摘要：安全、實(shí)時(shí)、高效是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要要求。由于容錯(cuò)設(shè)計(jì)能為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供更高的安全性能，在醫(yī)院、銀行、電力等安全要求高的行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)；容錯(cuò)設(shè)計(jì)
　　
　　容錯(cuò)設(shè)計(jì)來源于這樣的思想：按照概率論，無論多么先進(jìn)的系統(tǒng)，其故障率必然大于零，要使系統(tǒng)避免失效，就要提供冗余系統(tǒng)。容錯(cuò)設(shè)計(jì)的目的不是避免系統(tǒng)發(fā)生故障或提高平均無故障時(shí)間，而是在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)保證系統(tǒng)正常功能不受或少受影響。
　　這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想與不斷提高的軟件、硬件質(zhì)量結(jié)合起來，就能形成具有強(qiáng)大性能的實(shí)時(shí)不間斷的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。經(jīng)過容錯(cuò)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有兩大優(yōu)勢：
　　1、故障不停網(wǎng)優(yōu)勢：容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)器、交換機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備故障的情況下也能正常運(yùn)行。這就為搶救數(shù)據(jù)、維修設(shè)備提供了充足的時(shí)間，避免了故障損失的擴(kuò)大。
　　2、消除網(wǎng)絡(luò)瓶頸：容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)由于采用了冗余設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行負(fù)載均衡，使網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題得到解決或緩解。所以，容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)速更高，堵塞更少。
　　本文通過幾種典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性能做一分析。
　　雙機(jī)熱備份是一種較早的服務(wù)器備份方法，這種方法將兩臺(tái)服務(wù)器用光纖連接起來，并通過在服務(wù)器上運(yùn)行的服務(wù)器備份軟件做實(shí)時(shí)的備份。其中工作的為主服務(wù)器，另一臺(tái)為輔服務(wù)器，它們作為一臺(tái)邏輯服務(wù)器來工作。同時(shí)，兩臺(tái)服務(wù)器各通過一塊網(wǎng)卡連接到同一臺(tái)交換機(jī)上。主服務(wù)器故障時(shí)，輔服務(wù)器可以立即升格為主服務(wù)器接替工作。其網(wǎng)絡(luò)主體結(jié)構(gòu)圖見下圖：
　　
　　由于集線器和個(gè)人計(jì)算機(jī)通常較廉價(jià)而多有備份，本文為方便研究視其為完好。在實(shí)踐中，同類設(shè)備還往往采用統(tǒng)一型號(hào)的設(shè)備，所以不妨設(shè)，服務(wù)器Server(i)故障率為E(si)=Es，交換機(jī)Switch(i)故障率為E(swi)=Esw，網(wǎng)卡故障率為E(ni)=En。
　　通過分析上面的雙機(jī)熱備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，我們知道，兩臺(tái)服務(wù)器構(gòu)成并聯(lián)容錯(cuò)子系統(tǒng)，此并聯(lián)容錯(cuò)子系統(tǒng)又與交換機(jī)構(gòu)成了一個(gè)串聯(lián)容錯(cuò)系統(tǒng)。此系統(tǒng)的失效率P可計(jì)算如下：
　　P=P并+Esw-P并*Esw
　　=Es1*Es2+Esw-Es1*Es2*Esw
　　=Es1*Es2(1-Esw)+Esw
　　由上式可知，當(dāng)Esw=1時(shí)，P=1；當(dāng)Es1=Es2=Esw=0.001時(shí)，P=0.001000999≈0.001。也就是說，此容錯(cuò)系統(tǒng)的失效率主要受到交換機(jī)的影響，而且若交換機(jī)故障，此容錯(cuò)系統(tǒng)必定失效。這是不能容忍的。因而，有了改進(jìn)的雙交換機(jī)結(jié)構(gòu)的雙機(jī)熱備份系統(tǒng)。
　　在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，每臺(tái)服務(wù)器都通過雙網(wǎng)卡分別與兩臺(tái)交換機(jī)連接。雙網(wǎng)卡形成并聯(lián)容錯(cuò)子系統(tǒng)，雙交換機(jī)形成并聯(lián)容錯(cuò)子系統(tǒng)，雙網(wǎng)卡服務(wù)器和雙交換機(jī)又構(gòu)成了串聯(lián)容錯(cuò)系統(tǒng)。其容錯(cuò)結(jié)構(gòu)的示意圖如下：
　　
　　根據(jù)公式和容錯(cuò)關(guān)系，可以用單網(wǎng)卡服務(wù)器的失效率Es表示雙網(wǎng)卡服務(wù)器的失效率和系統(tǒng)失效率。不妨設(shè)服務(wù)器中除網(wǎng)卡外其余部分的失效率為X。則
　　Es=X+En-X*En可解得
　　X=(Es-En)／(1-En)
　　雙網(wǎng)卡服務(wù)器的失效率Es’和系統(tǒng)失效率P’可計(jì)算如下：
　　Es’=X+En1*En2-X*En1*En2
　　=(Es—En)／(1-En)+(1-Es)*En*En／(1-En)
　　=Es-(1-Es)*En
　　P’ =Es1’*Es2’+Esw1*Esw2-Es1’*Es2’*Esw1*Esw2
　　=Es’*Es’+Esw*Esw-Es’*Es’*Esw*Esw
　　=Es’*Es’(1-Esw*Esw)+Esw*Esw
　　不難看出Es’遠(yuǎn)小于Es，P’遠(yuǎn)小于P。所以雙交換機(jī)、雙服務(wù)器的容錯(cuò)能力遠(yuǎn)高于一般的雙機(jī)熱備系統(tǒng)。而且，當(dāng)Es’=Esw=0.001時(shí)，P’=0.000001999999，即該容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的失效率不再受單一因素影響，網(wǎng)絡(luò)瓶頸消失。這對安全要求高的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)很有實(shí)用價(jià)值。
　　網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)性能的提高是以高昂的成本為代價(jià)的。隨著計(jì)算機(jī)硬件生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，單機(jī)安全性能日益提高，價(jià)格昂貴成為容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的主要缺點(diǎn)。今天，多數(shù)信息化管理人員已經(jīng)不用進(jìn)行這種復(fù)雜的容錯(cuò)分析了。最新的服務(wù)器本身提供了CPU多路冗余、RAID5磁盤冗余、電源冗余和網(wǎng)卡冗余，整機(jī)集成帶來了更高的安全性能。
　　但是，整機(jī)平均無故障時(shí)間的延長代替不了容錯(cuò)設(shè)計(jì)。對于醫(yī)院、電力等要求提供實(shí)時(shí)不間斷服務(wù)的行業(yè)用戶，網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)設(shè)計(jì)仍是非常必要的。在航空領(lǐng)域，甚至采用了四余度的表決容錯(cuò)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)正向著專業(yè)化、高端化發(fā)展。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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　　（作者單位：黑龍江省電力開發(fā)公司）