探究分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略

陳鐵

【摘要】隨著信息化時代的到來，互聯(lián)網(wǎng)與計算機(jī)得到了迅速的普及，為了改變傳統(tǒng)的集中式局域網(wǎng)絡(luò)的限制，分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運而生，并得到了廣泛的應(yīng)用，逐步發(fā)展成為應(yīng)用最廣泛的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)形式。本文主要針對分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，針對分布式網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用中存在的問題，提出了相應(yīng)的優(yōu)化策略。

【關(guān)鍵詞】分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 優(yōu)化策略 數(shù)據(jù)交互

1引言

二十一世紀(jì)以來，隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)與個人計算機(jī)快速得到普及，給人們的工作生活都帶來了巨大的便利。隨著網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量的不斷增長，接入互聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)數(shù)量增長勢頭迅猛，為了滿足用戶的使用需求，保證較好的用戶體驗，分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)得到了廣泛的應(yīng)用，通過分布式的理念，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意兩臺計算機(jī)間便捷的數(shù)據(jù)交互，進(jìn)一步推動了互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)張，分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)量不斷增長，為了保證網(wǎng)絡(luò)的運行效率，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性、穩(wěn)定性，本文從分布式網(wǎng)絡(luò)的特點入手，對其結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略進(jìn)行了簡要的分析與闡述。

2分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述

2.1分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的簡介

分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一種節(jié)點分散的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)形式，不同于局域網(wǎng)絡(luò)，分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點都與其他節(jié)點相連接，任意兩個節(jié)點間只要有一條數(shù)據(jù)交互路徑，因此大大增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間的數(shù)據(jù)交互能力，更有助于用戶間的數(shù)據(jù)交互與共享操作。

由于分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常規(guī)模較大，為了保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行，一般將其劃分為兩個及以上的對等子區(qū)域，并由不同的管理人員通過管理域?qū)ο鄳?yīng)的子區(qū)域進(jìn)行單獨管理，以保證網(wǎng)絡(luò)的管理效率。對于分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)而言，每個子區(qū)域保持管理上的相對獨立，卻又存在子區(qū)域間的信息交互能力，管理人員可以借助管理信息庫手機(jī)子區(qū)域信息，進(jìn)而實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的有效管理。

得益于分布式計算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)交互能力，其在分布式數(shù)據(jù)收集、分布式數(shù)據(jù)管理、分布式計算等諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，借助分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的巨大計算能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對大數(shù)據(jù)的處理與挖掘，近年來在機(jī)器視覺、人工智能以及并行計算等熱門領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

2.2分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點

與傳統(tǒng)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相比，分布式網(wǎng)絡(luò)主要具有以下幾個方面的特點：

一是較強(qiáng)的可靠性。分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通過分散管理機(jī)制，將系統(tǒng)風(fēng)險分散化，從而大大提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。對于傳統(tǒng)的集中式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，當(dāng)重要節(jié)點發(fā)生故障或錯誤時，將導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)生崩潰；而對于分布式計算機(jī)系統(tǒng)，分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點互為補(bǔ)充，當(dāng)某個節(jié)點發(fā)生故障時，其他節(jié)點可以代替該節(jié)點完成相應(yīng)的任務(wù)，對保證整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行有著重要的積極作用。

二是較高的靈活性與擴(kuò)展能力。與傳統(tǒng)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比，分布式結(jié)構(gòu)大大提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性與擴(kuò)展能力。在分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，節(jié)點的增加、刪除等操作對系統(tǒng)的影響較小，因此操作也更加靈活，用戶可以根據(jù)實際需要對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模進(jìn)行控制，并任意增刪節(jié)點，以適應(yīng)實際應(yīng)用需求。

三是高效的數(shù)據(jù)交互能力。在分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，任意兩個節(jié)點間都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互傳輸操作，實現(xiàn)了面向廣大用戶的便捷的數(shù)據(jù)交互與共享。另一方面，對分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的不同子區(qū)域來說，每個子區(qū)域的節(jié)點都連接于中心服務(wù)器，中心服務(wù)器又與其他字區(qū)域相連接，因此當(dāng)用戶需要跨子區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，能夠借助中心服務(wù)器實現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)傳輸速度。

3分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略

隨著用戶數(shù)量的不斷增多，分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理壓力不斷增大，如何根據(jù)用戶的需求分析分布式網(wǎng)絡(luò)的合理性與可靠性，并指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化十分關(guān)鍵。本章首先對分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)性能分析的常用指標(biāo)進(jìn)行了簡述，之后提出了面向分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略。

3.1分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)

3.1.1網(wǎng)絡(luò)吞吐量

網(wǎng)絡(luò)吞吐量是衡量網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸量與傳輸速度的重要性能指標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)吞吐量越大，表明網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力越強(qiáng)。一般來說，為了測試某個網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，通常通過指定的端口向選擇的節(jié)點發(fā)送指定數(shù)量的圖像幀，并通過一定時間內(nèi)接受幀數(shù)與發(fā)送幀數(shù)間的數(shù)量關(guān)系，確定網(wǎng)絡(luò)的吞吐量大小。在網(wǎng)絡(luò)吞吐量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步可以計算網(wǎng)絡(luò)的吞吐率，即對于給定數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)空閑時期的傳輸時間T_0與實際傳輸時間T之比η=T_0/T，吞吐率越大，則表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)吞吐越繁忙。

3.1.2網(wǎng)絡(luò)利用率

網(wǎng)絡(luò)利用率反映了網(wǎng)絡(luò)的實際使用情況，同時表征了網(wǎng)絡(luò)的均衡度，也是影響分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要性能指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)利用率定義為總網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量F與每個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流量C之比P=F/C。在實際應(yīng)用中，為了調(diào)整分布式網(wǎng)絡(luò)的均衡性，需要從全局考慮合理的控制F與C之間的關(guān)系，切忌單獨對兩者之一進(jìn)行盲目調(diào)整，以避免系統(tǒng)負(fù)荷嚴(yán)重不均衡現(xiàn)象。

3.2分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略

分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在人們的工作生活中已經(jīng)得到了十分廣泛的應(yīng)用，借較高的靈活性、可擴(kuò)展性等優(yōu)勢，越來越得到人們的青睞。隨著分布式網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)張，網(wǎng)絡(luò)的效率以及可靠性等都面臨著巨大的挑戰(zhàn)，做好分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化對提高網(wǎng)絡(luò)運行的可靠性與穩(wěn)定性都有著重要的意義。

分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，系統(tǒng)狀態(tài)以及系統(tǒng)內(nèi)部聯(lián)系錯綜復(fù)雜，在保證用戶的基本使用需求基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性以及運行效率作為一個典型的多目標(biāo)優(yōu)化問題，通?？梢岳眠z傳算法進(jìn)行優(yōu)化。

遺傳算法作為多目標(biāo)優(yōu)化的有效方法，在分布是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化中，一方面不會影響原有的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另一方面能夠較好地實現(xiàn)系統(tǒng)負(fù)荷的均衡，對降低系統(tǒng)運行成本，提高系統(tǒng)可靠性有著積極的作用，同時遺傳算法能夠在系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性以及運行效率等多個優(yōu)化目標(biāo)之間進(jìn)行較好的權(quán)衡，對促進(jìn)分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化有著重要的意義。利用遺傳算法對分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化通?？梢源笾路譃橐幌聨讉€步驟：

一是系統(tǒng)狀態(tài)的評估。利用遺傳算法對分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化時，首先要對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的評估，掌握網(wǎng)絡(luò)的利用率與吞吐率等性能指標(biāo)，并確定系統(tǒng)當(dāng)前的優(yōu)化目標(biāo)；

二是優(yōu)化參數(shù)的求解。在掌握分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前運行狀態(tài)，并確定好系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)后，即可利用遺傳算法進(jìn)行求解。在利用遺傳算法進(jìn)行求解時，為了保證最優(yōu)解的準(zhǔn)確性，要在算法中保證種群數(shù)量不可過少；

三是系統(tǒng)的調(diào)整。在利用遺傳算法求解出最優(yōu)的系統(tǒng)參數(shù)后，即可根據(jù)計算結(jié)果對分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。在優(yōu)化過程中，要注意保證對用戶請求的響應(yīng)，避免影響用戶的正常使用。

四是系統(tǒng)優(yōu)化后的狀態(tài)審查。完成分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整后，需要進(jìn)一步通過系統(tǒng)狀態(tài)對系統(tǒng)優(yōu)化的準(zhǔn)確性及有效性進(jìn)行審查，判斷系統(tǒng)優(yōu)化是否發(fā)揮了作用，優(yōu)化后系統(tǒng)性能指標(biāo)是否得到提升，避免錯誤優(yōu)化帶來的性能退化。

4結(jié)束語

隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷普及，用戶規(guī)模不斷擴(kuò)大，分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)憑借自身獨特的優(yōu)勢，越來越得到了用戶的青睞。在分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不合理，容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷嚴(yán)重的不均衡，對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與可靠性都有著重要的影響。本文針對分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)存在的問題，分析了其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點，并提出了基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略，對分布式網(wǎng)絡(luò)的性能優(yōu)化發(fā)揮了重要的作用，相信隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將得到越來越廣泛的應(yīng)用。