网络可靠性分析与应用实例

网络可靠性分析与应用实例

摘要：首先介绍了计算机网络可靠性的要素，接着分析了影响计算机网络系统可靠性的原因及提高可靠性的方法。最后以某单位的计算机网络优化改造方案为实例，探讨了如何规划设计以保证网络的高可靠性。

关键词：单点故障；高可靠性；网络；生成树；协议；VRRP

Abstract：At first introduces the elements of the computer network reliability，then analyzes the reasons that impacts the reliability of computer network system and the methods to improve reliability。Finally, giving an example----a computer network optimization program，investigating how to design the computer network to ensure the reliability of the network。

Key Words:Malfunction of single point；High reliability；Network；Spanning Tree；Protocol；VRRP

可靠性是进行通信网络规划设计与性能评价的重要指标。通信网络的可靠性一般包括网络的生存性、抗毁性及有效性等多个方面，涉及到网络通信设备、拓扑结构、通信协议等多方面因素。计算机网络和通信网络密不可分，它们已经完全融合。本文分析了计算机网络系统可靠性技术，并且在此基础上提出了的计算机网络优化改造方案。

1、计算机网络可靠性的要素

计算机网络可靠性是计算机网络系统的固有特征之一，它表明一个计算机网络系统按照用户的要求和设计的目标，执行其功能的正确程度。计算机网络可靠性与网络软件可靠性、硬件可靠性及所处环境有关。计算机网络可靠性应包含以下3个要素。

(1)无故障运行时间。计算机网络可靠性只是体现在其运行阶段，用“无故障运行时间”来度量。由于网络运行环境、网络程序路径选取及所受进攻的随机性，软件的失效为随机事件，因此无故障运行时间属于随机变量。

(2)环境条件。环境条件指计算机网络的运行环境。它涉及网络系统运行时所需的各种支持要素，如硬件、协议软件、操作系统、可能受到攻击的手段、所采取的防护措施以及操作规程等。不同的环境条件下信息网络的可靠性是不同的。

(3)规定的功能。计算机网络可靠性还与规定的任务和功能有关。由于要完成的任务不同，信息网络的运行剖面会有所区别，则调用的网络子模块就不同，其可靠性也就可能不同，因此要准确度量计算机网络的可靠性，首先必须明确它的任务和功能。

2、计算机网络可靠性分析

计算机网络应该是一个全冗余、无任何单点故障的高可靠网络，从而使企业网能够支持应用的多样性，保障系统的安全性，提供不同优先级的QoS服务。计算机网络的可靠性包括设备层的可靠性和网络层的可靠性。

2.1网络设备的可靠性分析

网络可靠性的一个重要的组成部分就是网络设备的可靠性问题。提高计算机网络系统的可靠性是通过容错技术来实现的。容错技术，就是在系统结构上通过增加冗余资源的方法来

避免故障造成的影响，即使出错或发生了故障，系统的功能也不致受到影响，仍能够正确地执行预定任务的技术。也就是说，网络设备的可靠性主要通过设备冗余和功能模块冗余来实现。

2.1.1交换机的可靠性

交换机是用于连接几个独立局域网并在它们之间进行数据包过滤的一种网络互联设备，可用来解决带宽不足和网络交换瓶颈问题，满足工作站点和服务器之间交互需求，提高整个网络的性能。交换机是网络中的交换核心，对网络可靠性有很大的影响。因此，在选用交换机时要注意下面几个问题：

●交换机应具有较强的微分段能力，可以很经济、方便地将网络划分成较小的冲突域，并在各网段之间起到隔离的作用，以提高整个系统的带宽和性能。

●交换机应具有很强的容错特性，例如带电插拔、电源备份、电源负载自动平分、链路容错、引擎备份等；此外，交换机还应提供先进的网络诊断工具，实现对交换机的管理和错误诊断。

●交换机应具有支持构建虚拟网的能力。虚拟网是将跨接在不同物理网络网段的节点连接形成的逻辑网段。采用这种技术可使处于不同物理网段的用户通过软件设置处于同一逻辑网段，形成协同工作小组，这样可大大增加网络的灵活性和智能性，改善网络的性能和可管理性。

2.1.2路由器的可靠性

路由器是网络层的互连设备，应用它不仅可实现不同类型局域网的互连，而且还可以实现局域网与广域网以及广域网之间的互连。因此，在考虑路由器的可靠性时，首先要考虑的问题就是如何选择协议。设计路由器可靠性的首要目标就是去除一些不支持的协议，建立一致的局域网和广域网协议。在路由器硬件本身的选择上也要考虑其一致性。

提高路由器可靠性的最保险的方法是采用冗余路由技术，即通过布线系统、集线器和交换机，使每个网段都连接到两个路由器上，这两个路由器保持相同的配置；连接在相同网络上的端口分配相同的IP地址。这样，当主路由器正常工作时，由于次路由器具有相同的路由表和IP地址，因此不会影响网络正常运行；若主路由器出现故障，次路由器立即能自动代替其工作。

2.2链路的可靠性分析

提高链路的可靠性往往通过链路的冗余设计来实现，即采用一条主链路和一条备链路。这种冗余设计构思简单而且便宜。链路的冗余可以通过多种技术实现，目前最流行的是链路聚合技术和生成树技术。

链路冗余还有一个好处是可以做到均衡负载。这种方法可以充分利用两条链路，当网络正常时，所有的数据流随机地分配到任何一线路上(根据线路的综合情况，如带宽等)，简单地说，就是将两条线路看成一条带宽较宽的线路，当其中一条线路或设备出现故障时，所有的数据流自动选择另一条线路。

2.3协议的可靠性分析

协议的可靠性技术就是采用相关的软、硬件切换技术(如STP和VRRP)来保证核心应用系统的快速切换，防止局部故障导致整个网络系统的瘫痪，避免网络出现单点失效，从而保证用户端在网络失效时能快速透明地切换。

2.3.1生成树协议

可靠的网络必须具备有3个典型特点：有效地传输流量、提供冗余和故障快速恢复能力。最早的生成树协议(STP)——IEEE802.1d规定可在50s内恢复连接。但是随着视频和语音的应用要求，网络必须具有更快的自恢复能力，因而IEEE随后又开发了802.1w定义的快速生成树协议(RSTP)以及802.1s定义的多路生成树协议(MST)。