計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性設(shè)計(jì)

0計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性問題計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠始終可靠地工作，不受干擾和破壞，可靠性已成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用戶的中心問題。1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)緊密相連的產(chǎn)物。它是一種獨(dú)立于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，通過功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件進(jìn)行通信、資源共享和協(xié)同工作的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史可以追溯到20世紀(jì)50年代初出現(xiàn)的第一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。21世紀(jì)初，第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字服務(wù)（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)絡(luò)、廣播電視網(wǎng)絡(luò)）相結(jié)合。'。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程中，一個(gè)重要的里程碑是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)即時(shí)網(wǎng)絡(luò)（lan）。2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則英國電氣工程師學(xué)會(huì)（nationalacademyofinformationsecurity）在英國提出了一個(gè)重要問題。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性是指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和設(shè)計(jì)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，能夠維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)施過程中的工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行充分總結(jié),使之條理化、系統(tǒng)化、科學(xué)化,成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)范化設(shè)計(jì)和建設(shè)過程所必須遵循的要求和原則。（1）冗余設(shè)計(jì)和容錯(cuò)技術(shù)通常用于提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)任務(wù)的可靠性。特別是，網(wǎng)絡(luò)上的任何計(jì)算機(jī)都可以用作網(wǎng)絡(luò)上的相互備份機(jī)器。當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，失敗的機(jī)器任務(wù)可以由其他計(jì)算機(jī)處理。如果沒有備份來保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以避免因計(jì)算機(jī)故障而癱瘓。2）為了提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，我們應(yīng)該充分考慮新技術(shù)的應(yīng)用。既要考慮主干網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,采取適度超前的技術(shù)和設(shè)備,使設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)能夠適應(yīng)現(xiàn)在和將來的技術(shù)發(fā)展趨勢,不至于在短時(shí)期內(nèi)被淘汰,確保系統(tǒng)具有較長的生命周期,最大限度地滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需要;又要實(shí)施合理的繼承性,謹(jǐn)慎使用新技術(shù),降低風(fēng)險(xiǎn),使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)具備良好的兼容和擴(kuò)充能力,能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠網(wǎng)絡(luò)的平滑升級(jí)。（3）為了提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，應(yīng)考慮整個(gè)使用壽命周期的成本，并盡量減少網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的成本，以盡量減少后續(xù)運(yùn)營和維護(hù)成本，并努力使系統(tǒng)達(dá)到最佳價(jià)格。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要軟、硬件設(shè)備應(yīng)采用廣泛應(yīng)用且具有良好性能價(jià)格比的產(chǎn)品,充分考慮保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)投資。（4）為了提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，我們必須根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)際情況選擇質(zhì)量好、聲譽(yù)好的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，使用的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品應(yīng)滿足可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，并嚴(yán)格遵守相關(guān)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。所有設(shè)備和系統(tǒng)都必須滿足最高和最高國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)。（5）為了提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，我們必須定期手動(dòng)或自動(dòng)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有較大的規(guī)模和較高的異構(gòu)程度,需要盡量避免由于網(wǎng)絡(luò)線路中斷以及設(shè)備故障等原因造成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)癱瘓。但是發(fā)生故障又在所難免,所以只有及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障,具有方便的故障恢復(fù)措施、遠(yuǎn)程監(jiān)控、配置的能力,才可以保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)刻達(dá)到規(guī)定的可靠性指標(biāo),保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的功能、優(yōu)越的性能和工作任務(wù)可靠性,使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)真正具有較高的系統(tǒng)可靠性。3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是單位信息系統(tǒng)最基本的組成部分，也是數(shù)據(jù)和語音傳輸?shù)幕就ǖ?。它關(guān)系到用戶在當(dāng)前和將來時(shí)期的當(dāng)前和進(jìn)步，以及單位網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的成敗。在設(shè)計(jì)過程中，我們必須確保整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)更可靠、更經(jīng)濟(jì)、更高效。根據(jù)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以分為硬件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件系統(tǒng)主要由主機(jī)子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)備份子系統(tǒng)、接口電路、通信線路等部分組成,其中,主機(jī)子系統(tǒng)3.1地震采集網(wǎng)絡(luò)及熱冗余技術(shù)應(yīng)用分析中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)是中國地震行業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)。它是中國地震觀測網(wǎng)絡(luò)和地震應(yīng)急指揮的技術(shù)基礎(chǔ)。該觀測網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目涉及我國31個(gè)?。ㄊ校┳灾螀^(qū)。這是中國歷史上最大的地震和民防工程。其中,某省是中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)的主要節(jié)點(diǎn)之一,該省地震局地震數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)是中國地震信息服務(wù)系統(tǒng)的60個(gè)大中城市地震信息服務(wù)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)之一,同時(shí)也是該省防震減災(zāi)“十一五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目,因此地震局信息中心對(duì)系統(tǒng)的可靠性做了突出要求,服務(wù)器的選型需要在保證最佳性價(jià)比前提下,突出對(duì)可靠性的要求,地震局選擇了基于AMDOpteron處理器的曙光服務(wù)器。根據(jù)國家文物局對(duì)信息平臺(tái)的應(yīng)用需求和應(yīng)急規(guī)則的要求，海南省地震辦主要包括地震探測、前景、強(qiáng)振動(dòng)、信息服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、備份服務(wù)器、存儲(chǔ)管理服務(wù)器、中間件應(yīng)用服務(wù)器、統(tǒng)一車載平臺(tái)、公共gis服務(wù)器、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)防病毒服務(wù)器、電子郵件應(yīng)用服務(wù)器、基本網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)器和voip應(yīng)用管理服務(wù)器。某樓輔助機(jī)房,主要包括:應(yīng)急專用服務(wù)器、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)器,震害評(píng)估查詢服務(wù)器,該地震局的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)正式運(yùn)行后，主機(jī)系統(tǒng)將連續(xù)訪問各種數(shù)據(jù)。主機(jī)是否可靠,是整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能否高速高效運(yùn)行的關(guān)鍵,在該省地震局項(xiàng)目中使用曙光天闊A620r-F服務(wù)器作為主機(jī)主要是基于其高可靠性、高可用性和高擴(kuò)展性的特性。曙光天闊A620r-F是一款性能卓越、穩(wěn)定可靠、配置靈活的新一代雙路雙核64位服務(wù)器,采用2路AMDOpteronTM2000系列處理器,利用超傳輸技術(shù)高速連接更多的CPU和芯片組資源,具有處理速度快、可用性強(qiáng)等特點(diǎn),最重要的是它還經(jīng)過了一系列的可靠性測試一般來說，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可靠性高于主機(jī)系統(tǒng)。（1）雙主機(jī)的熱冗余。在地震局的主機(jī)房采用兩臺(tái)A620r-F服務(wù)器作為工作主機(jī),正常情況下兩臺(tái)工作主機(jī)均為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供支持,并相互監(jiān)視對(duì)方的運(yùn)作狀況;主機(jī)房內(nèi)的雙主機(jī)熱冗余工作原理如圖2所示。當(dāng)一臺(tái)主機(jī)出現(xiàn)異常造成不能支持網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常運(yùn)作時(shí),另一臺(tái)主機(jī)就會(huì)主動(dòng)接管異常主機(jī)的工作,繼續(xù)支持信息的運(yùn)作,從而確保系統(tǒng)能夠不間斷地運(yùn)行,達(dá)到增強(qiáng)地震局主機(jī)房服務(wù)器主機(jī)子系統(tǒng)可靠性的目的。但正常運(yùn)行主機(jī)的負(fù)載會(huì)有所增加,此時(shí)必須盡快將異常機(jī)修復(fù)以便縮短正常機(jī)負(fù)載持續(xù)時(shí)間。當(dāng)異常主機(jī)經(jīng)過維修恢復(fù)正常以后,系統(tǒng)通過硬件動(dòng)態(tài)監(jiān)控和調(diào)度,可以將正常主機(jī)所接管的工作切換回已被修復(fù)的異常主機(jī)（2）雙主機(jī)的熱備份。在地震局的輔助機(jī)房,采用一臺(tái)服務(wù)器為工作主機(jī),另一臺(tái)服務(wù)器為備份主機(jī),正常運(yùn)行狀態(tài)下,工作的主機(jī)為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供支持,備份的主機(jī)監(jiān)視工作主機(jī)運(yùn)行的情況(工作主機(jī)也同時(shí)監(jiān)視備份主機(jī)是否正常,有時(shí)備份的主機(jī)也會(huì)因某種原因出現(xiàn)異常,工作的主機(jī)可盡快通知管理員解決,確保下一次切換的可靠性);輔助機(jī)房中的雙主機(jī)熱備份工作原理如圖3所示。當(dāng)工作主機(jī)出現(xiàn)異常而無法支持網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營時(shí),備份主機(jī)將會(huì)主動(dòng)接管工作主機(jī)的工作,繼續(xù)支持系統(tǒng)的運(yùn)作,從而保證主機(jī)子系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)工作主機(jī)經(jīng)過維修恢復(fù)正常后,管理員既可以將備份主機(jī)的工作切回工作主機(jī);也可以啟動(dòng)監(jiān)視程序,監(jiān)視備份主機(jī)的運(yùn)行情況,此時(shí)原來的備份主機(jī)就成了工作主機(jī),原來的工作主機(jī)就成了備份主機(jī)在主機(jī)可靠性方面，地震臺(tái)網(wǎng)天寬6a20r-f服務(wù)器還支持多個(gè)網(wǎng)絡(luò)冗余。在系統(tǒng)正常情況下，多個(gè)網(wǎng)絡(luò)將自動(dòng)分配網(wǎng)絡(luò)流量，從而提高系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊帶寬。如果損壞或線路出現(xiàn)故障，其工作將自動(dòng)切換到其他網(wǎng)卡，不會(huì)影響正常服務(wù)。在電源系統(tǒng)中，天寬6a20r-f服務(wù)器配置了適合斯西的專用服務(wù)器600w電源，1.1冗余電源。它支持熱插拔電源技術(shù),大大提高了服務(wù)器主機(jī)的供電可靠性;支持電源狀態(tài)記憶功能,當(dāng)外部供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障而使服務(wù)器掉電時(shí),系統(tǒng)將在供電系統(tǒng)恢復(fù)正常以后自動(dòng)開啟,并繼續(xù)提供服務(wù),無需系統(tǒng)管理員進(jìn)行管理。此外，黎明時(shí)分a620r-f服務(wù)器主機(jī)可以應(yīng)用最新技術(shù)設(shè)計(jì)的硬件監(jiān)控和管理系統(tǒng)，獨(dú)立檢測系統(tǒng)的硬件故障，啟動(dòng)冗余組件并向用戶提供援助，從而在維護(hù)地震數(shù)據(jù)信息平臺(tái)的可靠性方面得到保證。3.2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟患已芯繖C(jī)構(gòu)已成功安裝了這種新型高性能計(jì)算機(jī)。為了保證集群的可靠性，它還配備了新興的天羅100d防火墻系統(tǒng)。圖4顯示了網(wǎng)絡(luò)的這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)安裝實(shí)施后,防火墻能對(duì)高性能機(jī)群進(jìn)行高效的管理和可靠的功能保護(hù)?，F(xiàn)在，隨著高性能計(jì)算需求的增加，為了方便用戶的使用，擴(kuò)大用戶的使用范圍，已建立或建造的高性能計(jì)算機(jī)群逐漸從客戶端/服務(wù)器模式（c/s）轉(zhuǎn)變?yōu)闉g覽器/服務(wù)器模式（b/s），并直接面向lan和internet用戶。用戶可以直接在網(wǎng)絡(luò)上登錄到集群。因此,機(jī)群管理者不僅希望能對(duì)局域網(wǎng)內(nèi)部的使用者進(jìn)行有效管理控制,而且還希望機(jī)群具有更高的可靠性。由特定研究所提出的這種新型高性能計(jì)算機(jī)集群主要用于科學(xué)研究。只有將機(jī)群接入研究所內(nèi)部局域網(wǎng)才能滿足用戶的使用要求,這就意味著機(jī)群將直接面對(duì)局域網(wǎng)的用戶。據(jù)IDC統(tǒng)計(jì),70%的可靠性問題來自內(nèi)部,這使得與局域網(wǎng)連接的高性能計(jì)算機(jī)面臨著嚴(yán)重的可靠性問題,高性能機(jī)群的可靠性就顯得尤為重要。因此該研究所采用了曙光天羅100D防火墻系統(tǒng)進(jìn)行全面防護(hù),其計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖5所示,為高性能機(jī)群打造了立體安全。（1）安全隔離保護(hù)：建立防火墻snat（源地址轉(zhuǎn)換），并協(xié)助制定一套規(guī)則，在集群、lan和internet之間建立可靠的屏障。這就使得所有對(duì)機(jī)群進(jìn)行訪問的信息,不是直接到達(dá)機(jī)群,而是必須與防火墻的規(guī)則進(jìn)行匹配,合乎要求的才能對(duì)機(jī)群進(jìn)行訪問。大大提高了機(jī)群的可靠性,從根本上保證了機(jī)群的安全。（2）網(wǎng)絡(luò)訪問監(jiān)控：用戶可以通過天羅防火墻簡單地執(zhí)行訪問控制。只向合法的計(jì)算機(jī)開放訪問權(quán)限,而不合法的用戶則將被“拒之墻外”。計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)內(nèi)只有獲得訪問許可的用戶才能對(duì)機(jī)群進(jìn)行訪問,而其它用戶的訪問都將被拒絕。強(qiáng)大的訪問控制功能,從根本上阻斷了攻擊的路徑,是一種更徹底的防護(hù),進(jìn)一步降低了安全風(fēng)險(xiǎn),保障了機(jī)群的可靠性。節(jié)點(diǎn)映射安全管理：端口映射是另一項(xiàng)重要的可靠性技術(shù)：（1）端口映射使用目的地址轉(zhuǎn)換（dct）來隱藏內(nèi)部集群的網(wǎng)絡(luò)信息，以提高集群的可靠性。(2)在機(jī)群的對(duì)外訪問端口發(fā)生改變的時(shí)候,只需要在防火墻上對(duì)端口映射加以修改,就能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)群的訪問。而不必在客戶端對(duì)端口設(shè)置進(jìn)行更改,方便了管理。(3)端口映射可以對(duì)機(jī)群各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行映射,實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的直接訪問。而不必像傳統(tǒng)的訪問方式:首先訪問管理節(jié)點(diǎn),再訪問其它節(jié)點(diǎn)。基于以上三點(diǎn)，黎明天羅防火墻是高性能集群的可靠通道，為高性能集群建立了堅(jiān)實(shí)的安全墻。同時(shí),也是防火墻在高性能機(jī)群應(yīng)用上的一個(gè)成功案例,是天羅系列防火墻在機(jī)群應(yīng)用方面的典范。防火墻為高性能集群提供了基本的安全對(duì)策。然而，防火墻只能提供被動(dòng)和靜態(tài)保護(hù)，并提供的安全級(jí)別較低。如果它與網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)（nid）和主機(jī)入侵檢測系統(tǒng)（hid）相結(jié)合，則可以提供動(dòng)態(tài)安全保護(hù)，如skvm和集群監(jiān)控的管理協(xié)調(diào)，以全面提高計(jì)算機(jī)集群的安全性。通過100d防火墻的存在，天羅100d防火墻的存在極大地增加了網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。此外,結(jié)合防火墻的VPN隧道功能,對(duì)通信的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密,更是在傳播途徑中加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可靠性。網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)（nid）可以監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，檢測特定網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的包絡(luò)流量，并實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)區(qū)域。在懷疑連接上非法訪問的入侵中，檢測錯(cuò)誤的訪問，以避免攻擊和網(wǎng)絡(luò)層到應(yīng)用層的各種惡意攻擊和誤用，從而最大限度地降低管理安全隱患的數(shù)量。為了解決網(wǎng)絡(luò)入侵。檢測主機(jī)入侵檢測系統(tǒng)（hid）可以防止惡意操作主機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，防止惡意訪問和錯(cuò)誤操作，實(shí)時(shí)監(jiān)控可疑連接，定期檢查系統(tǒng)日志，掃描用戶行為并發(fā)現(xiàn)非法訪問和入侵。因此主機(jī)入侵檢測系統(tǒng)可以很好地彌補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)的盲區(qū),二者形成互補(bǔ),對(duì)繞過防火墻的攻擊行為進(jìn)行細(xì)粒度的檢測和防御,實(shí)現(xiàn)從網(wǎng)絡(luò)到主機(jī)的全面防護(hù)?；趐pp技術(shù)的黎明sp，提供了相對(duì)靈活的管理方案。警務(wù)器員工可以在任何地方都可以通過tcp或ip網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理分散在世界各地的計(jì)算機(jī)。同時(shí),曙光機(jī)群安全管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的集中管理,使得整個(gè)安全體系成為一