高可靠性網絡與實現范文

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摘要本文介紹了基于鏈路聚合、生成樹兩種技術的高性能網絡。分析了在網絡中實現無單點故障，即任何單個交換機或者單條鏈路的故障都不會影響網絡的連通性更不會導致整個網絡的癱瘓，同時也研究如何提高網絡的吞吐率的問題。實驗結果表明，由此組成的網絡極大地提高了網絡的性能。

關鍵詞單點故障；鏈路聚合；生成樹算法

1前言

在以網絡為支撐的信息時代里，信息的傳播和獲取極大地依賴網絡，因此在網絡長時間不間斷的運行過程中，實現一個無單點故障，全冗余的高性能網絡很重要。在組建網絡的過程中，交換機與交換機之間采用SpanningTreeAlgorithm即生成樹算法可以實現它們之間的鏈路冗余，能保證交換機無單點故障；交換機與主機之間采用Link-aggregation即鏈路聚合等技術可以實現他們之間的鏈路冗余并有效提高鏈路之間的帶寬。這樣便能組建任何單個交換機或單條鏈路的故障都不會影響網絡的連通性，更不會導致整個網絡的癱瘓即無單點故障的高性能網絡。

2網絡拓撲結構

網絡由于某些部件失效從網絡中刪除后，如剩余部分滿足以下兩個條件：①所有接點保持連通，不被分割成兩個或者多個子網；②工作接點數大于某一值，則網絡仍處于工作狀態[1]。為了達到如上條件，在實驗環境中，采用的交換機為DES-32559G、IntelExpress460和Intel82559網絡適配器，并進行冗余設計。設計的網絡拓撲結構如圖1所示。

圖1網絡拓撲結構3網絡可靠性分析

3.1生成樹算法

初看網絡拓撲圖，感覺在整個網絡中有回路存在，將會形成廣播風暴，從而影響整個網絡的性能。顯然如果是簡單的連接，那一定會出現如上結果，事實上是在網絡中通過在各交換節點之間構建多條物理鏈路來提供冗余以形成冗余鏈路從而提高整個網絡的可靠性。任何兩個網絡之間應該只有一條路徑，否則，網絡中將出現環路。如果存在著多于一條的路徑，那么生成樹算法（SpanningTreeAlorithm簡寫為STA）就會偵測到環路的發生，并自動選擇開銷值（COST）最低的那條路徑作為可使用的路徑（主鏈路），而阻斷其它路徑，將它們作為備用路徑（備用鏈路）。在主鏈路正常工作時，備用鏈路處于空閑狀態（不工作）；只有在主鏈路出現問題時，生成樹算法將自動啟用備用鏈路，重構網絡結構。這種自動重構的功能，使得網絡上的用戶能夠最大限度地與網絡保持正常地連接。提高了網絡的可靠性。

3.2鏈路聚合

所謂鏈路聚合是一種封裝技術，它是一條點到點的鏈路，其實質是將兩臺設備間的數條鏈路“組合”成邏輯上的數據通路稱為鏈路聚合[2]。在服務器上采用IntelPROSet軟件把兩塊網卡虛擬成一塊虛擬網卡，對外只用一個IP。并結合交換的link-aggregation技術，服務器網絡的帶寬成倍的提高，它的另外一個好處就是實現了服務器網卡的冗余。當一塊網卡不能工作的時候，計算機會立刻讓另外一塊網卡獨立承擔服務器和客戶機器之間的通訊，中間不會有間斷。利用AaptiveLoadBalancing，IEEE802.3ad技術配合交換機的link-aggregation技術，能成倍提高服務器的帶寬。本來82559網卡的帶寬和交換都為100M的帶寬，采用此技術捆綁兩塊82559網卡后理論上服務器能達到200M。在實驗的過程中發現，它不是這樣簡單的相加，但是性能的提高是明顯的，數據的交換更平穩。這樣就把兩條物理鏈路在邏輯上形成一條數據通

道。圖2，圖3為其示意圖。圖2創建組圖3結果虛擬出一網卡

交換機鏈路聚合是將交換機的多個端口聚集在一起，從而形成一個高帶寬的數據傳輸通道。把交換機鏈路聚合內的所有端口看作一個端口。在組合交換機鏈路聚合中，將有一個端口指定為主端口。而且它們里面的端口都以相同的方式工作。

4鏈路分析

4.1從服務器到接入交換機的鏈路

在平常情況下只要交換機鏈路故障或網卡故障都將導致服務器不能連到相應的接入交換機。現在可以利用IntelPROSet軟件把服務器中的兩塊網卡虛擬成一塊虛擬網卡，接到不同的接入交換機。如圖1服務器的兩塊網卡進行鏈路聚合后分別接入交換機器1、交換機2，和交換機之間采用鏈路冗余解決這個問題。利用AFT（AdapterFaultTolerance）技術實現網卡間的容錯，當主網卡或該網卡到所連的交換機鏈路發生故障時例如圖1中的網卡1發生故障，服務器會立刻將該網卡上的流量轉移到備份網卡2上。反之也成立，當圖1中服務器網卡2或者交換機1出現故障，服務器會立刻把該鏈路上的流量轉移到另外的鏈路上。從而極大地提高了服務器的性能。下面是拔掉服務器的一根網線后，另外一塊網卡立刻承擔服務器的全部通訊功能的實驗結果圖。打開Windows的事件查看器，見圖4所示結果。

圖4拔掉一根網線后的事件圖4.2從交換機接入交換機的鏈路交換機2與交換機3以及交換機4各形成一條鏈路，但是在交換機2中已經對此兩條鏈路采用了SpanningTreeAlgorithm技術，根據前面論述知道在主鏈路正常工作的時候如交換機2與交換機4鏈路，備用鏈路如交換機2與交換機3之間的鏈路處于空閑狀態，只有在主鏈路出現問題的時候，備用鏈路才不需要人工干預自動地接替主鏈路。同理交換機1，與交換機3以及交換機4之間的鏈路進行同樣的處理。顯然這樣整個網絡不會形成環路，并且客戶機能夠最大限度與服務器保持正常的連接，提高了網路的可靠性能。

5結論

對數據流量大和對網絡可靠性要求高的情況，可以通過設置服務器多網卡冗余鏈路，交換機冗余鏈路的設置，配合SpanningTreeAlgorithm，LinkAggregation，，AaptiveLoadBalancing，IEEE802.3ad等技術，消除網絡中的單點故障，最終建立一個安全、可靠、高效的網絡系統。但此方案由于全部采用冗余設置，因此投資成本相應較高。

參考文獻

[1]赫川，李英濤．通信網絡的圖譜可靠性分析[J]．哈爾濱工業大學學報，1997，29，87-89

[2]匡昌武，方厚輝．冗余鏈路技術在工業以太網中的應用分析[J]．工業控制計算機，2007，20，18-1