王文英

（陕西邮电职业技术学院，西安，712000）

0 引言

复杂网络研究具有较强的跨学科特色，目前，它已经渗透到生命学科、数理学科和工程学科等众多不同的领域，对复杂网络的定量与定性特征的科学理解已经成为网络时代科学研究中一个至关重要的挑战性课题，由此产生的新问题和新的研究成果也是层出不穷。计算机技术的发展使我们拥有各种网络的数据库，并有可能对大规模的网络进行实证研究。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的作用的拓扑结构，是理解复杂系统性质和功能的基础。本文旨在借用新的复杂网络理论为计算机网络拓扑寻求新的研究途径，寻求能够真实反映拓扑结构的复杂网络的构造机制。

1 网络拓扑结构

计算机网络就是计算机通过一定的物理介质以及相应的通信协议相互连接形成的网络。它是由许多节点与两个节点间的一些边组成的，这些边是表示个体间的关系，那些节点则是网络中的不同个体。两个节点之间具有一定关系，则连一条边，有边相连的节点被看做是相邻的。

计算机网络拓扑结构是指网络中各个站点相互连接的形式，在局域网中明确一点讲就是文件服务器、工作站和电缆等的连接形式。主要的拓扑结构有，星形拓扑、总线型拓扑、树形拓扑、环形拓扑以及它们的混合型。

星形拓扑是一台设备作为中心连接点，各工作站与它连成星形；总线型拓扑就是将文件服务器和工作站都连接在一条称之为总线的公共电缆上；树形拓扑就是由总线型演变而来的，形状像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带子分支。而环型拓扑就是将所有站点彼此串行连接，像链子一样构成一个环形回路；混合型就是将这三种拓扑混合起来运用。

2 复杂网络理论

2.1 表现

通俗的说复杂网络就是表现出高度复杂性的网络，其表现主要有以下几方面:一是结构复杂，这是复杂网络最明显的一个表现，主要是因为复杂网络的节点数目巨大，同时网络结构差异性较强，相互之间都有不同的结构特征。二是连接的多样性，这表现在节点之间的连接上，节点之间的连接权重有所不同，在这个差异之外，还存在一个不同，那就是连接还存在方向性。三是节点多样性，这主要是指复杂网络中的节点可以代表任何事物。四是动力学复杂性，它的节点集属于非线性动力系统，表现在节点状态随着时间的变化而变化，这是由于社会中人在不同的时间里使用计算机。五是网络进化，主要是说它的节点产生与消失是随时变化的。六是多重复杂性融合，也就是它的多重复杂性相互影响后，导致更难预料的结果。

2.2 特性

首先是小世界，它作为复杂网络的基本单元，将两个原件之间的任意一点相连，形成的公用通道是作为数据传输的网络纹线。复杂网络中有无数个小世界，把它们都连接起来就可以形成许许多多的网络纹线。

其次是以小世界为基本元件形成的集团性交互连接态势更加明显，作为众多小世界的集合体，复杂网络也包含了各个资源件的集团性，这些内部的交互性也使得复杂网络整体架构的兼容性与再塑性得以进行多元化拓展。

最后是幂律的度值涵盖的视域趋向多元，度值是节点以及相关联的单位数量。

3 复杂网络理论应用

3.1 网络同步行为的研究

各节点同步化行为普遍存在于复杂网络之中，产生的原因是网络拓扑的动力学性质和单个节点自身的特点，而非某个单独因素可以决定，这种现象会给网络运行环境带来危害。比如在网络中，不同的网络节点发送信息，这些信息会有两个结果，一是同时发布，二是都不发布，第一种情况会造成网络信息的拥堵，第二种会造成信息无法传播。不管哪一种都是具备危害性的，尽管在这方面可以采取一些降低危害的方法，但却始终无法完全杜绝这一现象。

3.2 计算机网络拓扑行为的演化模型

一直到现在，针对计算机网络拓扑主要是依据自治域和路由器这两种不同层次来对计算机拓扑结构进行描述的，根据这两种不同的层次形成了BA模型和局部演化模型。从自治域来说，若干个自治域形成了一个网络系统结构，自治域间存在对等连接，那就成为了其中的一条边。路由器作为网络的节点，将路由器放在整体中，它就是一个节点，但是在两个网络节点之间存在的物理连接，却相当于边。通过对二者的研究，却发现二者所实现的都仅仅是简单网络情况下的的拓扑演化规律，面对复杂的网络结构都是心有余而力不足，因此还需要对此进行长远的探究，从而使拓扑结构能够适应更加复杂多变的网络环境。

3.3 网络病毒扩散模型及防范措施

随着网络的发展和计算机技术的进步，现代社会中网络和计算机已经大大地方便了人们的生活工作。但是与此同时，另一个问题却悄然爆发，那就是随着技术的提高完善，很多应用程序的操作都越来越自动化、傻瓜化，自动化较高的程序，既可以帮助不懂的人自动完成某些复杂的操作，但也有可能在程序中添加恶意代码，通过应用在网络中传播，加上自动化程度高了，很多人就省去手动操作的习惯，慢慢地就降低了对恶意程序的防范，使其在网络中肆虐。针对这个问题，除了要求用户注意防范，还应该在网络中加以阻止。

但是基于目前的现状，对网络病毒的传播，到现在依然是一个让人们头疼的问题，即便是到了现在，也没有一个完全解决的策略，对于网络病毒的危害，也只是停留在预防的策略上，还有降低病毒在网络中传播的速度和效率，降低其对网络的危害，阻断病毒传播链。防范网络病毒，减少网络病毒的危害，这些是远远不够的。在过去，预防病毒，主要方法是基于规则网络病毒传播模型上，这种方法的原理是，根据病毒感染强度的阀值，基于病毒大于一个固定阀值的情况下将会在网络中长期存在，否则感染的节点会衰减。而提出的方法是随机免疫的方法，在进行免疫时平等对待这些节点，随机地选择节点，也没有优先顺序。但是这种方法很明显存在一个问题，网络上的节点太多，随机选择节点也无法兼顾全局，无法阻止病毒的大规模爆发。而在复杂网络理论的基础上，人们对于病毒的防范有了新的认识，渐渐意识到网络拓扑的结构对计算机网络病毒的防范具有深远的影响，计算机具备小世界和无标度双重特征，同规则的网络环境相比，小世界的网络病毒更易于传播，同时在无标度的网络上病毒的传播没有正传播阀值，尽管只感染很少的节点，但却可以在网络上长期存在，在这个过程中一旦有其他节点被感染，就有爆发大规模病毒的可能。

面对这一认识，人们需要重新建立一个完整地病毒传播模型，而这个模型中必须具备病毒的传播原理、网络的拓扑结构，还有就是二者的相互作用机制。改变以往的观念，防范病毒不仅仅是降低病毒的传播，更重要的是针对病毒传播的手段，通过改变网络拓扑结构，从而达到控制病毒传播的目的。

3.4 计算机网络的脆弱性和鲁棒性

脆弱性是因为即便是少量的网络节点被破坏掉也会对整个网络运行起到很大作用，甚至导致其奔溃、瘫痪，这个特点使得计算机网络系统的节点一旦遭到破坏很容易就会对整个网络的运行起到毁灭性的打击。一般来说，但整个计算机网络的节点有5%-10%的中心节点被摧毁就会导致整个网络的溃散或者形成一个个信息孤岛，进一步导致整个系统的溃散。

鲁棒性是为了应对计算机的脆弱性而设计的，在设计时考虑到计算机网络中某些节点和线路的脆弱性，容易遭到他人的破坏，因此有必要将使其具备一定的自愈能力，进而确保整个计算机系统不会因此瘫痪。这个想法最初是被运用在军队信息的传递上，一般情况下，无标度性的拓扑网络结构使得计算机网络即便是在局部遭到破坏的情况下，依然可以保持工作，同时保持节点的稳定性。经过研究发现，随意选择80%的的节点进行摧毁，剩余的网络依然可以保持两点间的顺利连接。

4 结论

未来可以针对复杂网络的某些统计特性，有必要对计算机网络拓扑的构建、拓扑发现、用户的动态更新、资源管理、服务发现、服务部署等问题进行研究；通过具体的研究，针对某种具体网络体系结构服务或应用，构造出性能高、可扩展性好、有利于管理的具有小世界或无标度特性的网络结构，必须在理论上建立计算机网络的复杂网络理论，主要是研究计算机网络的拓扑演化机制，不同节点对于整个网拓扑演化行为的影响，同时阐述计算机网络拓扑的基本性质和特征量，通过定量与定性分析方法探究出其性质与特征以及相关应用，寻求能够真实反映拓扑结构的复杂网络的构造机制。

[1]曹华娟.基于图论拓扑结构的Web网络研究[J].四川省干部函授学院学报,2012(02)

[2]赵飞,秦敏,张寒冰.计算机网络拓扑研究[J].大家,2010(24)

[3]王晓燕,毛红阁.基于复杂网络特征的P2P系统模型的研究[J].赤峰学院学报(自然科学版),2011(01)