摘要:目前，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性問題受到網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者、建設(shè)者和使用者的高度關(guān)注。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性成為衡量計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合性能的一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。本文在對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性理論介紹的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。

　　關(guān)鍵詞:可靠性,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),綜合性能,技術(shù)指標(biāo),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程論文

　　一、引言

　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛躍發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在學(xué)校、工廠、企業(yè)、銀行、交通、能源、通信、軍事等領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛，小到人們?nèi)粘Ｉ�活，大到國家安全穩(wěn)定。因此，對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性問題研究具有巨大的經(jīng)濟(jì)價值、社會價值和社會效益。

　　二、計(jì)算機(jī)可靠性模型研究

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性作為一門系統(tǒng)工程科學(xué)，經(jīng)過50多年的發(fā)展，己經(jīng)形成了較為完整和健全的體系。我們對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性定義為：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在規(guī)定的條件下，規(guī)定的時間內(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。

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性問題可以模型化為圖的可靠性問題。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型采用概率圖G(V,E)來表示，其中結(jié)點(diǎn)集合v表示計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的用戶終端，主機(jī)或服務(wù)器等，邊集合E表示計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的鏈路。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型的概率圖，是對圖的各邊以及結(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行狀態(tài)賦予一定的概率值以后所得到的圖。圖的可靠性問題包含兩個方面的內(nèi)容:一是分析問題，即計(jì)算一個給定圖的可靠度;二是設(shè)計(jì)問題，即在給定所有元素后，設(shè)計(jì)具有最大可靠度的圖。圖的可靠度不方便求解時，可先求其失效度(可靠度+失效度=1)，然后再求其可靠度。圖的結(jié)點(diǎn)和鏈路失效模型可分為鏈路失效模型、結(jié)點(diǎn)失效模型、結(jié)點(diǎn)和鏈路混合失效模型等三種類型，其中“結(jié)點(diǎn)和鏈路混合失效模型”最為常用。

　　三、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　（一）設(shè)計(jì)原則

　　科研人員和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計(jì)人員在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和建設(shè)的工程實(shí)踐中總結(jié)了許多具體的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和原則，對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)起到了很好的指導(dǎo)作用。在構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則:

　　遵循國際標(biāo)準(zhǔn)，采用開放式的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，支持異構(gòu)系統(tǒng)和異種設(shè)備的有效互連，提供系統(tǒng)強(qiáng)大的擴(kuò)展與升級能力。設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時，采用先進(jìn)性與成熟性、實(shí)用性、通用性相結(jié)合的原則，選擇先進(jìn)而成熟的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，選擇實(shí)用和通用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)要有具有較強(qiáng)的互聯(lián)互通能力，能夠支持多種通信協(xié)議并存于一個網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性要高，具有較強(qiáng)的冗余能力和容錯能力，為加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全，保證整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常運(yùn)行，系統(tǒng)應(yīng)選擇具有較強(qiáng)冗余容錯能力的服務(wù)器及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可管理性強(qiáng)，應(yīng)選擇先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)管理軟件和支持SNMP及CMIP的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

　　選擇較好的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)鏈路的介質(zhì)，主干網(wǎng)具有足夠的帶寬，整個網(wǎng)絡(luò)具有較快的響應(yīng)速度。

　　保護(hù)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的投資，充分利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源，合理地調(diào)配現(xiàn)有的硬件設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)布線、已經(jīng)成熟的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)軟件和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件。

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的性價比，應(yīng)盡可能的高。

　　（二）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性主要優(yōu)化設(shè)計(jì)方法分析

　　提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)部件的可靠性與附加相應(yīng)的冗余部件是改善計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的兩條主要途徑。在滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)預(yù)期功能的前提下，采用冗余技術(shù)(增大備用鏈路條數(shù))一方面可以提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的局域片斷的可靠性；另一方面也提高了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本。由于每條計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)鏈路均有可靠性和成本，故計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的鏈路的數(shù)目越少，相應(yīng)地，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性就越高。然而提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的最有效的方案是提高其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的容錯性。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的容錯性設(shè)計(jì)就是尋找最常見的故障點(diǎn)，通過冗余來加強(qiáng)它們，以最大限度地縮短計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障的持續(xù)時間。為了避免各種故障造成的數(shù)據(jù)丟失或出錯，甚至是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，必須采用種種冗余措施來提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的容錯能力。影響計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)容錯能力的因素很多，其中包括:用戶到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心的數(shù)據(jù)鏈路如何冗余；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的中心樞紐設(shè)備如何容錯；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器如何容錯等等。

　　1、容錯設(shè)計(jì)

　　在對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時，我們應(yīng)采用具有模塊化結(jié)構(gòu)和熱插熱撥功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這種設(shè)備不僅擁有非常靈活的組網(wǎng)方式，而且還能在不切斷電源的情況下能及時更換故障模塊，從而提高了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)長時間連續(xù)工作的能力，并可以大大提高整個計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的容錯能力。

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器應(yīng)采用雙機(jī)熱備份、容錯存儲和雙機(jī)鏡像等技術(shù)來增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的可靠性和容錯性等。

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)管理軟件在進(jìn)行容錯設(shè)計(jì)時，必須采用多個處理器和特殊設(shè)計(jì)的具有容錯功能的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，并且能夠提供以檢查點(diǎn)為基本的故障恢復(fù)機(jī)能。

　　2、采用多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠最有效地利用網(wǎng)絡(luò)第3層的業(yè)務(wù)功能，例如網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量的分段、負(fù)載分擔(dān)、故障恢復(fù)、減少因配置不當(dāng)或故障設(shè)備引起的一般網(wǎng)絡(luò)問題。另外，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也能夠?qū)�網(wǎng)絡(luò)的故障進(jìn)行很好的隔離并可以支持所有常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的多層模式讓計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的移植變得更為簡單易行，因?yàn)樗�保留了基于路由器和集線器的網(wǎng)絡(luò)尋址方案，對以往的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有很好的兼容性。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包含三個層次結(jié)構(gòu)：

　　接入層:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的接入層是最終用戶被許可接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn)。接入層能夠通過過濾或訪問控制列表提供對用戶流量的進(jìn)一步控制。在局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，接入層主要側(cè)重于通過低成本，高端口密度的設(shè)備提供服務(wù)功能，接入層的主要功能如下:為最終網(wǎng)絡(luò)用戶提供計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的接入端口；為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供交換的帶寬；提供計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的第二層服務(wù)，如基于接口或Mac地址的Vlan成員資格和數(shù)據(jù)流過濾。

　　分布層:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接入層和核心層之間的分界點(diǎn)。分布層也幫助定義和區(qū)分計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心層。該分層提供了邊界定義，并在該處對潛在的費(fèi)力的數(shù)據(jù)包操作進(jìn)行預(yù)處理。在局域網(wǎng)環(huán)境中，分布層執(zhí)行最多的功能有:VLAN的聚合；部門級或工作組在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的接入；廣播域網(wǎng)或多點(diǎn)廣播域網(wǎng)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)網(wǎng)方式的確定；

　　（三）核心層

　　計(jì)算機(jī)核心層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主干部分。核心層的主要功能是盡可能快速地交換數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的這個分層結(jié)構(gòu)不應(yīng)該被牽扯到費(fèi)力的數(shù)據(jù)包操作或者任何減慢數(shù)據(jù)交換的處理。在劃分計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)邏輯功能時，應(yīng)該避免在核心層中使用像訪問控制列表和數(shù)據(jù)包過濾這類的功能。對于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)而言，核心層主要負(fù)責(zé)以下的工作:提供交換區(qū)塊之間的連接；提供到其他區(qū)塊(如服務(wù)器區(qū)塊)的訪問；盡可能快地交換數(shù)據(jù)幀或者數(shù)據(jù)包。

　　四、小節(jié)

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，一方面使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響因素不斷增加，另一方面為衡量計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性提出了更高要求。本文對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法還需進(jìn)一步的完善、充實(shí)和改進(jìn)。此外，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際運(yùn)行過程中的隨機(jī)性、不確定性和人為因素的客觀作用。

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