備份交換機 打造可靠網絡系統
網絡系統是業務系統運行的支撐平臺，系統穩定是評價整個網絡安全性與可靠性的關鍵因素。采取防火墻和防病毒軟件等措施可以保障網絡系統的穩定運行，但網絡核心設備——交換機的穩定運行才是保障網絡安全與可靠的最基本因素。
網絡停頓兩個小時后
A公司是一家制造型企業，設有辦公室、財務部、一車間、二車間等多個部門。2003年公司采用了Cisco系列交換機來構建整個企業的千兆網絡系統(如圖1)。
圖1 改造前的網絡拓撲結構圖
其中，網絡的核心層采用的是Cisco Catalyst 6509設備，匯聚采用的是Cisco 3560G，接入層采用的是Cisco 2950系列交換機。所有交換機之間均采用光纖進行連接。
2008年，該公司的ERP系統正式上線運行了。生產、采購、銷售等各個部門的業務處理全部依賴該ERP系統。突然有一天，公司的核心交換機引擎發生故障，導致整個網絡系統中斷，各個部門均不能使用ERP系統，整個公司的業務幾乎停頓。所幸集成商及時趕到，提供了備份引擎，及時解決了這次突發事件。但是整個網絡停頓了將近兩個小時，造成的損失很大。
事發后，公司盡管更換了核心交換機引擎，恢復了系統的正常運行。但是作為CIO的老劉心里還是很擔心：目前公司的經營管理都依賴ERP系統，如果網絡系統出現故障，則意味著生產經營的停頓。這次雖然及時解決了故障，但是難免下次還會再次出現類似的安全事故。想到這里，老劉一陣寒戰。經過仔細思量，老劉決定成立網絡改造項目小組，對公司現有網絡系統進行分析和改造，構建一個高安全性和高可靠性的網絡系統。
經過對現有網絡的狀況進行分析，項目小組總結出了公司網絡系統存在的幾個典型問題：
1. 現有的Cisco 6509核心交換機引擎是整個網絡系統數據轉發的關鍵。因此，交換機引擎的失效就意味著系統的癱瘓。而公司的核心交換機一直以來采用的都是單引擎，這也是此次安全事故發生的根本原因所在。
2.除了核心交換機可能出現故障外，一般匯聚層和接入層的交換機也可能發生故障，而且其故障發生的頻率明顯要高于核心交換機。雖然此類故障發生時不會影響整個網絡，但也會造成局部網絡癱瘓，從而產生小的安全事故。
3.鏈路也存在發生安全故障的可能性。因為原有系統鋪設的光纜均為6芯，但在實際使用過程中只融接了其中的2芯。一旦鏈路中斷，故障也就不可避免。
改造網絡的兩種方案
基于此，項目小組認為要想保證各項業務的正常運行，網絡必須具有高可靠性，決不能出現單點故障。這就需要從整個網絡的結構設計、設備選型和日常維護等方面出發進行網絡的高可靠性設計和改造。同時，關鍵設備要采用硬件備份、冗余等可靠性技術，以提高安全性和可靠性。針對該公司網絡的實際情況，其可用性設計要包括網絡設備本身的冗余能力和網絡的冗余設計。而當前的關鍵是建立N+1備份系統，一旦主系統發生故障，仍可采用備份系統維持運行。經過深思熟慮，項目小組提出了兩種解決方案。
方案一：考慮到引擎是6509交換機，決定增加1臺引擎作為備份;增加一臺6509交換機以進行核心交換機冗余，該交換機的配置要與當前6509交換機一樣;在鏈路冗余方面，主干連接(主干設備之間及其與匯接設備之間的連接)要具備可靠的線路冗余方式;在路由冗余方面，采用動態路由協議以實現路由冗余，當鏈路中斷時，路由能夠迅速收斂。
方案二：首先對核心交換機進行冗余;其次對網絡系統中的光纖鏈路進行冗余;***，進行匯聚層交換機冗余，匯聚層設備雖然可靠性較高，但是也存在設備的單點故障問題，因此需要對匯聚層交換機進行冗余。
項目小組經過討論，最終認為，方案二中雙匯聚交換機能夠消除匯聚層設備的單點故障問題，相對來說具有更高的可靠性，但成本相對更高。同時，其實施和日常維修管理的技術難度也將大大提高。而方案一對核心設備和物理鏈路都進行了冗余，問題考慮得更為全面，而且實施成本較低。因此，項目小組決定采用方案一對公司的網絡系統進行改造。同時，對于匯聚層、接入層采用N+1的備份方案，即各購買一臺匯聚層交換機和接入層交換機作為日常備用產品，并不投入系統運行。
實施安全的改造方案
按照原定的設計方案，在核心層增加一臺Cisco 6509交換機，其配置與原有的Cisco 6509配置相同，均放置在核心機房。同時，在匯聚層交換機上增加一塊光纖模塊，上連到新的Cisco 6509交換機。由于重新鋪設光纜成本較高，而原有系統鋪設的光纜均為6芯光纜。因此，要充分利用剩余的4芯，接入層保持不變(如圖2)。
圖2 改造后的網絡拓撲結構圖
鏈路聚合技術 鏈路匯聚是指將多個交換機之間、交換機和路由器之間以及交換機和服務器之間的并行鏈路同時使用，其功能是將交換機的多個低帶寬端口捆綁成一條高帶寬鏈路，從而實現鏈路的負載平衡，避免鏈路出現擁塞現象。通過該技術，可將最多8條鏈路綁在一起，疊加傳輸帶寬，從而使快速以太網和千兆以太網實現***800Mbps和8Gbps的連接帶寬。同時，當部分端口聚合鏈路出現故障時，也不會導致連接中斷，其他鏈路將能夠不受影響地正常工作，從而增強了網絡的穩定性和安全性。
單條GE鏈路在正常狀態下的鏈路帶寬為1G，采用鏈路聚合技術對兩條鏈路進行聚合后，其上行帶寬可由原來的1G變為2G，同時，當其中1條鏈路中斷時，整個鏈路仍可采用1G速率正常通信。這樣就實現了鏈路的冗余。
在進行端口聚合的配置時，有大量的參數可供選擇，本案例僅選取基本的參數進行配置。
熱備份路由協議 由于當前網絡均采用Cisco網絡設備，因此可以采用Cisco的熱備份路由協議(HSRP)實現路由冗余。HSRP的目的在于當有冗余交換機的時候，使主機看上去只使用一個交換機，并且即使在它當前所使用的交換機出現故障的情況下，仍能夠保持路由的連通性。HSRP協議中所涉及到的多個交換機都映射為一個虛擬的交換機。如果核心交換機A和核心交換機B的默認地址分別為192.168.1.2和192.168.1.3，虛擬交換機的地址為192.168.1.1，那么對于其他設備來說，只有一個虛擬的交換機，其地址為192.168.1.1。
HSRP使主交換機代替虛擬交換機進行數據包的發送，終端把數據包發向該虛擬交換機，而實際轉發數據包的卻是主交換機。假如這個主交換機在某個時候由于某種原因而無法正常工作的話，那么備份的交換機將被用來代替原來的主交換機，承擔數據包的轉發功能，而不會在對主機的連通性上產生大的故障。
網絡中的主交換機和備份交換機在完成HSRP協議的選擇過程后發送消息包來實現主、備交換機之間的信息交換。假如主交換機失效，則備份交換機將取代它作為新的主交換機工作。而當備份交換機失效或者變成主交換機時，另外一個交換機將被選為備份交換機。一般根據需要選擇部分配置作為交換機的實際配置并在主、備交換機上同時實現。
基于以上方案，項目小組順利完成了對公司網絡系統的改造。老劉認為，網絡系統的安全性和可靠性是全部業務運行的安全保障，系統安全也就意味著可靠性。公司網絡系統經過本次改造，基本可以保障業務系統的安全運行。
此外，在網絡系統的建設中，還要注重系統維護的方便性和可管理性。過于復雜的系統對技術人員的素質要求和系統的恢復時間等都提出了很高的要求，如果不能滿足這些要求，反倒成了不安全因素。因此，在系統安全的建設中一定要把握好這個度。
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