計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性技術探討

張晶瑩++張淼

摘 要：隨著網(wǎng)絡信息時代的到來，計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)已經(jīng)在全球的各個領域內普遍應用。計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)是一個復雜系統(tǒng)，是一種很特殊的系統(tǒng)形式。對計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性技術的相關內容的研究，是建立在較可靠的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的基礎上，是對網(wǎng)絡結構設計與性能設計的優(yōu)化、以及提高網(wǎng)絡生存性和抗毀性的首要條件。該文通過對計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性技術的概念、特點、具體內容以及對網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性的分析、優(yōu)化進行的研究與探討，論述了研究網(wǎng)絡可靠性的重要性和必要性。

關鍵詞：可靠性 抗毀性 冗余度 連通度 計算機仿真

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（a）-0016-01

1 網(wǎng)絡可靠性的概念和特點

在對計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)建設與維護時，一個較重要的性能指標是計算機網(wǎng)絡的可靠性。對于計算機網(wǎng)絡可靠性的概念，當前有很多定義。總結起來較妥當?shù)亩x是：計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性指的是在遭到人為或自然因素的破壞后，計算機網(wǎng)絡在一定條件及一定時間里的生存能力，即在一定條件及一定時間內，保持計算機網(wǎng)絡能夠連通。

有別于一般系統(tǒng)的可靠性，計算機網(wǎng)絡可靠性體現(xiàn)出的特點歸納為：復雜性、動態(tài)性、分布性、網(wǎng)絡流。

2 網(wǎng)絡可靠性的具體內容

2.1 網(wǎng)絡的生存性和抗毀性

計算機網(wǎng)絡可靠性技術的研究剛興起時，計算機通信系統(tǒng)的技術也才起步，通信設備質量非常不好，計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)在管理上也是沒有頭緒，計算機網(wǎng)絡常產(chǎn)生斷路，計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)間是否能通信，是這個階段重視的內容。基本的網(wǎng)絡可靠性指標被提及出來：網(wǎng)絡的生存性和抗毀性。生存性、抗毀性是最先提出的計算機網(wǎng)絡可靠性指標。

2.1.1 網(wǎng)絡的生存性

被重視的重要計算機網(wǎng)絡可靠性指標之一是生存性，判斷網(wǎng)絡生存性的方法有：（1）計算機網(wǎng)絡的節(jié)點間至少存在一條路徑；（2）計算機網(wǎng)絡的一個指定節(jié)點與一組節(jié)點間能夠相互的通信；（3）計算機網(wǎng)絡大于某一數(shù)值的節(jié)點可相互通信；（4）計算機網(wǎng)絡的任何兩個節(jié)點間在傳輸時延能夠小于某一數(shù)值；（5）計算機網(wǎng)絡中的吞吐量能大于某一數(shù)值。

2.1.2 網(wǎng)絡的抗毀性

計算機網(wǎng)絡抗毀性是在人為因素破壞的情況下計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的可靠性，是假設“搞破壞的人擁有網(wǎng)絡拓撲架構的資料，并設計出確定的破壞策略”。網(wǎng)絡的抗毀性表現(xiàn)為只有破壞幾個關鍵節(jié)點或幾條關鍵鏈路后，才能使部分節(jié)點間的互聯(lián)通信中斷。這體現(xiàn)出計算機網(wǎng)絡拓撲架構擁有一定的可靠性。由于軍事方面的環(huán)境存在特殊性，則軍用的通信網(wǎng)絡節(jié)點會常常變動，而且節(jié)點與鏈路被破壞的可能性隨時都能發(fā)生，使計算機網(wǎng)絡拓撲架構（1）網(wǎng)絡邊連通度：任意兩個節(jié)點間（網(wǎng)絡系統(tǒng)）不連通需去掉最少的邊數(shù)。它針對計算機網(wǎng)絡中最小鏈路割集。（2）網(wǎng)絡節(jié)點連通度：任意兩個節(jié)點間（網(wǎng)絡系統(tǒng)）不連通需去掉最少的節(jié)點數(shù)。它針對計算機網(wǎng)絡的最小節(jié)點割集。（3）終端對連通率：破壞網(wǎng)絡系統(tǒng)以后，兩指定節(jié)點間至少有一條路由的概率。（4）破壞計算機網(wǎng)絡以后，計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中最大分支中的能有多少節(jié)點。（5）破壞計算機網(wǎng)絡以后，能夠連通的節(jié)點數(shù)量與總節(jié)點數(shù)量的比例。

使網(wǎng)絡抗毀性提高的設計內容歸納為：（1）物理上對通信方面的設施冗余度的加固。（2）以強抗毀性的小容量網(wǎng)絡為手段，維持最為必要連通的通信，對最低必要的應急通信的要求。（3）以抗毀性強的通信方面的技術及受抗毀性影響小的通信技術方式。如擴頻通信、突發(fā)通信等。（4）以模塊化的硬件結構，使設備具有檢測和匯報存在的設備故障的能力。（5）對目標比較大的設備要疏散、提高對設備機動能力要適當提高、對布設的時間與開通的時間要適當減少。（6）提高網(wǎng)絡的互通性。（7）優(yōu)化改進網(wǎng)絡架構設計，對網(wǎng)絡中的弱點要減少。

抗毀性是軍用網(wǎng)性能中的重要指標，粘聚度與連通度度量屬于抗毀性的度量。

2.2 網(wǎng)絡的有效性

網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性性能指標還有一項是計算機網(wǎng)絡有效性，指計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)在網(wǎng)絡設備失效的情況下能使通信的各項業(yè)務性能要求滿足的程度。

網(wǎng)絡有效性的測量指標有：（1）計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中在規(guī)定的時間內特定的節(jié)點能收到一個節(jié)點發(fā)送信息的概率。（2）計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中當一個中心節(jié)點向其他節(jié)點傳輸時的傳輸時延不大于給定數(shù)值的概率。（3）計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的業(yè)務吞吐量大于一個給定數(shù)值的概率等。

2.3 網(wǎng)絡的可用性、可信性和完成性

在現(xiàn)代化信息技術的不斷發(fā)展情況下，計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性技術研究的重點不再是計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)是否能夠通信，人們對網(wǎng)絡功能的完成情況更加關注。在考慮容錯計算機網(wǎng)絡的性能問題時，產(chǎn)生了這方面的可用性研究。提出計算機網(wǎng)絡可靠性中的其他指標：可用性、完成性、可信性。

可用性：在網(wǎng)絡系統(tǒng)外部各項資源保證可用情況下，在一定時間內的任意時刻，所需功能能夠執(zhí)行的能力。

完成性：網(wǎng)絡系統(tǒng)有一定可用性的情況下，正常或降級完成系統(tǒng)任務要求的能力。

可信性：網(wǎng)絡系統(tǒng)執(zhí)行任務時，能夠持續(xù)不間斷的完成任務的能力。

3 網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性分析

計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性分析是在給定網(wǎng)絡設備可靠度的情況下，對網(wǎng)絡系統(tǒng)的可靠性度量指標進行的計算分析。

對計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的可靠性的分析，考慮的方面歸納如下。

（1）選出一個合適的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)業(yè)務性能指標，且對用戶能接受的、體現(xiàn)計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性的一個性能數(shù)值的研究；（2）定義網(wǎng)絡設備的工作模式、對網(wǎng)絡系統(tǒng)的工作狀態(tài)加以確定，且對每個狀態(tài)能夠出現(xiàn)的概率加以計算；（3）對每個網(wǎng)絡系統(tǒng)工作狀態(tài)的性能指標加以計算，且把全部滿足數(shù)值要求的網(wǎng)絡系統(tǒng)工作狀態(tài)出現(xiàn)的概率加以計算合計，則一個計算機網(wǎng)絡可靠性的度量值得出；（4）采用計算機仿真方法。計算機仿真是在仿真環(huán)境中模擬影響計算機網(wǎng)絡可靠性的因素與行為。

4 網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性優(yōu)化

對網(wǎng)絡系統(tǒng)進行可靠性綜合或對網(wǎng)絡系統(tǒng)進行可靠性設計就是網(wǎng)絡可靠性的優(yōu)化，其內容主要歸納為：（1）在給定的限制情況下，對建設一個網(wǎng)絡可靠性盡量能高的計算機網(wǎng)絡的研究優(yōu)化。（2）在符合一定的可靠性指標情況下，對能使投資成本盡量最小，經(jīng)濟效益最大化的情況的研究優(yōu)化。計算機網(wǎng)絡可靠性優(yōu)化方法包括基于啟發(fā)式的優(yōu)化方法、基于圖論的優(yōu)化方法、基于人工智能的優(yōu)化方法等。

5 結語

對計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性的研究意義深遠。近年來，在網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性技術的研究中取得了一些成果和發(fā)展，但大多都還是在理論層面上，距離實際工程需求上的應用還有差距。怎樣能研究出滿足項目實際需求的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性評價、設計、分析方法，來指導計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)項目的建設，是今后研究的目標和方向。

參考文獻

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