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 norma l operations not only affect the life of the general public

2、, but also affect the s ocial security, economic development and other issues of a country. Therefore, the reliability of network is not only the concern of the net developers and op erators,but also the focus of the scholars. As a result, its filled with theoretica l and practical significance to a

3、nalyze 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(wèn)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

4、作方式、維修方式、負(fù)載條件、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(guò)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)

5、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)行的實(shí)踐中,研究人員經(jīng)常發(fā)現(xiàn):“布線系統(tǒng)所造成 的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障問(wèn)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(lái)連入網(wǎng)絡(luò), 通過(guò)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(kāi), 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,

6、則與其相連接的用戶就無(wú)法工作, 可見(jiàn)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(lái)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(wèn)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

7、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)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。 互連網(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(lái)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(guò)直徑和連通度來(lái)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)?結(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)

8、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。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

9、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(zhǎng)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),如采用雙機(jī)熱備份、雙機(jī)鏡像和容錯(cuò)存儲(chǔ)等 技術(shù)來(lái)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(lái)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(lái)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(guò)雙網(wǎng)絡(luò)相連,

10、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(guò)雙網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過(guò)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(lái)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)絡(luò)斷開(kāi)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(lái), 否則不僅不能發(fā)揮出網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的

11、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(zhǎng), 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)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(guò)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(kù)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、介質(zhì)訪