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基于复杂网络理论的计算机网络拓扑研究

时间:2013-08-15 16:06 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:论文部落 点击次数:

        近几年来,随着我国计算机网络发展脚步的不断加快以及用户对网络系统要求的不断提高,传统的随机网络模型已经无法满足目前计算机网络的使用需求。在这种情况下,复杂网络理论对计算机网络拓扑的研究提供了一个新的思路。本文通过对目前基于复杂性网络行为的研究现状进行分析,并在此基础上分析复杂网络理论在计算机拓扑行为研究中起到的作用,为今后计算机网络的发展提供一定的参考依据。

  目前,计算机网络在社会各个领域都得到了广泛应用,随着我国科学技术的不断发展,计算机网络的结构也越来越复杂,导致传统的网络模型无法对其拓扑行为进行全面系统的描述。复杂网络理论作为一种研究复杂系统的方法,目前已经得到了相关部门的高度关注。复杂网络理论在计算机网络拓扑行为中,不仅能够实现对系统中个体相互关联作用的拓扑结构的关注,而且它还是理解复杂系统性质和功能的基础,在计算机网络拓扑行为中起到了不容忽视的作用。
  一、传统网络行为理论与研究方法面临挑战
  1  网络行为
  在对某个事物进行研究之前,首先应该做的就是能够准确全面的对该事物进行描述。所以,在对网络行为进行研究之前,对其概念的理解是不容忽视的。所谓网络行为,指的就是网络运行的动态变化规律以及用户主动或者被动采用终端设备通过Internet连接其他终端设备获得信息数据的行为。也可以说,网络行为是构成网络系统的各个因素经过交互作用后而使系统表现出来的一种行为。对网络行为概念的理解和掌握,能够更好的对网络状态做出宏观的预测和管理,从而在一定程度上提高网络的整体服务质量,推动我国计算机网络的可持续发展。
  2  传统网络行为理论的不足
  网络行为的研究对今后计算机网络的发展具有重要的作用,目前许多学者也深刻的认识到了这一点,并采取了相应的措施对其进行深入研究。但是,随着计算机网络技术发展脚步的不断加快,传统的网络行为研究方法存在的弊端也凸显出来,比如说缺乏网络行为研究的采样理论和测量方法、缺乏网络动态行为以及相应的可控性理论研究、缺乏网络的可靠性及异常行为控制理论等等,正是因为传统网络行为理论中存在的这些不足之处,导致其已经无法全面系统的将目前网络现状全面的反映出来,制约了我国计算机技术的发展脚步。
  3  传统的研究方法的局限性
  “还原论”是我国传统网络行为基础理论研究所普遍采用的方法,这种方法主要是将一个复杂的系统分为几个部分来进行研究,通过对一些基础元素的分析来实现对整个系统的了解。虽然这种方法能够在一定程度上对网络系统的行为特征进行刻画,但是却只能停留在对局部行为的描述,缺乏整体性。正是由于这种传统研究方法的普遍应用,从而导致现有的基础理论对网络行为的研究存在一定的局限性,所得到的结论也不足以对计算机网络的整体特征和变化规律进行反映。
  二、复杂网络理论在计算机拓扑行为研究中的应用
  所谓的复杂网络理论,主要指的是对复杂系统的抽象和描述方式,任何包含大量组成单元(或子系统)的复杂系统,当把构成单元抽象成节点,单元之间的相互关系抽象为边时,都可以当作复杂网络来研究;复杂网络是研究复杂系统的一种角度和方法,它关注系统中个体相互关联作用的拓扑结构,是理解复杂系统性质和功能的基础。在计算机拓扑行为的研究中占据着重要的位置。
  1  计算机网络拓扑行为的演化模型
  从我国目前计算机网络拓扑行为的模型来看,主要是根据路由器和自治域这两个不同层次来对计算机网络拓扑结构进行描述的,其具体表现为BA模型和局部演化模型两种类型。从路由器的层次来看,在整体结构当中,路由器所充当的就是网络节点的角色,而在两个网络节点之间存在的物理连接就相当于边;从自治域的层次来看,整个网络系统结构也是由若干个自治域组成的,在各自治域之间如果存在对等连接,那么就说明二者之间有一条边相连。然而,通过大量实践证明,无论是BA模型,还是局部演化模型,其所能实现的仅仅是在简单情况下的计算机网络拓扑演化规律,对于情况较为复杂的网络拓扑规律就没有办法进行解释。因此,相关工作人员在未来的时间里,仍然要对相关模型进行不断研究,从而确保计算机网络拓扑结构能够得到更加真实和全面的刻画。
  2   计算机网络同步行为研究
  在复杂网络中,各个结点之间产生同步化行为是一个较为普遍的现象,这种现象并不是由某个因素单独确定的,而是根据网络拓扑的动力学性质以及单个节点的自身特点共同决定的。这种现象的产生会在一定程度上给计算机网络的运行带来危害。比如说在计算机网络中,如果多个路由器同时发送信息,而且这些信息达到了同步化的现象,那么造成的结果只有两个,一是所有的信息同时发布,二是所有的信息不发布。无论是哪种现象,对计算机网络都会造成一定的危害。虽然目前专家学者已经采取了一些方法降低同步化的危害,但是却仍然没有形成一套较为完善的措施。因此,计算机网络同步化行为危害的防治措施仍然还是一个值得进一步研究的话题。
  3   计算机网络鲁棒性与脆弱性的动力学模型
  在计算机网络最初构建的时候,唯一一个重要的原则就是系统的鲁棒性,其根本目的就是为了在计算机网络中的某个节点和线路遭到外界破坏的时候,使其自身具有一定的自愈能力,从而保证计算机的整个系统不会因此而出现崩溃的情况。此外,正是由于中心结点对整个计算机网络系统的重要作用,所以,在中心结点受到智能攻击的时候,整个计算机网络就会显得特别脆弱。经实验证明,在一个计算机网络系统中,如果有8%左右的中心结点同时失效,那么就很容易导致整个计算机网络崩溃。导致计算机网络系统同时具有的鲁棒性和脆弱性的动力学机制到底是什么?至今都没有一个明确的答案,从而也无法采取相应的措施对网络进行优化。由此可见,建立一个很好的动力学模型来解释Internet鲁棒同时脆弱的双重性,仍然是未来时间里,计算机技术人员所面临的一项重要课题。
  4  网络病毒扩散模型与防范方法
  在计算机网络安全的研究过程中,网络病毒是最不容忽视的一个因素,如何对网络病毒进行防范也成为了技术人员所面临的一项重大课题。就目前采取的方法来看,主要是在基于规则网络病毒传播模型的基础上,提出了随机免疫方法。在使用随机免疫方法进行防范的过程中,所有的节点都是平等对待的,没有优先顺序。虽然这种方法能够在一定程度上实现了阻止网络病毒的扩散,但是却仍然存在有待解决的问题,因此,建立一个完整的病毒传播模型是不容忽视的,相关的技术人员一定要对其给予高度的重视。
  结语:
  综上所述,随着我国计算机网络发展脚步的不断加快,其系统结构也必然会越来越复杂,为了能够确保对其拓扑行为能够全面系统的描述,对复杂网络理论在计算机拓扑行为中应用的研究是不容忽视的。相关工作人员应该在了解传统网络行为理论与研究方法存在问题的基础上,充分认识到复杂系统理论在计算机拓扑行为中所发挥的作用,并采取合理的方法将其作用充分的发挥出来,从而为我国计算机网络系统的发展奠定坚实的基础。


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