淺談?dòng)?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、淺談?dòng)?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)an analysis of optimal designs of the reliability of computer networkabstract: the information networks, transmission networks, integrated circuit networks,and transport networks exist widely in the real world, and their normal operations not only affect the life of the general public,

2、 but also affect the social security, economic development and other issues of a country. therefore, the reliability of network is not only the concern of the net developers and operators,but also the focus of the scholars. as a result, its filled with theoretical and practical significance to analy

3、ze and design the reliability of computer networks.key words: computer networks, reliability , topology一、引言隨著社會(huì)信息化進(jìn)程的加速，不僅計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的用戶在增加，而且計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的連接區(qū)域和網(wǎng)絡(luò)連接規(guī)模也在急劇擴(kuò)展。用戶對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的依賴性越大，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的要求也隨之變高，即：準(zhǔn)確、迅速、安全、方便、可靠。由此，可以看出對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性問題研究的重要性及緊迫性，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究有著十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。二、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性定義計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在規(guī)定的條件（操作方式、維修方式、負(fù)載

4、條件、溫度、濕度、輻射等）下，規(guī)定的時(shí)間（1000小時(shí)、一個(gè)季度等）內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)保持連通和滿足通信要求的能力，稱之為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性。它反映了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的能力，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)與運(yùn)行的重要參數(shù)之一。三、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響因素（一）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響1、用戶設(shè)備對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響用戶終端是直接面向用戶的設(shè)備，其可靠性至關(guān)重要，也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠與否的關(guān)鍵所在。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中的日常維護(hù)，主要就是確保用戶終端的可靠。用戶終端的交互能力越高，其網(wǎng)絡(luò)可靠性也越高。2、傳輸交換設(shè)備對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)行的實(shí)踐中，研究人員經(jīng)常

5、發(fā)現(xiàn)：“布線系統(tǒng)所造成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障問題一般是最難查找的，為此而付出的代價(jià)往往也是最大的。”因此，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)的通信線路和布線系統(tǒng)。為了提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性以及滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)日后發(fā)展的需要，必需考慮有一定的冗余和容錯(cuò)能力。對(duì)于十分重要且不太顧慮建設(shè)成本的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在布線時(shí)最好是布置成雙線，以便計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的線路出現(xiàn)故障能及時(shí)進(jìn)行切換。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集線器將若干個(gè)用戶終端集中起來連入網(wǎng)絡(luò)，通過它可將所連設(shè)備的錯(cuò)誤與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)其它部分隔開，構(gòu)成了保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的第一道防線。集線器是一種單點(diǎn)失效設(shè)備，若它自身發(fā)生故障，則與其相連接的用戶就無法工作，可見計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的集線器在提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性方面起

6、著重要作用。（二）網(wǎng)絡(luò)管理對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響通常一個(gè)大型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由來自不同生產(chǎn)廠商的不同網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和設(shè)備所構(gòu)成的，規(guī)模較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。要保證信息傳輸完整性、降低故障發(fā)生率、降低信息丟失率、減少誤碼及差錯(cuò)，提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性，就應(yīng)采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)采集網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行參數(shù)并統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)信息，監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)查找故障和排除故障。（三）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題，也是影響計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的先天性因素。實(shí)踐表明：不同應(yīng)用領(lǐng)域、不同規(guī)模層次的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)必須具有不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，否則提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性只是一句空話。分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)

7、網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響正是本文計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性設(shè)計(jì)策略所要研究的前提?；ミB網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中部件之間的主要連接方式，它可以用圖來表示，因此圖論是研究互連網(wǎng)絡(luò)性能的最有力的數(shù)學(xué)工具。起初人們通過直徑和連通度來度量計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的有效性與容錯(cuò)性，隨著對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的深入研究和分析，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者提出許多網(wǎng)絡(luò)和圖論的新概念，例如容錯(cuò)直徑，寬直徑，限制連通度，限制邊連通度，限制容錯(cuò)直徑等。這些參數(shù)能夠更準(zhǔn)確地度量計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性與容錯(cuò)性，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。 四、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性設(shè)計(jì)策略（一）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性設(shè)計(jì)策略計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)性設(shè)計(jì)的一般指導(dǎo)原則為：并行主干，雙網(wǎng)絡(luò)中心

8、。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)性設(shè)計(jì)的具體設(shè)計(jì)方案的原則，可以參照以下幾點(diǎn)：1、采用并行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及冗余計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心的方法，將每個(gè)用戶終端和服務(wù)器同時(shí)連到兩個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心上。2、數(shù)據(jù)鏈路、路由器在廣域網(wǎng)范圍內(nèi)的互聯(lián)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的邊界網(wǎng)絡(luò)至網(wǎng)絡(luò)中心采用多數(shù)據(jù)鏈路，多路由的連接方式，這樣可以保證任一數(shù)據(jù)鏈路的故障并不影響局部網(wǎng)絡(luò)用戶的正常使用。3、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用具有模塊化結(jié)構(gòu)、熱插熱撥功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這不僅可以擁有靈活的組網(wǎng)方式，而且在不切斷電源的情況下能及時(shí)更換故障模塊，以提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)長時(shí)間連續(xù)工作的能力，從而可以大大提高整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。4、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器應(yīng)采用新技術(shù)，如采用

9、雙機(jī)熱備份、雙機(jī)鏡像和容錯(cuò)存儲(chǔ)等技術(shù)來增強(qiáng)服務(wù)器的容錯(cuò)性、可靠性等。5、網(wǎng)絡(luò)管理軟件容錯(cuò)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用多處理器和特別設(shè)計(jì)的具有容錯(cuò)功能的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，提供以檢查點(diǎn)為基本的故障恢復(fù)機(jī)能。（二）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的雙網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)策略計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的雙網(wǎng)絡(luò)冗余性設(shè)計(jì)是在單一計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上再增加一種備用網(wǎng)絡(luò)，形成雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的冗余來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間通過雙網(wǎng)絡(luò)相連，當(dāng)某個(gè)結(jié)點(diǎn)需要向其它結(jié)點(diǎn)傳送消息時(shí)，能夠通過雙網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過去。正常情況下，雙網(wǎng)絡(luò)可同時(shí)傳送數(shù)據(jù)，也可以采用主備用的方式來作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的備份。當(dāng)由于某些原因所造成一個(gè)網(wǎng)

10、絡(luò)斷開后，另一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠迅速替代出錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的工作，這樣保證了數(shù)據(jù)的可靠傳輸，從而在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的物理硬件設(shè)施上保證了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)整體的可靠性。 （三）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略一個(gè)優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，不僅要有先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，還要有先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)和體系結(jié)構(gòu)。只有采用正確合理的網(wǎng)絡(luò)層次、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能把先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的高性能和高可靠性完全的發(fā)揮出來，否則不僅不能發(fā)揮出網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的先進(jìn)性反而會(huì)降低整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的增長，分布式的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和交換移至用戶級(jí)，由此形成了一個(gè)新的更適應(yīng)現(xiàn)代化的大型高速網(wǎng)絡(luò)的分層設(shè)計(jì)模型，這種分級(jí)方法被稱為“網(wǎng)絡(luò)

11、模塊的多層設(shè)計(jì)”。網(wǎng)絡(luò)多層設(shè)計(jì)是模塊化的，網(wǎng)絡(luò)容量可隨著日后網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的增加而不斷增大。由于多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有很大的確定性，因此在運(yùn)行和擴(kuò)展過程中進(jìn)行故障查找和排除等日常維護(hù)工作也變得易于操作。 （四）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略為保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全可靠，可以采用自頂向下逐層選擇的方法，即自頂向下按照應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)層以及網(wǎng)絡(luò)物理硬件層四個(gè)層次的結(jié)構(gòu)體系逐步設(shè)計(jì)。應(yīng)用層代表網(wǎng)絡(luò)用戶的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)用戶的建網(wǎng)功能和用途，如決策支持系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、教學(xué)、科研系統(tǒng)等；服務(wù)層代表網(wǎng)絡(luò)所能提供的服務(wù)支持，如數(shù)據(jù)庫服務(wù)、電子郵件服務(wù)等；網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)層代表網(wǎng)絡(luò)所選用的各種軟件，例如nos軟件、windows、nt、unix等；網(wǎng)絡(luò)硬件層代表網(wǎng)絡(luò)的物理硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它包括服務(wù)器、客戶機(jī)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信信道、介