浅议如何增强计算机网络可靠性

罗云松

山东理工大学山东淄博255000

浅议如何增强计算机网络可靠性

罗云松

山东理工大学山东淄博255000

随着社会的发展和信息化的推进，计算机网络在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，鉴于当前计算机网络普遍存在的不稳定情况，为了让计算机网络更好的服务于民生和社会，提升计算机网络的可靠性成为需要。本文简单的陈述了计算机网络的发展现状，并在此基础上探究了增强计算机网络可靠性的一些思路，将理论与实际相结合，得出计算机网络的可靠性设计原则，总结出了如何建设高稳定性高可靠性计算机网络的方案，结合当前硬件和软件的开发成果，探索出了从软硬件方面提高计算机网络可靠性的一些方法。所述探索对于提高计算机网络可靠性具有实际意义。

计算机网络；可靠性；软硬件；探索

一、引言

当前时代背景下，计算机网络在人们的生产生活中具有极其重要的地位，可靠的计算网络系统可以长时间稳定的运行，在受到外界因素的干扰和破坏时，不会出现服务波动、停止服务甚至网络崩溃的情况。所以，对于所有层面计算机网络用户群体而言，计算机网络的可靠性是一个共同的关注点，计算机网络的可靠性也成为广大计算机网络用户的一个基本诉求。关于可靠性计算机网络的建设原则的探索，如何解决搭建可靠性计算机网络过程中遇到的问题的研究，为计算机网络可靠性的提高提供理论和技术支撑，具有可操作性和实践意义。

二、计算机网络概述

现代的计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

近年来兴起的互联网即计算机网络，是通过融合计算机技术和通信技术而产生的。上世纪五十年代计算机网络的雏形产生，它是第一代有终端指向的计算机网络，不过当时的所谓的计算机网络还只是以单台计算机为中心的远程联机系统。差不多十年后，第二代计算机网络产生，相比较于第一代计算机网络的以单台计算机为中心，第二代计算机网络是计算机-计算机网络的以ARPAnet网为经典代表的分组交换网络系统。可以真正意义上称为开放性网络的计算机网络诞生于上世纪八十年代，标准的开放性特性具有革命性的意义。到了上世纪九十年代中期，计算机网络转化为现代化互联网即Internet，这是个里程碑式的事件，随着社会的进步和信息技术的发展，计算机网络的发展越来越辉煌。本世纪初，“三合一网络”概念的提出，打破了计算机网络中“计算机”的限制，将计算机网、电信网、广电网进行有机的组合，形成了第四代计算机网络，其数字化特性更是符合现代信息技术发展的需要，加快了其自身的发展速度，近年来，计算机网络的可靠性需求不断提高，多元化范围不断拓展，成为未来一段时间计算机网络发展的趋势。

在上述计算机网络的发展历程中，出现于上世纪八十年代的局域计算机网络具有重要的意义，因为它突破了单台计算机的限制，第一次实现了多个计算机设备、工作站、数据库等媒介的信息、资源的传播和共享，这是极其重要的一步。为了探索如何提高计算机网络的可靠性，笔者着重研究了计算机局域网络的运行过程。

三、计算机网络的可靠性设计原则

英国电气工程师协会发表的论文中曾提到，在他们设计的天网网络系统中，高可靠性是最重要的原则。由此可见，在一个成熟的计算机网络系统中，可靠性具有举足轻重的地位。无论是基于何种目的初衷建立的系统，实际应用才是体现其价值的唯一途径。在计算机网络中，网络系统中各单元间的信息传递和交换是其工作的体现，计算机网络运行过程中，在任一时间节点，任一组成部分出现错误，都会造成该系统的功能缺失，失去其应用的价值，因此，可靠性的高低直接影响着系统功能的维持，增强计算机网络的可靠性是使用计算机网络的必须工作。

计算机网络的可靠性是指在一定的时间跨度内，一定的条件下，该网络系统稳定工作，各功能参数不发生实质性变化的能力。随着计算机技术的发展和网络系统设计的成熟，人们在一系列的网络系统设计工作过程中，通过记录、归纳和论证，总结出了成条理性的经验和理论，将这些经验和理论加以梳理和归类，形成了更为科学化，系统化的网络系统设计原则。这些准则经过时间和实际应用的考验，已经日渐成为现代计算机网路设计的规范和参考。

（一）余度设计和容错技术

为了提高网路系统的可靠性，在设计某一网络系统的时候设计者们常常引入余度设计和容错技术，以此实现将该网络系统中的各个计算机等设备通过相关信息技术互相作为后备设备，通过这种设计，当此网络系统中某台计算机或者其他设备出现故障的时候，通过网络与其相连接的计算机或设备就可以及时的代为承担故障设备的工作，避免了由于网络系统中某个单台设备故障而导致整个网络系统功能缺失甚至崩溃的情况，进而实现了计算机网络的高稳定性和可靠性。

（二）新兴技术与传统的综合应用

随着时代的发展，网络环境变得日益复杂，要想提高计算机网络的可靠性并长期维持，就需要适应网络环境的变化节奏，不断引入新技术和新兴安全防护设备，结合当前网络技术的发展，保证设计者们建立的网络系统不仅可以适应现在的环境，还能够满足将来一段时间社会和技术的发展需求，在一定时间跨度内保持生命力，最大限度的实现每个网络设计的价值。在运用新技术新设备的同时，设计者们还需要借鉴过去的技术和经验，因为前人的设计往往是经过实践考验的，是具有可行性的，所以在进行网络设计的过程中，将前人的技术和经验进行优化，带入到自己的设计中去，选择性继承前辈们的智慧，防止过多的使用新技术而引入较大的风险。

（三）控制网络建设投资，以最佳性价比的方案保证网络可靠性

在计算机网络的建设过程中，投资是必须考虑的一项因素，这就要求网络设计者们具有全局性眼光，有计划的减少计算机网络建设过程中的费用，同时最大限度的控制后期系统维护费用。在软硬件的使用方面，需要综合考虑其性价比，尽量以低费用搭建出具有较高可靠性的网络系统。

（四）选择符合相关规范的终端设备

在设计完成后，根据实际情况，选择质量优良的终端产品，并且这些产品的相关参数都符合设计要求和可靠性设计规范，电气元件需要符合国家或国际标准。

（五）系统的定期检查维护

任何系统的稳定运行，都需要一个动态的管理，网络系统也是如此，为了保证计算机网络的可靠性，在系统的运行过程中，需要制定相关计划，定期的维护。现代的计算机网络系统往往具有较大的终端负载，处理的数据和信息量较大，这就需要尽量避免出现可以导致整个系统瘫痪的故障，在使用的过程中修复小的故障。同时，在系统的设计阶段，可以引入自动检查（修复）功能，即在网络的运行过程中系统可以进行自检，当发现微小问题时可以自动修复并预警，以便设计者可以及时定位故障位置和进行原因分析，从而降低了整个网络系统发生大的故障的可能性，以此来增强计算机网络系统的可靠性。

四、现实中的高可靠性网络系统

在一个单位或者企业的信息系统组成中，计算机网络是其最基本的组成部分之一，数据等信息都是通过计算机网络实现传递和共享，因此，计算机网络的稳定新和可靠性就直接关系到该单位信息系统的建设水平和信息化效率，在建设信息化平台的时候要着重搭建一个可靠性好，稳定性高的计算机网络。

计算机网络按结构组成可以分为硬件和软件系统，其硬件系统主要由计算机主机系统、网络备份系统、接口电路模块等结构组成，这其中主机系统最为核心，承担着整个网络系统信息处理和数据运算处理的任务。在软件方面，一个计算机网络系统中又包括管理系统和和防火盾系统等，在保障计算机网络可靠性方面，防火盾系统具有更显著的作用。

（一）通过硬件设计提高计算机网络可靠性

就某个省份的地震监测网而言，其网络系统所检测的信息量是极其巨大的，该计算机网络系统对可靠性的要求是相当高的，因为一旦出现系统故障甚至瘫痪的情况，后果是极其严重的。在科学的设计完成后，就是硬件搭设的阶段。一般情况下，一个计算机网络系统中，各个设备的可靠性要比主机系统高，因此需要着重增强该网络系统中主机系统的可靠性。在实际运用中，一个计算机网络系统中的主机系统的可靠性主要通过冗余、备份等技术来实现。在地震监测计算机网络系统中，已经选用了可靠性好，稳定性高的主机系统的前提下，采用冗余和备份技术可以有效增强整个监测网络系统的可靠性，为地震数据的监测和预警提供长期的可靠的服务。

1.双主机热冗余。在地震监测网络的主机系统中，采用了两台相同的服务器作为主机，在运行过程中，两台服务器一方面各自承担部分任务，另一方面互相监测对方的运行情况。在系统工作的过程中，如果其中一台服务器出现故障，停止运行，另一台服务器会监测到该故障服务器已经停止对网络系统的支持，同时主动承担发生故障的服务器的工作任务。这样，整个系统的运行就不会停止，该监测系统的各项性能都可以得到保持，从而实现了提高计算机网络系统可靠性的目的，其工作原理如下图1所示。

图1 主机房的双主机热冗余原理

需要指出的是，当双主机中的其中一台发生故障后，另一台的负载会加大，出于延长主机寿命的角度的角度，需要尽快的修复故障主机，再进行工作的重新分配，均衡两台主机的负载。

2.双主机热备份。在该地震监测系统的辅助机房中，也是采用的双主机系统，但是其中一台是作为工作主机，另一台作为备份主机的。在稳定运行阶段，工作主机承担计算机网络的支撑任务，工作主机则主要负责检测工作主机的运行情况并提供预警，其工作原理如下图2所示。

图2 辅助机房的双主机热备份原理

在系统运行的过程中，一旦工作主机发生故障，备份主机会实时承担原工作主机的全部工作任务，从备份主机切换为工作主机状态，保障网络系统继续运行，增强主机系统的可靠性。在原工作主机恢复正常状态后，系统管理员可以进行工作主机和备份主机的切换，也可以将原工作主机作为备份主机，监测当前工作主机的运行情况，等待下一次替换。

通过双主机热冗余技术和双主机热备份技术的结合，大大增强了主机房和辅助机房的主机系统的运行可靠性，从而提高了整个计算机网络系统的可靠性。

（二）通过软件设计提高计算机网络的可靠性

以曙光天罗100D防火墙系统为例，它的网络拓扑结构如下图3所示。

图3 防火墙应用拓扑

该防火墙可以对与其相关联的曙光高性能机群进行管理和阻挡网络中的干扰信息和恶意攻击等不良因素，从而提高系统的可靠性。

随着科技水平的不断提高，人们对于数据运算处理的要求越来越高，这就意味着需要越来越强大的高性能计算机供高层次学者选用。为了让更多的用户方便使用有限的高性能计算机群资源，这些高性能计算机群管理者们将原来的客户端登入模式更改为现在的局域网或者互联网服务器登录模式，也就是说，任何一个互联网用户都可以登入这些机群。将这些高性能计算机群置于互联网的开放性环境下，可能会受到互联网中的非法连接和未授权入侵等，且大量的用户使用会给计算机主机本身和网络系统造成较大的负担，如果不能有效过滤非法入侵和平衡高负载工作，整个系统可以随时都会出现故障，甚至瘫痪。在此背景下，高性能计算机群持续运行的可靠性成为管理者们的基本要求。引入曙光天罗100D防火墙系统后，通过安全隔离防护、网络访问控制、节点映射安全管理等技术手段，可以优先屏蔽干扰和恶意网络入侵，为高性能计算机群提供了有效的安全防护，从而保障了系统的高可靠性。

此外，网络防火墙是相对被动式的计算机网络防护工具，在实际应用中，可以结合网络入侵检测系统、主机入侵检测系统、IP加密技术等技术工具，全方位多层面的进行综合防护，实时检测与计算机群的接入访问，可以快速的发现未授权入侵和恶意攻击等，并且可以保护主机系统文件不被外界篡改或者管理人员错误操作导致的更改。此外，机群管理者该可以通过相关网络协议，在任何地方通过网络实现高性能计算机群的管理。综合以上措施，高性能计算机群的运行可靠性得到显著的提高。

五、结语

在信息技术高速发展的背景下，计算机网络技术已然成为当前的主流技术之一，在国家层面的现代化建设和企业层面的信息化建设方面都有举足轻重的作用，是现代社会不可或缺的工具。随着计算机网络系统的复杂程度的加大和功能的多元化增强，可靠性成为所有计算机网络系统用户的基本诉求之一，因此，需要遵循可靠性设计准则，从软件和硬件等方面增强计算机网络系统的可靠性，降低或者屏蔽环境中的干扰因素，从而保障整个系统的稳定运转。通过对如何增强计算机网络可靠性的探究和实践，可以推进我国计算机网络技术的发展。

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