實現地址沖突服務器虛擬化及MES取數云計算機

◎譚振軍

前言

隨著MES 的深入應用，每一套裝置都需要一臺MES BUFFER 服務器給MES 服務器傳遞數據。儀表車間每升級一套裝置的DCS 就需要一臺BUFFER 服務器以及相應的網絡設備與之配套，各裝置DCS 相對獨立，儀表車間沒有對IP 進行統一規劃，有幾套裝置OPC 服務器IP 地址相同，導致與之相連的BUFFER 服務器無法整合到一起進行虛擬化，使用Vlan 技術、Trunk 技術成功解決了這一難題，實現了BUFFER 服務器的虛擬化，在這個基礎之上利用虛擬平臺技術建立雙鏈路多服務器云計算平臺。

一、原MES 網絡情況

1.MES 取數過程。

MES 通過儀表DCS 的OPC 接口將采集的數據傳遞給BUFFER 服務器，BUFFER 服務器再將數據通過防火墻傳遞給MES 服務器子網中的數據庫，MES 通過各種應用程序對數據庫中數據進行處理和展示，用戶通過信息網對MES 系統進行訪問。

2.網絡連接情況。

儀表OPC 接口連接一臺接入交換機，然后通過光纖連接至服務器機房，再用一臺交換機進行接收并將光信號轉換成電信號連接至BUFFER 服務器第一塊網卡，BUFFER 服務器的第二塊網卡連接至MES 核心交換機，再通過防火墻與信息網相連。TOP結構如圖-1：

圖-1：原MES 網絡拓撲

3.存在的問題。

問題一：系統不具備可擴展性，服務器利用率低，資源浪費。每套裝置都需要一臺交換機和BUFFER 服務器，如果有10 套裝置則需要10 臺交換機和10 臺服務器，不具備可擴展性。

問題二：部分裝置BUFFER 服務器IP 地址相同，存在IP 沖突，由于儀表車間不允許信息中心修改OPC 服務器地址，導致無法將所有BUFFER 機虛擬化到一個私有云中。

二、網絡優化改造與服務器虛擬化及云計算實現

1.優化整合目標。

（1）優化網絡，將所有BUFFER 服務器整合到一個私有云，實現虛擬化。

（2）將服務器端交換機整合成一個交換機，減少交換機的使用，節約網絡設備。

（3）形成雙設備雙鏈路冗余的云計算平臺，具備穩定性、高可用性、可擴展性。

2.網絡鏈路聚合。

BUFFER 服務器虛擬化的關鍵是圖-1 中與OPC 服務器相連的子網能使用一根物理網線連接，如果各個裝置是不同的子網，使用路由連接是很容易做到的。但是有部分裝置OPC 服務器在一個子網，甚至IP 地址完全相同，因此無法使用路由連接。

該問題可簡化成如何使兩臺IP 地址完全相同的服務器如何虛擬化到同一臺物理服務器。這個問題最后反復測試可以用最簡單的Trunk 和VLAN 實現。具體方法如下：

圖-2：相同IP 地址服務器虛擬化

在圖-2 中假設裝置1 和裝置2 的OPC 服務器地址都是192.168.1.1，BUFFER 服務器IP 也都是192.168.1.2.使用VLAN 分割網絡，使用Trunk 聚合到一條物理鏈路。

假定裝置1 子網對應VLAN10，裝置2 對應VLAN20。在交換機1 上創建VLAN10，將連接對應端口劃入VLAN10；在交換機2上創建VLAN20，將連接對應端口劃入VLAN20。

在MES 匯聚交換機中創建VLAN10、VLAN20，與交換機1 連接的端口劃入VLAN10，與交換機2 連接的端口劃入VLAN20；與BUFFER 服務器連接端口設為Trunk，端口允許VLAN10、VLAN20。

BUFFER 服務器物理機網卡設置為Trunk 模式，然后在虛擬服務器1 上使用虛擬網卡，虛擬網卡VLAN 號設置為10，IP 地址配置192.168.1.2，虛擬服務器2 的VLAN 號設置為20，IP 地址也配置為192.168.1.2。

該方式巧妙使用VLAN 隔離網絡，使用Trunk 聚合，使得相同IP 地址服務器虛擬化到一臺物理服務器得以實現。

3.全部裝置BUFFER 虛擬化實現。

使用2.2 中的方法將多套裝置匯聚到一臺交換機，然后與物理BUFFER 服務器連接的端口配置成Trunk 端口。

物理服務器需要3 塊網卡，其中2 塊配置網絡冗余連接DCS網絡，1 塊連接MES 網絡，對物理服務器磁盤做好RAID，安裝好系統軟件，配置好虛擬化角色及2 臺虛擬交換機，1 臺虛擬交換機連接聚合的DCS 網絡，另1 臺交換機連接MES 網絡，虛擬平臺可以用微軟的Hyper-V 也可用用Vmware 的ESXI，開啟網卡虛擬VLAN 功能。

在虛擬平臺創建完成一套裝置的虛擬機后，可以保存為模板，新增加裝置時只需要復制一臺完成網絡及其他必要配置就可以輕松完成部署。

完成后只用一臺物理BUFFER 服務器和一臺匯聚交換機就完成了服務器端的全部功能。完成后拓撲圖如圖-3。

圖-3：改造后網絡拓撲

4.穩定、高可用性、可擴展性云取數平臺實現。

優化整合完成后并未實現消除BUFFER 服務器單點故障的問題。因此需要進一步優化以實現BUFFER 服務器形成雙設備雙鏈路冗余，提高穩定性、高可用性、提供可擴展性。

實現方法：使用物理服務器開啟雙物理網卡綁定成一個虛擬網卡，該虛擬網卡開啟VLAN 功能。物理網卡雙上聯至匯聚交換機的TRUNK 端口，從而保證了鏈路冗余。增加一臺BUFFER 服務器采用同樣配置雙上聯至匯聚交換機，從而保證了服務器冗余。如果裝置太多，兩臺服務器性能不夠，可以使用多臺物理服務器搭建云取數平臺。

具備高可用性云取數平臺網絡拓撲如圖-4。

圖-4：高可用性云取數網絡拓撲

三、結論

通過網絡技術優化DCS 取數網，將分散的多臺交換機和存在相同IP 地址的多臺BUFFER 服務器進行虛擬化，消滅了數十臺普通計算機擔任的BUFFER 服務器，分別優化整合至一臺交換機和一臺服務器，不僅節約了資源還提高了穩定性。然后使用虛擬化平臺技術將系統優化成雙鏈路多服務器的云計算平臺，保證了高可用性。對于新裝置，只需要在取數云平臺上使用模板建立虛擬機即可輕松部署，服務器端無需新增軟硬件資源，具備可擴展性。