網絡可靠性的算法研究

0 引言

現階段，對于計算機網絡可靠性的研究，已經越來越受到專家和學者的重視，畢竟衡量網絡綜合水平的關鍵點就在于其網絡的可靠性。在這種背景之下，應該從網絡的可靠性出發，提出符合當下網絡環境的整改原則，相關部門也應該對網絡可靠性問題重視起來，爭取早日建立一個完善的網絡系統。

1 計算機網絡可靠性的概念以及設計原則

1.1 計算機網絡可靠性的概念

計算機網絡可靠性指的是在一定的環境之下，通過計算機網絡這一平臺，來實現網絡業務，這種能力就是計算機網絡可靠性，主要由時間、環境以及完成能力作為主要的決定依據。這種可靠性不但能夠反映出真實的網絡運行能力，還能夠作為網絡設計過程中的重要依據。就現階段而言，網絡發展的關鍵紐帶就是可靠性對其的影響，現階段，網絡與人們的生活已經連接的更加緊密，如果出現網絡故障，就會嚴重影響人們的正常工作、學習以及娛樂，同時還會對經濟、政治領域造成一定的影響，所以說，加強對網絡可靠性的研究工作是十分有必要的。

1.2 計算機網絡可靠性的設計原則

計算機網絡在可靠性的設計上應該遵循相應的原則，因為他們對可靠性的構建都有重要意義。計算機網絡的設計首先要遵循國際標準，與此同時還應該遵循行業內的可靠性原則。國際標準的設計原則在于對網絡結構設計的開放方式，它能夠起到支持系統的功能，讓計算機與其他設備建立連接關系，還能夠為計算機系統提供升級的條件，由于網絡所具有非常強的聯網能力，所以說在現實應用中，可以支持更多的通信協議。就計算機網絡而言，可靠性的要求往往比較高，不僅要有冗余和容錯的超強能力，還要有對數據的保護能力。因此，在對系統設計的時候，要盡量的選擇冗余和容錯能力強的服務器進行連接。

2 提高計算機網絡可靠性的具體方法

2.1 對于冗余和容錯能力的設計

當計算機在進行容錯設計的時候，會加入冗余這項網絡形式，把兩個網絡中心與與之對應的終端和服務器進行連接，從而保證網絡能夠在安全可靠的條件下運行，防止出現由于容錯所造成的損失，即使發生了不可避免的故障，也要讓兩個網絡中心通過協調的方式得以解決。在網絡設備中，由于廣域網和路由器互聯，如果其中一個設備出現損壞情況時，不會妨礙網絡的整體運營。在首次應用新技術時，盡量選擇那些性價比高的服務器，以質量作為主要衡量標準，盡可能的防止出現由于質量事故而導致網絡問題的現象發生。

2.2 使用多層網絡結構

計算機的多層網絡結構主要靠第三層功能來實現業務量和負載的分段。一定程度上能夠起到隔離故障的作用，也能夠讓網絡的運行更加簡單化。計算機多層的網絡結構主要是由接入、分布以及核心三個層次組成的。接入層一般都是指網絡中直接面向用戶連接或訪問的部分。接入層目的是允許終端用戶連接到網絡，因此接入層交換機具有低成本和高端口密度特性。分布層指的是接入層與核心層之間的連接界點，在實際的應用中可以對邊界進行定義，還能夠及時的處理潛在的數據包操作。核心層是計算機的重要組成部分，通過它不但能夠實現信息數據的轉換，還能夠按照邏輯水平劃分計算機的網絡。

2.3 計算機網絡可靠度的算法

2.3.1 傳統精確算法

計算機網絡可靠度算法應用廣泛的是傳統方式，本質上主要是通過圖論方式對計算機網絡模型進行簡化，然后在數值分析和概率統計的方式支持下對數據進行計算，最后求出結果。傳統精確算法主要包括：狀態枚舉法、容斥原理法、因子分解算法、特殊網絡法以及不交和算法等。

完全狀態枚舉法由于在方式上過于簡單，在計算機網絡可靠度中能夠得到廣泛應用，在完全列舉法下完成的計算機網絡鏈路以及節點的狀態，對所有網絡數據狀態進行核對，最終得到需求要素，保證計算機網絡正常運行；而不交和算法在進行前需要一個前提，即對已知能夠滿足計算機網絡正常運行的部件的集合、和網絡組成部件可靠度，在滿足以上兩個條件之后就能進行計算機網絡可靠度計算。以下是網絡可靠度計算方法介紹：

（1）狀態枚舉法

狀態枚舉法求解網絡可靠度的主要思想就是通過枚舉的方式，在網絡規定的條件下，將正常運行的互斥事件Bi，i=1，2，3，4，...m來計算網絡可靠度。網絡可靠度Re可由以下公式求出：

（2）容斥原理

容斥原理法計算機網絡可靠度的基本原理是：將網絡可靠度表示為最小路集的并集，然后采用容斥原理去除網絡中相容事件交集，從而求出網絡可靠度。其中最小的路集就是一些鏈路的集合體，如果集合中任意一條鏈路從集合中移除，那么剩下的集合不能稱之為最小路集。

（3）不交積和法

不交積和法是一種運用不交積和的定理，對計算機網絡可靠度進行計算的方式，其中主要計算的思想就是將網絡可靠度表示為最小路集的并集，然后將這個并集轉化為不相交的項，從而能夠計算出計算機網絡可靠度。

2.3.2 現代智能算法

隨著計算機網絡不斷發展，其應用范圍逐漸增大，計算機計算本身日益進步與完善，并伴隨著其網絡鏈路和網絡節點數目越來越多。傳統的算法不能滿足目前大規模的網絡需求，因此，計算機網絡的可靠度需要在現代智能技術的支持下發展，智能算法因運而生。現代計算機網絡智能算法有：遺傳算法、蟻群算法、模擬退火算法、神經網絡算法以及模糊遺傳算法等。

3 計算機網絡可靠性的實例分析

隨著我國經濟的不斷發展，計算機的應用也變得更加廣泛，為人們的生活帶來了一定的方便，但是在計算機的使用過程中，難免會因為這樣那樣的情況而出現網絡問題，所以就應該對網絡安全性能進行完善和提高。通常狀況下，實現網絡主機子系統的可靠性，需要依靠備份、冗余、容錯以及集群等條件來達成，通過對數字地震觀測網的研究能夠發現，主機子系統的可靠性在其中扮演了重要角色，通過它能夠深刻的影響網絡系統，所以為了能夠對數字地震觀測網進行可靠性的保護，需要采取以下兩種措施：

首先，應該在主機房中建設兩臺服務器當做主機進行工作，對于計算機網絡的支持，就由這兩臺服務器來實現，并且要通過數據監測的方式來監視對方的運作模式。如果其中一臺機器出現問題導致不工作時，另一臺機器就會把不工作的部分承擔下來繼續工作，以保證正常工作不會被延誤，達到地震系統實時監測的可靠性。不過如果讓一臺機器長時間進行超負荷工作，必然會對計算機造成一定的損害，所以說相關人員還是應盡快對損傷機器進行修理，以達到正常運行的目的，這個時候再把被接管的工作轉入到修理好的機器上，以減輕機器的工作負擔。

其次，應該在地震局的機房內對主機進行分工，留出一臺機器作為主機，另一臺機器作為備份，進行工作的過程中，主機進行工作，備份機器可以用來監視主機工作，以防止主機出現異常情況，如果當主機已經發生異常的情況時，備份機器立刻把主機的工作接管過來，在不耽誤設備運行的情況下繼續工作，保證了計算機網絡的可靠性。當主機恢復到正常狀態之后，管理員可以把備份機器的數據切換過來讓主機進行操作，也可以把主機和備份機器的角色進行互換，直接把現在的備份機器轉為主機。

4 結論

隨著信息技術的不斷發展，計算機網絡問題已經取得了比較大的突破。就現階段而言，計算機網絡可靠性已經作為一門學科被網絡界廣泛研究，相關部門也在建立更加完善的系統來完善網絡職能。本文首先對計算機網絡可靠性的概論和設計原則進行了簡單的總結，并提出了提高可靠性的具體方法，最后通過實例來體現出計算機網絡可靠性的提高，為我國計算機網絡可靠性的提高方法的研究提供了借鑒經驗。