計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性與多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)果的設(shè)計(jì)研究

黃晨

摘 ?要：隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性問(wèn)題越來(lái)越受到網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者、建設(shè)者和使用者的普遍關(guān)注。本文首先介紹了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的發(fā)展背景、現(xiàn)實(shí)情況以及網(wǎng)絡(luò)癱瘓的危害。然后，從容錯(cuò)性、雙冗余、網(wǎng)絡(luò)層次、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)方面對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的進(jìn)行影響因素分析，表明容錯(cuò)性設(shè)計(jì)的重要性。最后，從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：接入層、分布層、核心層含三個(gè)層次進(jìn)行詳細(xì)的功能描述，研究發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究課題具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);可靠性;容錯(cuò)性;多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1 背景

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、計(jì)算機(jī)的廣泛普及，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在通信、銀行、交通、物流、能源、學(xué)校、工廠和軍事等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)實(shí)生活中處處可見計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用[1]。隨著用戶對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的使用，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求也越來(lái)越高在實(shí)際生活中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障大量存在。一旦計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，將會(huì)對(duì)人們的生活、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、衛(wèi)生、及社會(huì)安全造成重大甚至是災(zāi)難性的影響據(jù)統(tǒng)計(jì)[2]。對(duì)金融領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，若計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)雍瘓一個(gè)小時(shí)，將會(huì)造成約萬(wàn)美元的損失，若計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)癱瘓一天，則可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)投資商業(yè)銀行頻臨破產(chǎn)倒閉。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性

2.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性設(shè)計(jì)

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）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。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。

2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的雙冗余設(shè)計(jì)

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，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。

3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

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)第三層的業(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(wèn)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)W(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(jiǎn)單易行，因?yàn)樗Ａ袅嘶诼酚善骱图€器的網(wǎng)絡(luò)尋址方案，對(duì)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(gè)層次結(jié)構(gòu)：接入層、分布層、核心層，如下圖所示。它體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的多層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想。

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(guò)過(guò)濾或訪問(wèn)控制列表提供對(duì)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(guò)低成本，高端口密度的設(shè)備提供服務(wù)功能。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(duì)潛在的費(fèi)力的數(shù)據(jù)包操作進(jìn)行預(yù)處理。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，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)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(shí)，應(yīng)該避免在核心層中使用像訪問(wèn)控制列表和數(shù)據(jù)包過(guò)濾這類的功能。

4 結(jié)論

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性也成為衡量計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合性能的一項(xiàng)及其關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。影響計(jì)算機(jī)容錯(cuò)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(cuò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器如何容錯(cuò)等等。其中，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(cuò)性。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性設(shè)計(jì)就是尋找最常見的故障點(diǎn)，通過(guò)冗余來(lái)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(shí)間。

參考文獻(xiàn)

[1] ?劉秀彬.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2020（03）：148-149+171.

[2] ?魏波.基于改進(jìn)遺傳算法的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，37（03）：32-35.