计算机网络安全容错技术解析

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计算机网络安全课程设计

容错技术浅析

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2013年12月16日

容错技术浅析

摘要：计算机技术的发展是日新月异的，与此同时计算机系统的可靠性越来越受到人们的重视，而容错技术是提高可靠性的一种有效方法。本文首先阐述了计算机容错技术的历史和概念，而后还展示了两种容错技术的完成方法和现如今运用于网络上的容错技术产品，最后简要的概括了容错技术未来的发展趋势。

关键字：容错技术、冗余、磁盘镜像

1 引言

性能、价格和可靠性是评价一个网络的三大要素，为了提高网络系统上午高可靠性，人们进行了长期的研究，并总结了两种方法。一种叫做避错，即采用正确的设计和质量控制尽量避免把故障引进系统，但实际上这是不可能的。还有一种方法就是容错，所谓容错是指当系统出现某些指定的硬件或软件的错误时，系统能执行规定的一组程序，或者说程序不会因系统中的故障而中断或被修改，并且执行结果也不包含系统中故障引起的差错。随着现代工业技术的发展和计算机的普及，工业设备运行的安全性和可靠性越来越引起人们的重视，为了保证其安全、高效和可靠地运行，必须采用与之相适应的管理模式，容错技术为计算机系统提供了这样的能力：当计算机内部出现故障的情况下，计算机系统仍能正确工作。计算机容错技术是计算机系统可靠性提高的重要手段。

2 容错技术的历史

上世纪80年代，第一代容错技术就开始进入商用领域。美国Stratus（容错公司）在Stratus 独特的硬件级容错技术及VOS专有操作系统环境下,采用了Motorola M68000处理器。

1993年，英特尔I860处理器在Stratus的硬件级容错体系结构中成功应用，在软件环境方面，还能满足业界对开放性要求的Unix操作系统FTX，即AT&T UNIX SVR4。

1996年，容错技术得到HP的支持，共同推出Stratus Continuum系列，将Stratus容错结构结合HP PA－RISC对称多处理技术。

进入21世纪以来，制造、中小企业、能源、交通等领域对服务器，特别是中低端IA 服务器的需求激增，过去仅仅可以应用在RISC平台、HP－UX环境下的容错产品也面临着新的挑战。另一方面，企业越来越依赖信息系统来完成关键业务的应用，同时他们不可能配备更多的专业人员来进行专职维护。双机热备、集群服务器遇到难题。

如今，NEC通过与美国容错公司多年的合作，于2001年推出了业界第一台基于IA架构、支持Microsoft Win-dows Server 2000标准操作系统环境的容错服务器。NEC的Express5800/ft系列在Windows及Linux平台上的可靠性达到了99.999%，这种实时保护技术来源于STRATUS连续处理技术（Fundamentals of Continuous Pro-cessing Design），包括LOCKSTEP 技术，安全故障（FAILSAFE）软件激活服务（ACTIVE SERVICE ）。

3 容错技术的概念

容错是计算机系统在运行过程中发生一定的硬件故障或软件错误时，仍能保持正常工作而不影响正确结果的一种性能或措施。具有容错能力的计算机称为容错计算机。容错是采用冗余方法来消除故障影响的。

提高计算机可靠性的技术可以分为壁错技术和容错技术。后者主要运用冗余技术来抵消由于故障所引起的影响。冗余技术是计算机容错技术的基础，一般可分为下列几种类型。

● 硬件冗余：以检测或屏蔽故障为目的而增加一定硬件设备的方法。

● 软件冗余：为了检测或屏蔽软件中的差错而增加一些在正常运行时所不需要的软件方法。

● 信息冗余：在实现正常功能所需要的信息外，在添加一些信息，以保证运行结果正确性的方法。纠错码就是信息冗余例子。

● 时间冗余：使用附加一定时间的方法来完成系统功能。这些附加的时间主要用在故障检测、复执或故障屏蔽上。

● 简单的双机备份：在20世纪60年代，主要利用双处理机或双机的方法来达到容错的目的。例如吧关键的元件（处理机、存储器等）或整个计算机设置两套，一套为系统运行时使用，另一套备份。根据系统的工作情况又可分为热备份或冷备份两种。

● 操作系统支持的双机容错：20世纪70年代中期出现了软件和硬件结构的容错方法。该方法在操作系统的层次上，支持联机维修，即故障部分退出后进行维修并重新投入运行，都不影响正在运行的应用程序。该结构的特点是系统内包括双处理器、双存储器、双输入/输出控制器、不间断工作的电源，以及与只适应的操作系统等。因此上述硬件的责任一部分发生故障都不会影响系统的继续工作。系统容错是在操作系统控制下进行的，在每个处理机上都保持了反映所有系统资源状态的表格，以及本机和其他机的工作进程。

4 两种容错技术的说明

容错是为使数据避免遭受意外损坏而采取的一种保护措施。保护数据的方式有许多，以下介绍的是Windows NT所提供的两种容错方式，它非常适合于一般网络用户使用。

4.1 带奇偶校验的带区集的使用

带奇偶校验的带区集是在带区集的基础上增加了系统容错的功能。建立带奇偶校验带区集的方法与建立带区集的方法基本相同。

1）先选定第一个可用空间，按住Ctrl键不放，而后各选取其它硬盘上的一个大小相当的可用空间。

2）选择“容错”菜单中的“创建带奇偶校验的带区集”选项，之后执行“磁盘分区”菜单中的“立即更改”功能，并经“格式化”后建立成功。

以下介绍带奇偶校验的带区集中的某一个硬盘发生故障后的修复方法。因为带奇偶校验的带区集具有容错功能，所以当其中一个硬盘发生故障时，系统仍然能够正常工作，只是速度明显减慢，为了保证数据访问的速度，必须对出现故障的硬盘进行修复。修复方法如下：1）先换掉已出故障的硬盘，添加一个新硬盘，并进行相关参数的设置。

2）启动计算机并进入“磁盘管理器”窗口，在新安装的硬盘上创建一块可用空间，此可用空间的大小应等于或大于故障盘或带区集中其他硬盘上对应空间的值。

2）选定带奇偶校验的带区集（当一个硬盘出故障时，带区集仍然存在），按住Ctrl键不放，再选取新安装硬盘中所建的可用空间，接着选择“容错”菜单下的“再生”选项即可完成修复工作。

3）重新启动计算机后，带奇偶校验的带区集又恢复到正常的工作状态。