Благодаря применению новых технологий, таких как локальная непрерывная репликация (LCR), непрерывная репликация кластера (CCR) и резервная непрерывная репликация (SCR), в системе Exchange 2007 удалось снизить расходы на высокий уровень доступности и сделать менее затратным обеспечение устойчивости сайта. Тем не менее некоторые задачи остались нерешенными.

• Некоторые администраторы испытывали серьезные трудности при работе со сложной системой отказоустойчивости кластеров Windows.
  
  
• Для достижения высокого уровня безотказной работы иногда требовалось серьезное вмешательство со стороны администратора.
  
  
• Управление каждым типом непрерывной репликации осуществлялось по-разному и отдельно.
  
  
• Восстановление после сбоя одной базы данных на крупном сервере почтовых ящиков могло приводить к временной недоступности службы для всех пользователей этого сервера.
  
  
• Решения по устойчивости сайта работали небезупречно.
  
  
• С помощью функции транспортной корзины на транспортном сервере-концентраторе обеспечивалась защита только тех сообщений, которые предназначались для почтовых ящиков в среде локальной непрерывной репликации или в среде кластера с непрерывной репликацией. Если во время обработки сообщений на транспортном сервере-концентраторе происходил сбой и его не удавалось устранить, это обычно приводило к потере данных.
  
  

Система Exchange 2010 получила ряд принципиальных изменений, позволивших полностью интегрировать высокую доступность с архитектурой системы. При этом удалось еще больше уменьшить расходы, а также упростить развертывание и обслуживание даже по сравнению с Exchange 2007 для всех клиентов. Теперь на предприятии можно развернуть полностью избыточную организацию Exchange, применяя всего лишь два сервера, и пользоваться преимуществами отработки отказов уже на уровне базы данных. Теперь клиенты могут выполнить отработку отказа автоматически на уровне базы данных, не обладая особыми знаниями в области отказоустойчивости кластеров Windows. Более того, можно добавить устойчивость сайта к уже развернутым системам высокой доступности с меньшей сложностью.

В архитектуре Exchange 2007 было представлено множество улучшений, предназначенных для ускорения и упрощения развертывания решений высокой доступности и устойчивости сайта Exchange. Среди таких улучшений были встроенная установка, оптимизированные параметры конфигурации от поставщика и возможность управления большей частью аспектов решения высокой доступности с помощью собственного набора средств управления Exchange.

И все же управление решением высокой доступности Exchange 2007 требовало от администраторов владения основными знаниями в области кластеризации: о перемещающихся сетевых идентификаторах и управлении кластерными ресурсами. Кроме этого, при устранении неисправностей, связанных с кластерным сервером почтовых ящиков, администраторам приходилось использовать средства Exchange и средства кластера для проверки и установки связей между журналами и событиями из двух разных источников: первый — Exchange, второй — кластер.

На основе отзывов пользователей также были пересмотрены и переработаны два других ограничения в архитектуре Exchange 2007:

• Кластерные серверы Exchange 2007 требуют установки специального оборудования. Для узла в кластере может быть установлена только роль сервера почтовых ящиков. Таким образом, для достижения полной избыточности основных компонентов развертывания и выполнения ключевых ролей требовалось не менее четырех серверов Exchange: сервер почтовых ящиков, транспортный сервер-концентратор и сервер клиентского доступа.
  
  
• В системе Exchange 2007 отработка отказа на кластерном сервере почтовых ящиков происходила на уровне сервера. В результате, если происходил отказ одной базы данных, администратору приходилось переводить весь кластерный сервер почтовых ящиков на другой узел в кластере (что приводило к небольшому простою для всех пользователей сервера, а не только для тех пользователей, чьи почтовые ящики находились в неисправной базе данных) или оставлять пользователей на неисправной базе данных в автономном режиме (этот процесс мог длиться несколько часов) во время восстановления базы данных из резервной копии.
  
  

Система Exchange 2010 была переработана с учетом концепции устойчивости работы почтовых ящиков, при которой архитектура изменилась таким образом, что автоматическая защита через отработку отказов стала реализовываться на уровне отдельной базы данных сервера почтовых ящиков, а не на уровне сервера. В системе Exchange 2010 эта функция была названа мобильностью базы данных. В результате этого и других изменений в архитектуре кэша базы данных отработка отказов теперь происходит намного быстрее, чем в предыдущих версиях Exchange. Например, отработка отказа кластерного сервера почтовых ящиков в среде кластера с непрерывной репликацией, работающего под управлением Exchange 2007 с пакетом обновления 2 (SP2), длится приблизительно две минуты. Для сравнения, отработка отказа базы данных почтовых ящиков в среде Exchange 2010 длится не более 30 секунд (измерения выполнялись с момента обнаружения сбоя до момента завершения подключения копии базы данных с учетом того, что доступная копия является работоспособной, а ее последняя версия соответствует преобразованию журнала). Сочетание отработки отказов на уровне базы данных и уменьшение временных затрат на нее значительно улучшает общую безотказность работы в организации.

Устойчивая архитектура почтовых ящиков, встроенная в Exchange 2010, дает новые преимущества для организаций и их администраторов, управляющих обменом сообщениями:

• На серверах может сосуществовать несколько серверных ролей, что обеспечивает высокий уровень доступности. Это позволяет разворачивать на небольших предприятиях конфигурации из двух серверов, которые обеспечат избыточность данных и службы почтового ящика, одновременно предоставляя избыточные службы сервера клиентского доступа и транспортного сервера-концентратора.
  
  
• Администратору больше не нужно создавать отказоустойчивый кластер для достижения высокого уровня доступности. Отказоустойчивые кластеры теперь создаются системой Exchange 2010 невидимым для администратора образом. В отличие от предыдущих версий кластеров Exchange, требовавших кластерный ресурс DLL с именем ExRes.dll, предоставляемый сервером Exchange, в версии Exchange 2010 этот кластерный ресурс DLL больше не используется. Система Exchange 2010 не является кластерным приложением. В ней используется лишь несколько компонентов отказоустойчивого кластера, а именно: функции сигнала подтверждения соединения и база данных кластера для обеспечения мобильности базы данных.
  
  
• Администраторы могут добавлять высокий уровень доступности среды Exchange 2010 после развертывания Exchange. При этом им не нужно удалять систему Exchange, а затем повторно развертывать ее в конфигурации высокой доступности.
  
  
• В системе Exchange 2010 отображается представление потока событий, в котором объединяются события операционной системы с событиями Exchange.
  
  
• Поскольку в системе Exchange 2010 больше нет объектов группы хранения, а базы данных почтовых ящиков могут перемещаться по всем серверам почтовых ящиков Exchange 2010, то базы данных можно без труда перенести в другое место, если необходимо.
  
  

Дополнительные сведения см. в разделе Высокая доступность и устойчивость сайтов.

Сервер Exchange 2010 содержит несколько новых функций и ключевых улучшений, которые при правильном развертывании и настройке обеспечивают гибкую защиту почтовых ящиков, исключая необходимость традиционной архивации данных. Встроенные в Exchange 2010 функции высокой доступности, предназначенные для минимизации времени простоев и потерь данных в случае сбоя, также позволяют снизить общую стоимость владения системой обмена сообщениями. Сочетание этих функций с другими встроенными функциями, такими как юридическое удержание, могут помочь организациям уменьшить зависимость от традиционной архивации на определенный момент времени или полностью освободиться от ее, а также сэкономить на сопутствующих расходах.

Кроме определения преимуществ возможного ухода от традиционной архивации, которые предоставляет система Exchange 2010, также рекомендуется оценить расходы на текущую инфраструктуру архивации. Рассчитайте затраты, связанные с простоями и потерями данных для конечных пользователей при попытке восстановления после сбоя с помощью такой инфраструктуры. Сюда также следует включить расходы на оборудование, установку и покупку лицензии, а также расходы на управление, связанные с восстановлением данных и обслуживанием резервных копий. В зависимости от требований организации велика вероятность того, что общая стоимость владения чистой средой Exchange 2010 как минимум с тремя копиями базы данных почтовых ящиков будет ниже, чем у среды с резервными копиями.

Дополнительные сведения о гибкой защите почтовых ящиков см. в разделе Общие сведения об архивации, восстановлении и аварийном восстановлении.

В версии Exchange 2010 содержится большое количество изменений основной архитектуры. В Exchange 2010 основные функции доступности и устойчивости непрерывной репликации кластера и резервной непрерывной репликации объединяются в единое решение высокой доступности, которое отвечает за обработку репликации как внутренних, так и внешних данных. Серверы почтовых ящиков могут определяться как часть группы доступности базы данных (DAG) для автоматического восстановления на уровне отдельной базы данных почтовых ящиков вместо восстановления на уровне сервера. Каждая база данных почтовых ящиков может иметь до 16 копий. В версии Exchange 2010 представлены и другие новые концепции высокого уровня доступности, например мобильность базы данных и добавочное развертывание. В Exchange 2010 также представлены концепции организации без архивации и массив RAID.

В заключение можно еще раз перечислить ключевые улучшения доступности данных и служб для роли сервера почтовых ящиков и баз данных почтовых ящиков.

• В системе Exchange 2010 используется улучшенная версия технологии непрерывной репликации, представленной в Exchange 2007. Дополнительные сведения см. в подразделе Изменения в непрерывной репликации по сравнению с версией Exchange Server 2007 далее в этом разделе.
  
  
• В системе Exchange 2010 больше не существует групп хранения. Вместо них используются просто базы данных почтовых ящиков, их копии и базы данных общих папок. Основные интерфейсы управления баз данных Exchange были перемещены в пределах консоли управления Exchange из узла почтовых ящиков на вкладке Конфигурация сервера в узел почтовых ящиков на вкладке Конфигурация организации .
  
  
• Некоторые механизмы отказоустойчивости кластеров Windows используются и в Exchange 2010, однако теперь они полностью управляются системой Exchange. Администратору не требуется устанавливать, создавать и настраивать какие-либо компоненты отказоустойчивости кластеров при развертывании высокодоступных серверов почтовых ящиков.
  
  
• На каждом сервере почтовых ящиков можно разместить до 100 баз данных, каждая из которых может иметь до 16 копий.
  
  
• Кроме функции транспортной корзины, у транспортного сервера-концентратора появилась новая функция, которая называется теневая избыточность. Функция теневой избыточности обеспечивает избыточность сообщений на протяжении всей пересылки. Это решение включает в себя систему, аналогичную транспортной корзине. Благодаря теневой избыточности удаление сообщения из базы данных транспорта откладывается до тех пор, пока транспортный сервер не установит, что на всех следующих переходах для данного сообщения доставка завершена. В случае сбоя на одном из следующих переходов до получения отчета об успешной доставке сообщение повторно передается для доставки на этот очередной переход. Дополнительные сведения о теневой избыточности см. в разделе Общие сведения о теневой избыточности.
  
  

В предыдущих версиях Exchange доступность служб для ролей сервера почтовых ящиков достигалась посредством развертывания Exchange в отказоустойчивом кластере Windows. Для развертывания в кластере системы Exchange прежде всего необходимо создать отказоустойчивый кластер, а затем установить программные файлы Exchange. Этот процесс выполняется на отдельном сервере почтовых ящиков, называемом кластерным сервером почтовых ящиков (или виртуальным сервером Exchange в предыдущих версиях Exchange). Если программные файлы Exchange уже установлены на сервере, не являющемся кластерным, но при этом необходим кластерный сервер почтовых ящиков, то потребуется создать кластер с помощью нового оборудования или удалить Exchange с существующего сервера, установить компонент отказоустойчивости кластера и установить Exchange еще раз.

В системе Exchange 2010 реализована концепция добавочного развертывания, которая позволяет развертывать доступность служб и данных для всех серверов почтовых ящиков и баз данных после установки Exchange. Избыточность служб и данных достигается благодаря новым функциям Exchange 2010, например группам доступности базы данных и наличию копий баз данных.

Группа доступности базы данных (DAG) — это набор до 16 серверов почтовых ящиков, которые обеспечивают автоматическое восстановление на уровне базы данных после сбоя, затрагивающего отдельные базы данных. На любом сервере в группе DAG можно разместить копию базы данных почтовых ящиков с любого другого сервера в группе DAG. Если сервер добавлен в группу DAG, он вместе с другими серверами в этой группе обеспечивает автоматическое восстановление после сбоев, затрагивающих базы данных почтовых ящиков, например сбоев дисков или серверов.

Дополнительные сведения о группах доступности базы данных см. в разделе Общие сведения о группах обеспечения доступности баз данных.

В системе Exchange 2010 для создания и обслуживания копий баз данных и, соответственно, достижения необходимого уровня доступности в версии Exchange 2010 используются функции высокой доступности и устойчивости сайта, впервые представленные в Exchange 2007. В Exchange 2010 также реализована новая концепция мобильности базы данных, которая заключается в автоматически управляемых системой Exchange отработках отказов на уровне базы данных.

Функция мобильности базы данных отключает базы данных от серверов, обеспечивает поддержку до 16 копий одной базы данных и предлагает собственную систему добавления копий в базу данных. В Exchange 2007 была представлена функция переносимости базы данных, с помощью которой также можно было перемещать базу данных почтовых ящиков с сервера на сервер. Основное различие между переносимостью базы данных и мобильностью базы данных заключается в том, что с функцией мобильности базы данных все копии базы данных имеют одинаковый идентификатор GUID.

Остальные ключевые характеристики мобильности базы данных перечислены ниже.

• Поскольку группы хранения были удалены в Exchange 2010, непрерывная репликация функционирует на уровне баз данных. В Exchange 2010 журналы транзакций реплицируются на один или несколько серверов почтовых ящиков и преобразуются в копию базы данных почтовых ящиков, которая хранится на серверах.
  
  
• Отработка отказа — это процедура автоматической активации, которая может выполняться на уровне базы данных или на уровне сервера. Переключение на другой ресурс — это процедура ручной активации, которую пользователь может выполнять на уровне базы данных, сервера или центра данных (сайта).
  
  
• Имена баз данных в Exchange 2010 должны быть уникальными в пределах организации Exchange.
  
  
• После настройки базы данных почтовых ящиков относительно одной или нескольких копий баз данных полный путь для всех копий баз данных должен быть одинаков на всех серверах почтовых ящиков, на которых размещаются копии.
  
  
• Для любой копии (активной или пассивной) базы данных почтовых ящиков можно создать резервную копию с помощью приложения архивации на основе службы теневого копирования томов (VSS), совместимого с Exchange.
  
  

Дополнительные сведения о копиях баз данных почтовых ящиков см. в разделе Общие сведения о копиях базы данных почтовых ящиков.

Основная технология непрерывной репликации, реализованная в кластерной непрерывной репликации и в резервной непрерывной репликации, не только была сохранена в версии Exchange 2010, но и получила дальнейшее развитие для поддержки новых функций высокой доступности, например копий баз данных, мобильности базы данных и групп доступности базы данных. Ниже кратко описаны некоторые из этих новых архитектурных изменений.

• Так как группы хранения удалены в Exchange 2010, непрерывная репликация теперь работает на уровне баз данных. В Exchange 2010 по-прежнему используется база данных расширенного обработчика хранилищ (ESE), создающего журналы транзакций, которые реплицируются в одно или несколько других местоположений и преобразуются в одну или несколько копий базы данных почтовых ящиков.
  
  
• Поскольку функции преобразования журнала, представленные в службе репликации Microsoft Exchange в Exchange 2007, перешли в службы банка данных Microsoft Exchange (store.exe) версии Exchange 2010, то снижения производительности, связанного с отработками отказов и переключениями, из-за использования нового кэша базы данных больше не происходит. При отработке отказа или выполнении переключения у активированной базы данных уже имеется готовый к использованию «теплый» кэш.
  
  
• Для передачи данных с помощью функции доставки и заполнения журналов больше не используется блок сообщений сервера (SMB). В системе непрерывной репликации Exchange 2010 для передачи данных используется единый порт TCP, определяемый администратором. Кроме этого, система Exchange 2010 включает в себя встроенные параметры сетевого шифрования и сжатия для потока данных.
  
  
• При доставке журналов больше не используется опрашивающая модель, при которой пассивная копия запрашивает закрытые файлы журнала у активной копии. Вместо этого активная копия передает файлы журналов каждой настроенной пассивной копии.
  
  
• Заполнение больше не ограничивается использованием только активной копии базы данных. Пассивные копии баз данных почтовых ящиков могут указываться в качестве источников для заполнения и повторного заполнения копий баз данных.
  
  
• Копии баз данных действуют только в отношении баз данных почтовых ящиков. Для достижения избыточности и высокого уровня доступности баз данных общих папок рекомендуется использовать систему репликации общих папок. В отличие от кластерной непрерывной репликации, при которой несколько копий одной базы данных общих папок не могут существовать в одном и том же кластере, можно использовать репликацию общих папок для репликации баз данных общих папок между серверами в группе доступности базы данных.
  
  

Несколько концепций, используемых в системе непрерывной репликации Exchange 2007, также присутствуют в Exchange 2010. К ним относятся: концепции управления отработкой отказов, расхождения, использованиеавтодозвона для подключения базы данных, а также использование общедоступной и частной сетей.

При совместном расположении транспортного сервера-концентратора и сервера почтовых ящиков, являющегося участником группы доступности (DAG), проявляются изменения в способе маршрутизации, которые гарантируют, что функции устойчивости для обеих серверных ролей смогут обеспечить необходимую защиту сообщений, отправляемых и получаемых пользователями на этом сервере. Роль транспортного сервера-концентратора была изменена таким образом, что теперь выполняется попытка перенаправления сообщения для локального сервера почтовых ящиков на другой транспортный сервер-концентратор на этом же сайте, если транспортный сервер-концентратор также является участником группы доступности базы данных и в ней имеется копия базы данных почтовых ящиков, подключенная локально. Этот дополнительный переход был добавлен в целях перемещения сообщения в транспортную корзину на другом транспортном сервере-концентраторе.

Например, на сервере EX1 размещается роль транспортного сервера-концентратора и сервера почтовых ящиков, причем этот сервер входит в группу доступности. Когда сообщение поступает в транспорт для EX1, предназначенный для получателя, чей почтовый ящик также находится на сервере EX1, транспорт перенаправляет этот сообщение на другой транспортный сервер-концентратор на сайте (например, EX2), и этот сервер доставляет сообщение в почтовый ящик на сервере EX1.

Кроме этого, имеется еще одно аналогичное изменение способа действия в отношении службы отправки почты Microsoft Exchange. Эта служба была изменена таким образом, чтобы по возможности сообщения не отправлялись локальной роли транспортного сервера-концентратора, если сервер почтовых ящиков и транспортный сервер-концентратор являются участниками группы доступности. В таком случае транспорт выполняет загрузку запросов на отправку баланса между другими транспортными серверами-концентраторами на одном и том же сайте Служба каталогов Active Directory, а также возврат к локальному транспортному серверу-концентратору при отсутствии других доступных транспортных серверов-концентраторов на одном и том же сайте.

Система Exchange 2010 также включает в себя множество функций, предназначенных для повышения сквозной доступности системы. В эти функции входят:

• Устойчивость транспорта
  
  
• Оперативный режим перемещения почтового ящика
  
  
• Собственная система защиты данных Exchange
  
  
• Добавочная повторная синхронизация
  
  
• Сторонний интерфейс API репликации
  
  

Устойчивость транспорта

Оперативный режим перемещения почтового ящика

Собственная система защиты данных Exchange

Добавочная повторная синхронизация

В системе Exchange 2007 представлены концепции устойчивости к потере журналов (LLR) и добавочного повторного заполнения. Устойчивость к потере журналов, представляющая собой внутренний компонент подсистемы ESE, позволяет восстанавливать базы данных почтовых ящиков Exchange, даже если часть недавно созданных файлов журналов транзакций потеряна или повреждена. Благодаря этой функции можно подключить базу данных почтовых ящиков, даже если недавно созданные файлы журналов недоступны. Принцип действия устойчивости к потере журналов заключается в том, чтобы откладывать запись в базу данных до тех пор, пока не будет создано определенное число версий журналов. Последние обновления в файле базы данных откладываются ненадолго. Продолжительность задержки записи зависит от того, насколько быстро создаются версии журналов.

Примечание.
Устойчивость к потере файлов журнала имеет жестко заданный предел: один файл журнала для всех баз данных почтовых ящиков Exchange 2010.

Добавочное повторное заполнение обеспечивало возможность исправления расхождений в потоке журналов транзакций между исходной и целевой группой хранения путем использования возможностей отложенного преобразования функции LLR. С помощью добавочного повторного заполнения нельзя было исправлять расхождения в пассивной копии базы данных после преобразования журналов расхождений, что вызывало необходимость проведения полного повторного заполнения.

В Exchange 2010 добавочная повторная синхронизация — это новое название функции автоматического исправления расхождений в копиях баз данных в следующих ситуациях:

• После автоматической отработки отказа для всех настроенных копий базы данных
  
  
• Если новая копия включена, а база данных и некоторые файлы журнала уже существуют в местоположении копии
  
  
• При возобновлении репликации после приостановки или повторного запуска службы репликации Microsoft Exchange
  
  

При обнаружении расхождения между активной базой данных и копией этой базы данных функция добавочной повторной синхронизации выполняет указанные ниже задачи:

• Выполняет хронологический поиск в потоке файлов журнала для определения момента расхождения.
  
  
• Находит измененные страницы базы данных в копии, отличающейся от оригинала.
  
  
• Выполняет чтение измененных страниц из активной копии, затем копирует необходимые файлы журнала из активной копии.
  
  
• Применяет изменения страниц базы данных к копии, отличающейся от других.
  
  
• Запускает восстановление отличающейся копии базы данных и преобразует необходимые файлы журнала в нее.
  
  

Сторонний интерфейс API репликации

Следующие функции Exchange 2007 и Exchange 2007 с пакетом обновления 1 (SP1) больше не существуют в Exchange 2010. Функции, которые пришли им на смену, указаны в таблице.