網絡可靠性分析設計論文

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編者按：本文主要從引言；計算機網絡可靠性定義；計算機網絡可靠性的影響因素；計算機網絡可靠性設計策略進行論述。其中，主要包括：算機網絡的連接區域和網絡連接規模也在急劇擴展、對計算機網絡可靠性問題研究的重要性及緊迫性、反映了計算機網絡拓撲結構支持計算機網絡正常運行的能力、網絡設備對網絡可靠性的影響、用戶設備對計算機網絡可靠性的影響、傳輸交換設備對計算機網絡可靠性的影響、網絡管理對網絡可靠性的影響、網絡拓撲結構對網絡可靠性的影響、計算機網絡的容錯性設計策略、計算機網絡的雙網絡冗余設計策略、計算機網絡層次、體系結構設計策略、計算機網絡的體系結構設計策略等，具體請詳見。

摘要：由于信息網絡、輸電網絡、集成電路網絡、交通網絡等網絡廣泛存在于現實世界，它們的正常運行與否不僅影響著普通大眾的生活，也影響著一個國家的社會安全、經濟發展等問題。因此網絡可靠性問題不但是網絡開發者和運營者關心的問題，更是學者們一直關注的課題。所以，對計算機網絡的可靠性進行分析和設計具有重要的理論和實際意義。

關鍵詞：計算機網絡，可靠性，拓撲結構

一、引言

隨著社會信息化進程的加速，不僅計算機網絡的用戶在增加，而且計算機網絡的連接區域和網絡連接規模也在急劇擴展。用戶對計算機網絡的依賴性越大，對計算機網絡的要求也隨之變高，即：準確、迅速、安全、方便、可靠。由此，可以看出對計算機網絡可靠性問題研究的重要性及緊迫性，計算機網絡可靠性的研究有著十分重要的理論意義和實用價值。

二、計算機網絡可靠性定義

計算機網絡在規定的條件（操作方式、維修方式、負載條件、溫度、濕度、輻射等）下，規定的時間（1000小時、一個季度等）內，網絡保持連通和滿足通信要求的能力，稱之為計算機網絡可靠性。它反映了計算機網絡拓撲結構支持計算機網絡正常運行的能力，是計算機網絡規劃、設計與運行的重要參數之一。

三、計算機網絡可靠性的影響因素

（一）網絡設備對網絡可靠性的影響

1、用戶設備對計算機網絡可靠性的影響

用戶終端是直接面向用戶的設備，其可靠性至關重要，也是計算機網絡可靠與否的關鍵所在。在計算機網絡運行過程中的日常維護，主要就是確保用戶終端的可靠。用戶終端的交互能力越高，其網絡可靠性也越高。

2、傳輸交換設備對計算機網絡可靠性的影響

在計算機網絡建設、運行的實踐中，研究人員經常發現：“布線系統所造成的計算機網絡故障問題一般是最難查找的，為此而付出的代價往往也是最大的?！币虼耍瑧捎脴藴实耐ㄐ啪€路和布線系統。為了提高計算機網絡可靠性以及滿足計算機網絡日后發展的需要，必需考慮有一定的冗余和容錯能力。對于十分重要且不太顧慮建設成本的計算機網絡，在布線時最好是布置成雙線，以便計算機網絡的線路出現故障能及時進行切換。計算機網絡集線器將若干個用戶終端集中起來連入網絡，通過它可將所連設備的錯誤與計算機網絡其它部分隔開，構成了保證計算機網絡可靠性的第一道防線。集線器是一種單點失效設備，若它自身發生故障，則與其相連接的用戶就無法工作，可見計算機網絡的集線器在提高計算機網絡可靠性方面起著重要作用。

（二）網絡管理對網絡可靠性的影響

通常一個大型的計算機網絡是由來自不同生產廠商的不同網絡產品和設備所構成的，規模較大，結構復雜。要保證信息傳輸完整性、降低故障發生率、降低信息丟失率、減少誤碼及差錯，提高計算機網絡可靠性，就應采用先進的網絡管理技術，進行實時采集網絡運行參數并統計網絡信息，監視網絡運行狀態，及時查找故障和排除故障。

（三）網絡拓撲結構對網絡可靠性的影響

計算機網絡拓撲結構屬于計算機網絡規劃問題，也是影響計算機網絡可靠性的先天性因素。實踐表明：不同應用領域、不同規模層次的計算機網絡必須具有不同的網絡拓撲結構，否則提高計算機網絡可靠性只是一句空話。分析計算機網絡拓撲結構對計算機網絡可靠性的影響正是本文計算機網絡可靠性設計策略所要研究的前提。互連網絡拓撲結構是計算機網絡中部件之間的主要連接方式，它可以用圖來表示，因此圖論是研究互連網絡性能的最有力的數學工具。起初人們通過直徑和連通度來度量計算機網絡的有效性與容錯性，隨著對計算機網絡拓撲結構的深入研究和分析，計算機網絡設計者提出許多網絡和圖論的新概念，例如容錯直徑，寬直徑，限制連通度，限制邊連通度，限制容錯直徑等。這些參數能夠更準確地度量計算機網絡的可靠性與容錯性，為計算機網絡規劃和設計提供了科學依據。

四、計算機網絡可靠性設計策略

（一）計算機網絡的容錯性設計策略

計算機網絡容錯性設計的一般指導原則為：并行主干，雙網絡中心。計算機網絡容錯性設計的具體設計方案的原則，可以參照以下幾點：

1、采用并行計算機網絡以及冗余計算機網絡中心的方法，將每個用戶終端和服務器同時連到兩個計算機網絡中心上。

2、數據鏈路、路由器在廣域網范圍內的互聯。計算機網絡中的邊界網絡至網絡中心采用多數據鏈路，多路由的連接方式，這樣可以保證任一數據鏈路的故障并不影響局部網絡用戶的正常使用。

3、計算機網絡設計時，應采用具有模塊化結構、熱插熱撥功能的網絡設備。這不僅可以擁有靈活的組網方式，而且在不切斷電源的情況下能及時更換故障模塊，以提高計算機網絡系統長時間連續工作的能力，從而可以大大提高整個計算機網絡系統的容錯能力。

4、網絡服務器應采用新技術，如采用雙機熱備份、雙機鏡像和容錯存儲等技術來增強服務器的容錯性、可靠性等。

5、網絡管理軟件容錯設計時，應采用多處理器和特別設計的具有容錯功能的網絡操作系統來實現，提供以檢查點為基本的故障恢復機能。

（二）計算機網絡的雙網絡冗余設計策略

計算機網絡的雙網絡冗余性設計是在單一計算機網絡的基礎上再增加一種備用網絡，形成雙網絡結構，以計算機網絡的冗余來實現計算機網絡的容錯。在計算機網絡的雙網絡結構中，各個網絡結點之間通過雙網絡相連，當某個結點需要向其它結點傳送消息時，能夠通過雙網絡中的一個網絡發送過去。正常情況下，雙網絡可同時傳送數據，也可以采用主備用的方式來作為計算機網絡系統的備份。當由于某些原因所造成一個網絡斷開后，另一個計算機網絡能夠迅速替代出錯網絡的工作，這樣保證了數據的可靠傳輸，從而在計算機網絡的物理硬件設施上保證了計算機網絡整體的可靠性。

（三）計算機網絡層次、體系結構設計策略

一個優秀的計算機網絡，不僅要有先進的網絡設備，還要有先進的網絡層次結構和體系結構。只有采用正確合理的網絡層次、體系結構設計，才能把先進的網絡設備的高性能和高可靠性完全的發揮出來，否則不僅不能發揮出網絡設備的先進性反而會降低整個計算機網絡的可靠性。隨著計算機網絡技術的迅速發展和計算機網絡吞吐量的增長，分布式的網絡服務和交換移至用戶級，由此形成了一個新的更適應現代化的大型高速網絡的分層設計模型，這種分級方法被稱為“網絡模塊的多層設計”。網絡多層設計是模塊化的，網絡容量可隨著日后網絡結點的增加而不斷增大。由于多層網絡結構有很大的確定性，因此在運行和擴展過程中進行故障查找和排除等日常維護工作也變得易于操作。

（四）計算機網絡的體系結構設計策略

為保證計算機網絡的安全可靠，可以采用自頂向下逐層選擇的方法，即自頂向下按照應用層，網絡服務層，網絡操作系統層以及網絡物理硬件層四個層次的結構體系逐步設計。應用層代表網絡用戶的應用需求，實現用戶的建網功能和用途，如決策支持系統、辦公自動化系統、教學、科研系統等；服務層代表網絡所能提供的服務支持，如數據庫服務、電子郵件服務等；網絡操作系統層代表網絡所選用的各種軟件，例如NOS軟件、Windows、NT、UNIX等；網絡硬件層代表網絡的物理硬件拓撲結構，它包括服務器、客戶機、拓撲結構、通信信道、介質訪問方法、通信協議、互連協議及互連設備等等。

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