備用冗餘

冗餘技術就是增加多於的設備，以保證系統可靠地工作。它是利用系統的並聯模型來提高系統可靠性的一種手段。冗餘技術分為工作冗餘和後備冗餘。備用冗餘，也可以稱之為後備冗餘，是指一組在正常情況下不工作，只在正在使用的設備不工作的時候才工作的設備。

中文名稱	備用冗餘
英文名稱	standby redundancy
定　　義	一組在正常情況下不工作，只在正在使用的設備不工作的時候才工作的設備。
套用學科	通信科技（一級學科），通信原理與基本技術（二級學科）

基本介紹

• 中文名：備用冗餘
• 外文名：standby redundancy
• 學科：通信科技
• 別名：後備冗餘
• 目的：使系統正常工作、減少干擾
• 領域：通信網路、控制系統

簡介

在網路通信，通信設備有時會因為某種原因不能正常，這時需要啟用備用設備使系統正常工作。備用冗餘一般是指在一組在正常情況下不工作，只在正在使用的設備不工作的時候才工作的設備。備用冗餘是一種計算機容災備份技術，備用冗餘有著廣泛的套用，特別是在網際網路通信中。

以計算機為例，其伺服器及電源等重要設備，都採用一用二備甚至一用三備的配置。正常工作時，只有幾台伺服器同時工作，電源也是這樣。一旦遇到停電或者機器故障，自動轉到正常設備上繼續運行，確保系統不停機，數據不丟失。

冗餘

多餘的重複或囉嗦內容（包括信息、語言、代碼、結構、服務、軟體、硬體等等）均稱為冗餘。冗餘有兩層含義，第一層含義是指多餘的不需要的部分，第二層含義是指人為增加地重複部分，其目的是用來對原本的單一部分進行備份，以達到增強其安全性的目的，這在信息通信系統當中有著較為廣泛的套用。

冗餘一般又可以分為軟冗餘和硬冗餘。軟冗餘：一般是指代處理器的冷備用。冷備用採用採用軟體方式切換。硬冗餘：一般指代處理器的熱備用。熱備用系統採用硬體方式切換。

在通信工程當中，冗餘指出於系統安全和可靠性等方面的考慮，人為地對一些關鍵部件或功能進行重複的配置。當系統發生故障時，比如某一設備發生損壞，冗餘配置的部件可以作為備援，及時介入並承擔故障部件的工作，由此減少系統的故障時間。冗餘尤用於應急處理。冗餘可以存在於不同層面，如網路冗餘、伺服器冗餘、磁碟冗餘、數據冗餘等。

冗餘按照結構可分為靜態、動態冗餘和表決系統；按在系統中所處的位置，可以分為元件級、部件級和系統級冗餘；按冗餘的程度可分為1:1、1:2/1：n等多種冗餘。

備用冗餘系統配件

電源：高端伺服器產品中普遍採用雙電源系統，這兩個電源是負載均衡的，即在系統工作時它們都為系統提供電力，當一個電源出現故障時，另一個電源就承擔所有的負載。有些伺服器系統實現了DC的冗餘，另一些伺服器產品，如Micron公司的NetFRAME 9000實現了AC、DC的全冗餘。

存儲子系統：存儲子系統是整個伺服器系統中最容易發生故障的地方。以下幾種方法可以實現該系統的冗餘。

磁碟鏡像：將相同的數據分別寫入兩個磁碟中。

磁碟雙聯：為鏡像磁碟增加了一個I/O控制器，就形成了磁碟雙聯，使匯流排爭用情況得到改善。

RAID：廉價冗餘磁碟陣列（Redundant array of inexpensive disks）的縮寫。顧名思義，它由幾個磁碟組成，通過一個控制器協調運動機制使單個數據流依次寫入這幾個磁碟中。RAID3系統由5個磁碟構成，其中4個磁碟存儲數據，1個磁碟存儲校驗信息。如果一個磁碟發生故障，可以線上更換故障盤，並通過另3個磁碟和校驗盤重新創建新盤上的數據。RAID5將校驗信息分布在5個磁碟上，這樣可更換任一磁碟，其餘與RAID3相同。

I/O卡：對伺服器來說，主要指網卡和硬碟控制卡的冗餘。網卡冗餘是在伺服器中插上雙網卡。冗餘網卡技術原為大型機及中型機上的技術，現在也逐漸被PC伺服器所擁有。PC伺服器如Micron公司的NetFRAME9200最多實現4個網卡的冗餘，這4個網卡各承擔25%的網路流量。康柏公司的所有ProSignia/Proliant伺服器都具有容錯冗餘雙網卡。

PCI匯流排：代表Micron公司最高技術水平的產品NetFRAME 9200採用三重對等PCI技術，化PCI匯流排的頻寬，提升硬碟、網卡等高速設備的數據傳輸速度。

CPU：系統中主處理器並不會經常出現故障，但對稱多處理器（SMP）能讓多個CPU分擔工作以提供某種程度的容錯。

循環冗餘檢查（Cyclical Redundancy Check），就是在每個數據塊（稱之為幀）中加入一個FCS（Frame CheckSequence，幀檢查序列）。FCS包含了幀的詳細信息，專門用於傳送/接收裝置比較幀的正確與否。如果數據有誤，則再次傳送。是一種數據傳輸檢錯功能，對數據進行多項式計算，在每個數據塊（稱之為幀）中加入一個FCS（Frame Check Sequence幀檢查序列）並將得到的結果附在幀的後面，FCS包含了幀的詳細信息，專門用於傳送/接收裝置比較幀的正確與否。接收設備也執行類似的演算法，以保證數據傳輸的正確性和完整性。若CRC校驗不通過，系統重複向硬碟複製數據，陷入死循環，導致複製過程無法完成。

套用：DHCP 故障轉移

操作的熱備用伺服器模式是最適合於部署其中總公司或數據中心伺服器扮演到位於遠程站點，這是 DHCP 客戶端的本地伺服器的備用備份伺服器 (ex: 中心與分支部署）。 在這種部署中，在本地 DHCP 伺服器沒有不可用的情況下讓一台遠程的備份伺服器服務於任何客戶端，都是不可取的。 下圖是中心與分支部署的示例。

在此示例中，四個遠程站點每個具有主 (活動) 的 DHCP 伺服器現場備用伺服器位於遠程位置在中央站點。 在中央站點的備用伺服器也可能用於在中央站點，一個子網的活動 DHCP 伺服器或其唯一的函式可用作備用伺服器的站點 1-4。 即使不主動提供這些租約可以查看所有四個站點的客戶端租用的中心的 DHCP 伺服器上。

在熱備用伺服器模式下，兩台伺服器在故障轉移關係下操作，其中活躍的伺服器負責租出 IP 地址並向作用域或子網中的所有客戶端配置信息。 夥伴伺服器假定的備用角色與責任僅當活動伺服器變為不可用給 DHCP 客戶端發布租約。 熱備用伺服器模式非常適合於其中的故障轉移夥伴只是暫時當活動的伺服器不可用時要使用的方案。

伺服器是活動狀態還是備用故障轉移關係的上下文中。 例如，對於某個給定的關係處於活動狀態的角色的伺服器可能是另一個關係的備用伺服器。 默認情況下，用來創建故障轉移關係的伺服器是活動的伺服器，但這不是必需。

當選擇熱備用伺服器時，還必須僅供使用備用伺服器上的事件中活動的伺服器不回響的活動伺服器上配置的 IP 地址的百分比。 默認情況下，此預留百分比為 5%。

預留百分比用於新的 DHCP 租約。 如果 DHCP 客戶端嘗試續訂 DHCP 租約與無法聯繫 （通信 INTERRUPTED 或合作夥伴向下狀態存在） 活動伺服器的備用伺服器，則將續訂相同先前已指派給 DHCP 客戶端的 IP 地址。 在此情況下，臨時租約授予的最大客戶端提前期 (MCLT) 的持續時間、 不完整的作用域租約時間。

處於通信中斷或合作夥伴向下狀態時，如果備用伺服器給新的 DHCP 客戶端發出其所有可用的預留百分比租約，MCLT 過期之前，它將拒絕發布新的 DHCP 租約，但它將繼續續訂現有租約。 MCLT 到期後，備用伺服器將不允許使用新的 DHCP 租用的整個可用的 IP 地址池提供的伺服器是在夥伴關閉狀態。 如果伺服器是仍在通信中斷狀態，它將為新的 DHCP 租約不使用整個可用的 IP 地址池。