網絡可靠性的定義

根據國家標準GB-6583的規(guī)定，產品的可靠性是指：設備在規(guī)定的條件下、在規(guī)定的時間內完成規(guī)定的功能的能力。對于網絡系統(tǒng)的可靠性，除了耐久性外，還有容錯性和可維護性方面的內容。

1、耐久性。是指設備運行的無故障性或壽命，專業(yè)名稱叫MTBF（Mean Time Between Failure），即平均無故障時間，它是描述整個系統(tǒng)可靠性的重要指標。對于一個網絡系統(tǒng)來說，MTBF是指整個網絡的各組件（鏈路、節(jié)點）不間斷無故障連續(xù)運行的平均時間。

2、容錯性。專業(yè)名稱叫MTTR（Mean Time to Repair），即系統(tǒng)平均恢復時間，是描述整個系統(tǒng)容錯能力的指標。對于一個網絡系統(tǒng)來說，MTTR是指當網絡中的組件出現故障時，網絡從故障狀態(tài)恢復到正常狀態(tài)所需的平均時間。

3、可維護性。在系統(tǒng)發(fā)生故障后，能夠很快地定位問題并通過維護排除故障，這屬于事后維護；根據系統(tǒng)告警提前發(fā)現問題（如CPU使用率過高，端口流量異常等），通過更換設備或調整網絡結構來規(guī)避可能出現的故障，這屬于預防維護。可維護性需要管理人員來實施，體現了管理的水平，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MTBF或降低MTTR都可以提高網絡可靠性。造成網絡不可用的因素包括：設備軟硬件故障、設備間鏈路故障、用戶誤操作、網絡擁塞等。針對這些因素采取措施，使網絡盡量不出故障，提高網絡MTBF指標，從而提升整網的可靠性水平。

然而，網絡中的故障總是不可避免的，所以設計和部署從故障中快速恢復的技術、縮小MTTR指標，同樣是提升網絡可靠性水平的手段。

在網絡架構的設計中，充分保證整網運行的可靠性是基本原則之一。網絡系統(tǒng)可靠性設計的核心思想則是，通過合理的組網結構設計和可靠性特性應用，保證網絡系統(tǒng)具備有效備份、自動檢測和快速恢復機制，同時關注不同類型網絡的適應成本。

構建可靠的網絡，需要從耐久性、容錯性以及可維護性三個方面進行網絡規(guī)劃設計。而網絡的規(guī)劃設計是個系統(tǒng)工程，不同的設計方案的可靠性性效果不盡相同，這就需要以科學的方法進行設計，構建符合需要的可靠性網絡。

一、網絡解決方案可靠性的設計原則

不同的網絡，其可靠性的設計目標是不同的。網絡解決方案的可靠性需要根據實際需求進行設計。高可靠性的網絡不但涉及到網絡架構、設備選型、協(xié)議選擇、業(yè)務規(guī)劃等技術層面的問題，還受用戶現有網絡狀況、網絡投資預算、用戶管理水平等影響，因此在規(guī)劃可靠性網絡時需要因地制宜，綜合考慮各方面的影響因素。

網絡結構通常分核心層、匯聚層和接入層。網絡層次越高其可靠性要求也越高。在網絡的方案設計中，采用層次化的網絡設計結構，不同層次解決不同級別的可靠性要求。為保證網絡可靠性，可靠性技術的實施并不是簡單疊加和無限制的冗余。否則，一方面會增加網絡建設整體成本，另一方面還會增加管理維護的復雜度，給網絡引入潛在的故障隱患。因此在進行規(guī)劃時，應該根據網絡結構、網絡類型和網絡層次，分析網絡業(yè)務模型，確定基礎網絡拓撲，明確對網絡可靠性***的關鍵節(jié)點和鏈路，合理規(guī)劃和部署各種網絡高可用技術。

在網絡可靠性規(guī)劃實施時，應在保證網絡各層次可靠性要求的基礎上，盡量降低復雜度，適度地控制成本，才能設計出最適合的方案。不能為追求單純可靠性而忽視系統(tǒng)的整體成本和性能，構建可靠性網絡是一個平衡各方面因素的過程。所以對于網絡可靠性，沒有***的方案，只有最合適的方案。#p#

二、解決方案可靠性的設計方法實例

1、網絡接入層可靠性方案

可靠的接入層應提供以下主要特性：

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

與具備冗余系統(tǒng)的匯聚層進行雙歸屬連接，獲得缺省網關冗余，支持在匯聚層的主備交換機間快速實現故障切換；

通過鏈路匯聚提高帶寬利用率，同時降低復雜性；

通過配置802.1X，動態(tài)ARP檢查及IP源地址保護等功能增加安全性，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（拓撲4）提供了更高的接入可靠性以及更靈活的擴展能力，所以建議采用三角形組網方式。由于接入層三角形組網存在二層環(huán)路，所以需要在交換機上使能多生成樹協(xié)議MSTP。匯聚層交換機部署虛擬路由器冗余協(xié)議VRRP，將VRRP組的虛擬IP地址作為服務器網關。

圖1. 高可靠性接入典型組網

接入層的四種拓撲的比較：

表1. 四種拓撲連接方式的對比#p#

2、網絡匯聚層可靠性方案

匯聚層應使用與核心層相同結構的冗余節(jié)點備份連接，以實現最快速的路由收斂并避免黑洞產生。匯聚層做三層接入網關時，還需要通過VRRP等協(xié)議實現網關的冗余備份和流量的負載分擔。匯聚層邊界發(fā)生鏈路或節(jié)點故障時，收斂速度取決于缺省網關冗余與故障切換，通過合理地配置協(xié)議定時器，可達到秒級的收斂速度。

匯聚層到核心層間采用OSPF等動態(tài)路由協(xié)議進行路由層面高可用保障。常見連接方式有兩種，如圖2所示。左圖組網方式從匯聚層到核心層具有全冗余鏈路和轉發(fā)路徑；右圖組網方式從匯聚層到核心層沒有冗余鏈路，當主鏈路發(fā)生故障時，需要通過路由協(xié)議計算獲得從匯聚到核心的冗余路徑。所以，三角形拓撲的故障收斂時間較小，但要占用更多的設備端口，建網成本略高。

圖2. 匯聚層與核心層的拓撲

3、核心層可靠性方案

核心層設備作為網絡的骨干，需要能提供快速的數據交換和極高的永續(xù)性。從備份和負載分擔的角度可選用雙核心或多核心；從單臺設備考慮，選用交換性能和可靠性高的設備，支持雙主控、電源冗余、風扇冗余、分布式轉發(fā)等特性。并降低核心設備配置的復雜度，減少出現錯誤的幾率。

盡量在核心使用冗余的點到點三層互聯（如圖2左圖），因為這種設計可產生最快速、最確定的收斂結果。將核心設計為只使用硬件加速業(yè)務的三層交換環(huán)境要優(yōu)于二層的設計，因為在鏈路或節(jié)點故障時能提供更快的收斂速度、通過減少路由鄰接關系和網絡拓撲提高可擴展性、通過等價多路徑提高帶寬利用率。

4、IRF虛擬化技術提高可靠性

圖3. 傳統(tǒng)架構網絡拓撲與IRF架構網絡拓撲對比#p#

傳統(tǒng)架構為保證網絡高可靠性通常采用MSTP+VRRP，這種組網需要在接入交換機與匯聚交換機間運行MSTP協(xié)議，管理和維護較復雜。但當接入交換機和匯聚交換機都采用H3C IRF智能彈性架構技術之后，可將每兩臺交換機（也可以是多臺）配置成一個IRF堆疊組，兩臺匯聚交換機也配置成一個堆疊組，接入交換機與匯聚交換機之間通過捆綁鏈路連接，如圖3所示。從邏輯上看，一個堆疊組就是一臺設備，因此接入交換機和匯聚交換機間不存在二層環(huán)路，可以避免MSTP的配置管理，簡化網絡設計。

圖4是采用IRF設計時的網絡高可靠性切換方式。情況A是正常轉發(fā)路徑，服務器流量經過網絡接入層和匯聚層的IRF堆疊組。情況B，當接入層IRF堆疊組的一臺交換機出現故障，服務器網卡進行切換，通過IRF另一臺交換機即可恢復網絡通信，而匯聚層設備無需任何變化，數據流仍從同一聚合鏈路進入網絡。情況C，匯聚層設備出現單臺故障，服務器不感知，只由接入交換機將流量轉發(fā)到聚合鏈路，匯聚層存活的交換機感知的仍是從現有聚合鏈路接收數據流。情況D，發(fā)生捆綁鏈路故障，交換機會將數據流轉發(fā)到捆綁組存活鏈路上，對于IRF交換機組來說，數據流轉的邏輯接口并未改變。

IRF的實施可以提供更高的網絡可靠性，進一步簡化網絡管理。

圖4. IRF組網的HA部署

5、綜合可靠性組網模型

網絡按照分層、模塊化的思路進行設計和規(guī)劃，根據業(yè)務等規(guī)劃因素進行模塊化區(qū)域劃分，每個區(qū)域有自己的匯聚核心與網絡核心互連，如圖5所示。

圖5.綜合可靠性組網模型

網絡匯聚層以上都為三層設備，配置OSPF協(xié)議，網絡故障收斂速度快，易于管理和維護。接入層千兆雙歸屬到匯聚層設備，提供鏈路冗余備份。匯聚采用雙機備份，雙歸屬到核心層。核心層設備通過高速鏈路連接，完成數據交換和雙機熱備份。對于設備較多的網絡，核心層可考慮使用多臺設備搭建RPR環(huán)或RRPP環(huán)替代雙機熱備份。核心設備要求支持雙主控、電源/風扇冗余、跨板聚合以提高可靠性。#p#

可靠性網絡的主要故障恢復時間指標如表2所示：

 表2.可靠性網絡主要性能指標

三、總結

高可靠性永遠是網絡必不可少的重要需求。網絡系統(tǒng)的可靠性就像自然界的生態(tài)平衡，維系著系統(tǒng)的正常運轉，一旦平衡被打破，需要具備自我恢復的能力。一個可靠的網絡系統(tǒng)，能夠保證長期的正常運轉，在極低的概率情況下才出現故障。高可靠性的設備和可靠性技術（如冗余備份和IRF）是保證以上可靠性的基礎。

網絡解決方案是一個系統(tǒng)，其可靠性的程度更大程度上取決于設計方案。好的設計方案在保證可靠性的前提下，能簡化系統(tǒng)的復雜度，提高系統(tǒng)可維護性，并控制成本在合理的范圍內。只有真正理解用戶需求，并在廣泛實踐的基礎上才能形成滿足用戶需要的可靠性解決方案，在這個過程中方案設計是核心，網絡解決方案的可靠性是設計出來的。