提高計算機網絡可靠性的方法研究

摘 要：可靠性是計算機網絡設計與應用中需要關注的一類重要指標，高可靠性的計算機網絡可以為用戶提供高質量的通信服務。本文首先對計算機網絡及其可靠性的定義、特點以及衡量標準進行了簡要介紹，然后總結歸納了幾種可影響計算機網絡可靠性的因素，重點從容錯性設計、冗余設計、網絡層次與結構設計等幾個方面對提高計算機網絡可靠性的相關方法進行分析與研究。

關鍵詞：可靠性；計算機網絡；容錯性；冗余設計；網絡層次

中圖分類號：TP393.02 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 24-0000-01

計算機網絡對現代數據通信與信息處理具有重要作用，在為用戶提供網絡服務時必須采用必要的防護手段保障計算機網絡的可靠運轉，維持網絡服務的長期穩定。對計算機網絡的可靠性進行分析可以熟悉和掌握影響計算機網絡可靠性的集中因素，進而可以針對可能存在的問題制定相應的保護措施，避免計算機網絡出現故障。

一、計算機網絡及其可靠性定義

計算機網絡是以資源共享為目的的，不同區域終端設備通過傳輸線路互聯起來，并經由特定的網絡管理系統進行維護與管理的終端合集。網絡內的用戶可以依照使用需求進行點對點或點對多點的信息傳輸和資源共享。

計算機網絡的可靠性則是指規定時間和規定條件下，網絡連通和服務狀態，其用于反映計算機網絡的連通性和通信質量。可靠性高的計算機網絡可以為用戶提供持續性的數據傳輸服務，不會影響用戶的網絡應用。可以表征計算機網絡可靠性的指標有吞吐量、響應時間、阻塞率、連通性等。通常來說，計算機網絡中接入的終端越多，所提供的功能和服務越豐富，其可靠性越低。

二、影響計算機網絡可靠性的因素分析

（一）接入終端數量及狀態。計算機網絡可以為大量終端提供服務，網絡服務器主要用于承載網絡系統及網絡管理相關功能。由于終端設備是不可控的，所以當計算機網絡中接入的終端數量過多時就會提升網絡管理和網絡維護的難度。特別是當終端中存在安全隱患或影響網絡穩定性的軟件或應用時，其對網絡的惡意攻擊會極大地影響計算機網絡的可靠性，致使計算機網絡出現故障的幾率增大。

（二）網絡設備與管理技術。計算機網絡包括硬件和軟件兩部分，在硬件方面，若網絡布線不標準，傳輸設備質量不達標，網絡沒有采用合理的設計結構，都會降低網絡的可靠性。

計算機網絡的功能實現除了需要硬件設備的支持外還需要相關技術的支持。網絡系統所采用的技術不同，網絡的可靠性會出現較大的性能差異。如果能夠有效地采取某些技術對計算機網絡中傳輸的數據進行采集與分析，及時發現潛在的問題，可有效提升計算機網絡的可靠性。

（三）網絡拓撲結構。網絡拓撲結構是計算機網絡可靠性的最主要影響因素之一，不合理的網絡拓撲結構會降低網絡的性能，甚至無法滿足用戶應用需求。

總線型拓撲結構下任意兩個節點之間的鏈路是唯一的，所有的數據傳輸都需要通過一條公共總線實現，其結構雖然簡單，但容易導致網絡傳輸阻塞，影響傳輸效率。任意一條節點出現故障都會導致網絡癱瘓，其容錯度較低，可靠性較差。

星型拓撲結構采用一個中心節點來控制整個計算機網絡的數據通信，所有終端的數據傳輸服務都需要通過中心節點來實現。任意非中心節點出現故障都不會對其他節點產生影響。但是該結構下的中心節點負載較大，一旦該節點出現故障，則會影響到整個網絡的通信服務。

其他還有網狀拓撲結構、金字塔拓撲結構等，這些結構在具有某些優點的同時也存在一些不足。實際使用中，需要根據網絡需求，綜合使用多種拓撲結構搭建計算機網絡

三、高可靠性計算機網絡設計方法

提高計算機網絡的服務可靠性核心在于增強網絡系統的容錯性，對于重點位置和常見故障點部署冗余結構，最大限度地縮短網絡故障存在時間。

（一）網絡容錯性設計方法。可以采用并行主干，設置雙網絡中心的方式實現計算機網絡的容錯性設計。具體設計內容包括：（1）以并行網絡設計結構連接終端和服務器，使每一終端同時與兩個網絡建立連接，一旦某一網絡出現故障可以及時切換到備用網絡；（2）建立廣域范圍的鏈路互聯，在邊界網絡和中心網絡間使用多條鏈路和路由建立通信連接；（3）采用模塊化設計原則設計網絡，提升組網靈活性，提供熱插拔和不斷電更換模塊功能；（4）采用雙機熱備份技術、雙機鏡像技術等增強服務器的容錯性。

（二）雙網絡冗余設計。為保障計算機網絡的可靠性，可以在單一網絡的基礎上添加備用網絡，使用相關管理技術和切換技術實現雙網絡的熱切換和管理。采用雙網絡結構的計算機網絡內的某一節點出現故障或斷開時不會影響整個網絡的使用和服務，這樣就有效提升了網絡內數據傳輸的可靠性。

（三）層次化、體系化設計結構。為提升計算機網絡的可靠性，可以采用分層設計方式將分布式網絡服務和數據交換轉移至用戶級，便于后續的網絡擴容和故障查找。多層網絡結構還能夠有效隔離不同層次之間的故障，增強計算機網絡的兼容性。

多層網絡結構包括接入層、分布層以及核心層等三個部分。接入層負責終端設備的網絡接入服務，在該層中部署過濾規則和訪問控制策略可以控制用戶流量和用戶行為，提供高端口密度的設備接入服務。分布層用于連接接入層和核心層，其可以對現有的VLAN進行整合，管理多個計算機網絡的接入和連接方式，對傳輸數據進行預處理，對網絡用戶和信息進行安全認證，避免網絡遭受惡意攻擊。核心層不涉及網絡數據的管理與相關操作，只負責高速數據交換，為不同塊區之間的訪問提供服務支持，該層可有效保證通信效率。

（四）網絡結構設計。為保證計算機網絡的可靠性，可以采用自頂向下的設計方法分別從應用層、網絡服務層、網絡操作層以及物理層等層級開展網絡結構設計。具體體系結構圖如下圖1所示。

參考文獻：

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