分布式計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性與運行模式分析

田祎

摘要：網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)對整個網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、功能、可靠性、費用等方面具有非常重要的影響。未來的網(wǎng)絡(luò)要求愈來愈強的開放性和靈活性，而控制與交換分離的分布式控制結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)這個目標的一個重要途徑。該文將主要探討分布式計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性及其運行模式，為其在計算機領(lǐng)域的應(yīng)用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：分布式；計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可靠性；運行

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）35-8390-02

智能網(wǎng)（IN）中業(yè)務(wù)交換功能（SSF）與控制功能（SCF）的分離，將使網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營商對交換機制造商的依賴大大降低，進而可以快速、靈活、經(jīng)濟地提供所需的新業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)創(chuàng)建環(huán)境（SCE）甚至允許最終用戶遠程參與新業(yè)務(wù)的生成。目前正在研究的ATM網(wǎng)中，其信元交換與連接接納控制（CAC）功能相分離，也體現(xiàn)了這一思想[1]。

1 計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的類型

計算機網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)也稱網(wǎng)絡(luò)拓撲（Topology），其目的是規(guī)范網(wǎng)絡(luò)上各個計算機及其外設(shè)（稱為節(jié)點）之間的連接方式。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)較為常用的有總線型、星型、環(huán)型和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等。實際應(yīng)用時，大部分網(wǎng)絡(luò)都是基于這些基本拓撲結(jié)構(gòu)的一種組合。

1） 總線型結(jié)構(gòu)。廣播是總線型網(wǎng)絡(luò)使用的傳輸技術(shù)，當(dāng)某個節(jié)點發(fā)送并在總線上傳播數(shù)據(jù)時，其它所有節(jié)點都可接收到此數(shù)據(jù)。各站點在接收數(shù)據(jù)后，通過對比分析目的物理地址進而決定是否接收此數(shù)據(jù)。這種結(jié)構(gòu)的典型代表是以粗、細同軸電纜為傳輸介質(zhì)的以太網(wǎng)。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、使用電纜少、易于網(wǎng)絡(luò)擴展等；缺點是訪問控制復(fù)雜、受總線長度限制而延伸范圍小等。如圖1所示。

2） 星型結(jié)構(gòu)。星型結(jié)構(gòu)的特征是以中央節(jié)點為中心，各個工作站通過單獨的線路和中央節(jié)點連接，所有工作站之間的通信都需要通過中心節(jié)點，如圖2所示。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、管理和維護方便、易于擴展等；缺點是需要線纜需求量大、中心節(jié)點負擔(dān)重、易成為信息傳輸?shù)钠款i，中央節(jié)點如果出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓。

3） 環(huán)型結(jié)構(gòu)。環(huán)型結(jié)構(gòu)中各個個節(jié)點都是通過環(huán)接口連在一條首尾相接的閉合環(huán)型通信線路中，各個節(jié)點在該網(wǎng)絡(luò)中地位平等，各個個節(jié)點設(shè)備只能和它相鄰的一個或者兩個節(jié)點設(shè)備進行直接通信，如圖3所示。這種網(wǎng)絡(luò)主要用于跨越較大地理范圍的網(wǎng)絡(luò)[2]，平時用得比較少。其優(yōu)點是路徑選擇、控制軟件較為簡單；其缺點是不容易擴充、節(jié)點多時響應(yīng)時間較長等。

4）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中各工作站相互連成一個網(wǎng)，沒有主控機來管理，也不劃分層次，通信功能分散在組成網(wǎng)絡(luò)的各個工作站中，是一種分布式的控制結(jié)構(gòu)，如圖4所示。其優(yōu)點是可靠性高、節(jié)點共享資源容易、傳輸時延較小等；缺點是控制管理復(fù)雜、軟件復(fù)雜、布線工程量較大、建設(shè)成本較高等。

2 計算機網(wǎng)絡(luò)與分布式計算機系統(tǒng)

分布式計算機系統(tǒng)是一種計算機硬件的配置方式和相應(yīng)的功能配置方式。它是一種多處理器的計算機系統(tǒng)，各個處理器通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)一個成統(tǒng)一的系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分布式計算結(jié)構(gòu)，即把原來系統(tǒng)內(nèi)CPU處理的任務(wù)分散給各個相應(yīng)的CPU，實現(xiàn)不同功能的各個CPU相互協(xié)調(diào)，共享系統(tǒng)的外設(shè)和軟件。

在分布式計算機系統(tǒng)中可以實現(xiàn)互聯(lián)計算機之間的協(xié)調(diào)操作，來共同完成一項任務(wù)，一個大型程序?qū)环植加诙嗯_計算機上并行處理，從而加快了系統(tǒng)的處理速度。分布式計算機系統(tǒng)將主機的邏輯結(jié)構(gòu)進行了簡化，因此非常適合工業(yè)生產(chǎn)線的自動控制和企事業(yè)單位的管理。分布式計算機系統(tǒng)因具有成本低和易于維護等特點，成為了計算機在應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的一個重要方向。

與分布式計算機系統(tǒng)不同，計算機網(wǎng)絡(luò)是在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的支持下，實現(xiàn)計算機之間的資源共享，但網(wǎng)絡(luò)中的計算機是獨立進行工作的。伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也開始具有了分布式計算機系統(tǒng)的功能。因此，分布式計算機系統(tǒng)也稱為分布式計算機網(wǎng)絡(luò)。而且計算機網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)機多用戶系統(tǒng)和分布式計算機系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)拓撲、硬件連接和通信控制上是相同的[3]。

3 分布式計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性分析

通信和資源共享是分布式計算機系統(tǒng)與計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有的共同功能，因此它們在硬件連接和通信控制等方面基本都是一樣的。但它們之間有一點非常重要的區(qū)別，那就是分布式計算機系統(tǒng)是在分布式計算機操作系統(tǒng)支持下，進行分布式數(shù)據(jù)庫處理和各個計算機之間的并行計算工作，即各互聯(lián)的計算機可以互相協(xié)調(diào)工作，共同完成某一項特定的任務(wù)；而計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則是在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)支持下，實現(xiàn)互聯(lián)計算機之間的資源共享，計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各計算機是各自獨立進行工作的。

Enslow在對分布式系統(tǒng)定義時強調(diào)了其五個特征：一是系統(tǒng)擁有多種通用的物理和邏輯資源，可以動態(tài)地給它們分配任務(wù)；二是系統(tǒng)中分散的物理和邏輯資源通過計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息交換；三是系統(tǒng)存在一個以全局方式管理系統(tǒng)資源的分布式操作系統(tǒng)；四是系統(tǒng)中所連網(wǎng)絡(luò)各計算機既合作又自治；五是系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)對用戶是完全透明的。

從以上討論中可以得出，它們的共同之處主要體現(xiàn)在：一般的分布式系統(tǒng)是建立在計算機網(wǎng)絡(luò)之上的，所以二者在物理結(jié)構(gòu)上是基本相同的。區(qū)別主要表現(xiàn)在[4]：分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的設(shè)計思想、結(jié)構(gòu)、工作方式和功能是不一樣的。

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)要求網(wǎng)絡(luò)用戶在使用網(wǎng)絡(luò)資源時應(yīng)當(dāng)了解網(wǎng)絡(luò)的資源分布情況。在網(wǎng)絡(luò)中，如果用戶要讀某一共享文件，則用戶必須知道這個文件存放在哪一臺服務(wù)器中，以及它存放在服務(wù)器的哪一目錄之下。但是分布式操作系統(tǒng)是以全局方式管理系統(tǒng)資源的，它自動為用戶任務(wù)進行網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度。用戶不必關(guān)心分布式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中資源的分布情況，以及聯(lián)網(wǎng)計算機之間的差異性，也就是說用戶的作業(yè)管理與文件管理過程對用戶來說是透明的。計算機網(wǎng)絡(luò)它是一種松耦合系統(tǒng)，而分布式系統(tǒng)是則一種緊耦合系統(tǒng)[5]，因此其可靠性相對較高。endprint

4 分布式計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的運行模式

企業(yè)在發(fā)展過程中業(yè)務(wù)類型會越來越復(fù)雜，將導(dǎo)致企業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)跨區(qū)域互聯(lián)廣泛、接入方式多等現(xiàn)象，因此需要更好的網(wǎng)絡(luò)管理體系的支持。而分布式網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)可以說是對以上兩種管理體系結(jié)構(gòu)的整合與改進升級。將一個網(wǎng)絡(luò)分配給多臺服務(wù)器管理，每個服務(wù)器都會擁有一套網(wǎng)絡(luò)管理程序和一個管理信息數(shù)據(jù)庫，這就徹底分散了整個網(wǎng)絡(luò)的管理任務(wù)。如5為分布式網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)的拓撲圖[6]。

盡管網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行了分散管理，但并非一臺服務(wù)器只能管理一個區(qū)域，如果需要獲得其它區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)管理信息，那么服務(wù)器彼此之間可以相互訪問獲得。虛擬化技術(shù)是DIOS實現(xiàn)的基礎(chǔ)，是目前復(fù)雜物理設(shè)備環(huán)境下的必然需求[7]，它可充分利用異構(gòu)資源，為數(shù)據(jù)、計算和存儲能力提供統(tǒng)一接口，屏蔽物理掉結(jié)構(gòu)細節(jié)，進而實現(xiàn)異構(gòu)資源的統(tǒng)一管理和使用。而云管理技術(shù)是實現(xiàn)DIOS的關(guān)鍵，它決定系統(tǒng)的效率和可用性。統(tǒng)一云管理技術(shù)通過虛擬機調(diào)度管理，實現(xiàn)虛擬服務(wù)器資源自動配置和調(diào)度；通過部署管理，支持操作系統(tǒng)和應(yīng)用的自動化安裝、配置和批量部署；通過存儲管理，實現(xiàn)異構(gòu)存儲資源整合，遠程復(fù)制功能（同步及異步）、遠程鏡像復(fù)制、快照。為了保證能提供有效、可靠的服務(wù)，云管理技術(shù)是實現(xiàn)DIOS的關(guān)鍵，它決定系統(tǒng)的效率和可用性[8]。

5 結(jié)論

計算機網(wǎng)絡(luò)的深入發(fā)展與信息共享的實現(xiàn)，在相當(dāng)大程度上使得計算機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化成為發(fā)展的必然和熱點，人們對網(wǎng)絡(luò)化的高要求，促使分布式計算機網(wǎng)絡(luò)體系的實現(xiàn)。而分布式計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因其成本低，易于維護，成為計算機在應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的一個重要方向。

參考文獻：

[1] 孫煒.分布式計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化[J]. 科技通報，2013，6：113-115.

[2] 蘆穎.介紹分布式計算機網(wǎng)絡(luò)性能指標分析與優(yōu)化[J].通訊世界，2013，17：225-226.

[3] 韋湘夫.實體安全的計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析[J].電子制作，2013，17：147.

[4] 徐勇.計算機網(wǎng)絡(luò)的信息安全體系結(jié)構(gòu)探析[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2013，10：24-25.

[5] 劉承良.構(gòu)建校園計算機網(wǎng)絡(luò)安全防護體系的探討[J].信息與電腦（理論版），2013，8：87-88.

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[7] Jongman Kim，C Nicopoulos，Dongkook Park.A gracefully degrading and energy-efficient modular router architecture for on-chip networks. Proceedings of the International Symposium on Computer Architecture （ISCA），2012，

[8] S. Kumar，A. Jantsch，J. Soininen，M. Forsell，M. Millberg，J. Oberg，K. Tiensyrja，A. Hemani.A Network on Chip Architecture and Design Methodology. Proc. IEEE Computer Society Annual Symposium on VLSI ，2012.endprint

4 分布式計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的運行模式

企業(yè)在發(fā)展過程中業(yè)務(wù)類型會越來越復(fù)雜，將導(dǎo)致企業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)跨區(qū)域互聯(lián)廣泛、接入方式多等現(xiàn)象，因此需要更好的網(wǎng)絡(luò)管理體系的支持。而分布式網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)可以說是對以上兩種管理體系結(jié)構(gòu)的整合與改進升級。將一個網(wǎng)絡(luò)分配給多臺服務(wù)器管理，每個服務(wù)器都會擁有一套網(wǎng)絡(luò)管理程序和一個管理信息數(shù)據(jù)庫，這就徹底分散了整個網(wǎng)絡(luò)的管理任務(wù)。如5為分布式網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)的拓撲圖[6]。

盡管網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行了分散管理，但并非一臺服務(wù)器只能管理一個區(qū)域，如果需要獲得其它區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)管理信息，那么服務(wù)器彼此之間可以相互訪問獲得。虛擬化技術(shù)是DIOS實現(xiàn)的基礎(chǔ)，是目前復(fù)雜物理設(shè)備環(huán)境下的必然需求[7]，它可充分利用異構(gòu)資源，為數(shù)據(jù)、計算和存儲能力提供統(tǒng)一接口，屏蔽物理掉結(jié)構(gòu)細節(jié)，進而實現(xiàn)異構(gòu)資源的統(tǒng)一管理和使用。而云管理技術(shù)是實現(xiàn)DIOS的關(guān)鍵，它決定系統(tǒng)的效率和可用性。統(tǒng)一云管理技術(shù)通過虛擬機調(diào)度管理，實現(xiàn)虛擬服務(wù)器資源自動配置和調(diào)度；通過部署管理，支持操作系統(tǒng)和應(yīng)用的自動化安裝、配置和批量部署；通過存儲管理，實現(xiàn)異構(gòu)存儲資源整合，遠程復(fù)制功能（同步及異步）、遠程鏡像復(fù)制、快照。為了保證能提供有效、可靠的服務(wù)，云管理技術(shù)是實現(xiàn)DIOS的關(guān)鍵，它決定系統(tǒng)的效率和可用性[8]。

5 結(jié)論

計算機網(wǎng)絡(luò)的深入發(fā)展與信息共享的實現(xiàn)，在相當(dāng)大程度上使得計算機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化成為發(fā)展的必然和熱點，人們對網(wǎng)絡(luò)化的高要求，促使分布式計算機網(wǎng)絡(luò)體系的實現(xiàn)。而分布式計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因其成本低，易于維護，成為計算機在應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的一個重要方向。

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4 分布式計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的運行模式

企業(yè)在發(fā)展過程中業(yè)務(wù)類型會越來越復(fù)雜，將導(dǎo)致企業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)跨區(qū)域互聯(lián)廣泛、接入方式多等現(xiàn)象，因此需要更好的網(wǎng)絡(luò)管理體系的支持。而分布式網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)可以說是對以上兩種管理體系結(jié)構(gòu)的整合與改進升級。將一個網(wǎng)絡(luò)分配給多臺服務(wù)器管理，每個服務(wù)器都會擁有一套網(wǎng)絡(luò)管理程序和一個管理信息數(shù)據(jù)庫，這就徹底分散了整個網(wǎng)絡(luò)的管理任務(wù)。如5為分布式網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)的拓撲圖[6]。

盡管網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行了分散管理，但并非一臺服務(wù)器只能管理一個區(qū)域，如果需要獲得其它區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)管理信息，那么服務(wù)器彼此之間可以相互訪問獲得。虛擬化技術(shù)是DIOS實現(xiàn)的基礎(chǔ)，是目前復(fù)雜物理設(shè)備環(huán)境下的必然需求[7]，它可充分利用異構(gòu)資源，為數(shù)據(jù)、計算和存儲能力提供統(tǒng)一接口，屏蔽物理掉結(jié)構(gòu)細節(jié)，進而實現(xiàn)異構(gòu)資源的統(tǒng)一管理和使用。而云管理技術(shù)是實現(xiàn)DIOS的關(guān)鍵，它決定系統(tǒng)的效率和可用性。統(tǒng)一云管理技術(shù)通過虛擬機調(diào)度管理，實現(xiàn)虛擬服務(wù)器資源自動配置和調(diào)度；通過部署管理，支持操作系統(tǒng)和應(yīng)用的自動化安裝、配置和批量部署；通過存儲管理，實現(xiàn)異構(gòu)存儲資源整合，遠程復(fù)制功能（同步及異步）、遠程鏡像復(fù)制、快照。為了保證能提供有效、可靠的服務(wù)，云管理技術(shù)是實現(xiàn)DIOS的關(guān)鍵，它決定系統(tǒng)的效率和可用性[8]。

5 結(jié)論

計算機網(wǎng)絡(luò)的深入發(fā)展與信息共享的實現(xiàn)，在相當(dāng)大程度上使得計算機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化成為發(fā)展的必然和熱點，人們對網(wǎng)絡(luò)化的高要求，促使分布式計算機網(wǎng)絡(luò)體系的實現(xiàn)。而分布式計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因其成本低，易于維護，成為計算機在應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的一個重要方向。

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