計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化對(duì)策

于繼江，陳 為，董中平

（中國食品藥品檢定研究院,北京,100050）

1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性概述

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性被定義為特定條件下，規(guī)定時(shí)間內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)所能夠保持的連通和數(shù)據(jù)通信的能力，該性能是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、運(yùn)行的核心參數(shù)之一。其中，特定條件是指如規(guī)定操作方式、負(fù)載條件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的溫濕度等；規(guī)定時(shí)間是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行時(shí)間。利用上述定義可以獲得計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在上述頂一下可完成相應(yīng)功能的概率，該概率可用于直接反應(yīng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是否可靠。

為便于分析和計(jì)算，實(shí)際研究中需要將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)這一復(fù)雜的系統(tǒng)化簡處理為可進(jìn)行理論分析的具體的網(wǎng)絡(luò)模型，然后分別對(duì)每一模型進(jìn)行可靠性問題求解。通常，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的模型可用概率圖 來描述，該概率圖中的V 是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的終端、服務(wù)器等設(shè)備的集合，E 是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的具體的鏈路。為應(yīng)用該概率圖進(jìn)行可靠性分析，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行如下幾點(diǎn)假設(shè)：（1）網(wǎng)絡(luò)是連通的，反映在概率圖上為圖中的任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間都存在一條可連通的鏈路；（2）鏈路介質(zhì)的可靠度與結(jié)點(diǎn)距離無關(guān)；（3）網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的結(jié)點(diǎn)是理想的，即結(jié)點(diǎn)設(shè)備本身不存在故障；（4）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)只有正常和故障兩種狀態(tài)，且設(shè)備、鏈路相互獨(dú)立，這樣可以保證所發(fā)生故障的獨(dú)立性；（5）網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行概率可知，分為結(jié)點(diǎn)和鏈路兩部分，且兩部分正常運(yùn)行的概率統(tǒng)計(jì)獨(dú)立；（6）網(wǎng)絡(luò)模型還可以用多狀態(tài)模型進(jìn)行刻畫。

在該假設(shè)下即可得到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概率圖，圖中的可靠性問題由可靠性分析和可靠性設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容構(gòu)成。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響因素

2.1 網(wǎng)絡(luò)管理對(duì)可靠性的影響

由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的部署與設(shè)計(jì)存在持續(xù)性和不確定性，故大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常常會(huì)采用多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行部署，只要這些設(shè)備之間能夠很好的兼容其他設(shè)備，且能夠提供高質(zhì)量的信息傳輸服務(wù)即可。為保障計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的完整性、提升網(wǎng)絡(luò)可靠度、降低故障發(fā)生概率和傳輸誤碼率，就必須協(xié)調(diào)好各設(shè)備之間的關(guān)系，使用現(xiàn)金的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理?？梢?，網(wǎng)絡(luò)管理是否有效，是否能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和幫助排除計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的故障對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性運(yùn)行具有十分重要的影響。

2.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)可靠性的影響

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由結(jié)點(diǎn)和介質(zhì)鏈路組成的，通常情況下網(wǎng)絡(luò)鏈路的可靠性較高，而網(wǎng)絡(luò)故障的原因大多集中在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)位置。

（1）結(jié)點(diǎn)的影響。終端交互能力越強(qiáng)，其所在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性越高，若用戶終端中可以采用冗余設(shè)計(jì)，如使用兩塊網(wǎng)卡同時(shí)與不同局域網(wǎng)建立連接時(shí)，其所具有的可靠性必然會(huì)高于單網(wǎng)卡用戶終端設(shè)備的可靠性。服務(wù)器是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息中心，其主要負(fù)責(zé)向用戶提供相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，服務(wù)器可靠性的高低直接關(guān)系到其所在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率與可靠性。為確保計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，提升計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用效果，網(wǎng)絡(luò)中所架設(shè)的服務(wù)器必須采用雙機(jī)熱備份的冗余設(shè)計(jì)。

（2）傳輸交換設(shè)備的影響。雖然傳輸介質(zhì)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響不如結(jié)點(diǎn)高，但是其一旦出現(xiàn)故障則需要相當(dāng)大的代價(jià)進(jìn)行故障查找與排除。為確保計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)應(yīng)用性，在采用標(biāo)準(zhǔn)線路按照布線要求進(jìn)行布線的同時(shí)，還應(yīng)該適當(dāng)?shù)牟扇∫恍┤哂嘣O(shè)計(jì)方案進(jìn)行雙線架設(shè)，確保一旦其中的一條線路出現(xiàn)問題可以快速切換到另一條正常線路中，降低故障持續(xù)時(shí)間。

2.3 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)的部署與建設(shè)是依照嚴(yán)格的規(guī)劃和設(shè)計(jì)方案執(zhí)行的，若設(shè)計(jì)方案不合理，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在問題則必然會(huì)在應(yīng)用過程中使得計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性大幅度下降。經(jīng)驗(yàn)表明，若想獲得較高的網(wǎng)絡(luò)可靠性，就必須依照計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和層次進(jìn)行具體的分析與設(shè)計(jì)，確保所設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與實(shí)際應(yīng)用相匹配。

3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性優(yōu)化

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

在規(guī)劃設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，為保證所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)具有良好的應(yīng)用特性和較高的可靠性，應(yīng)該遵循如下幾條設(shè)計(jì)原則：（1）依照國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，確保所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)對(duì)異構(gòu)系統(tǒng)和異種設(shè)備具有良好的支持與兼容，保證所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性強(qiáng)；（2）盡量選用成熟的、先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在保證所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)具有良好的兼容性和優(yōu)良的運(yùn)行穩(wěn)定性，必要時(shí)可同時(shí)采用多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)；（3）設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)應(yīng)該盡量讓其支持較多的通信協(xié)議和通信標(biāo)準(zhǔn)，以增強(qiáng)其與其他網(wǎng)絡(luò)或特殊環(huán)境下的互聯(lián)能力

3.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性主要是通過系統(tǒng)的容錯(cuò)性進(jìn)行反映的，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠性優(yōu)化時(shí)可以以提升系統(tǒng)的容錯(cuò)性為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，降低網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生的概率和持續(xù)時(shí)間。具體的設(shè)計(jì)方案如下：

（1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以并行主干，為網(wǎng)絡(luò)配置雙網(wǎng)絡(luò)中心為主。

為確保用戶終端和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的運(yùn)行可靠性，可分別將用戶終端與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器同時(shí)連接到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心中，并為其設(shè)置自動(dòng)轉(zhuǎn)接功能；邊界網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)中心的連接使用多數(shù)據(jù)、多路由的方式實(shí)現(xiàn)，即便某一鏈路出現(xiàn)故障也不會(huì)產(chǎn)生大范圍的網(wǎng)絡(luò)故障；網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持熱插拔，可進(jìn)行功能模塊替換，這樣不僅可以增強(qiáng)組網(wǎng)的靈活性，還能夠確保網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)能在不斷電的情況下完成故障設(shè)備的替換工作，避免全局性的斷網(wǎng)情況發(fā)生，有效提升網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)能力；在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)層面采用雙機(jī)熱備份機(jī)制進(jìn)行構(gòu)建，正常運(yùn)行中備用設(shè)備定期與主運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行同步，一旦出現(xiàn)故障則直接接管故障設(shè)備的功能為用戶提供服務(wù)，必要時(shí)還可以設(shè)置異地存儲(chǔ)備份機(jī)制，以確保重點(diǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)容不被破壞；網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)應(yīng)盡量依照多處理器進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，以便于提供應(yīng)急恢復(fù)與保障機(jī)制。

（2）網(wǎng)絡(luò)層面采用雙網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)

雙冗余設(shè)計(jì)是指在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上添加一套新的，功能完整的備用網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的終端和服務(wù)器同時(shí)與主網(wǎng)絡(luò)與備用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。正常情況下，終端可以使用兩套網(wǎng)絡(luò)同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，也可以只使用其中一套網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)勢在于在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的物理層面實(shí)現(xiàn)了可靠性的提升，即便其中某一網(wǎng)絡(luò)的某一部分出現(xiàn)故障也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信中斷的現(xiàn)象。

4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化的評(píng)價(jià)

具體來說，評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的指標(biāo)至少包含以下幾項(xiàng)內(nèi)容：用戶在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用過程中的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)反饋；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量投訴率；網(wǎng)絡(luò)故障統(tǒng)計(jì)概率；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件崩潰或無響應(yīng)概率；網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、交換設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備的可靠度；鏈路通信過程中的失敗次數(shù)統(tǒng)計(jì)概率；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的故障率以及用戶終端的可靠度；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的平均連通率或間隔時(shí)間內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)無故障次數(shù)；網(wǎng)絡(luò)故障持續(xù)時(shí)間以及從網(wǎng)絡(luò)故障到網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)的時(shí)間間隔；網(wǎng)絡(luò)安全認(rèn)證體系以及網(wǎng)絡(luò)組織管理制度的評(píng)價(jià)等。

可見，上述幾項(xiàng)指標(biāo)中，部分指標(biāo)可用具體的數(shù)值進(jìn)行衡量，這些指標(biāo)被稱為數(shù)值型變量，部分指標(biāo)無法使用具體的數(shù)據(jù)進(jìn)行衡量，這些指標(biāo)被稱為語言型變量，在為不同的變量制定衡量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)該依照指標(biāo)的類型制定相應(yīng)的量綱和衡量規(guī)范，以能夠讓上述指標(biāo)充分反應(yīng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性能。

5 總結(jié)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展使得可影響計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的因素不斷增多，為保證其可靠性就必須從實(shí)際出發(fā)，總結(jié)歸納影響計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的原因，為其制定切實(shí)可行的優(yōu)化策略或優(yōu)化方案，并在優(yōu)化完畢后及時(shí)對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，為后續(xù)的優(yōu)化和改進(jìn)提供參考依據(jù)。

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