基于复杂网络理论的计算机网络拓扑研究

苏博群　王海坤　韩一民

【摘要】 复杂网络是现阶段得到大力推广与应用的新兴学科，并随着计算机网络技术的飞速发展而得到重视。本文针对复杂网络理论的有关概念及参数的设定进行阐述，并分析其在计算机网络拓扑中的应用情况，旨在为复杂网络理论应用于拓扑研究提供新的思路与参考方向。

【关键词】 复杂网络 计算机 拓扑结构

计算机网络具备大规模、结构体系复杂、异质性及动态特征强烈的特点，且随着信息社会的来到，这一特征表现得尤为明显。传统的随机网络模型无法对日益复杂的网络拓扑行为及特征进行客观描述。复杂网络理论相对于传统网络模型，对于系统的整体性有更足够重视，为网络行为的相关研究提供了新思路。

一、复杂网络理论概述

复杂网络是指具有无标度、吸引子、自组织等多个要素中部分或全部属性特征的一种网络构架形式，网络的系统演化、规律释放以及系统模型的几何属性与形成机制等，是复杂网络理论的形成基础，其中，小世界及整体性是分析复杂网络理论的主要因素。

复杂网络具备以下特点：第一，复杂网络将无数个空间概念內的节点进行有机结合形成小世界，并将小世界作为单位组件建立起数据与信息流通的网络纹线。第二，复杂网络表现出明显的交互连接趋势。这主要是由于复杂网络包含多个子系统，其自然涵盖了子系统的集团性，这也就促使了复杂网络整体架构的延伸与多元化拓展。

二、在计算机网络拓扑研究中的应用

2.1 计算机网络拓扑模型的特点

在复杂网络中，以计算机群组为主要载体的网络形式即称为计算机网络，计算机网络拓扑优化的主要目标是将节点间的平均距离降至最低值，并使网络边数最小化。这一发展趋势决定了复杂网络基础上的小世界构架，成为了计算机网络系统的构建方向。考虑到计算机网络的空间范围较广，如何对在复杂网络理论上构架而成的新型网络拓扑技术提供合理的理论支撑与转换意义重大。复杂网络的小世界、低离散等特点，使计算机网络表现出生长性自由延伸的规律，并可优先与规律进行连接，利用新节点对计算机网络进行新型规则的创设，以实现计算机网络的优化。

2.2 复杂网络的应用前景

复杂网络为网络拓扑的深入研究提供了理论支持，目前关于复杂网络的应用思路主要包括以下几个方面：（1）结合复杂网络的统计学特征，对网络拓扑关系的构建、用户资源管理与服务部署等相关问题进行分析；也可结合网络体系的具体表现形式，利用复杂网络理论构建与之对应的高扩展性、无标度的网络结构，例如Web服务Overlay网络或P2P网络等。（2）对网络病毒的传播机制进行分析，并探讨其与拓扑行为相互影响、演化的具体过程，以便提出有效的防范措施。（3）在复杂网络理论的支持基础上，对计算机网络进行可靠性与防御性分析，以便构建出一个能够对网络鲁棒脆弱动力学进行真实模拟的模型。（4）也可对计算机网络中与同步或网络控制相关的问题进行研究，探讨网络同步现象与网络拥塞的发生机制，进而提出有效的网络管理与控制措施，为用户提供便利。

2.3 复杂网络理论对于防范网络病毒扩散的应用

现针对复杂网络在网络病毒防范中的应用进行阐述。在传统的病毒防范机制中，普遍认为网络病毒的传播范围与病毒强度有正相关关系，考虑到传染强度一般具有最大值这一特性，只有当其传播强度超过这一阈值，病毒才具有长期存活性，反之病毒的感染节点将呈指数衰减。而在这一理论基础上所提出的随机免疫方法则是对节点进行随机选取并予以判断和处理，不具有针对性。但在实际情况中，仅仅对网络中大量节点进行随机免疫，仍会出现较多的病毒泛滥传播，防治效果不理想。

在复杂网络理论基础上对网络病毒的扩散机制进行研究，人们的认识也有了很大程度提升。例如，在小世界网络中，病毒的传播难度明显低于规则网络；而无标度网络中，病毒的传染强度几乎为零，虽说其影响节点数量有限，但仍会在网络中长期存在，病毒大范围传播的风险较高。计算机网络则同时兼具小世界和无标度的特征，导致传统的病毒防范策略失效。

基于复杂网络理论构建而成的完整病毒防范模型应包括病毒传播机制、计算机网络的拓扑结构以及二者之间的关联与相互作用三个方面。而在具体的病毒传播阻止过程中更需对病毒的大范围扩散加以预防，这一过程中复杂网络理论发挥着积极的指导作用。

三、结束语

现阶段的任何复杂网络理论研究的相关成果均可被很好地应用到计算机网络行为的有关研究中。因此相关研究人员应充分结合计算机网络拓扑的自身特点，将复杂网络理论合理运用于有关研究中，以便更为清楚地对网络拓扑行为的演变规律进行阐述，从而设计出高性能的计算机网络，更好地实现对计算机网络的科学管理与利用。

参 考 文 献

[1] 赵伟.基于复杂网络理论的计算机网络拓扑研究[J].大科技，2014，（21）：336-337.

[2] 宫铁桥，李欣.基于复杂网络理论的计算机网络拓扑探讨[J].无线互联科技，2014，（10）：19-19.