網(wǎng)絡(luò)可靠性的定義

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB-6583的規(guī)定，產(chǎn)品的可靠性是指：設(shè)備在規(guī)定的條件下、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性，除了耐久性外，還有容錯(cuò)性和可維護(hù)性方面的內(nèi)容。

1、耐久性。是指設(shè)備運(yùn)行的無故障性或壽命，專業(yè)名稱叫MTBF（Mean Time Between Failure），即平均無故障時(shí)間，它是描述整個(gè)系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)。對(duì)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來說，MTBF是指整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的各組件（鏈路、節(jié)點(diǎn)）不間斷無故障連續(xù)運(yùn)行的平均時(shí)間。

2、容錯(cuò)性。專業(yè)名稱叫MTTR（Mean Time to Repair），即系統(tǒng)平均恢復(fù)時(shí)間，是描述整個(gè)系統(tǒng)容錯(cuò)能力的指標(biāo)。對(duì)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來說，MTTR是指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的組件出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)從故障狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)所需的平均時(shí)間。

3、可維護(hù)性。在系統(tǒng)發(fā)生故障后，能夠很快地定位問題并通過維護(hù)排除故障，這屬于事后維護(hù)；根據(jù)系統(tǒng)告警提前發(fā)現(xiàn)問題（如CPU使用率過高，端口流量異常等），通過更換設(shè)備或調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來規(guī)避可能出現(xiàn)的故障，這屬于預(yù)防維護(hù)。可維護(hù)性需要管理人員來實(shí)施，體現(xiàn)了管理的水平，也反映了系統(tǒng)可靠性的高低。

表示系統(tǒng)可靠性的公式為：

MTBF / ( MTBF + MTTR ) * 100%。

從公式或以看出，提高M(jìn)TBF或降低MTTR都可以提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。造成網(wǎng)絡(luò)不可用的因素包括：設(shè)備軟硬件故障、設(shè)備間鏈路故障、用戶誤操作、網(wǎng)絡(luò)擁塞等。針對(duì)這些因素采取措施，使網(wǎng)絡(luò)盡量不出故障，提高網(wǎng)絡(luò)MTBF指標(biāo)，從而提升整網(wǎng)的可靠性水平。

然而，網(wǎng)絡(luò)中的故障總是不可避免的，所以設(shè)計(jì)和部署從故障中快速恢復(fù)的技術(shù)、縮小MTTR指標(biāo)，同樣是提升網(wǎng)絡(luò)可靠性水平的手段。

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)中，充分保證整網(wǎng)運(yùn)行的可靠性是基本原則之一。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的核心思想則是，通過合理的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和可靠性特性應(yīng)用，保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具備有效備份、自動(dòng)檢測(cè)和快速恢復(fù)機(jī)制，同時(shí)關(guān)注不同類型網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)成本。

構(gòu)建可靠的網(wǎng)絡(luò)，需要從耐久性、容錯(cuò)性以及可維護(hù)性三個(gè)方面進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)。而網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)工程，不同的設(shè)計(jì)方案的可靠性性效果不盡相同，這就需要以科學(xué)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)建符合需要的可靠性網(wǎng)絡(luò)。

一、網(wǎng)絡(luò)解決方案可靠性的設(shè)計(jì)原則

不同的網(wǎng)絡(luò)，其可靠性的設(shè)計(jì)目標(biāo)是不同的。網(wǎng)絡(luò)解決方案的可靠性需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。高可靠性的網(wǎng)絡(luò)不但涉及到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、設(shè)備選型、協(xié)議選擇、業(yè)務(wù)規(guī)劃等技術(shù)層面的問題，還受用戶現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)狀況、網(wǎng)絡(luò)投資預(yù)算、用戶管理水平等影響，因此在規(guī)劃可靠性網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要因地制宜，綜合考慮各方面的影響因素。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常分核心層、匯聚層和接入層。網(wǎng)絡(luò)層次越高其可靠性要求也越高。在網(wǎng)絡(luò)的方案設(shè)計(jì)中，采用層次化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，不同層次解決不同級(jí)別的可靠性要求。為保證網(wǎng)絡(luò)可靠性，可靠性技術(shù)的實(shí)施并不是簡(jiǎn)單疊加和無限制的冗余。否則，一方面會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)建設(shè)整體成本，另一方面還會(huì)增加管理維護(hù)的復(fù)雜度，給網(wǎng)絡(luò)引入潛在的故障隱患。因此在進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，應(yīng)該根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)類型和網(wǎng)絡(luò)層次，分析網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)模型，確定基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌鞔_對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性***的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和鏈路，合理規(guī)劃和部署各種網(wǎng)絡(luò)高可用技術(shù)。

在網(wǎng)絡(luò)可靠性規(guī)劃實(shí)施時(shí)，應(yīng)在保證網(wǎng)絡(luò)各層次可靠性要求的基礎(chǔ)上，盡量降低復(fù)雜度，適度地控制成本，才能設(shè)計(jì)出最適合的方案。不能為追求單純可靠性而忽視系統(tǒng)的整體成本和性能，構(gòu)建可靠性網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)平衡各方面因素的過程。所以對(duì)于網(wǎng)絡(luò)可靠性，沒有***的方案，只有最合適的方案。#p#

二、解決方案可靠性的設(shè)計(jì)方法實(shí)例

1、網(wǎng)絡(luò)接入層可靠性方案

可靠的接入層應(yīng)提供以下主要特性：

使用冗余引擎和冗余電源獲得系統(tǒng)級(jí)冗余，為關(guān)鍵用戶群提供高可靠性；

與具備冗余系統(tǒng)的匯聚層進(jìn)行雙歸屬連接，獲得缺省網(wǎng)關(guān)冗余，支持在匯聚層的主備交換機(jī)間快速實(shí)現(xiàn)故障切換；

通過鏈路匯聚提高帶寬利用率，同時(shí)降低復(fù)雜性；

通過配置802.1X，動(dòng)態(tài)ARP檢查及IP源地址保護(hù)等功能增加安全性，有效防止非法訪問。

接入層到匯聚層有四種連接方式，如表1所示。可以看出，三角形組網(wǎng)（拓?fù)?）提供了更高的接入可靠性以及更靈活的擴(kuò)展能力，所以建議采用三角形組網(wǎng)方式。由于接入層三角形組網(wǎng)存在二層環(huán)路，所以需要在交換機(jī)上使能多生成樹協(xié)議MSTP。匯聚層交換機(jī)部署虛擬路由器冗余協(xié)議VRRP，將VRRP組的虛擬IP地址作為服務(wù)器網(wǎng)關(guān)。

圖1. 高可靠性接入典型組網(wǎng)

接入層的四種拓?fù)涞谋容^：

表1. 四種拓?fù)溥B接方式的對(duì)比#p#

2、網(wǎng)絡(luò)匯聚層可靠性方案

匯聚層應(yīng)使用與核心層相同結(jié)構(gòu)的冗余節(jié)點(diǎn)備份連接，以實(shí)現(xiàn)最快速的路由收斂并避免黑洞產(chǎn)生。匯聚層做三層接入網(wǎng)關(guān)時(shí)，還需要通過VRRP等協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的冗余備份和流量的負(fù)載分擔(dān)。匯聚層邊界發(fā)生鏈路或節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，收斂速度取決于缺省網(wǎng)關(guān)冗余與故障切換，通過合理地配置協(xié)議定時(shí)器，可達(dá)到秒級(jí)的收斂速度。

匯聚層到核心層間采用OSPF等動(dòng)態(tài)路由協(xié)議進(jìn)行路由層面高可用保障。常見連接方式有兩種，如圖2所示。左圖組網(wǎng)方式從匯聚層到核心層具有全冗余鏈路和轉(zhuǎn)發(fā)路徑；右圖組網(wǎng)方式從匯聚層到核心層沒有冗余鏈路，當(dāng)主鏈路發(fā)生故障時(shí)，需要通過路由協(xié)議計(jì)算獲得從匯聚到核心的冗余路徑。所以，三角形拓?fù)涞墓收鲜諗繒r(shí)間較小，但要占用更多的設(shè)備端口，建網(wǎng)成本略高。

圖2. 匯聚層與核心層的拓?fù)?/p>

3、核心層可靠性方案

核心層設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)的骨干，需要能提供快速的數(shù)據(jù)交換和極高的永續(xù)性。從備份和負(fù)載分擔(dān)的角度可選用雙核心或多核心；從單臺(tái)設(shè)備考慮，選用交換性能和可靠性高的設(shè)備，支持雙主控、電源冗余、風(fēng)扇冗余、分布式轉(zhuǎn)發(fā)等特性。并降低核心設(shè)備配置的復(fù)雜度，減少出現(xiàn)錯(cuò)誤的幾率。

盡量在核心使用冗余的點(diǎn)到點(diǎn)三層互聯(lián)（如圖2左圖），因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)可產(chǎn)生最快速、最確定的收斂結(jié)果。將核心設(shè)計(jì)為只使用硬件加速業(yè)務(wù)的三層交換環(huán)境要優(yōu)于二層的設(shè)計(jì)，因?yàn)樵阪溌坊蚬?jié)點(diǎn)故障時(shí)能提供更快的收斂速度、通過減少路由鄰接關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮岣呖蓴U(kuò)展性、通過等價(jià)多路徑提高帶寬利用率。

4、IRF虛擬化技術(shù)提高可靠性

圖3. 傳統(tǒng)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑cIRF架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)比#p#

傳統(tǒng)架構(gòu)為保證網(wǎng)絡(luò)高可靠性通常采用MSTP+VRRP，這種組網(wǎng)需要在接入交換機(jī)與匯聚交換機(jī)間運(yùn)行MSTP協(xié)議，管理和維護(hù)較復(fù)雜。但當(dāng)接入交換機(jī)和匯聚交換機(jī)都采用H3C IRF智能彈性架構(gòu)技術(shù)之后，可將每?jī)膳_(tái)交換機(jī)（也可以是多臺(tái)）配置成一個(gè)IRF堆疊組，兩臺(tái)匯聚交換機(jī)也配置成一個(gè)堆疊組，接入交換機(jī)與匯聚交換機(jī)之間通過捆綁鏈路連接，如圖3所示。從邏輯上看，一個(gè)堆疊組就是一臺(tái)設(shè)備，因此接入交換機(jī)和匯聚交換機(jī)間不存在二層環(huán)路，可以避免MSTP的配置管理，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

圖4是采用IRF設(shè)計(jì)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)高可靠性切換方式。情況A是正常轉(zhuǎn)發(fā)路徑，服務(wù)器流量經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)接入層和匯聚層的IRF堆疊組。情況B，當(dāng)接入層IRF堆疊組的一臺(tái)交換機(jī)出現(xiàn)故障，服務(wù)器網(wǎng)卡進(jìn)行切換，通過IRF另一臺(tái)交換機(jī)即可恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)通信，而匯聚層設(shè)備無需任何變化，數(shù)據(jù)流仍從同一聚合鏈路進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。情況C，匯聚層設(shè)備出現(xiàn)單臺(tái)故障，服務(wù)器不感知，只由接入交換機(jī)將流量轉(zhuǎn)發(fā)到聚合鏈路，匯聚層存活的交換機(jī)感知的仍是從現(xiàn)有聚合鏈路接收數(shù)據(jù)流。情況D，發(fā)生捆綁鏈路故障，交換機(jī)會(huì)將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)到捆綁組存活鏈路上，對(duì)于IRF交換機(jī)組來說，數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的邏輯接口并未改變。

IRF的實(shí)施可以提供更高的網(wǎng)絡(luò)可靠性，進(jìn)一步簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理。

圖4. IRF組網(wǎng)的HA部署

5、綜合可靠性組網(wǎng)模型

網(wǎng)絡(luò)按照分層、模塊化的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃，根據(jù)業(yè)務(wù)等規(guī)劃因素進(jìn)行模塊化區(qū)域劃分，每個(gè)區(qū)域有自己的匯聚核心與網(wǎng)絡(luò)核心互連，如圖5所示。

圖5.綜合可靠性組網(wǎng)模型

網(wǎng)絡(luò)匯聚層以上都為三層設(shè)備，配置OSPF協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)故障收斂速度快，易于管理和維護(hù)。接入層千兆雙歸屬到匯聚層設(shè)備，提供鏈路冗余備份。匯聚采用雙機(jī)備份，雙歸屬到核心層。核心層設(shè)備通過高速鏈路連接，完成數(shù)據(jù)交換和雙機(jī)熱備份。對(duì)于設(shè)備較多的網(wǎng)絡(luò)，核心層可考慮使用多臺(tái)設(shè)備搭建RPR環(huán)或RRPP環(huán)替代雙機(jī)熱備份。核心設(shè)備要求支持雙主控、電源/風(fēng)扇冗余、跨板聚合以提高可靠性。#p#

可靠性網(wǎng)絡(luò)的主要故障恢復(fù)時(shí)間指標(biāo)如表2所示：

 表2.可靠性網(wǎng)絡(luò)主要性能指標(biāo)

三、總結(jié)

高可靠性永遠(yuǎn)是網(wǎng)絡(luò)必不可少的重要需求。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性就像自然界的生態(tài)平衡，維系著系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦平衡被打破，需要具備自我恢復(fù)的能力。一個(gè)可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠保證長(zhǎng)期的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在極低的概率情況下才出現(xiàn)故障。高可靠性的設(shè)備和可靠性技術(shù)（如冗余備份和IRF）是保證以上可靠性的基礎(chǔ)。

網(wǎng)絡(luò)解決方案是一個(gè)系統(tǒng)，其可靠性的程度更大程度上取決于設(shè)計(jì)方案。好的設(shè)計(jì)方案在保證可靠性的前提下，能簡(jiǎn)化系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高系統(tǒng)可維護(hù)性，并控制成本在合理的范圍內(nèi)。只有真正理解用戶需求，并在廣泛實(shí)踐的基礎(chǔ)上才能形成滿足用戶需要的可靠性解決方案，在這個(gè)過程中方案設(shè)計(jì)是核心，網(wǎng)絡(luò)解決方案的可靠性是設(shè)計(jì)出來的。