网络数据完整性的重要性及威胁

在当今信息时代，几乎所有企事业单位的核心业务处理都依赖于计算机网络系统。在计算机网络系统中最为宝贵的就是网络数据。网络数据在计算机网络中具有两种状态：存储状态和传输状态。当网络数据在计算机系统网络数据库中保存时，处于存储状态；而在与其他用户或系统交换时，处于传输状态。

（一）影响网络数据完整性的因素

网络数据完整性的目的是保证网络数据库系统网络数据处于一种完整或未被损坏的状态。网络数据完整性意味着网络数据不会由于有意或无意的事件而被改变或丢失。相反，网络数据完整性的丧失，就意味着发生了导致网络数据被篡改或丢失的事件。为此，应首先检查造成网络数据完整性被破坏的原因，以便采取适当的方法予以解决，从而提高网络数据完整性的程度。通常，影响网络数据完整性的主要因素有硬件故障、软件故障、网络故障、人为威胁和意外灾难等。另外，系统网络数据库中的网络数据和存储在硬盘、光盘、软盘中的网络数据由于各种因素影响而失效（失去原网络数据功能），这也是影响网络数据完整性的一个方面。

1.硬件故障

常见的影响网络数据完整性的主要硬件故障有硬盘故障、I/O控制器故障、电源故障和存储器故障等。

（1）计算机系统运行过程中最常见的问题是硬盘故障。

硬盘是一种很重要的设备，用户的文件系统、网络数据和软件等都存放在硬盘上。虽然每个硬盘都有一个平均无故障时间，但这并不意味着硬盘不会出问题。每次硬盘出现问题时，用户最关心的并非硬盘本身的价值，而是硬盘上存放的网络数据。

（2）I/O控制器也可引起用户的网络数据丢失。

I/O控制器有可能在某次读写过程中将硬盘上的网络数据删除或覆盖。这样的事情其实比硬盘故障更严重，因为硬盘出现故障时还有可能通过修复措施挽救硬盘上的网络数据，但如果网络数据完全被删除了，就无法恢复了。虽然 I/O控制器故障发生概率很小，但它毕竟存在。

（3）电源故障也是网络数据丢失的一个原因。

由于电源故障可能来自外部电源停电或内部供电问题等原因，所以系统断电是不可预知的。系统突然断电时，某些存储器中的网络数据将会丢失。

（4）硬盘、光盘、软盘等外存储器经常由于磕碰、振动或其他因素影响，存储介质表面损坏或出现其他故障，而使网络数据丢失或无法读出，这些网络数据就失去了完整性或可用性。

此外，设备和其他备份的故障、芯片和主板故障也会引起网络数据的丢失。

2.软件故障

软件故障也是威胁网络数据完整性的一个重要因素。常见的软件故障有软件错误、文件损坏、网络数据交换错误、容量错误和操作系统错误等。

软件具有安全漏洞是一个常见的问题。有的软件出错时，会对用户网络数据造成损坏，最可怕的事情是以超级用户权限运行的程序发生错误时，它可以把整个硬盘从根区开始删除。在应用程序之间交换网络数据是常有的事。当文件转换过程生成的新文件不具有正确的格式时，网络数据的完整性将受到威胁。

软件运行不正常的另一个原因在于资源容量达到极限。如果磁盘根区被占满，将使操作系统运行不正常，引起应用程序出错，从而导致网络数据丢失。操作系统普遍存在漏洞，这是众所周知的。此外，系统的应用程序接口（API）被开发商用来为最终用户提供服务，如果这些API工作不正常，就会破坏网络数据。

3.网络故障

网络故障通常由网卡和驱动程序问题、网络连接问题等引起。

网卡和驱动程序实际上是不可分割的，多数情况下，网卡和驱动程序故障并不损坏网络数据，只造成使用者无法访问网络数据。但当网络服务器网卡发生故障时，服务器通常会停止运行，这就很难保证被打开的那些网络数据文件是否被损坏。

在网络数据传输过程中，往往会由于互联设备（如路由器、网桥）的缓冲容量不够大而引起网络数据传输阻塞现象，从而导致网络数据包丢失。相反，这些互联设备也可能有较大的缓冲区，但调动这么大的信息流量造成的时延有可能会导致会话超时。此外，不正确的网络布线也会影响网络数据的完整性。

4.人为威胁

人为活动对网络数据完整性造成的影响是多方面的。人为威胁使网络数据丢失或改变是由操作网络数据的用户本身造成的。分布式系统中最薄弱的环节就是操作人员。人类易犯错误的天性是许多难以解释的错误发生的原因，如意外事故、缺乏经验、工作压力、蓄意报复破坏和窃取等。

5.灾难性事件

通常所说的灾难性事件有火灾、水灾、风暴、工业事故、蓄意破坏和恐怖袭击等。

灾难性事件对网络数据完整性有相当大的威胁。例如，美国的很多大公司和机构的网络数据完全被毁坏，如果没有做好备份，所造成的损失是巨大的。

灾难性事件对网络数据完整性之所以能造成严重的威胁，原因是灾难本身难以预料，特别是那些工业事件和恐怖袭击。另外，灾难所破坏的是包含网络数据在内的物理载体本身，所以，灾难基本上会将所有的网络数据全部毁灭。(www.xing528.com)

（二）保证网络数据完整性的方法

1.保证网络数据完整性措施

最常用的保证网络数据完整性的措施是容错技术。常用的恢复网络数据完整性和防止网络数据丢失的容错技术有备份和镜像、归档和分级存储管理、转储、奇偶检验和突发事件的恢复计划等。

容错的基本思想是在正常系统基础上，利用外加资源（软、硬件冗余）来达到降低故障的影响或消除故障的目的，从而可自动地恢复系统或达到安全停机的目的。也就是说，容错是以牺牲软硬件、成本为代价达到保证系统的可靠性，如双机热备份系统。

目前，容错技术将向以下方向发展：应用芯片技术容错；软件可靠性技术；高性能、高可靠性的分布式容错系统；综合性容错方法的研究；等等。

2.容错系统的实现方法

常用的实现容错系统的方法有空闲备件、负载平衡、镜像、冗余系统配件和冗余存储系统等。

（1）空闲备件

空闲备件，是指在系统中配置一个处于空闲状态的备用部件，它是提供容错的一条途径。当原部件出现故障时，该部件就取代原部件的功能。该容错类型的一个简单例子是将一个旧的低速打印机连接在系统上，但只在当前使用的打印机出现故障时再使用该打印机，即该打印机是系统打印机的一个空闲备件。

空闲备件在原部件发生故障时起作用，但与原部件不一定相同。

（2）负载平衡

负载平衡提供容错的途径是使两个部件共同承担一项任务，一旦其中一个部件出现故障另一个部件就将两者的负载全部承担下来。这种方法通常在使用双电源的服务器系统中采用，如一个电源出现故障，另一个电源就承担原来两倍的负载。网络系统中常见的负载平衡是多对称处理。在多对称处理中，系统中的每一个处理器都能执行系统中的任何工作，即这种系统努力在不同的处理器之间保持负载平衡。出于该原因，对称多处理具有在CPU级别上提供容错的能力。

（3）镜像

镜像技术是一种在系统容错中常用的方法。在镜像技术中，两个等同的系统完成相同的任务。如果其中一个系统出现故障，另一个系统则继续工作。这种方法通常用于磁盘子系统中，两个磁盘控制器可在同样型号磁盘的相同扇区内写入相同的内容。NetWare系统的SFTⅢ是一个典型的镜像技术，镜像要求两个系统完全相同，且完成同一个任务。

（4）冗余系统配件

冗余系统配件，是指在系统中增加一些冗余配件，以增强系统故障的容错性。通常增加的冗余系统配件有电源、I/O设备和通道、主处理器等。

（5）冗余存储系统

最常用的冗余存储系统有磁盘镜像和磁盘冗余阵列（RAID）。

①磁盘镜像

磁盘镜像支持在主机的一个硬盘通道上连接两块硬盘，一个为原盘，另一个为镜像盘。当主机写原盘时，同时也写了镜像盘，并对两个盘表面进行写后读验证。如果工作中原盘出现故障，镜像盘则自动承担原盘工作，网络数据不会丢失，系统也不会中止工作。

磁盘镜像是用一个通道连接两个硬盘，而磁盘双工是由两个通道带两个硬盘。这样，当一个硬盘驱动器或通道控制器出现故障时，能使用另一个通道上的硬盘而不影响系统的运行。同时，系统发出警告，促使磁盘双工保护措施尽快地得到恢复。

②独立磁盘冗余阵列RAID

RAID独立磁盘冗余阵列，简称磁盘阵列，可采用硬件或软件的方法实现。磁盘阵列由磁盘控制器和多个磁盘驱动器组成，由磁盘控制器控制和协调多个磁盘驱动器的读、写操作。根据使用的RAID级别，一个网络数据文件可以采取不同的方式写入多个磁盘，从而提高性能。RAID是一种能够在不经历任何故障时间的情况下更换正在出错的磁盘或已发生故障的磁盘的存储系统，它是保证磁盘子系统非故障时间的一条途径。RAID的初衷主要是为大型服务器提供高端的存储功能和冗余的网络数据安全。可以这样来理解，RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供网络数据冗余的技术。组成磁盘阵列的不同方式便成为RAID级别划分的标准。在用户看来，组成的磁盘组就像是一个硬盘。用户可以对它进行分区、格式化等。不同的是，磁盘阵列的存储性能要比单个硬盘高很多，而且在很多RAID模式中都有较为完备的相互校验/恢复措施，甚至是直接相互的镜像备份，从而大大提高了RAID系统的容错度，提高了系统的稳定冗余性。

不过，所有的RAID系统最大的优点则是“热交换”能力：用户可以取出一个存在缺陷的驱动器，并插入一个新的驱动器予以更换。对大多数类型的RAID来说，可以利用镜像或奇偶信息在其他冗余的驱动器中重建网络数据，而不必中断服务器或系统，就可以自动重建某个出现故障的磁盘上的网络数据。这一点对服务器用户以及其他高要求的用户是至关重要的。

网络数据冗余的功能，是指用户网络数据一旦发生损坏，利用冗余信息可以使损坏网络数据得以恢复，从而保障了用户网络数据的完整性。

RAID技术经过不断的发展，现在已拥有从RAID0到RAID6等七种基本的级别。另外，还有一些基本RAID级别的组合形式，如RAID10（RAID0与RAID1的组合）、RAID50（RAID0与RAID5的组合）等。不同RAID级别代表不同的存储性能、网络数据安全性和存储成本。