ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG –––––––––––––––––––––––––––– TRẦN THỊ DUNG NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO HỆ THỐNG MÁY CHỦ PHỤC VỤ TRUY CẬP INTERNET LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUYÊN - 2016 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG –––––––––––––––––––––––––––––– TRẦN THỊ DUNG NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO HỆ THỐNG MÁY CHỦ PHỤC VỤ TRUY CẬP INTERNET Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. LÊ QUANG MINH THÁI NGUYÊN - 2016 i LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là Trần Thị Dung, học viên cao học lớp CK13A, chuyên ngành Khoa học máy tính, khoá 2014-2016. Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nâng cao độ tin cậy cho hệ thống máy chủ phục vụ truy cập Internet” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, số liệu nghiên cứu thu đƣợc từ thực nghiệm và không sao chép. Học viên Trần Thị Dung ii LỜI CẢM ƠN Đƣợc sự phân công của Khoa sau Đại học trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông và sự đồng ý của thầy giáo hƣớng dẫn TS. Lê Quang Minh, tôi đã thực hiện đề tài “Nâng cao độ tin cậy cho hệ thống máy chủ phục vụ truy cập Internet”. Để hoàn thành luận văn này, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo đã tận tình hƣớng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu ở trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên. Xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo hƣớng dẫn TS. Lê Quang Minh đã tận tình, chu đáo, định hƣớng và hƣớng dẫn tôi thực hiện luận văn này. Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài này một cách hoàn chỉnh nhất. Song do buổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế cũng nhƣ hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chƣa thấy đƣợc. Tôi rất mong nhận đƣợc sự góp ý của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 15 tháng 5 năm 2016 Học viên Trần Thị Dung iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT. v DANH MỤC CÁC BẢNG. vi DANH MỤC HÌNH ẢNH. vii MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài. Mục đích nghiên cứu. Nhiệm vụ nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu. Cấu trúc luận văn. 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG. Khái niệm về độ tin cậy của hệ thống. Khái niệm về hệ thống và phần tử. Định nghĩa về độ tin cậy. Chỉ số độ tin cậy của hệ thống. Vai trò của độ tin cậy hệ thống. Các bƣớc tính toán độ tin cậy hệ thống. Xây dựng sơ đồ logic theo cấu trúc hệ thống. Thuật toán chuyển đổi sơ đồ cấu trúc logic sang đồ thị liên kết. Trực giao hóa các toán tử logic. Chuyển đổi mô hình logic sang giá trị đại số. 28 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP DỰ PHÒNG NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG. Bài toán dự phòng trong hệ thống. Các phƣơng pháp dự phòng truyền thống. Phƣơng pháp dự phòng nóng. Phƣơng pháp dự phòng lạnh. Phƣơng pháp dự phòng theo cơ chế bỏ phiếu (chập 3). Phƣơng pháp dự phòng bảo vệ tích cực. Thuật toán đảm bảo độ tin cậy của hệ thống. Mô hình hệ thống sử dụng dự phòng tĩnh. Mô hình hệ thống sử dụng dự phòng tích cực.41 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ DỰ PHÒNG CHO HỆ THỐNG MÁY CHỦ. Bài toán độ tin cậy cho các máy chủ DNS Anycast. Vai trò và tầm quan trọng của máy chủ DNS. Cấu trúc phân cấp, nguyên tắc hoạt động của DNS server. Công nghệ định tuyến Anycast. Những thách thức hiện nay đối với hệ thống DNS Anycast. Bài toán nâng cao độ tin cậy cho máy chủ DNS Anycast và phƣơng án . Phát biểu bài toán. Phƣơng án dự phòng giải quyết bài toán độ tin cậy cho máy chủ DNS. Xây dựng chƣơng trình thử nghiệm và đánh giá kết quả. Kết luận và đánh giá kết quả của bài toán. Hƣớng nghiên cứu tiếp theo. 58 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN ĐƢỢC CÔNG BỐ.60 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 63 v DANH MỤC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT Từ viết tăt Từ tiếng Anh Từ hoặc cụm từ Phƣơng pháp dự phòng chủ AP Active Protection động Thời gian hoạt động an toàn MTTF Mean Time To Failure trung bình Mean Time Between Thời gian trung bình giữa hai MTBF Failure lần hỏng Thời gian trung bình sửa chữa MTTR Mean Time To Repair sự cố DNS Domain Name Service Dịch vụ phân giải tên miền PDS Primary DNS Server Máy chủ tên miền chính SDS Secondary DNS Server Máy chủ tên miền phụ WSN Wireless Sensors Network Mạng cảm biến không dây TLDs Top-Level Domains Tên miền mức đỉnh SLDs Second-Level Domains Tên miền mức hai vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Bảng giá trị độ tin cậy của hệ thống HCS theo từng cấu hình.1: Kết quả tính độ tin cậy hệ thống trong các phƣơng án.55 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Biểu diễn hàm mật độ phân phối xác suất.2: Biểu diễn hàm phân phối xác suất.3: Biểu diễn độ tin cậy của phần tử.4: Biểu diễn hàm phân phối và độ tin cậy.5: Biểu diễn cƣờng độ hỏng hóc.6: Các khoảng cách làm việc và khoảng cách phục hồi.7: Một kịch bản phát hiện lỗi và sửa lỗi.8: Sơ đồ của hệ các phần tử nối tiếp.9: Sơ đồ của hệ các phần tử song song.1: Hệ thống dự phòng nóng.2: Hệ thống dự phòng lạnh.3: Hệ thống dự phòng lạnh với 2 phần tử.4: Hệ thống dự phòng lạnh với 3 phần tử.5: Phƣơng pháp dự phòng theo cơ chế chập 3.6: Cơ chế dự phòng tích cực.7 Cấu hình HCS có dự phòng (1: Cấu hình ban đầu; 2-8: Cấu hình với dự phòng).8: Phƣơng pháp dự phòng tích cực cho hệ thống.9: Nhân bản cấu hình với bộ 5 vi xử lý.1: Cấu trúc phân cấp của tên miền.2: Cơ chế hoạt động của Anycast (nguồn vnnic.3: Thông tin bảng định tuyến trong Anycast (nguồn vnnic.4: Phân bổ DNS Anycast trên thế giới (nguồn wikipedia.5: Mô hình dự phòng cho máy chủ DNS Anycast.6: Chức năng chƣơng trình thử nghiệm.7: Mã nguồn chính cài đặt thuật toán tính độ tin cậy.8: Kết quả tính toán của chƣơng trình demo.9: Biểu đồ so sánh độ tin cậy của các phƣơng án dự phòng. Lý do chọn đề tài Cuọ c cách mạng của khoa học k thuạ t trong lĩnh vực co ng nghẹ đã bắt đầu tạo ra các hẹ thống dự phòng, đó là các hẹ thống sie u phức tạp hỗ trợ con ngu ời trong các lĩnh vực của đời sống: khoa học máy tính, giao tho ng vạ n tải, na ng lu ợng và các ngành khác của xã họ i .Các hẹ tthống dự phòng có thể thay thế hoạ c hỗ trợ con ngu ời trong k nguye n co ng nghẹ , nó tạo ra các hẹ thống sie u phức tạp trong các lĩnh vực của nền kinh tế. Hẹ thống dự phòng kho ng đo n thuần chỉ là mọ t hẹ thống đo n giản mà là hẹ thống đu ợc đạ c tru ng bởi mọ t số lu ợng lớn các yếu tố thành phần, có cấu trúc phức tạp với các chu o ng trình tính toán, điều khiển các hoạt đọ ng của nó. Đa y chính là những hẹ thống có tính ứng dụng cao, tham gia vào trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã họ i hiẹ n đại. Cũng chính vì các hẹ thống này đã tham gia tất cả các lĩnh vực trong xã họ i ne n nền sản xuất xã họ i luo n phải đối mạ t với nguy co các hẹ thống, thiết bị kho ng s n sàng để hoạt đọ ng mọ t cách chính xác, cùng với viẹ c thao tác sai và những sai lầm kho ng đáng có trong quá trình thiết kế chế tạo thiết bị.đã làm cho cấu trúc hẹ thống bị phá v , các chức na ng của hẹ thống hoạt đọ ng kho ng chính xác. Các hẹ thống k thuạ t hiẹ n đại, phức tạp nếu kho ng đảm bảo đu ợc đọ tin cạ y thì hẹ thống coi nhu kho ng tồn tại. Đối mạt với những hẹ thống khong hoạt đọng, thiết bị cho kết quả khong chính xác.chúng ta thấy đuợc nguy co xảy ra đối với mỗi hẹ thống. Vì vạy, viẹc cần phát triển nhanh chóng các phuong pháp đánh giá đọ tin cạ y của các hẹ thống ở tất cả các giai đoạn thiết kế, thử nghiẹ m, sản xuất, hoạt đọng là điều hết sức quan trọng và cần thiết. Đọ tin cạ y và khả nang hoạt đọng an toàn của hẹ thống phụ thuọc vào cấu trúc của hẹ thống (cấu trúc logic) và đọ tin cạy của các thành phần cấu 2 thành nen hẹ thống. Đối với các hẹ thống phức tạp, có hai cách để tang đọ tin cạy: tang đọ tin cạ y của các yếu tố thành phần và thay đổi chuo ng trình. Phuong pháp nang cao đọ tin cạ y của các yếu tố thành phần là phuong pháp đon giản nhất để tang đọ tin cạy của hẹ thống. Từ những chỉ số đánh giá đọ tin cạy của hẹ thống thì chúng ta có thể xay dựng các phuo ng pháp dự phòng nh m na ng cao đọ tin cạy cho các hẹ thống. Mục tieu tìm hiểu về viẹc nang cao đọ tin cạy của hẹ thống, đạc biẹt là viẹc sử dụng các phuong pháp dự phòng, toi đã lựa chọn đề tài “Nâng cao độ tin cậy cho hệ thống máy chủ phục vụ truy cập Internet” làm đề tài cho luạn van tốt nghiẹp. Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của đề tài là đƣa ra các phƣơng pháp dự phòng để nâng cao độ tin cậy của hệ thống tính toán qua cấu trúc hệ thống tính toán. Nh m tránh đƣợc các sự cố lỗi có thể xảy ra đối với hệ thống. Nhiệm vụ nghiên cứu Xuất phát từ mục đích trên, nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài đặt ra như sau: - Các khái niẹm lien quan đến đọ tin cạy của hẹ thống, phuong pháp đánh giá đọ tin cạ y của hẹ thống. - Các phƣơng pháp dự phòng nâng cao độ tin cậy của hệ thống tính toán; - Ứng dụng các phƣơng pháp dự phòng để nâng cao độ tin cậy cho hệ thống máy chủ phục vụ truy cập Internet. Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng phối hợp các phương pháp: - Phƣơng pháp phân tích, tổng hợp lý luận: Nghiên cứu, tìm hiểu, phân tích các tài liệu có liên quan đến độ tin cậy của hệ thống cũng nhƣ các phƣơng pháp tính, đánh giá độ tin cậy của hệ thống.
