If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

如果你被网页过滤器挡住,请确保域名*.kastatic.org*.kasandbox.org 没有被阻止.

主要内容

冗余和容错性

在 Internet协议(IP)中,计算机将消息拆分为数据包,这些数据包从一个路由器传到另一个路由器直至到达目的地:
图中描述笔记本电脑发送数据包到服务器的过程。笔记本电脑和服务器之间显示了一个由9个路由器组成的网络,各种线路连接它们。从笔记本电脑到路由器,再到服务器,有一条路径,用绿色箭头突出显示。
如果网络路径不再可用,例如由于自然灾害造成物理破坏或网络犯罪劫持,会发生什么?数据包将永远无法到达目的地吗?
图中左边有1个路由器,右边有3个路由器。左侧路由器有一条线路通往每个右侧路由器,线路标记为1,2和3。第二条线路标记为2,由于火灾中途显示为中途停止。

路由冗余时间

幸运的是,数据包为了达到同一个目的地,往往有许多可能的路径。 多条路径的可用性增加了网络的 冗余
设想这个简化的网络连接四个主要城市的路由器:
图中有4个路由器和4条连接它们的线路。线路从Oakland往Austin,线路从Austin前往New York,线路从Austin前往Tampa,线路从New York前往Tampa。 这些线是双向的。
表中描述了线路:
OaklandAustin
AustinNew York
AustinTampa
New YorkTampa
从Oakland路由器到New York路由器有多条路径。
第一条也是最短的路径从Oakland到Austin到New York:
图中标有Oakland,Austin,Tampa和New York的四个路由器。 连接它们有四条线。
  • 线路从Oakland到Austin
  • 线路从Austin到New York
  • 线路从Austin到Tampa
  • 线路从New York到Tampa
从Oakland到Austin,从Austin到New York的线路都以绿色突出显示,以箭头结束。
从Oakland到Austin,从Tampa到New York的路径稍长:
图中标有Oakland,Austin,Tampa和New York的四个路由器。 连接它们有四条线。
  • 线路从Oakland到Austin
  • 线路从Austin到New York
  • 线路从Austin到Tampa
  • 线路从New York到Tampa
从Oakland到Austin,Austin到Tampa,从Tampa到New York的3条线都以绿色突出显示,以箭头结束。
为什么这种冗余如此重要? 如果Austin和New York路由器之间的连接不再可用,那么数据包还有另一种方式可以到达目的地。
图中有四个路由器和四条连接它们的线路。 线路从Oakland到Austin,从Austin到Tampa,从New York到Tampa。 这些线是双向的。 从Austin到New York的部分线路显示出来,但它是被火切断的。
表中描述了线路:
OaklandAustin
AustinTampa
New YorkTampa
网络中路径的冗余增加了数据包能够到达目的地的可能方式的数量。
测验你的理解
阿尔巴网是互联网的前身,也是首先测试因特网技术的网络。它始于1969年,只有四台计算机相互连接。
这是1969年的ARPANET地图:
图中有四个路由器和四条连接它们的线路。 任何一条线上都没有箭头。
  • 线路从犹他州到SRI
  • 线路从SRI到ULCA
  • 线路从SRI到UCSB
  • 线路从UCSB到UCLA
Utah 和 UCLA之间有多少可能路径?
  • 你的答案是
  • 一个整数,例如 6
  • 一个最简真分数,如 3/5
  • 一个最简假分数,如 7/4
  • 一个混合带分数,例如 1 3/4
  • 一个精确的十进位小数,例如0.75
  • pi 的倍数, 例如 12\ \text{pi} 或 2/3\ \text{pi}$

容错

容错的 系统是一个可以在组件中出现一次故障(或多次故障),但仍然继续正常运行的系统。
因特网是一个庞大而复杂的系统,它拥有可能随时中断的数百万个组成部分——其中许多组成部分 断开。 但到2020年,没有人毁灭了整个互联网。
互联网容错的一个主要因素是网络路由路径的冗余。
考虑连接美国东部与欧洲西部的海底电缆的数量:
跨越大西洋海底电缆的地图。 显示连接美国东海岸和欧洲各地的10多条电缆。
如果其中一条电缆遭到破坏,还有许多其他电缆可以跨大西洋承受因特网通信压力。
或者用另一种方式说,沿海之间没有单一的故障 。 一个单一的故障点是系统中的一个组件,如果它出错,将会使整个系统停止。 当我们试图使一个系统容错, 我们寻找单一的故障点,并设法在这些问题上增加冗余。
现在考虑一下南太平洋波利尼西亚岛屿之间海底电缆的少得可怜的数量:
南太平洋海底电缆图,显示斐济与汤加之间的一条电缆和连接库克群岛和法属波利尼西亚的一条电缆。
如果库克群岛和法属波利尼西亚之间的电缆被切断,这将如何影响这些岛屿上的互联网?
在某些情况下,电缆切割可使整个国家停摆。 2019年,一艘拖船在海底停靠的船停泊,切断了通往汤加的电缆,切断了其网络通信11天。 1
切割电缆不需要太多力气。 2011年,格鲁吉亚国的一位祖母用她的铲子意外地损坏了一条电缆。 这使得亚美尼亚全境失去了五个小时的网络连接。 2
根据网络分析员Stephan Becker,电缆断裂相对频繁地发生——“每3天左右就有一次”。 3 大部分时间, 当断裂发生时,互联网平均用户甚至不会注意到,而电缆将被许多电缆修理船之一修理完毕。 4 当我们注意到电缆断裂时, 这通常意味着有一个单一的故障点,现在是给系统增加冗余的时候了。
为什么我们不到处添加冗余?你可能猜想得到,这是昂贵的。 连接汤加与斐济的海底电缆费用约为3,000万美元,而这个电缆还是相对较短的。 5谷歌在美国和东京之间安装高速光纤电缆的时候花费为 $3亿元,6
当增加资源太过昂贵的时候,可能有办法找到在故障面前让系统体面的退化的方法。在汤加的互联网停摆的时候,卫星服务的供应商快速的续上了网络连接。 7这可能不会比光纤更快,但是有网总比没有好。
🤔 考虑你周围基础设施的容错度。 你家中或计算机室的电力系统有多少冗余?是否有任何一个故障点? 增加冗余的最廉价方法是什么?
测验你的理解
1970年ARPANET并不是非常容错。由于节点之间的联系太少,故障很容易扰乱ARPANET。
图中有5个路由器和5条连接它们的线路。任何一条线上都没有箭头。
  • 线从Utah到SRI
  • 线路从SRI到UCSB
  • 线从SRI到UCLA
  • 线从UCSB到UCLA
  • 线路从UCLA到BBN
如果计算机想要从Utah向BBN发送消息,哪些连接肯定需要保持可用?
选择所有正确的答案:

想加入讨论吗?

尚无帖子。
你会英语吗?单击此处查看更多可汗学院英文版的讨论.