基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溲芯?/h1>

2016-07-07 03:19:46邵志偉

無線互聯(lián)科技訂閱 2016年10期 收藏

關(guān)鍵詞：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>計(jì)算機(jī)

邵志偉

（大同大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)信息中心，山西 大同 037003）

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基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溲芯?/p>

邵志偉

（大同大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)信息中心，山西 大同 037003）

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型已經(jīng)無法滿足拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的使用需求。在這一背景下，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論也為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溲芯刻峁┝艘粋€(gè)新的發(fā)展平臺(tái)與發(fā)展思路。此外，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溲芯繉?duì)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用都有著重要作用，因此加強(qiáng)對(duì)其研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；計(jì)算機(jī)；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)深入到了生活中的每一個(gè)領(lǐng)域，目前復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究已經(jīng)成了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域研究中的一個(gè)熱門話題，并且在人們的生活中也占有重要位置。因此，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究過程中，要著眼于復(fù)雜的學(xué)科特色，并且在研究過程中要不斷地深入，使其能夠更好地被人們所應(yīng)用。

1　復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到多個(gè)學(xué)科理論中，并且得到了良好的應(yīng)用效果。通過多年的研究，人們對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)，其復(fù)雜性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)點(diǎn)數(shù)目多，并且具有各不相同的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。

（1）多樣性連接：節(jié)點(diǎn)在連接上具有偏向型，同時(shí)也有可能具有方向性，也就是說在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)之間的連接可能會(huì)向一側(cè)發(fā)生偏移。

（2）網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化：網(wǎng)絡(luò)中大量節(jié)點(diǎn)的連接與斷開并不會(huì)依據(jù)一定的規(guī)矩進(jìn)行。正因?yàn)檫@一特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)所在的網(wǎng)頁可能會(huì)突然失效，而一旦網(wǎng)頁失效，網(wǎng)頁結(jié)構(gòu)隨之將會(huì)出現(xiàn)變化。

（3）節(jié)點(diǎn)多樣性：存在于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的一切事物都可以通過節(jié)點(diǎn)表示，例如對(duì)人際關(guān)系的研究可以通過復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論實(shí)現(xiàn)。在此問題的研究過程中，單獨(dú)的一個(gè)人是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的研究也就是針對(duì)每個(gè)人的研究。

（4）動(dòng)力學(xué)復(fù)雜性：表現(xiàn)在連接節(jié)點(diǎn)方式的研究可以通過非線性動(dòng)力學(xué)實(shí)現(xiàn)。

（5）多復(fù)雜性融合：表現(xiàn)為以上4種中的兩種或者更多性質(zhì)的一種復(fù)雜性融合。在完成融合之后，融合的內(nèi)容相互之間會(huì)存在較大影響，并且融合之后的后果是無法估計(jì)的，從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和性質(zhì)來看，任意一種網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)進(jìn)化過程中，網(wǎng)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則受其進(jìn)化的影響，當(dāng)存在于網(wǎng)絡(luò)中的任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)長(zhǎng)期傳輸，節(jié)點(diǎn)之間聯(lián)系將會(huì)變得更加復(fù)雜，而通過分析不難發(fā)現(xiàn)，未來網(wǎng)絡(luò)連接更多會(huì)通過這兩個(gè)連接點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲饕ㄟ^持續(xù)實(shí)踐使網(wǎng)絡(luò)變得高效合理，這也促進(jìn)了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展。

2　復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的特性

2.1 小世界

小世界表示利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)縮短兩個(gè)規(guī)模極大網(wǎng)絡(luò)之間的距離，小世界是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的基本單元。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，距離并不會(huì)成為阻止兩個(gè)人熟悉的因素，即使相隔很遠(yuǎn)，通過復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)人也會(huì)成為熟悉的陌生人，而多個(gè)小世界構(gòu)成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。

2.2 密集的集團(tuán)聚程度

在具體分析過程中，以人際關(guān)系為例。每個(gè)人在社會(huì)中都是一個(gè)獨(dú)立個(gè)體，每個(gè)個(gè)體都有自己的關(guān)系圈，在這圈內(nèi)自己認(rèn)識(shí)圈內(nèi)所有的人，而圈內(nèi)人也全部都認(rèn)識(shí)自己，圈內(nèi)的每一名朋友在生活中也有自己的朋友圈，這樣通過長(zhǎng)時(shí)間的交流，兩個(gè)人機(jī)關(guān)系將會(huì)變得更加熟悉，自然也會(huì)成為對(duì)方朋友圈中的一員?？梢哉f，任意一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，都是由多個(gè)小網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，而這種系統(tǒng)內(nèi)部的交互也會(huì)是復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)具有更強(qiáng)的容納性，同時(shí)也會(huì)變得更加開闊，這在一定程度上也加快了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)多元化的發(fā)展腳步。

2.3 冪律的度的分布

在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，度指的是節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)的關(guān)系數(shù)量，數(shù)量的多少表示節(jié)點(diǎn)之間聯(lián)系的緊密程度，節(jié)點(diǎn)越多表示網(wǎng)絡(luò)連接越緊密，這也表明了網(wǎng)絡(luò)自身的穩(wěn)定性較高。介數(shù)表示的主要內(nèi)容是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最小距離，所有的數(shù)據(jù)都集中反映節(jié)點(diǎn)對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)所造成的影響效率。網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)參數(shù)包括網(wǎng)絡(luò)平均距離L，聚集系數(shù)C，這兩個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的研究都起著關(guān)鍵作用。其中，L能夠反映存在與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在連接之后分離所需要的平均時(shí)間，而C能夠準(zhǔn)確地反映復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)聚集程度，可以用于反映網(wǎng)絡(luò)自身集團(tuán)化的內(nèi)聚傾向。

3　計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.1 網(wǎng)絡(luò)同步行為

網(wǎng)絡(luò)同步行為在復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中十分常見，而這一現(xiàn)象是由復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)所引起的。從大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以看出，同步行為并不是一種良好的行為，其產(chǎn)生通常都具有一定的危害性。例如，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的信息都是通過多個(gè)路由器發(fā)射的，但是在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中最終都會(huì)出現(xiàn)同步現(xiàn)象，從分析結(jié)果來看，同步行為通常有以下兩種：一是發(fā)出的信息是同一中路由信息。二是同時(shí)不發(fā)送消息。以上兩種行為的出現(xiàn)，或者導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，或者導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)發(fā)生較為嚴(yán)重的擁擠。盡管人們?cè)趯?duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)研究過程中，已經(jīng)采取了很多合理的方式，試圖阻止同步行為的發(fā)生，阻止其帶來危害。但是從實(shí)際情況來看，經(jīng)常是剛處理完一種同步行為，又一發(fā)生另一種同步行為。因此，如何杜絕同步行為，長(zhǎng)期以來都是人們所研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

3.2 脆弱性和魯棒性

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞闹饕攸c(diǎn)為沒有標(biāo)度，也正是由于計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯嬖谶@一特點(diǎn)決定了一旦發(fā)生網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)呈現(xiàn)出很強(qiáng)的魯棒性。但是若在網(wǎng)絡(luò)中有惡意攻擊，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆謺?huì)顯得十分脆弱。首先，對(duì)就魯棒性進(jìn)行分析。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)起初用于軍事，因此計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)多資料的安全性有著很高要求，這也確保了魯棒性，簡(jiǎn)單來說，就是某些區(qū)域或節(jié)點(diǎn)發(fā)生了故障，或者存在問題，從整體上來看，并不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)發(fā)生全面癱瘓，網(wǎng)絡(luò)還是可以維持正常運(yùn)行的狀態(tài)。就目前而言，從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的具體運(yùn)行情況來看，在網(wǎng)絡(luò)中只要超過20%的區(qū)域和節(jié)點(diǎn)沒有出現(xiàn)問題，就能構(gòu)成一個(gè)功能完好的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，確保各項(xiàng)工作的合理開展。其次，分析脆弱性問題。雖然受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)起初的應(yīng)用領(lǐng)域影響，其本身具有一定的魯棒性，但是一旦計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的一些重要節(jié)點(diǎn)受到了惡意攻擊，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)還是十分脆弱的。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的小部分重要節(jié)點(diǎn)遭遇破壞，網(wǎng)絡(luò)的整體功能將會(huì)受到影響，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)發(fā)生癱瘓，無法繼續(xù)工作。圖1能夠清楚地表明計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在具有魯棒性的同時(shí)也具有脆弱性的特點(diǎn)。

在圖1中，縱坐標(biāo)表示的為網(wǎng)絡(luò)連接程度，橫坐標(biāo)表示的為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中所存在的節(jié)點(diǎn)，其中利用K值表示連接程度，K的數(shù)值越大，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行過程中所遭受的破壞程度也就越大。

圖1　計(jì)算魯棒性和脆弱性的關(guān)系

4　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)病毒的傳播與防范

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用中具有一定的優(yōu)越性，但是人們更注重其在應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，而忽略了對(duì)其安全問題的重視，導(dǎo)致了一些計(jì)算機(jī)病毒在網(wǎng)絡(luò)上肆意傳播。長(zhǎng)期以來，人們針對(duì)病毒所造成的危害的處理方式，停留在預(yù)防措施上。例如，通過安裝防火墻的方式，阻止病毒入侵計(jì)算機(jī)內(nèi)容，這種方法雖然起到了一定的作用。但是，大量的計(jì)算機(jī)病毒進(jìn)入計(jì)算機(jī)被阻，在很長(zhǎng)一段時(shí)間都會(huì)存在網(wǎng)絡(luò)中，并不會(huì)消失，而網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲写嬖诖罅抗?jié)點(diǎn)，一旦這些節(jié)點(diǎn)遭受病毒的破壞，將會(huì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行造成具體影響，甚至?xí)鹁W(wǎng)絡(luò)的全面癱瘓。因此，必須要不斷增強(qiáng)人們對(duì)病毒的預(yù)防意識(shí)，在分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)過程中，要注重對(duì)病毒的預(yù)防與處理，使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)病毒的傳播能夠得到很好的控制，從而確保計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)運(yùn)行的安全性。

5　結(jié)語

計(jì)算機(jī)在我國各個(gè)領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，并且越來越受到人們的關(guān)注。在計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度和運(yùn)行方式長(zhǎng)期以來都是人們所關(guān)心的問題，其對(duì)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)和運(yùn)行效率都有著極大影響。在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中，需要對(duì)計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的程序進(jìn)行有效管理與控制，從而使管理體系變得更加完善，確保計(jì)算機(jī)運(yùn)行的安全性。在計(jì)算機(jī)研究過程中，應(yīng)用計(jì)算機(jī)復(fù)雜理論，完成對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型的合理分析，從而找到解決計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過程中存在的問題的新方法，從而使計(jì)算機(jī)能夠更好地為人們服務(wù)。

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Computer Network Topology Based on Complex Network Theory

Shao Zhiwei
（Network Information Center of Datong University，Datong 037003，China）

Abstract:With the rapid development of computer technology and network information technology，network architecture becomes more complex，the traditional network model has been unable to meet the needs of topology，in this context，complex network theory should be a timely，At the same time the theory of complex network topologies for computer networking research provides a new platform for the development and the development of ideas.In addition，research computer network topology on the development and application of computing technology has an important role，and therefore strengthen its research has practical significance.

Key words:complex network；computer；network topology

作者簡(jiǎn)介：邵志偉（1979-），男，山西大同；研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

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