失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)設(shè)計(jì)

肖弋

摘 ?要： 為解決由負(fù)載分配不均造成的斷網(wǎng)故障問(wèn)題，設(shè)計(jì)新型失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)的非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)。在非均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載框架中，重新分配失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊、排除編譯器兩個(gè)單元結(jié)構(gòu)所占比重，實(shí)現(xiàn)新型故障排除系統(tǒng)的硬件運(yùn)行環(huán)境搭建。在故障排除服務(wù)器的支持下，規(guī)范斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)表、非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議的聯(lián)結(jié)形式，實(shí)現(xiàn)新型故障排除系統(tǒng)的軟件運(yùn)行環(huán)境搭建，結(jié)合軟、硬件運(yùn)行結(jié)構(gòu)，完成失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與現(xiàn)有故障排除系統(tǒng)相比，在非均衡網(wǎng)絡(luò)失衡狀態(tài)比為0.33和0.47的條件下，應(yīng)用新型失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)，能使負(fù)載分配均衡率達(dá)到90%，有效解決由負(fù)載分配不均帶來(lái)的斷網(wǎng)故障現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞： 失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò); 非均衡斷網(wǎng); 故障排除; 運(yùn)行環(huán)境搭建; 網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議; 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN02?34; TP297 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)： 1004?373X（2019）11?0072?05

Abstract： A new unbalanced network outage fault removal system of unstable network is designed to eliminate the network outage fault caused by unbalanced load distribution. In the load framework of unbalanced network， the proportion of fault detection module and fault data exclusion compiler of unstable network is reallocated to build the hardware running environment of the new fault removal system. With the support of the fault removal server， the connection form of network outage fault database table and unbalanced unstable network lock protocol is standardized to build the software running environment of the new fault removal system. In combination with software and hardware running structures， the design of the unbalanced network outage fault removal system is completed. The experimental result of the proposed system is compared with that of available system， which shows that the new unbalanced network outage fault removal system of unstable network can make the load distribution balance rate up to 90% while the unbalanced state ratios of unbalanced network are 0.33 and 0.47 respectively， and eliminate the network outage fault caused by unbalanced load distribution.

Keywords： unstable network; unbalanced network outage; fault removal; running environment construction; network lock protocol; system design

0 ?引 ?言

網(wǎng)絡(luò)故障是一種由硬件問(wèn)題、病毒入侵、軟件漏洞等引起的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量下降狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)服務(wù)直接出現(xiàn)癱瘓趨勢(shì)。隨著網(wǎng)絡(luò)故障現(xiàn)象的頻繁發(fā)生，非均衡網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始出現(xiàn)嚴(yán)重的失穩(wěn)情況。所謂網(wǎng)絡(luò)失穩(wěn)是指所有運(yùn)行數(shù)據(jù)在一段時(shí)間之內(nèi)，不能始終保持原有的傳輸速率，且隨著運(yùn)行數(shù)據(jù)總量的不斷增加，這種傳輸速率的變化也總是呈現(xiàn)出較強(qiáng)的不定性[1?2]。一段時(shí)間之后，運(yùn)行數(shù)據(jù)的傳輸速率又會(huì)自發(fā)地恢復(fù)成原有狀態(tài)，但由于受到多重不定向因素的影響，待傳輸數(shù)據(jù)總是出現(xiàn)過(guò)量傳輸或不足傳輸，額定傳輸任務(wù)不能得到良好保障，最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)自身穩(wěn)定性受到破壞?，F(xiàn)有技術(shù)手段為有效排除非均衡環(huán)境下的斷網(wǎng)故障問(wèn)題，利用Web框架隔離高層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用結(jié)構(gòu)與底層執(zhí)行設(shè)備，并通過(guò)代管傳輸數(shù)據(jù)包的方式，達(dá)到定向排除斷網(wǎng)故障問(wèn)題的目的。但隨著科學(xué)技術(shù)手段的進(jìn)步，這種普通系統(tǒng)的執(zhí)行效果始終不能達(dá)到預(yù)期效果。為改善此現(xiàn)狀，在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本文針對(duì)失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行針對(duì)性分析，在排除編譯器、數(shù)據(jù)庫(kù)表等軟、硬件設(shè)備的支持下，建立一種新型的非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)，并通過(guò)后續(xù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)說(shuō)明該新型系統(tǒng)的實(shí)效性。

1 ?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

通過(guò)非均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載框架設(shè)計(jì)、失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊設(shè)計(jì)、排除編譯器設(shè)計(jì)三個(gè)主要環(huán)節(jié)，完成新型系統(tǒng)的硬件運(yùn)行環(huán)境搭建，其具體操作方法可按如下步驟進(jìn)行。

1.1 ?非均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載框架設(shè)計(jì)

非均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載框架包含故障負(fù)載探測(cè)、負(fù)載量控制兩個(gè)主要功能，詳情如圖1所示。對(duì)于故障負(fù)載探測(cè)功能的執(zhí)行來(lái)說(shuō)，監(jiān)視部件、負(fù)載特征化部件是兩個(gè)必不可少的組成單元，可以在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)的同時(shí)，通過(guò)DBMS設(shè)備對(duì)處于失穩(wěn)狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行物理攔截，并將最終的分析信息反饋給監(jiān)視部件[3?4]。而負(fù)載量控制單元主要負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中可能引起斷網(wǎng)故障的信息進(jìn)行抽取收集，并根據(jù)各硬件設(shè)備的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行重新編碼分配處理。負(fù)載特征化部件以Query Scheduler設(shè)備作為核心搭建裝置，可以根據(jù)非均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載框架中監(jiān)視部件的輸出情況，調(diào)整系統(tǒng)中運(yùn)行故障數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)流量，并在滿(mǎn)足非均衡網(wǎng)絡(luò)功能的前提下，達(dá)到平衡硬件設(shè)備故障、排除屬性能力的目的[5?6]。

圖1 ?非均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載框架結(jié)構(gòu)圖

1.2 ?失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊設(shè)計(jì)

失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊可依附于非均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載框架而存在，并在故障管理數(shù)據(jù)庫(kù)等軟件設(shè)備的支持下，通過(guò)生成彈窗的形式，清晰表達(dá)現(xiàn)階段系統(tǒng)中斷網(wǎng)故障事件的可能發(fā)生幾率。在失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，隨著非均衡條件嚴(yán)苛等級(jí)的不斷提升，系統(tǒng)中運(yùn)行的斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)也會(huì)隨之大量累計(jì)，此時(shí)故障數(shù)據(jù)庫(kù)信息表會(huì)在該時(shí)間內(nèi)達(dá)到存儲(chǔ)極限[7?8]。為避免因故障數(shù)據(jù)存儲(chǔ)受限而影響系統(tǒng)的運(yùn)行速度，失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)信息表單生成回執(zhí)信息，對(duì)所有涉及的斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識(shí)處理，并在建立排除建議信息前，對(duì)核心處理計(jì)算機(jī)彈出預(yù)判策略窗口。在得到核心處理計(jì)算機(jī)的肯定答復(fù)后，MIB設(shè)備會(huì)按照斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)所屬的優(yōu)先級(jí)順序，對(duì)其所代表的故障類(lèi)型進(jìn)行探查。完整的模塊執(zhí)行結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 ?失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊結(jié)構(gòu)圖

1.3 ?排除編譯器設(shè)計(jì)

排除編譯器中包含一個(gè)前端MIIB編譯裝置、一個(gè)中端ASN編譯裝置和一個(gè)后端Compiler編譯裝置，可以在接收失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊傳輸文件信息的同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)中現(xiàn)行的斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行定義分析，并根據(jù)相應(yīng)的轉(zhuǎn)碼規(guī)則，生成與原信息相對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)編譯文件。對(duì)于系統(tǒng)核心計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，編譯文件是其執(zhí)行故障數(shù)據(jù)排除操作的主要物理依據(jù)。位于模塊前端的MIIB編譯裝置具備非均衡性的數(shù)據(jù)解析功能，可對(duì)網(wǎng)絡(luò)失穩(wěn)環(huán)境下出現(xiàn)的所有斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行判別分類(lèi)[9?10]。位于模塊中端的ASN編譯裝置以1VIIB法則作為譯碼基礎(chǔ)，一方面負(fù)責(zé)接收MIIB編譯裝置的解析數(shù)據(jù)，另一方面向Compiler編譯裝置傳輸具備定向排除能力的故障數(shù)據(jù)輸出文件。位于模塊后端的Compiler編譯裝置只具備數(shù)據(jù)整合功能，可根據(jù)排除編譯器的整體執(zhí)行目標(biāo)，對(duì)非均衡狀態(tài)下的斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行排列整合處理。具體的排除編譯器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 ?排除編譯器結(jié)構(gòu)圖

2 ?系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

通過(guò)故障排除服務(wù)器設(shè)計(jì)、斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)、非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議設(shè)計(jì)三個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)軟件運(yùn)行環(huán)境搭建，結(jié)合硬件運(yùn)行環(huán)境，完成失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.1 ?故障排除服務(wù)器設(shè)計(jì)

失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)的非均衡故障排除服務(wù)器是一種固化了的LQNM節(jié)點(diǎn)元素。從執(zhí)行結(jié)構(gòu)的角度來(lái)看，故障排除服務(wù)器可以承擔(dān)系統(tǒng)在失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的所有邏輯操作，即非均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載框架、失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊、排除編譯器等硬件執(zhí)行設(shè)備均是依附于故障排除服務(wù)器而存在的。在整個(gè)斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)中，核心計(jì)算機(jī)作為最主要的任務(wù)發(fā)布組織[11?12]，而故障排除服務(wù)器則是該組織的最重要擁護(hù)者。從端口軟件組織的角度來(lái)看，故障排除服務(wù)器針對(duì)各種類(lèi)型的斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)，建立了多種不同的可行排除策略，并在傳輸線(xiàn)程組織的促進(jìn)下，將這些策略信息反饋到系統(tǒng)的各級(jí)執(zhí)行結(jié)構(gòu)。完整的故障排除服務(wù)器設(shè)計(jì)原理如圖4所示。

圖4 ?故障排除服務(wù)器設(shè)計(jì)原理圖

2.2 ?斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)庫(kù)表設(shè)計(jì)

斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)庫(kù)表通過(guò)編程的方式，利用第三方FireBird Maestro軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)非均衡故障數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與保護(hù)，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖5所示。經(jīng)過(guò)故障排除服務(wù)器處理后的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)始終具備較強(qiáng)的傳輸抗組能力，對(duì)于線(xiàn)程組織來(lái)說(shuō)，在傳輸過(guò)程中由于受到物理抗性壓力的影響，斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)總量會(huì)隨著傳輸線(xiàn)路的延長(zhǎng)而不斷減縮[13]。而被迫減少的斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)將作為入侵因子，對(duì)失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)造成更為嚴(yán)重的故障影響。為避免上述情況的發(fā)生，斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)庫(kù)表在具備SQL管理器能力的同時(shí)，還必須能夠根據(jù)故障現(xiàn)象發(fā)生位置，建立固定的索引連接，以保證線(xiàn)程組織能在最短時(shí)間內(nèi)獲取到最多的故障數(shù)據(jù)。而FireBird Maestro軟件在整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表中起到催化劑的作用，可以增強(qiáng)表結(jié)構(gòu)自身的存儲(chǔ)、連接與定量指向功能。

2.3 ?非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議設(shè)計(jì)

非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議（也叫2PL協(xié)議）是斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)庫(kù)表的有力輔助結(jié)構(gòu)，具備兩個(gè)實(shí)操鎖階段。隨著數(shù)據(jù)庫(kù)表處理形式的改變，非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議可以出現(xiàn)實(shí)操階段并發(fā)與兼行同時(shí)存在的物理狀態(tài)[14]。第一階段非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議的主要功能是獲得斷網(wǎng)故障的排除封鎖，也可以稱(chēng)為故障數(shù)據(jù)的擴(kuò)展處理。此階段的鎖協(xié)議始終保持靜連接狀態(tài)，可以根據(jù)系統(tǒng)中斷網(wǎng)故障的嚴(yán)重情況，配置最為適宜的粒度條件，并以此作為促進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)表進(jìn)行快速存儲(chǔ)的物理依據(jù)。第二階段非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議的主要功能是釋放系統(tǒng)的故障排除封鎖，也可以稱(chēng)為故障數(shù)據(jù)的收縮處理[15]。此階段的鎖協(xié)議始終保持動(dòng)連接狀態(tài)，可在核心計(jì)算機(jī)連續(xù)發(fā)出斷網(wǎng)故障排除指令時(shí)，避免網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性嚴(yán)重失衡現(xiàn)象的出現(xiàn)，圖6反映了兩階段網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議的并發(fā)與兼性狀態(tài)。整合上述軟、硬件設(shè)備單元結(jié)構(gòu)，完成失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

圖5 ?斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)圖

圖6 ?非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議的連接狀態(tài)解析圖

3 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為避免突發(fā)性因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)性造成影響，本次實(shí)驗(yàn)分為兩部分進(jìn)行，且每一實(shí)驗(yàn)階段內(nèi)，除了非均衡網(wǎng)絡(luò)失衡狀態(tài)比改變外，其他因素始終保持不變。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)組器材始終搭載失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)，對(duì)照組器材始終搭載現(xiàn)有故障排除系統(tǒng)。

3.1 ?實(shí)驗(yàn)參數(shù)配置

相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器型號(hào)及各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)配置見(jiàn)表1。

表1 ?實(shí)驗(yàn)參數(shù)配置表

為將外界條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的影響程度降至最低，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組實(shí)驗(yàn)參數(shù)配置情況始終保持一致。

3.2 ?負(fù)載分配均衡率對(duì)比

在兩臺(tái)Authoritative NameServer主機(jī)中，將失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)域名調(diào)節(jié)為www.ncic.ac.cn，分別記錄在排除編譯器為L(zhǎng)XY?0802?63A、數(shù)據(jù)庫(kù)表為SQL與FireBird Maestro結(jié)合時(shí)，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組系統(tǒng)負(fù)載分配均衡率的變化情況。已知系統(tǒng)負(fù)載分配均衡率與斷網(wǎng)故障排除效果保持正比關(guān)系，即負(fù)載分配均衡率越高系統(tǒng)斷網(wǎng)故障排除效果越好。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7，表2所示，其中圖7中的非均衡網(wǎng)絡(luò)失衡狀態(tài)比為0.33，表2中的非均衡網(wǎng)絡(luò)失衡狀態(tài)比為0.47。

圖7 ?負(fù)載分配均衡率對(duì)比圖（第一次）

分析圖7可知，在非均衡網(wǎng)絡(luò)失衡狀態(tài)比為0.33的條件下，實(shí)驗(yàn)組系統(tǒng)負(fù)載分配均衡率始終呈現(xiàn)上升、下降交替出現(xiàn)的變化趨勢(shì)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，共出現(xiàn)6次負(fù)載分配均衡率超過(guò)90%的情況。對(duì)照組系統(tǒng)負(fù)載分配均衡率在實(shí)驗(yàn)前期保持上升、下降交替出現(xiàn)的變化趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)中后期的變化趨勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定，但整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，最大值僅達(dá)到70%左右，且該情況只出現(xiàn)一次。

分析表2可知，在非均衡網(wǎng)絡(luò)失衡狀態(tài)比為0.47的條件下，實(shí)驗(yàn)組系統(tǒng)負(fù)載分配均衡率最小值為89.77%，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，負(fù)載分配均衡率低于90%的情況僅出現(xiàn)一次。對(duì)照組系統(tǒng)負(fù)載分配均衡率在實(shí)驗(yàn)前期與后期均保持穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)中期階段保持小幅度上升，但最大值僅為71.99%，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也僅出現(xiàn)一次。

綜上可知，無(wú)論非均衡網(wǎng)絡(luò)失衡狀態(tài)比如何取值，應(yīng)用失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)都具備提升負(fù)載分配均衡率的能力，即這種新型系統(tǒng)具備較好的斷網(wǎng)故障排除效果。

表2 ?負(fù)載分配均衡率對(duì)比表（第二次）

4 ?結(jié) ?語(yǔ)

在失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)中，非均衡性的斷網(wǎng)故障會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行能力造成極大的負(fù)面影響。但隨著新型故障排除系統(tǒng)的應(yīng)用，鎖協(xié)議、數(shù)據(jù)庫(kù)表等軟件執(zhí)行結(jié)構(gòu)得到良性激活，排除編譯器等硬件設(shè)備在負(fù)載框架的作用下，也可以快速達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，使斷網(wǎng)故障問(wèn)題得到有效解決。

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