實現(xiàn)地址沖突服務(wù)器虛擬化及MES取數(shù)云計算機(jī)

◎譚振軍

前言

隨著MES 的深入應(yīng)用，每一套裝置都需要一臺MES BUFFER 服務(wù)器給MES 服務(wù)器傳遞數(shù)據(jù)。儀表車間每升級一套裝置的DCS 就需要一臺BUFFER 服務(wù)器以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與之配套，各裝置DCS 相對獨(dú)立，儀表車間沒有對IP 進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，有幾套裝置OPC 服務(wù)器IP 地址相同，導(dǎo)致與之相連的BUFFER 服務(wù)器無法整合到一起進(jìn)行虛擬化，使用Vlan 技術(shù)、Trunk 技術(shù)成功解決了這一難題，實現(xiàn)了BUFFER 服務(wù)器的虛擬化，在這個基礎(chǔ)之上利用虛擬平臺技術(shù)建立雙鏈路多服務(wù)器云計算平臺。

一、原MES 網(wǎng)絡(luò)情況

1.MES 取數(shù)過程。

MES 通過儀表DCS 的OPC 接口將采集的數(shù)據(jù)傳遞給BUFFER 服務(wù)器，BUFFER 服務(wù)器再將數(shù)據(jù)通過防火墻傳遞給MES 服務(wù)器子網(wǎng)中的數(shù)據(jù)庫，MES 通過各種應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和展示，用戶通過信息網(wǎng)對MES 系統(tǒng)進(jìn)行訪問。

2.網(wǎng)絡(luò)連接情況。

儀表OPC 接口連接一臺接入交換機(jī)，然后通過光纖連接至服務(wù)器機(jī)房，再用一臺交換機(jī)進(jìn)行接收并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號連接至BUFFER 服務(wù)器第一塊網(wǎng)卡，BUFFER 服務(wù)器的第二塊網(wǎng)卡連接至MES 核心交換機(jī)，再通過防火墻與信息網(wǎng)相連。TOP結(jié)構(gòu)如圖-1：

圖-1：原MES 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

3.存在的問題。

問題一：系統(tǒng)不具備可擴(kuò)展性，服務(wù)器利用率低，資源浪費(fèi)。每套裝置都需要一臺交換機(jī)和BUFFER 服務(wù)器，如果有10 套裝置則需要10 臺交換機(jī)和10 臺服務(wù)器，不具備可擴(kuò)展性。

問題二：部分裝置BUFFER 服務(wù)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(wù)器地址，導(dǎo)致無法將所有BUFFER 機(jī)虛擬化到一個私有云中。

二、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造與服務(wù)器虛擬化及云計算實現(xiàn)

1.優(yōu)化整合目標(biāo)。

（1）優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，將所有BUFFER 服務(wù)器整合到一個私有云，實現(xiàn)虛擬化。

（2）將服務(wù)器端交換機(jī)整合成一個交換機(jī)，減少交換機(jī)的使用，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

（3）形成雙設(shè)備雙鏈路冗余的云計算平臺，具備穩(wěn)定性、高可用性、可擴(kuò)展性。

2.網(wǎng)絡(luò)鏈路聚合。

BUFFER 服務(wù)器虛擬化的關(guān)鍵是圖-1 中與OPC 服務(wù)器相連的子網(wǎng)能使用一根物理網(wǎng)線連接，如果各個裝置是不同的子網(wǎng)，使用路由連接是很容易做到的。但是有部分裝置OPC 服務(wù)器在一個子網(wǎng)，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(wù)器如何虛擬化到同一臺物理服務(wù)器。這個問題最后反復(fù)測試可以用最簡單的Trunk 和VLAN 實現(xiàn)。具體方法如下：

圖-2：相同IP 地址服務(wù)器虛擬化

在圖-2 中假設(shè)裝置1 和裝置2 的OPC 服務(wù)器地址都是192.168.1.1，BUFFER 服務(wù)器IP 也都是192.168.1.2.使用VLAN 分割網(wǎng)絡(luò)，使用Trunk 聚合到一條物理鏈路。

假定裝置1 子網(wǎng)對應(yīng)VLAN10，裝置2 對應(yīng)VLAN20。在交換機(jī)1 上創(chuàng)建VLAN10，將連接對應(yīng)端口劃入VLAN10；在交換機(jī)2上創(chuàng)建VLAN20，將連接對應(yīng)端口劃入VLAN20。

在MES 匯聚交換機(jī)中創(chuàng)建VLAN10、VLAN20，與交換機(jī)1 連接的端口劃入VLAN10，與交換機(jī)2 連接的端口劃入VLAN20；與BUFFER 服務(wù)器連接端口設(shè)為Trunk，端口允許VLAN10、VLAN20。

BUFFER 服務(wù)器物理機(jī)網(wǎng)卡設(shè)置為Trunk 模式，然后在虛擬服務(wù)器1 上使用虛擬網(wǎng)卡，虛擬網(wǎng)卡VLAN 號設(shè)置為10，IP 地址配置192.168.1.2，虛擬服務(wù)器2 的VLAN 號設(shè)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(wǎng)絡(luò)，使用Trunk 聚合，使得相同IP 地址服務(wù)器虛擬化到一臺物理服務(wù)器得以實現(xiàn)。

3.全部裝置BUFFER 虛擬化實現(xiàn)。

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

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

在虛擬平臺創(chuàng)建完成一套裝置的虛擬機(jī)后，可以保存為模板，新增加裝置時只需要復(fù)制一臺完成網(wǎng)絡(luò)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(wù)器和一臺匯聚交換機(jī)就完成了服務(wù)器端的全部功能。完成后拓?fù)鋱D如圖-3。

圖-3：改造后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

4.穩(wěn)定、高可用性、可擴(kuò)展性云取數(shù)平臺實現(xiàn)。

優(yōu)化整合完成后并未實現(xiàn)消除BUFFER 服務(wù)器單點故障的問題。因此需要進(jìn)一步優(yōu)化以實現(xiàn)BUFFER 服務(wù)器形成雙設(shè)備雙鏈路冗余，提高穩(wěn)定性、高可用性、提供可擴(kuò)展性。

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

具備高可用性云取數(shù)平臺網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D-4。

圖-4：高可用性云取數(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

三、結(jié)論

通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)化DCS 取數(shù)網(wǎng)，將分散的多臺交換機(jī)和存在相同IP 地址的多臺BUFFER 服務(wù)器進(jìn)行虛擬化，消滅了數(shù)十臺普通計算機(jī)擔(dān)任的BUFFER 服務(wù)器，分別優(yōu)化整合至一臺交換機(jī)和一臺服務(wù)器，不僅節(jié)約了資源還提高了穩(wěn)定性。然后使用虛擬化平臺技術(shù)將系統(tǒng)優(yōu)化成雙鏈路多服務(wù)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(shù)云平臺上使用模板建立虛擬機(jī)即可輕松部署，服務(wù)器端無需新增軟硬件資源，具備可擴(kuò)展性。