基于復雜網絡理論的計算機網絡拓撲分析

摘要：復雜網絡作為一門新興學科，廣泛的應用于各大學科和領域中，為計算機網絡拓撲的研究提供了一個新的發展方向。本文簡要闡述了復雜網絡和計算機網絡拓撲的基本理論，分析了復雜網絡理論在計算機網絡拓撲中的具體應用。

關鍵詞：復雜網絡理論;網絡拓撲;應用分析;計算機網絡

一、引言

隨著計算機網絡的飛速發展，傳統的網絡模型已經很難對計算機網絡拓撲特性做出客觀的描述和研究。針對這個現象，復雜網絡理論的產生和應用，為計算機網絡的拓撲發展帶來了新的平臺和思路。對于復雜網絡理論在計算機網絡拓撲中的分析已經成為計算機網絡領域研究的重要課題。

二、復雜網絡和計算機網絡拓撲的基本理論

（一）復雜網絡理論的含義及其復雜性

復雜網絡是指具有內部相似、自行組織、吸引因子、小區域、無標度中的一部分或者全部的網絡。其復雜性主要體現在以下六個方面：①結構的復雜性，表現在網絡的節點數量較大。②節點的多樣性，網絡中的所有組成部分，代表的各種事物均為復雜網絡理論中的節點。③連接的多樣性，指的是網絡中節點的連接方式不一致。④動力學的復雜性，指的是節點之間的復雜性，能夠產生多樣的結構特征。⑤網絡結構的變化性，指的是網絡節點之間消失和連接產生就像網頁隨時斷開和連接一樣，使得網絡結構不斷的發生變化。⑥多重復雜性的融合，指的是上述所有復雜性的結合表現出的復雜性。此外，復雜網絡理論有小世界、集團集聚程度更加密集和冪律的度及介數涵蓋的范圍不斷擴大等三種特性。

（二）計算機網絡拓撲技術及分類

計算機網絡拓撲最早是由瑞士數學家歐拉在1736年提出的，主要是用于連接計算機網絡和傳輸不同設備之間數據的一種方式。不同的網絡設計要選擇適合的網絡拓撲方式，在網絡拓撲結構中，拓撲技術是以圖像的方式來表示多種設備之間的相互關系。計算機網絡拓撲的主要類型有星行結構、環形結構、總線型結構、混合拓撲結構、分布式結構等。由于計算機的分布和數據傳輸電纜的布置存在很大的差異性，每一種網絡拓撲結構都有其相應的優缺點，因此在計算機網絡拓撲形式的使用上，要具體問題具體分析。

三、復雜網絡理論在計算機網絡拓撲中的具體應用分析

（一）計算機網絡的同步行為現象分析

這主要是指計算機各個網絡節點之間的同步行為，在復雜網絡理論中，網絡節點之間的同步是較為常見的一種現象，主要是受網絡拓撲和各節點之間的動力學性質決定的。但是值得注意的是，這種同步行為并不都是有益的，如由多個路由器發出路由信息的網絡，其同步行為包括了發出同一種路由信息和同時不發送信息，這就很有可能會使得網絡出現擁擠或者癱瘓的現象。從計算機網絡技術的發展來看，人們采取避免計算機網絡出現同步行為的措施并沒能完全奏效，經常會出現一種同步行為結束，另一種同步行為又產生的現象。因此，如何有效杜絕計算機網絡的同步行為現象仍然是人們研究的課題。

（二）計算機網絡拓撲行為的演化模型

計算機網絡拓撲行為的演化模型由復雜網絡演化模型逐步轉變為了局部演化模型，這兩種演化模型都是從路由器和自治域兩個不同的層次來描述計算機網絡的拓撲結構的。從路由器上看，各個路由器相當于各個網絡節點，而路由器之間的物理連接相當于邊。從自治域上看，在邊界網關協議的基礎上，如果兩個自治域之間對等連接的話，就說明這兩個節點之間是有一條邊相連的。復雜網絡演化模型演化出的結果很大程度上出現“富者更富，窮著更窮”的現象，即那些新加入的用戶會傾向于那些品牌好、質量好、連接數量多的網絡服務商。該模型遵循的“偏好連接”原則是基于整個網絡上的，與優先考慮連接到本地區的服務器或路由器的實際不符。而局部演化模型的偏好連接傾向性是在局部信息的基礎上形成的，一定程度上克服了復雜網絡演化模型的缺陷。

（三）計算機網絡脆弱性和魯棒性的動力學模型

1.計算機網絡的魯棒性。計算機網絡的原始功能是保證軍事資料的安全性，這樣的保證就是所謂的魯棒性。魯棒性是指在計算機網絡中的某個區域或節點中出現問題或故障時，不會擴散到整個計算機網絡系統，計算機還能保持正常的運行。相關研究表明，一般在一個網絡系統中，只要有百分之二十左右的正常區域和政策階段就能夠保障計算機網絡的正常運行。

2.計算機網絡的脆弱性。雖然計算機網絡有魯棒性的動力學模型，但是一旦計算機網絡系統中的重要區域或節點受到破壞時，整個計算機網絡將會異常脆弱。更有甚者，如果計算機網絡中一小部分的中心階段被破壞后，整個網絡就會陷入癱瘓的境地，計算機網絡也無法保障正常運行。

（四）計算機網絡病毒擴散模型和病毒防治的方法

網絡安全影響了計算機網絡的日常運行，而影響網絡安全的因素主要是病毒的襲擊和擴散。因此，復雜網絡理論在計算機網絡拓撲中的應用，應該采取有效的措施來抑制計算機網絡病毒的擴散，減少病毒的傳播，避免病毒對計算機網絡損害后帶來的計算機網絡安全問題。復雜網絡理論開始應用于計算機網絡拓撲行為中時，人們開始以復雜網絡為基礎不斷研究和探索出新的防御病毒的方法，且取得了一定的進展。比如在規則網絡中，人們經過研究發現計算機網絡病毒只有在小世界中才能輕易的傳播，在復雜網絡理論里，計算機網絡感染病毒的可能性較小，一旦感染的話，網絡系統將會受到大面積病毒的襲擊，這對預防計算機病毒的入侵技術而言是一大挑戰。防御計算機網絡病毒工作的開展，必須建立一個科學系統的防御病毒擴散模型，模型需要遵循的原則有網絡的拓撲結構形式、知曉病毒的傳播原理、網絡拓撲結構形式和知曉病毒傳播原理之間的關系和作用。此外，在計算機網絡病毒擴散模型的構建和病毒防治的過程中，要格外注重預防網絡病毒的產生和傳播的速度，通過網絡的拓撲結構和復雜網絡理論來做好計算機網絡的抗病毒工作。

四、結語

總之，基于復雜網絡理論的計算機網絡拓撲分析是一項專業的、復雜的、系統的步驟程序化工程。復雜網絡理論能保障了人們實現對計算機網絡拓撲行為的要求，促使了計算機網絡拓撲研究的發展，給我國現代化網絡的發展提供了可靠的保障。

【參考文獻】

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