运营商短信网关应用系统优化方案
——应用Array TM助力短信网关应用负载管理和性能优化
2004年11月
一、短信业务现状及面临的挑战
随着使用支持中文手机的用户增多，短信已经成为手机用户最经常使用的业务之一。除了大量使用的手机用户到手机用户的点对点短信业务之外，从信息平台到手机用户的短信信息服务业务也在快速发展，该业务已经成为广大用户及时方便地获取信息的一种手段。在短信业务狂飙突进的带动下，数据增值业务以其独特的魅力迅速扩大着市场。特别是随着国内各大通信运营商之间的短信互通（如中国联通和中国移动的短信互通）及各大SP同通信运营商之间的短信互通的广泛发展，使得短信应用的覆盖面越来越大，内容形式也越来越丰富，对短信应用平台的安全性和稳定性要求也越来越高。
在现今的传统短信业务应用中，虽然各种短信应用实现软件各有不同，但短信平台的网络架构基本一致，最终实现目标均为满足一个具有稳定、高效、高可扩展性和高可管理性等特性的业务应用，并且无论是否提供关键性任务的服务，都需要一个持续运行，并提供高可用性的网络/主机环境以提供不间断的高品质服务。
在短信业务应用平台中，如正常运行的应用的各个功能部分，仅通过单台主机/服务器，或采用备份服务器通过冷备的方式避免单点故障，期望完成稳定、可扩展的相应短信功能，将会在实际应用中面临以下问题和挑战:
1、短信网关服务器之间自动切换所面临的问题
传统短信网关中通常使用两台应用服务器来实现短信网关功能，通常其中一台作为应用服务器，另一台作为数据库服务器，并具有应用服务器备份程序。正常情况下，仅应用服务器直接面向其它短信网关设备并提供短信服务，当此应用服务器出现故障时，数据库服务器中的应用服务器备份程序将能够自动启动，并接管所有出现故障的应用服务器的工作，期望通过这种方式来避免应用服务器单点故障，维持短信业务正常工作。
然而在实际应用中，当应用服务器出现故障，所有工作被数据库服务器中的备份应用服务器程序接管时，将面临由于数据库服务器默认网关等主机配置而产生的路由等问题，使得短信数据虽然能够被数据库服务器中的备份应用服务器程序处理，但仍无法正确返回，从而达不到预期的应用自动备份的目的。
2、处理能力有限且扩容能力有限
随着短信应用负载的增大，各个服务器，特别是前置服务器上所要处理的数据量将增大，从而影响了针对用户的响应效率，造成对访问者的请求回应越来越慢等严重影响短信服务质量的现象。在服务器端则直接表现为可容纳的连接数越来越小，系统性能严重下降。
此时，将需要考虑增加应用服务器和数据库服务器的数量来满足不断增大的应用负载需求。当仅通过服务器集群（Cluster）的方式实现扩容时，将存在成本较高，严重影响正常短信服务的提供等问题，且扩容能力有限，无法满足不断增长的短信应用的需要。
3、短信网关服务器“多米诺”现象
使用单台服务器设备来满足应用时，受各种条件的影响，不可避免的将出现单点故障等问题，而在短信网关应用中，任何单点故障都将直接影响到业务的正常提供，造成极大的损失，考虑到服务器的冗余备份，需要服务器冗余设置来处理和接管出现故障主机的工作。传统方式是通过一台或多台服务器，采用冷备份方式来实现，当主服务器出现故障时，进行人工切换到备份服务器上。
这样做，除了会产生时效性的问题外，还将无法同时利用所有服务器的资源，应用投资得不到充分保护。特别是，当出现超过主服务器的负载情况时，所得到的将是“多米诺效应”，即包括冷备份服务器在内的服务器组将依次被过高的负载压垮，直至无服务器可用。
4、短信应用系统发展与网络扩容的不平衡性
随着新功能的加入和用户数的增多，短信系统拓扑结构需要变化的情况将随时有可能发生，如何使短信平台适合今后发展扩容的需要，完全依靠专业技术队伍通过更改服务器配置或网络拓扑等方式进行网络调整的方式，将存在大风险、非实时性、缺乏灵活性等缺陷。如何能够在业务正常运行的情况下进行按需增长的、动态的、且对短信用户是透明的网络调整和更新扩容，已经成为短信系统应用中迫切需要解决的问题。
5、系统维护升级等问题将给相关人员造成极大的压力
短信平台的稳定运行，离不开应用系统的日常维护，而在线系统的维护操作，将会给正常应用中的短信平台带来了安全隐患。在主机操作系统和应用程序的调整和升级过程中，将会由于需要重新启动正在提供服务的应用程序，甚至重新启动操作系统而使此类工作很难进行下去。有限的维护、升级时间，将对应用造成很大风险的同时，给各个方面的相关人员造成很大的压力。
二、Array Networks短信网关优化解决方案
在短信网关应用平台中，通过Array TM系列产品的应用，从处理能力、扩展能力、安全性、应用的便利性等方面提供了负载管理和性能增强功能，能够满足短信应用平台对持续性和稳定性的需求。
1，通过Array TM的服务器负载均衡功能提高系统的高可靠性
Array TM产品解决方案中所指的高可用性，同时也是短信运营商所需考虑的主要指以下几点：
1.使数据始终以一个稳定、安全的方式处理，即便存在单台设备不能提供服
务时，仍能保持数据的完整性。通过智能识别检查，使整体服务持续稳定运行，即
便发生单点或多点故障仍然能够保证正常提供服务。
2.使整个短信网络环境能够更好的被管理，提供TM设备本身容灾集群
（cluster）功能、服务器集群共享、应用和后台服务器方便维护等特点。
3.使投入有更好的效益和最佳的扩充能力，即在保证数据完整性的同时，提
供系统持续运行的能力，并实现当用户量的增大的情况下，在不影响应用的情况下，通过增加服务器的方式，响应用户负载的增加，保证了用户投资具有很高回报。
4.即便在应用软件不够完善，如经常出现故障不能提供服务的情况下，仍然
能够持续保证应用系统持续在线能力。
首先在短信应用服务器故障切换方面，通过多台短信服务器与Array TM产品的负载分担功能和性能增强功能相结合，实现稳定可靠的短信应用的提供。（如下图所示）
（Array TM短信网关优化解决方案拓扑结构实现流程图）
根据上图示拓扑结构，正常情况下，仅通过应用服务器（App Server）在前台提供短信服务，后台数据库服务器（DB Server）仅提供数据库服务，所有TM处理的短信请求将仅发送给后台应用服务器（App Server），短信通过应用服务程序与数据库进行通信处理完成。
当应用服务器（App.Server）出现故障，不能实现相应功能时，数据库中的备份应用程序将自动启动，TM将接下来的访问请求发送给数据库服务器（DB Server）中的备份应用程序进行处理，此时数据库服务器处理所有短信网关工作，并将处理结果通过TM向外成功进行发送。
在所有服务应用切换过程中，最终用户始终仅通过向TM上配置的一个Virtual IP及提供服务的端口进行通信交流，并感觉不到切换所发生的任何变化和延迟。在两台TM产品以Active-Active方式同时工作的同时，其中任何一台TM出现故障，所有短信应用请求将自动被另一台正常工作的TM处理。
其次TM接收到短信访问请求时，将根据预先配置，将短信数据发送到后台最合适的短信服务器上进行处理。从而实现了对后台短信网关服务器的负载均衡功能，当任何一台短信服务器或服务出现故障时，TM能够智能判断，并将用户的访问发送到其它正常提供服务的短信服务器上，避免了由于某台服务器的故障而影响了整体的短信业务的提供，保证了短信应用的高可用性。
2，在提供高可用性的同时，Array解决方案还为短信网关应用平台提供更多的应用特性：
完全可信赖的服务器状态检测和智能负载分担：
TM可以实现动态分配每一个流量请求到后台的服务器，并即时按需动态检查各个服务器的状态，将下一个请求分配给最有效率的服务器，当任何服务器或应用程序不能正常提供服务时，TM能够检测到，并将会把接下来的访问请求分配给其它服务器，从而避免了由于后台某个服务器或应用的问题而影响了整个短信业务的提供。达到整个应用平台的高可靠性。
具有基于服务器负载分担的多种性能增强功能：
采用TM负载均衡功能后，TM可以智能寻找最佳服务器从而保证客户得到响应最快服务器所提供的最佳服务。同时结合TM产品中性能增强功能的应用，如连接复用技术，在减小对后台服务器的负载的同时减小和后台服务器遭受应用攻击的可能。
提供状态检测防火墙和入侵防护功能：
TM产品支持地址翻译技术和安全地址映射功能，通过默认情况下此技术的实现，访问客户不可能知道真正提供的服务器的IP地址与端口，同时通过TM产品中Webwall 防护墙和入侵防护功能（此功能通过美国ISS X-Forced入侵防护功能认证）的应用，能够按需实现对TM产品及应用的安全防护，另外，TM的管理全部采用SSH和SSL over Http技术，可以防止来自内部或互联网上的攻击。
方便后台应用和产品自身的扩展：
TM产品可以支持动态增减或删除其负载服务器群组的任何数量的服务器，而不需要对客户端或后台做任何改变，从而使系统能够轻松实现扩展。同时，在最初仅实现服务器负载均衡功能，或其它功能的同时，根据运营商的实际应用及性能增强功能的需要，按需进行TM产品功能激活，真正实现无需增加网路设备和更改网络架构的前提下实现相应功能，轻松方便且在相对用户透明的情况下实现扩展。
三、短信网关优化解决方案为运营商带来的益处
通过Array的解决方案实现短信网关的各种应用需求具有以下优点：
消除短信业务系统的隐患：
传统短信网关应用过程中存在单台应用服务器设备发生故障时，整个短信网关不能正常工作等问题。通过Array解决方案的应用，能够消除此类隐患，使短信网
关平台具有智能判断和处理的功能，即便某些设备发生故障，整个短信网关应用仍
能够正常运行，保证了应用的高可靠性。
提高短信系统的处理能力：
传统短信网关应用平台因采用的是热备份的方式，同一时刻只有一台应用服务器工作，而备份设备不进行应用处理，使得处理能力无法得到提高。通过Array
解决方案的应用，能够最大化的利用后台服务器的资源，使多台应用服务器在互为
备份的情况下还可以同时工作，极大的提高了整个应用网关的处理能力。
方便短信网关的扩展：
传统短信网关应用处理能力受限于应用服务器的性能，很难根据应用的需求进行透明扩容，通过Array解决方案的应用，能够随着应用负载的需求进行按需透明扩容，最大化的保证了短信应用平台的可扩展性。
降低系统维护难度和成本：
作为在线生产系统，需要持续对短信网关应用平台进行维护和管理，对应用系统的维护将极大的增大设备运行风险，并对应用平台维护人员造成极大的压力。通
过Array解决方案的应用，在充分发挥Array产品智能特性的基础上，可以按需随
意的下线和上线应用系统，在不影响应用的基础上对设备进行充分全面的维护和处
理，降低了运行风险，减小了维护的难度。
四、陕西联通短信网关成功案例
为了进一步改善短信业务的服务质量和高可靠性，陕西联通采用业界领先的Array Networks公司的集成化应用安全加速和流量管理系统TM－Traffic Manager来实现短关的负载均衡和高可靠性。
陕西联通采用Array TM完成对短信网关业务系统的应用加速和高可靠性保障，如下图：在联通短信网关系统中，任何与短信网关的通信都先经过Array TM-C的处理，Array TM-C根据各服务器的负载情况决定将流量分担到哪一个服务器上，保障每个用户的请求都能获得最优的响应质量；如果任何一个服务器出现故障时，Array TM的智能健康监测机制都可以随时了解到相关状况，在处理后续的流量时，将不会再向有故障的服务器发送用户请求，同时由于TM作为服务的代理响应所有用户请求，因此任何内部服务器的故障，都对用