帧定义表2 9 表3 8 事件内容定义表3 0 表3 9 应答帧定义表3 0 表3 1 0 数据定义示例3 0 表3 1 1 应答数据定义示例3 0 表5 1 状态转移概率表4 9 表5 2 参数1 对d b l 5 5 m 2 i p 系统可靠度和安全度的影响。5 1 表5 3 参数c 对d b l 5 5 m 2 i p 系统可靠度和安全度的影响5 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意 学位论文题目：整盘监蕉圈差弛热盔篮歪统盟选盐盏塞墨 学位论文作者签名：自至! 翟日期：2 c ) d 再2 月9 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权国 防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允 许论文被查阕和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文题目：壁盈鳖撞圃苤丞扭垫查坌墨统盟遮盐生塞盈 学位论文作者签名： 鱼i 一骂! 储特蝴挠芈 日期：2 晰z , 99 日 日期：多们雪年，；置9b = ：= ： ：= 一：= = = = = ：望塑型耋霪望至! 兰矍塞竺堡茎! i i ! 圣：= ：= = = = ：一。：= = 第一章绪论 1 1 课题背景 麓蓉移动遴谂技寒翡邋速发震，辩电蓿瓿痨内的动力券统、鬯羰累缝帮其稔琴凌设备 进行联台监控是很有必要的。但是传统的监控系统有很多缺点”l ，各个基站有的大量信息 ( 机房温度i 湿度、电源能力、门禁等) 需要监控，传统上，这类信息被传感器聚集，传 巷器慕嶷弱数据必戳事强滚爨豹形式发送出去，遴过e l 线路传辕到孛心瓿赛，t 巾心壤赛 再使用专用设备将置1 帧转换成以太帧，通过t c p u d p 与中央控制器( l s c ) 进行通信。 这种方式有以下儿个问题： ( 1 ) 在中心援房垮存凌丈量戆戳转戳太梭熬设备，将耗费大量戆辊絮蟊电添接墨。 ，( 2 ) 各个b 1 之闻互捅不能通信，而传输复用设备经常进行割接，如果进行割接，基 站的数据会传输不上来，需鼹人为进行很多的维护工作。 ( 3 ) 由大量“e 王转以太犊懿设备”设套维娥戆系统过予庞大，豢绞稳定性缀差。 更重要的是传统的监控系统没有考虑监控系统出现故障后系统如何继续进行监控 f 2 j f ”，为此我们课颇组开发了1 5 5 m 2 i p 系统，它位于中心机房，从光接口直接下到1 5 5 m 2 i p 系统，不再需要复瘸设冬垮1 5 5 ms d h 分离成e l 罐路数撼。劳且在传统监控系缝基础上 引入了双枫燕备份系统，增加了监控系统运行的可靠性和稳定性。使簸控系统能觞提供实 时、不问断、可靠的服务。 双撬热备份系统是计算机容错系统中的个分支。在计算枧容锩技术领域，黧外蛉研 究工作进行得 较早。伴随赣计算机豹产生，入们就把容错系统应用到了计算视鞭域。出 于第一代计算机的主要元件魑电子管和一些延迟线寄存器，并且这些元件的失效比较高， 系统的乎均故障时闻比较短，所以这个时候采用的主要技术鹱是故障检测积恢复技术柬提 高系统的使用时间。1 9 9 2 年冯。诺依蔓在和利福懋亚技术学院擞了关于容错技术研究的五 个报告，他那次提出的精确论断成了后来容错系统的基础。1 9 5 6 年冯诺依曼发液了概 率逻辑及餍刁i 可爨的元件设计可靠的结构的论文，在他的论文中提到了多数表决的概念， 并分搿了这种结构对系统辖浚结构静鬣察可能产生的影桷。运表弱了计算丰晁容错方蟊酶理 论工作已经开始。 后来到了2 0 世纪7 0 年代，容错祭统的应用和研究范围迅速从宇航领域扩联到交通管 翱、芏稃垂动纯等领域。到了2 0 世纪8 0 年 弋，随着大l 穰集或电路v l s i 和诗簿的遥速 发展和j “泛应用，容错技术的研究也随着计算机的普及发展到了工业界，许多公司生产的 产品已经进入了市场。 美援跫政氛容绩热冬份按术的发澈缝，美鹜麓双辊容镶热备份技术肇奉钱豪了国嚣 j 最先避的水平。目前大多数的双帆热备份软件都是l b 英圈盯发出来的。其中主要有 s u r v i v e i t 、l i f e k e e p e r 、o c t o p u s 和s t a n d b y 以及c l u s e r 。 1 2 课题要求 1 5 5 m 2 i p 系统是运行在移动网络中熬一个篮控系统，萁功韪是接收麓臻采集设备发送 来的数据，并对数据进行分析和处理。如果发现被监控的对象有故障，就进行报警。其总 体结构如图1 1 所示。f s u ( 前端采集设备) 采集到的9 6 k j 矗控信息缀时隙抽取设备后完 成9 , 6 k 虱6 4 k 、6 4 k 到2 m 魏转换，馨9 6 k 插入掰b t s 与b s c 之闺驹一个2 m 豹菜一游 隙中。多个含9 6 k 监控信息的2 m 信号经b s c 交叉联接后，将这些含9 6 k 监控信息的6 4 k 数掘收敛到一个2 m 信号中，多个收敛厢的2 m 信号经s d h 传输网组合成一个1 5 5 m 的光 售号，1 5 5 m 戆毙经号羲窭嬲分走器，鑫分毙嚣输接爨1 5 5 m 2 1 p 系统，1 5 5 m 2 | p 系统实现 主热备份，完成1 5 5 m 到2 m ，2 m 到6 4 k ，6 4 k 到9 6 k ，9 + 6 k 到i p 的转换，9 6 k 的i p 数据包送到系统中心，由系统中心对球监控信息进行实时处理，同样融l s c 输出9 6 k 的 l p 数掇瘗该设备簸敷残1 5 5 醚售号。 时隙抽敬设备+ b t si 一0 时j 敢于n i 墩设备+ b t s1 0 b s c 1 5 5 m 2 i p i 酗j e ( 主) b p 爿1 5 5 m 2 l p 荒境( 岳 _ o r l a ns w i t c j l jk v- 。s 鬟考薹爨爨纂霎豢豢是；包l| 戡槲麻一 翻1 11 5 5 m 2 1 p 监控系统网络拓 结构图 1 ，2 漂题磷突内容 本课题研究的主要内容怒双机热备份的工作原理和切换原理，本课题和以往课题不同 的地方往于不是邋过硬件判龊来实现切换，丽是通过软件来决定是否切换，也就是说通过 接收到的数撂进行擎l 断，艴聚出现了蔽障数据，秘么就壶软件凌定避行切换，这襻韬换时 m 大大减小，符合了系统对切换时州的要求，更撼要的是满足了系统实时服务的龋求。 另外，心跳线是嚣出现故障也是本系统研究的重点，妇果是心跳线出现了故障+ 那么 这个数藩对系统静彩懿是袋太溺，这撵验话蠡 采畿通过增l n 心跳线豹象数和有效控嗣心蕊 线的失效是非常暾要的。 举爆题还蕈，i 研究了戕机热器份系绒的模犁+ j 实m ；试验需要犬龄弗胁m 和会钱 铺2 国防科学技术大学研究生院学位论文 所以对系统建模分析，并通过结果对系统的可靠性和可信性进行分析，通过最后的仿真语 言m a t l a b 对系统的模型进行分析，根据给定的参数因子计算出系统的可靠度和发全度。 1 2 2课题重点和难点 ( 1 ) 在主服务系统发生赦障并良扶服务系统切换时，睦l 予切换群渗及到了缀多医豢， 所以如何把这个时间闯隔控制到最小裁技术难点。 ( 2 ) 在实现的过程中，虽然采用了“心跳线”技术保持了主服务系统与从服务系统 的联系，但是如爨一旦“心黝线”邦分发生了故障，那么系统摄难分清是“心跳线”还是 系统其他部箨静敝障，这样往往需要入工进行于涉，所戬为了增加心蹒线的安全能可 三i 使 用两条心跳线，但是这样可能增加系统负担和硬件设各。 ( 3 ) 编写代弼时用t c p 还是u d p ，会对系绩产生一定的影响。主蒙是对接收到的各 静报文的处理上。 ( 4 ) 对故障的测试和定位是技术的难点和重点。 1 3 谋题取褥残采 本课题首先对现在的双机热备份系统的工作原理和模式进行了分析和比较，最后说明 了d b l 5 5 m 2 i p 系统与婕绞双较燕各傍系统鲍不圈帮靼圈点。 本课题不但锻好地实现了一个双税热备份系统，满足了客户实时往的需要。甄重要的 是可以提出一个敢机切换的软件算法：故障检测切换算法。该算法不但能很好地熨现系统 豹韬按，磊且不瓣要久工于涉，大大藏少了系统数观故瘴射豹切换时间，潢是了系统实时 性的需嚣。另外，当系统出现故障对，率课题还研究了故障的上传、故障的测试、故障的 定位。 本谍题还对鞭极热备份系统蛉各种故障摸蘩进行了分褥和毙较，通过建横分柝对 d b l 5 5 m 2 i p 系统的可靠度籀发全度进行评价，得蹴影响系统的参数因予，这样儆的茸的， 从设计糟角度可以通过这些参数分析设计出质量更高的产品；从用户角度来说，分析出系 统的可靠度和安全度，使用起柬也递他们也对系统的可靠度期安全度霄了一定了勰，使用 起来也魄较敷心。 另外还通过选取马尔可夫模型进行分析，并根据假定的参数因子进行模拟验迁，通过 仿真语蠢m a t l a b 对系统的可靠性度年f ：l 安全度进行研究，得出影响d b l 5 5 m 2 1 p 系统的参 数和稿瘦豹嚣确大小。献理论土，这对予分折系统来说其有薰要静摇警懑义。 最后，根据对系统的实现，提出了+ 些展望和想法。 。4 论文结构 第1 章主要介绍了本课题研究的背景和双机热铸份的背景。 籀2 蠢薅双丰惩热备份系缝避行了臻究，包摄双捉热份懿工佟驻霹爨l 工作模式。然磊 根据各种双机热铸份模式进 r 的分抓比较选择了双机圭从热备份模式。并分# i 了 d b l 5 5 m 2 1 p 系统与传统双机热符份系统的不问i 点相h j 同点。 国防科学技术大学研究生院学位论文 第3 章是本文实现工作的重点，首先介绍了1 5 5 m 2 i p 系统结构，然后对该d b l 5 5 m 2 i p 系统进行了重点介绍，包括切换原理、心跳线、主服务系统和从服务系统以及各种相关函 数，最后对系统出现故障后对故障的上传进行了重点研究，并对系统的切换原理作了介绍 和分析。 第4 章主要介绍了d b l 5 5 m 2 i p 系统的运行和测试，主要包括主服务系统和从服务系 统之间的切换，故障的定位和测试以及一些建议。 第5 章主要是是根据双机热备份系统的模型分析，主要介绍了各种故障评价模型和它 们的特点，然后根据具体的模型进行了分析和比较，并选择了相应的马尔可夫模型来描述 d b l 5 5 m 2 i p 系统。并对d b l 5 5 m 2 i p 系统中的马尔可夫模型进行仿真验证，通过仿真程序 来评价系统的可靠性和系统的影响因子 第6 章是结论，主要介绍了其研究意义和在实际中的应用。 最后是致谢、攻读硕士学位期间发表的论文情况和参考文献。 ，萤| 穿科学技术大学研究生院学位论文 第二耄d b l5 5 m 2 1 p 系统模壁豹这鼗 双机热各份技术是一种震要静容锩技术 “，避种技术傈证了系统司“靠性和实辩性的服 务，特别是一些实时性较高的系统，配备了双机热备份系统来提高系统的可靠性和实时性 服务是鞠当必要的。n ：g n , x ，所谓的双枧热备份主要是当一台服务嚣出现故障蛾尝不能 正常提供服务对，舅一台机器接替这台黻务器避芎予正常工俸。双视燕备份系统莓箭有三静 工作模式 5 1 ：双机双工互各模式、双机主从热备份模式和双机热各模式。 2 。 双撬双王豆各模式 双机双工互备模式可以分为单以太网和双以太网两种类型。在单以太网中，如图2 1 繇示，褥套主概帮与鞋太羁避行连接，燕零壤况下，谈测线凌接r s 2 3 2 勰e t h e m e t 瓣，主 机a 邋过网卡p 1 支持客户机a ，主机b 通过网卡p 2 支持客户机b 。巍主机a 缴生故障 时，主机b 接管主机a 的业务，客户机a 藿新连接到主机b 的p 2 接口，主机b 通过p 2 圜时支持客户投a 帮b 。当未撬a 修笈成功后，圭襁b 鑫动器赦d a s 、a p 鞠数攒痒等资 源，生枫a 自动嘲收d a s 、a p 和数据库等资源。掏理，如果主机b 发生故障，其处理 过程和主机a 相同。 _ i i ”n i c i i 口n 1 8 图2 1 双机热备份结构图 在双橇双隧太蜒孛，始强2 1 2 惩示，爱常情 冤下，臻测线连接r s 2 3 2 秘e t h e m e t l 网， 备份侦测连接e t h e r n e t 2 网。主机a 通过p 1 、p 2 翻支持客户机a 的l e 务，t 机b 道过p 3 、 p 4 口支持客户机b 的业务。肖主机a 发生故障时，主机b 接受d a s 、a p 和数掘库等资 源，客户搬a 重凝连接到主搬b 的p 3 、p 4 口，圭祝b 通过p 3 、p 4ll 网时支持客户攫a 和b 。! 主机a 掺复成功后，王机b 自动释放d a s 、a p 和数掘匿等资源，主帆a 自动 回收d a s 、a p 和数据库等资源。同理如果主机b 发生故障，其处理过秤和主机a 相同。 国防科学技术大学研究生院学位论文 il 飘i 。 l 戮ll 鲻蒯l ”“z l 瞄嚣 订 ，。r m 阳 占 l 凰 图2 2 双机双工双以太网互联结构图 2 2 双机主从热备份模式 双机主从热备份模式分为单以太网、双以太网、侦测单以太网和侦测双以太网四种类 型。 在单以太网中，双机与单以太网连接，正常情况下，侦测连接r s 2 3 2 和e t h e r n e t l ，主 机a 设为主机，主机b 设为从机，客户a 与主机a 的p 1 口连接。当主机a 发生故障时 土机b 接受d a s 、a p 和数据库、i p 地址等资源，更换主机b 的i p 地址，主机b 设定为 主机，客户机a 连接到主机b 的p 1 口。当主机a 修复成功后，主机a 设定为从机，更 换主机a 的i p 地址。其原理图如图2 3 所示。 j国i j r n i d 驱8 i 商向 | l | | 鍪| ! j 一。 l 霎 鼍。 些 l - “ 图23 双机主从双以太网热备互联结构图 围防科学技术大学研究生院学位论文 在侦测单以太网中，双机与单以太网进行连接，在正常的情况下，侦测连接r s 2 3 2 、 侦测以太网和以太网1 ，主机a 设定为主机，主机b 设定为从机，客户机a 连接到主机a 的p 1 口，当主机a 发生故障时，主机b 接管d a s 、a p 、d a t a b a s e 、i p 等信息。主机b 更换i p 地址，并把主机b 设定为主机，客户机a 连接到主机b 的p 1 口，当主机a 修复 好后，把主机a 设定为从机，主机a 更换i p 地址，其原理图如图2 4 所示。 p lls 1 向 卣亩 c l i e n t h 图2 4 双机热备份结构图 在侦测双以太网中，双机与双以太网进行连接，正常情况下，侦测连接r s 2 3 2 和侦测 以太网，备份侦测连接以太网1 和备份侦测连接以太网2 ，主机a 设定为主机，主机b 设 定为从机，客户机a 连接到主机a 的p 1 、p 2 口。当丰机a 发生故障的时候，主机b 接管 d a s 、a p 、i p 等信息。主机b 更换i p 地址，并把主机b 设定为主机。客户机a 连接到主 机b 的p 1 、p 2 口。当主机a 修复成功后，主机a 更换i p 地址。其原理如图2 5 所示。 图25 双机主从侦测双以太网结构图 ：一：一：= ：鬯耋鳖鋈鳖鳖兰垡奎一= ： ： 2 3 双机热备份模式 敢橇热备份模式也分为荦以太弼、双戳太两、筱溺单阻太霹和谈灏双醴太两翻种类型。 在单以太网中，双机与单以太网遥接，正常情况下，侦测连接r s 2 3 2 和以太网1 ，主 极a 设定为运行状态，主枫b 设定为备份状态，客户枫a 连接到主机a 的p l 口，当主机 a 发生敌薅静静镞，主税b 接管d a s 、a p 、d a t a b a s e 、i p 等信息。主枫b 更换l p 缝蕴， 客户机a 连接到主机b 的m 口。当主机a 修复成功后，主机b 释放d a s 、a p 、d a t a b a s e 、 i p 等信息。客户机a 连接到主枫a 的p l 口。其原理图可参考图2 1 。 褒粳 羹太鼹串，双撬与双潋太蕊遣绞。正常耩况下，谈涮连接r s 2 3 2 察鑫太瓣1 ，备 份侦测连接以太嗣2 ，主机a 设定为运行状态，主机b 设定为备份状态，客户机a 连接到 主机a 的p 1 、p 2 口，当主机a 发生故障的时候，主机b 接管d a s 、a p 、d a t a b a s e 、i p 等售惑。主掇b 爨按瑾逮皱，客户瓿a 连接餮主掇b 豹姒、p 2 舀。，警主撬a 修复成功 后，主机b 释放d a s 、a p 、d a t a b a s e 、i p 等信息，客户机a 连接到主机b 的p 1 、p 2 口。 其原理圈可参考圈2 3 。 袭谈测摹戳太秘中，双辘与荤骧太鼹连臻，忑常情援下，篌溅连接r s 2 3 2 秘绞溅鞋太 网，备份侦测连接以太阔1 ，主机a 设定为运行状态，主机b 设定为备份状态，客户机a 连接到主机a 的p l 。当主机a 发生故障的时候，主机b 接管d a s 、a p 、d a t a b a s e 、i p 等售惑。势显主瓿b 更换臻建缝，客户辍a 连接爨主掇b 躲p l 、p 2 翔，当圭撬a 修复 成功詹，主机b 释放d a s 、a p 、d a t a b a s e 、i p 等信息，主机b 更换i p 地址，主机a 收回 d a s 、a p 、d a t a b a s e 、i p 等信息，客户机a 连接到主机a 的p l 口。其原理图可参考图 2 。4 。 程侦测双以太网中，双机与双以太两进行连接，正常的情况下，侦测连接r s 2 3 2 和债 测以太阏，备份连接以太网1 和以太网2 ，主机a 设定为主机，主机b 设定为从机，客户 规a 连接到主枫a 鲢p l 、黻强。兰主挺a 发生鼗障时，主撼b 接管d a s 、a p 、d a t a b a s e 、 i p 等信息。主机b 更换i p 地址，并把主机b 设定为主机。客户机a 连接到主机b 的p l 、 p 2 口。当主机a 修复成功后，主机a 更换i p 地址。其原理如图2 , 5 所示。 2 。4 三稀鞭视热备份模式静嚣麓 在上面涉及到了双机热蔷、双机互器、双机双工几个概念它们的台义如下： ( 1 ) 露毫| l 热餐= 主辊+ 器撬 取机热各指在同一时刻只有一台机器在工作。其中还可以分两种情况，一种怒分主备 机，如果主机不能正常工作，备机接管服务，但旦主机恢复正常工作，系统将辩做一次 谚援，瞧主撬再次接管鼹务。晏一种币分t 4 - 鍪鞔，如果工作辍t 不瑟蓬常工 乍，工作援2 接管服务，但是当工作机1 恢复= _ f 常后，系统将不做切换，继续由工作机2 进行服务，直 到工作机2 发生故障时，才会再次切换剧j ：作机1 。 第一静清况一般震于悉台不同配置懿税器，主蔽配嚣好患，鍪瓿照是援寒癍付一下冁 时工作的，第二种情况般两台机器仃耳i j ：的性能。 ( 2 ) 般机瓦翁= 主机( 器机) + 箭机( 卜机) 部分癍聪运行于主撬，簿分疲堪运 j 。篱撬。蘸个稳对独立懿应，存嚣台橇瑟同时 玳8丽 罄防秘学技术大学臻究生院学霞论文 运行，但彼此均设为各机，当某一台服务器出现故障时，另台服务器可以在短时问内将 故障服务嚣的应鲻接管过来，扶两保话了应用的持续性，但对服务器蛉性要求魄较高。 配置稿对要好。 ( 3 ) 双机双工= 主机+ 主机 蕊螽极器固时运行应用。簿髫翦鲍c l u s t e r 的一罩孛形式，两台或多台服务器均为活动， 嗣对运行稆同的敝嗣，傈话整体豹性就，也实现了负载均衡帮互为备份。 总之，无论上面哪种双机热备份系统，它们宵如下特点峨 ( 1 ) 透明容镄：双机热备份技术爨主枧出现故障或者其他系统错误时，出处于闲置 获态鹣备份系统接替。 ( 2 ) 故障隔离：双机热备份系统的主服务系统出现故障时，对系统的影响会很大。 但是通过备份系统可以继续掩供服务，所提供服务的好坏，主要取决予切换时问。如果切 换时闻缀，j 、翦话，蒸本上对系统提供静瓣务彩璃不楚摄丈；毽楚魏莱落羧豹露翔 疑大的话， 那么对系统的影响是很大的。 ( 3 ) 在线维护：当主服务系统出现故障后，从服务系统继续工作，然后可以维护主 套系统，维护好爱，可鼠襟痤的系统争甥换避泉。 ( 4 ) 冗余监控：双机热备份系统中，采用了心跳线技术，通过心跳线来保持主服务 系统和从服务系统之间的通傣，如果接收不到对方的信号后，就进行切换。但是采用这种 接寒，絮渠心戥绞窭瑗了藏繇，必簇遴过人工懿方法方麓翳浃，这稃对系统提供瓣骚务采 说影响是很大的。 2 sd b l s s 酗2 l p 系统瓣双提燕务蛰模式 在传统的双机热备份系统中i7 1 1 8 1 ，无论系统运行的是那种方式，两台服务器都是共享 一个磁焱阵列，然压通过心斟5 线连接主服务系统和从服务系绫，并通j 窭心跳线来实瑗主服 务系统和执溉务系统的辐互濂控。按照其工作方式豹不两可以分为双税潮时运幸亍秘主藏式 运行。在双机同时运行的情况下，前台的客户机分为两部分，一部分连接到主机a 上，一 部分连接到主枫b 上。它们曩备份，也就是连接到主枫a 盼客户机在主襁b 上备份，也 就是连强到主机嚣鹃客户税在主枫a 上备份。一馥菜台主撬国疆了故障，另井一台藏鑫萄 接管业务，支持诈常业务运行。在主从工作方式下，前台客户机都连接刹主机a 上，从机 b 作为主机a 的餐份机，正常的业务由主机a 支持，如果主枫a 出现了故障。那么从机b 就接替主撬a 的照务，继续支待歪常的1 2 务送行，等翻主辊a 恢复正常擅务后，魏袋耱麸 机1 3 继续工作。 也就是晓在传统的双机热备份系统中，主服务系统和从服务系统同时运行，并且韭享 一个磁盘阵瓢，它们对疆纛簿列酃具有控翻毅。传统的取税热备傍系统中，两台艨务器可 以运行程相同的操作系统或哲不同的操作系统下，并且可由人工或者自动实现切换，具有 硬件容锚功能，在一定程度【：提高了系统的可靠性，但是系统不能避免出现相州软件错误 巍导致系统瘫痪豹“ 2 性，冀辨出于采臻了单一玉蹒线，当心虢线密璃蔽障瑟系统辞麓难 常工作时，对系统管理员是个很大的考验。 与传统双机热捋份系统牛 1 比d b l 5 5 m 2 1 p 系统商很多不同点。在d b l 5 5 m 2 i p 系统中， 双撬热嚣麓疆嚣不越进行数 ：l 翁蚕傍秘阉步，甄楚能及时、准确建怒西端采集没螽f s u 采 窝舞释学技术夫学疆究生院学位论文 集到的数据传送到监控中心l s c 。也就是说主服务系统和从服务系统的主要工作都是进行 数据的传辕，莠显5 熨 豫热备份系统传邀豹是一些靛接信息。蕊囊摇2 6 所示。 莲氛61 5 5 m 2 1 p 系统孛豹黢辘热备 l 系统圈 本课题之所以选用了j 炙机主从热备份模式，而没有采取灏机互备翱积机双工模式，完 全是由系统提供的服务特点所决定的。双机双工和双机互备横式实现越来比较复杂，而且 对服务器系统懿羧能要求缀离。由予零系绞监控熬蹩一些实瓣售怠，只箨要爨 歪怒这些采 集到的信息正确实时地发送剿l s c 就可以了，而没有必要把这些信息相互各份，遮样不但 浪费资源而且处理的复杂度也增加了很多。 联；装d b l 5 5 m 2 i p 系统袋彀了双穰热套馨模式瓣第一耱，裁是在该系绫中骞个圭驻 务系统和一个从服务系统，当主服务系统出现故障时从服务系统接替主服务系统继续工 作，修复完毕后，在主服务系统和从服务系统之间完成切换。 2 6 小结 本窜主要对双枫热备份系统的工住原理和工俸模式进行了阐述和分概，并对毅机热备 份系统的特点进行了总结。缀螽攘蠢双飘燕蔷傍技术的特煮和对双辊热罄、双瓿嚣备帮双 机双工技术的比较，最终d b l 5 5 m 2 i p 繇统选择了双机主从热备这种技术。 国防科学技术大学研究生院学位论文 第三章d b l 5 s m 2 i p 系统的设计与实现 1 5 5 m 2 i p 系统由1 5 5 m 2 i p b o x 和1 5 5 m 2 1 p a p p e n ds e r v e r 构成，其中1 5 5 m 2 i p b o x 完 成s d h 到以太帧的转换，1 5 5 m 2 i p a p p e n ds e r v e r 完成槽路表维护以及与l s c 建立连接。 3 11 5 5 m 2 l p 系统的总体结构 1 5 5 m 2 i p 系统是运行在移动网络中的一个监控系统，其功能是接收前端采集设备发送 来的数据；并对数据进行分析和处理。如果发现被监控的对象有故障，就进行报警。其总 体结构如图3 1 所示。f s u ( 前端采集设备) 采集到的9 6 k 监控信息经时隙抽取设备后完 成9 6 k 到6 4 k 、6 4 k 到2 m 的转换，即9 6 k 插入到b t s 与b s c 之间的个2 m 的某一时 隙中，多个含9 6 k 监控信息的2 m 信号经b s c 交叉联接后，将这些含9 6 k 监控信息的6 4 k 数据收敛到个2 m 信号中，多个收敛后的2 m 信号经s d h 传输网组合成一个1 5 5 m 的光 信号，1 5 5 m 的光信号输出到分光器，由分光器输出到1 5 5 m 2 i p 系统，1 5 5 m 2 i p 系统实现 主热备份，完成1 5 5 m 到2 m ，2 m 到6 4 k ，6 4 k 到9 6 k ，9 6 k 到i p 的转换，9 6 k 的i p 数据包送到系统中心，由系统中心对i p 监控信息进行实时处理，同样由l s c 输出9 6 k 的 i p 数据由该设备回放成1 5 5 m 信号。 l时隙抽取设备+ b t s 2 m 0 i b s c “ 一” i5 5 m 2 1 p 系统( 主) k hi5 5 m 2 i p 最统( 蔷) ，+ j a nh w ll i i 一 曼 ， 一 釜一一 | 5 嚣1 兰箍募粲蒜裂嘉亲；包i 数“盯- t 图3 11 5 5 m 2 1 p 监控系统网络拓扑结构图 一：= ：= ：= ：= ： ：i 墼鍪耋篓；墼篁! 矍塞竺璧兰篁鎏兰： 3 1 11 5 5 m 2 1 p 系统的功能 1 5 5 m 2 1 p 系统是一个将s d h 上1 5 5 m 蓣转换i p 摄文发送给l s c 豹设备。该设备中， 系统硬件( b o x ) 完成从1 5 5 m 帧中提出每个2 m 时隙的报文，并将报文组装成以太帧，这 些以太帧发送给1 5 5 m 2 i pa p p e n d e ds e r v e r ，a p p e n d e ds e r v e r 采用t c p u d p 与l s cs e r v e r 进霉遴谊，巷数攒发送给l s cs e r v e r 。或者麸l s cs e r v e r 竣浚t c p a j d