肖弋

摘 ?要： 為解決由負載分配不均造成的斷網(wǎng)故障問題，設(shè)計新型失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)的非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)。在非均衡網(wǎng)絡(luò)負載框架中，重新分配失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊、排除編譯器兩個單元結(jié)構(gòu)所占比重，實現(xiàn)新型故障排除系統(tǒng)的硬件運行環(huán)境搭建。在故障排除服務(wù)器的支持下，規(guī)范斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)表、非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議的聯(lián)結(jié)形式，實現(xiàn)新型故障排除系統(tǒng)的軟件運行環(huán)境搭建，結(jié)合軟、硬件運行結(jié)構(gòu)，完成失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)設(shè)計。對比實驗結(jié)果顯示，與現(xiàn)有故障排除系統(tǒng)相比，在非均衡網(wǎng)絡(luò)失衡狀態(tài)比為0.33和0.47的條件下，應(yīng)用新型失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)，能使負載分配均衡率達到90%，有效解決由負載分配不均帶來的斷網(wǎng)故障現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞： 失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò); 非均衡斷網(wǎng); 故障排除; 運行環(huán)境搭建; 網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議; 系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號： TN02?34; TP297 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2019）11?0072?05

Abstract： A new unbalanced network outage fault removal system of unstable network is designed to eliminate the network outage fault caused by unbalanced load distribution. In the load framework of unbalanced network， the proportion of fault detection module and fault data exclusion compiler of unstable network is reallocated to build the hardware running environment of the new fault removal system. With the support of the fault removal server， the connection form of network outage fault database table and unbalanced unstable network lock protocol is standardized to build the software running environment of the new fault removal system. In combination with software and hardware running structures， the design of the unbalanced network outage fault removal system is completed. The experimental result of the proposed system is compared with that of available system， which shows that the new unbalanced network outage fault removal system of unstable network can make the load distribution balance rate up to 90% while the unbalanced state ratios of unbalanced network are 0.33 and 0.47 respectively， and eliminate the network outage fault caused by unbalanced load distribution.

Keywords： unstable network; unbalanced network outage; fault removal; running environment construction; network lock protocol; system design

0 ?引 ?言

網(wǎng)絡(luò)故障是一種由硬件問題、病毒入侵、軟件漏洞等引起的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量下降狀態(tài)，嚴重時甚至?xí)?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)服務(wù)直接出現(xiàn)癱瘓趨勢。隨著網(wǎng)絡(luò)故障現(xiàn)象的頻繁發(fā)生，非均衡網(wǎng)絡(luò)開始出現(xiàn)嚴重的失穩(wěn)情況。所謂網(wǎng)絡(luò)失穩(wěn)是指所有運行數(shù)據(jù)在一段時間之內(nèi)，不能始終保持原有的傳輸速率，且隨著運行數(shù)據(jù)總量的不斷增加，這種傳輸速率的變化也總是呈現(xiàn)出較強的不定性[1?2]。一段時間之后，運行數(shù)據(jù)的傳輸速率又會自發(fā)地恢復(fù)成原有狀態(tài)，但由于受到多重不定向因素的影響，待傳輸數(shù)據(jù)總是出現(xiàn)過量傳輸或不足傳輸，額定傳輸任務(wù)不能得到良好保障，最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)自身穩(wěn)定性受到破壞?，F(xiàn)有技術(shù)手段為有效排除非均衡環(huán)境下的斷網(wǎng)故障問題，利用Web框架隔離高層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用結(jié)構(gòu)與底層執(zhí)行設(shè)備，并通過代管傳輸數(shù)據(jù)包的方式，達到定向排除斷網(wǎng)故障問題的目的。但隨著科學(xué)技術(shù)手段的進步，這種普通系統(tǒng)的執(zhí)行效果始終不能達到預(yù)期效果。為改善此現(xiàn)狀，在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本文針對失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行針對性分析，在排除編譯器、數(shù)據(jù)庫表等軟、硬件設(shè)備的支持下，建立一種新型的非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)，并通過后續(xù)應(yīng)用實驗說明該新型系統(tǒng)的實效性。

1 ?系統(tǒng)硬件設(shè)計

通過非均衡網(wǎng)絡(luò)負載框架設(shè)計、失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊設(shè)計、排除編譯器設(shè)計三個主要環(huán)節(jié)，完成新型系統(tǒng)的硬件運行環(huán)境搭建，其具體操作方法可按如下步驟進行。

1.1 ?非均衡網(wǎng)絡(luò)負載框架設(shè)計

非均衡網(wǎng)絡(luò)負載框架包含故障負載探測、負載量控制兩個主要功能，詳情如圖1所示。對于故障負載探測功能的執(zhí)行來說，監(jiān)視部件、負載特征化部件是兩個必不可少的組成單元，可以在監(jiān)測系統(tǒng)中斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)的同時，通過DBMS設(shè)備對處于失穩(wěn)狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行物理攔截，并將最終的分析信息反饋給監(jiān)視部件[3?4]。而負載量控制單元主要負責(zé)對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中可能引起斷網(wǎng)故障的信息進行抽取收集，并根據(jù)各硬件設(shè)備的應(yīng)用標準，對數(shù)據(jù)信息進行重新編碼分配處理。負載特征化部件以Query Scheduler設(shè)備作為核心搭建裝置，可以根據(jù)非均衡網(wǎng)絡(luò)負載框架中監(jiān)視部件的輸出情況，調(diào)整系統(tǒng)中運行故障數(shù)據(jù)的動態(tài)流量，并在滿足非均衡網(wǎng)絡(luò)功能的前提下，達到平衡硬件設(shè)備故障、排除屬性能力的目的[5?6]。

圖1 ?非均衡網(wǎng)絡(luò)負載框架結(jié)構(gòu)圖

1.2 ?失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊設(shè)計

失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊可依附于非均衡網(wǎng)絡(luò)負載框架而存在，并在故障管理數(shù)據(jù)庫等軟件設(shè)備的支持下，通過生成彈窗的形式，清晰表達現(xiàn)階段系統(tǒng)中斷網(wǎng)故障事件的可能發(fā)生幾率。在失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，隨著非均衡條件嚴苛等級的不斷提升，系統(tǒng)中運行的斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)也會隨之大量累計，此時故障數(shù)據(jù)庫信息表會在該時間內(nèi)達到存儲極限[7?8]。為避免因故障數(shù)據(jù)存儲受限而影響系統(tǒng)的運行速度，失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊會根據(jù)數(shù)據(jù)庫信息表單生成回執(zhí)信息，對所有涉及的斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)進行標識處理，并在建立排除建議信息前，對核心處理計算機彈出預(yù)判策略窗口。在得到核心處理計算機的肯定答復(fù)后，MIB設(shè)備會按照斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)所屬的優(yōu)先級順序，對其所代表的故障類型進行探查。完整的模塊執(zhí)行結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 ?失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊結(jié)構(gòu)圖

1.3 ?排除編譯器設(shè)計

排除編譯器中包含一個前端MIIB編譯裝置、一個中端ASN編譯裝置和一個后端Compiler編譯裝置，可以在接收失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊傳輸文件信息的同時，對系統(tǒng)中現(xiàn)行的斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)進行定義分析，并根據(jù)相應(yīng)的轉(zhuǎn)碼規(guī)則，生成與原信息相對應(yīng)的關(guān)聯(lián)編譯文件。對于系統(tǒng)核心計算機來說，編譯文件是其執(zhí)行故障數(shù)據(jù)排除操作的主要物理依據(jù)。位于模塊前端的MIIB編譯裝置具備非均衡性的數(shù)據(jù)解析功能，可對網(wǎng)絡(luò)失穩(wěn)環(huán)境下出現(xiàn)的所有斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)進行判別分類[9?10]。位于模塊中端的ASN編譯裝置以1VIIB法則作為譯碼基礎(chǔ)，一方面負責(zé)接收MIIB編譯裝置的解析數(shù)據(jù)，另一方面向Compiler編譯裝置傳輸具備定向排除能力的故障數(shù)據(jù)輸出文件。位于模塊后端的Compiler編譯裝置只具備數(shù)據(jù)整合功能，可根據(jù)排除編譯器的整體執(zhí)行目標，對非均衡狀態(tài)下的斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)進行排列整合處理。具體的排除編譯器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 ?排除編譯器結(jié)構(gòu)圖

2 ?系統(tǒng)軟件設(shè)計

通過故障排除服務(wù)器設(shè)計、斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)表設(shè)計、非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議設(shè)計三個步驟，實現(xiàn)軟件運行環(huán)境搭建，結(jié)合硬件運行環(huán)境，完成失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)設(shè)計。

2.1 ?故障排除服務(wù)器設(shè)計

失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)的非均衡故障排除服務(wù)器是一種固化了的LQNM節(jié)點元素。從執(zhí)行結(jié)構(gòu)的角度來看，故障排除服務(wù)器可以承擔(dān)系統(tǒng)在失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的所有邏輯操作，即非均衡網(wǎng)絡(luò)負載框架、失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)故障探查模塊、排除編譯器等硬件執(zhí)行設(shè)備均是依附于故障排除服務(wù)器而存在的。在整個斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)中，核心計算機作為最主要的任務(wù)發(fā)布組織[11?12]，而故障排除服務(wù)器則是該組織的最重要擁護者。從端口軟件組織的角度來看，故障排除服務(wù)器針對各種類型的斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)，建立了多種不同的可行排除策略，并在傳輸線程組織的促進下，將這些策略信息反饋到系統(tǒng)的各級執(zhí)行結(jié)構(gòu)。完整的故障排除服務(wù)器設(shè)計原理如圖4所示。

圖4 ?故障排除服務(wù)器設(shè)計原理圖

2.2 ?斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)庫表設(shè)計

斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)庫表通過編程的方式，利用第三方FireBird Maestro軟件實現(xiàn)對非均衡故障數(shù)據(jù)的存儲與保護，詳細結(jié)構(gòu)如圖5所示。經(jīng)過故障排除服務(wù)器處理后的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)始終具備較強的傳輸抗組能力，對于線程組織來說，在傳輸過程中由于受到物理抗性壓力的影響，斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)總量會隨著傳輸線路的延長而不斷減縮[13]。而被迫減少的斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)將作為入侵因子，對失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)造成更為嚴重的故障影響。為避免上述情況的發(fā)生，斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)庫表在具備SQL管理器能力的同時，還必須能夠根據(jù)故障現(xiàn)象發(fā)生位置，建立固定的索引連接，以保證線程組織能在最短時間內(nèi)獲取到最多的故障數(shù)據(jù)。而FireBird Maestro軟件在整個數(shù)據(jù)庫表中起到催化劑的作用，可以增強表結(jié)構(gòu)自身的存儲、連接與定量指向功能。

2.3 ?非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議設(shè)計

非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議（也叫2PL協(xié)議）是斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)庫表的有力輔助結(jié)構(gòu)，具備兩個實操鎖階段。隨著數(shù)據(jù)庫表處理形式的改變，非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議可以出現(xiàn)實操階段并發(fā)與兼行同時存在的物理狀態(tài)[14]。第一階段非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議的主要功能是獲得斷網(wǎng)故障的排除封鎖，也可以稱為故障數(shù)據(jù)的擴展處理。此階段的鎖協(xié)議始終保持靜連接狀態(tài)，可以根據(jù)系統(tǒng)中斷網(wǎng)故障的嚴重情況，配置最為適宜的粒度條件，并以此作為促進數(shù)據(jù)庫表進行快速存儲的物理依據(jù)。第二階段非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議的主要功能是釋放系統(tǒng)的故障排除封鎖，也可以稱為故障數(shù)據(jù)的收縮處理[15]。此階段的鎖協(xié)議始終保持動連接狀態(tài)，可在核心計算機連續(xù)發(fā)出斷網(wǎng)故障排除指令時，避免網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性嚴重失衡現(xiàn)象的出現(xiàn)，圖6反映了兩階段網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議的并發(fā)與兼性狀態(tài)。整合上述軟、硬件設(shè)備單元結(jié)構(gòu)，完成失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)設(shè)計。

圖5 ?斷網(wǎng)故障數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)圖

圖6 ?非均衡失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)鎖協(xié)議的連接狀態(tài)解析圖

3 ?實驗結(jié)果與分析

為避免突發(fā)性因素對實驗結(jié)果真實性造成影響，本次實驗分為兩部分進行，且每一實驗階段內(nèi)，除了非均衡網(wǎng)絡(luò)失衡狀態(tài)比改變外，其他因素始終保持不變。在整個實驗過程中，實驗組器材始終搭載失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)，對照組器材始終搭載現(xiàn)有故障排除系統(tǒng)。

3.1 ?實驗參數(shù)配置

相關(guān)實驗儀器型號及各項實驗參數(shù)配置見表1。

表1 ?實驗參數(shù)配置表

為將外界條件對實驗結(jié)果準確性的影響程度降至最低，實驗組、對照組實驗參數(shù)配置情況始終保持一致。

3.2 ?負載分配均衡率對比

在兩臺Authoritative NameServer主機中，將失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)域名調(diào)節(jié)為www.ncic.ac.cn，分別記錄在排除編譯器為LXY?0802?63A、數(shù)據(jù)庫表為SQL與FireBird Maestro結(jié)合時，實驗組、對照組系統(tǒng)負載分配均衡率的變化情況。已知系統(tǒng)負載分配均衡率與斷網(wǎng)故障排除效果保持正比關(guān)系，即負載分配均衡率越高系統(tǒng)斷網(wǎng)故障排除效果越好。詳細實驗結(jié)果如圖7，表2所示，其中圖7中的非均衡網(wǎng)絡(luò)失衡狀態(tài)比為0.33，表2中的非均衡網(wǎng)絡(luò)失衡狀態(tài)比為0.47。

圖7 ?負載分配均衡率對比圖（第一次）

分析圖7可知，在非均衡網(wǎng)絡(luò)失衡狀態(tài)比為0.33的條件下，實驗組系統(tǒng)負載分配均衡率始終呈現(xiàn)上升、下降交替出現(xiàn)的變化趨勢，整個實驗過程中，共出現(xiàn)6次負載分配均衡率超過90%的情況。對照組系統(tǒng)負載分配均衡率在實驗前期保持上升、下降交替出現(xiàn)的變化趨勢，實驗中后期的變化趨勢相對穩(wěn)定，但整個實驗過程中，最大值僅達到70%左右，且該情況只出現(xiàn)一次。

分析表2可知，在非均衡網(wǎng)絡(luò)失衡狀態(tài)比為0.47的條件下，實驗組系統(tǒng)負載分配均衡率最小值為89.77%，整個實驗過程中，負載分配均衡率低于90%的情況僅出現(xiàn)一次。對照組系統(tǒng)負載分配均衡率在實驗前期與后期均保持穩(wěn)定，實驗中期階段保持小幅度上升，但最大值僅為71.99%，整個實驗過程中也僅出現(xiàn)一次。

綜上可知，無論非均衡網(wǎng)絡(luò)失衡狀態(tài)比如何取值，應(yīng)用失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)非均衡斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)都具備提升負載分配均衡率的能力，即這種新型系統(tǒng)具備較好的斷網(wǎng)故障排除效果。

表2 ?負載分配均衡率對比表（第二次）

4 ?結(jié) ?語

在失穩(wěn)網(wǎng)絡(luò)中，非均衡性的斷網(wǎng)故障會對網(wǎng)絡(luò)運行能力造成極大的負面影響。但隨著新型故障排除系統(tǒng)的應(yīng)用，鎖協(xié)議、數(shù)據(jù)庫表等軟件執(zhí)行結(jié)構(gòu)得到良性激活，排除編譯器等硬件設(shè)備在負載框架的作用下，也可以快速達到最佳運行狀態(tài)，使斷網(wǎng)故障問題得到有效解決。

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