浅谈计算机网络可靠性优化设计

1、浅谈计算机网络可靠性优化设计 An Analysis of Optimal Designs of the Reliability of Computer NetworkAbstract:The information networks, transmission networks, integrated circuit networks,and transport networks exist widely in the real world, and their norma l operations not only affect the life of the general public

2、, but also affect the s ocial security, economic development and other issues of a country. Therefore, the reliability of network is not only the concern of the net developers and op erators,but also the focus of the scholars. As a result, its filled with theoretica l and practical significance to a

3、nalyze and design the reliability of computer networks.Key words: computer networks, reliability , Topology一、引言随着社会信息化进程的加速, 不仅计算机网络的用户在增加, 而且计算机网 络的连接区域和网络连接规模也在急剧扩展。用户对计算机网络的依赖性越大, 对计算机网络的要求也随之变高,即:准确、迅速、安全、方便、可靠。由此, 可以看出对计算机网络可靠性问题研究的重要性及紧迫性, 计算机网络可靠性的 研究有着十分重要的理论意义和实用价值。二、计算机网络可靠性定义计算机网络在规定的条件(操

4、作方式、维修方式、负载条件、温度、湿度、 辐射等下,规定的时间(1000小时、一个季度等内,网络保持连通和满足 通信要求的能力, 称之为计算机网络可靠性。 它反映了计算机网络拓扑结构支持 计算机网络正常运行的能力,是计算机网络规划、设计与运行的重要参数之一。 三、计算机网络可靠性的影响因素(一网络设备对网络可靠性的影响1、用户设备对计算机网络可靠性的影响用户终端是直接面向用户的设备,其可靠性至关重要,也是计算机网络可靠 与否的关键所在。 在计算机网络运行过程中的日常维护, 主要就是确保用户终端 的可靠。用户终端的交互能力越高,其网络可靠性也越高。2、传输交换设备对计算机网络可靠性的影响在计算机

5、网络建设、运行的实践中,研究人员经常发现:“布线系统所造成 的计算机网络故障问题一般是最难查找的, 为此而付出的代价往往也是最大的。 ” 因此, 应采用标准的通信线路和布线系统。 为了提高计算机网络可靠性以及满足 计算机网络日后发展的需要, 必需考虑有一定的冗余和容错能力。 对于十分重要 且不太顾虑建设成本的计算机网络, 在布线时最好是布置成双线, 以便计算机网 络的线路出现故障能及时进行切换。 计算机网络集线器将若干个用户终端集中起 来连入网络, 通过它可将所连设备的错误与计算机网络其它部分隔开, 构成了保 证计算机网络可靠性的第一道防线。 集线器是一种单点失效设备, 若它自身发生 故障,

6、则与其相连接的用户就无法工作, 可见计算机网络的集线器在提高计算机 网络可靠性方面起着重要作用。(二网络管理对网络可靠性的影响通常一个大型的计算机网络是由来自不同生产厂商的不同网络产品和设备 所构成的,规模较大,结构复杂。要保证信息传输完整性、降低故障发生率、降 低信息丢失率、 减少误码及差错, 提高计算机网络可靠性, 就应采用先进的网络 管理技术, 进行实时采集网络运行参数并统计网络信息, 监视网络运行状态, 及 时查找故障和排除故障。(三网络拓扑结构对网络可靠性的影响计算机网络拓扑结构属于计算机网络规划问题, 也是影响计算机网络可靠性 的先天性因素。 实践表明:不同应用领域、 不同规模层次

7、的计算机网络必须具有 不同的网络拓扑结构, 否则提高计算机网络可靠性只是一句空话。 分析计算机网 络拓扑结构对计算机网络可靠性的影响正是本文计算机网络可靠性设计策略所 要研究的前提。 互连网络拓扑结构是计算机网络中部件之间的主要连接方式, 它 可以用图来表示, 因此图论是研究互连网络性能的最有力的数学工具。 起初人们 通过直径和连通度来度量计算机网络的有效性与容错性, 随着对计算机网络拓扑 结构的深入研究和分析, 计算机网络设计者提出许多网络和图论的新概念, 例如 容错直径,宽直径,限制连通度,限制边连通度,限制容错直径等。这些参数能 够更准确地度量计算机网络的可靠性与容错性, 为计算机网络规

8、划和设计提供了 科学依据。四、计算机网络可靠性设计策略(一计算机网络的容错性设计策略计算机网络容错性设计的一般指导原则为:并行主干,双网络中心。计算机 网络容错性设计的具体设计方案的原则,可以参照以下几点:1、采用并行计算机网络以及冗余计算机网络中心的方法,将每个用户终端 和服务器同时连到两个计算机网络中心上。2、数据链路、路由器在广域网范围内的互联。计算机网络中的边界网络至 网络中心采用多数据链路, 多路由的连接方式, 这样可以保证任一数据链路的故 障并不影响局部网络用户的正常使用。3、计算机网络设计时,应采用具有模块化结构、热插热拨功能的网络设备。 这不仅可以拥有灵活的组网方式, 而且在不

9、切断电源的情况下能及时更换故障模 块, 以提高计算机网络系统长时间连续工作的能力, 从而可以大大提高整个计算 机网络系统的容错能力。4、网络服务器应采用新技术,如采用双机热备份、双机镜像和容错存储等 技术来增强服务器的容错性、可靠性等。5、网络管理软件容错设计时,应采用多处理器和特别设计的具有容错功能 的网络操作系统来实现,提供以检查点为基本的故障恢复机能。(二计算机网络的双网络冗余设计策略计算机网络的双网络冗余性设计是在单一计算机网络的基础上再增加一种 备用网络, 形成双网络结构, 以计算机网络的冗余来实现计算机网络的容错。 在 计算机网络的双网络结构中, 各个网络结点之间通过双网络相连,

10、当某个结点需 要向其它结点传送消息时, 能够通过双网络中的一个网络发送过去。 正常情况下, 双网络可同时传送数据,也可以采用主备用的方式来作为计算机网络系统的备 份。 当由于某些原因所造成一个网络断开后, 另一个计算机网络能够迅速替代出 错网络的工作, 这样保证了数据的可靠传输, 从而在计算机网络的物理硬件设施 上保证了计算机网络整体的可靠性。(三计算机网络层次、体系结构设计策略一个优秀的计算机网络,不仅要有先进的网络设备,还要有先进的网络层次 结构和体系结构。 只有采用正确合理的网络层次、 体系结构设计, 才能把先进的网络设备的高性能和高可靠性完全的发挥出来, 否则不仅不能发挥出网络设备的

11、先进性反而会降低整个计算机网络的可靠性。 随着计算机网络技术的迅速发展和 计算机网络吞吐量的增长, 分布式的网络服务和交换移至用户级, 由此形成了一 个新的更适应现代化的大型高速网络的分层设计模型, 这种分级方法被称为 “网 络模块的多层设计” 。 网络多层设计是模块化的, 网络容量可随着日后网络结点 的增加而不断增大。 由于多层网络结构有很大的确定性, 因此在运行和扩展过程 中进行故障查找和排除等日常维护工作也变得易于操作。(四计算机网络的体系结构设计策略为保证计算机网络的安全可靠,可以采用自顶向下逐层选择的方法,即自顶 向下按照应用层, 网络服务层, 网络操作系统层以及网络物理硬件层四个层次的 结构体系逐步设计。 应用层代表网络用户的应用需求, 实现用户的建网功能和用 途,如决策支持系统、办公自动化系统、教学、科研系统等;服务层代表网络所 能提供的服务支持, 如数据库服务、 电子邮件服务等; 网络操作系统层代表网络 所选用的各种软件,例如 NOS 软件、 Windows 、 NT 、 UNIX 等;网络硬件层代表网 络的物理硬件拓扑结构,它包括服务器、客户机、拓扑结构、通信信道、介质访