計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析是指從邏輯上抽象出網(wǎng)上計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及傳輸媒介所構(gòu)成的線與節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系加以研究，下面是小編搜集整理的一篇探究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的論文范文，歡迎閱讀參考。
摘要：通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的概念、分類(lèi)、特點(diǎn)的介紹，在分析其復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，探討出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型的有效構(gòu)建，對(duì)其在實(shí)際應(yīng)用中的冗余設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性、安全性。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;冗余設(shè)計(jì)
1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的概念和分類(lèi)
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)上計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與傳輸媒介所構(gòu)成的線與節(jié)點(diǎn)的物理構(gòu)成模式。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)一般有兩大類(lèi)：一是交換和轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)信息的轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)，主要有：終端控制器、集線器、交換機(jī)等;二是各訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)，主要是終端和計(jì)算機(jī)主機(jī)等。其中線主要是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的傳輸媒介，其有有形的，也有無(wú)形的，有形的叫“有線”，無(wú)形的叫“無(wú)線”。根據(jù)節(jié)點(diǎn)和線的連接形式，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為：總線型、星型、樹(shù)型、環(huán)型、網(wǎng)狀型、全互聯(lián)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 如圖1所示。
總線型主要是由一條高速主干電纜也就是總線跟若干節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接而成的網(wǎng)絡(luò)形式。此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)在于其靈活簡(jiǎn)單，容易構(gòu)建，性能較好;缺點(diǎn)是總線故障將對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響，即主干總線將決定著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的命運(yùn)。星型網(wǎng)絡(luò)主要是通過(guò)中央節(jié)點(diǎn)集線器跟周?chē)鞴?jié)點(diǎn)進(jìn)行連接而構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。此網(wǎng)絡(luò)通信必須通過(guò)中央節(jié)點(diǎn)方可實(shí)現(xiàn)。星型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于其構(gòu)網(wǎng)簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)靈活，便于管理等;缺點(diǎn)是其中央節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)較重，容易形成系統(tǒng)的“瓶頸”，線路的利用率也不高。樹(shù)型拓?fù)涫且环N分級(jí)結(jié)構(gòu)。在樹(shù)型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間不產(chǎn)生回路，每條通路都支持雙向傳輸。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是擴(kuò)充方便、靈活，成本低，易推廣，適合于分主次或分等級(jí)的層次型管理系統(tǒng)。環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要是通過(guò)各節(jié)點(diǎn)首尾的彼此連接從而形成一個(gè)閉合環(huán)型線路，其信息的傳送是單向的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)需安裝中繼器，以接收、放大、發(fā)送信號(hào)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建網(wǎng)容易，便于管理;其缺點(diǎn)是當(dāng)節(jié)點(diǎn)過(guò)多時(shí)，將影響傳輸效率，不利于擴(kuò)充。網(wǎng)狀型主要用于廣域網(wǎng)，由于節(jié)點(diǎn)之間有多條線路相連，所以網(wǎng)絡(luò)的可靠性較高。由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，建設(shè)成本較高。
2、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞奶攸c(diǎn)
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)越來(lái)越呈現(xiàn)出一種復(fù)雜性。近些年來(lái)對(duì)于計(jì)算機(jī)拓?fù)涞难芯�，越�?lái)越趨向于計(jì)算機(jī)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)度的冪律分布特點(diǎn)。這種分布在規(guī)模不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲斜憩F(xiàn)出一定的穩(wěn)定性，也就是指，在規(guī)模不同的計(jì)算機(jī)拓?fù)渲校鼈兊墓?jié)點(diǎn)度表現(xiàn)出一種冪律分布，即：P(k)=k-β。其中，β一般在2―3這個(gè)小范圍內(nèi)進(jìn)行波動(dòng)，k是指節(jié)點(diǎn)度，P(k)表示度為k的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的概率，即分布率。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，從其通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化目的來(lái)說(shuō)，其實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間平均距離最小化、網(wǎng)絡(luò)邊數(shù)最小化是其拓?fù)鋬?yōu)化的主要目標(biāo)，即未來(lái)通信網(wǎng)絡(luò)的趨勢(shì)就是小世界網(wǎng)絡(luò)。可是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的范圍非常巨大，具有全球性，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展還面臨著許多技術(shù)上的問(wèn)題。所以，對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有點(diǎn)不大可能。但盡管計(jì)算機(jī)的發(fā)展并不能實(shí)現(xiàn)拓?fù)湓O(shè)計(jì)的整體優(yōu)化，它的`小世界、較少邊、高聚集等特性足以表明其還是具有小范圍優(yōu)化的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)的產(chǎn)生可表現(xiàn)出其一些規(guī)律，即計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)先連接和生長(zhǎng)的規(guī)律。生長(zhǎng)表示的是計(jì)算機(jī)具有動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的特性，所以計(jì)算機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程。優(yōu)先連接規(guī)律表示新節(jié)點(diǎn)進(jìn)入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)則，即在新節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)選擇擁有較大連接數(shù)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。
3、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ偷臉?gòu)建
3.1一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?/p>
在世人發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)度具有冪律分布的規(guī)律之后，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ偷臉?gòu)建產(chǎn)生巨大的轉(zhuǎn)變。大家更多的選擇從優(yōu)先連接和生長(zhǎng)等這一網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)律入手進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣＃渲饕菫榱俗尫犀F(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)拓?fù)湫再|(zhì)的模型通過(guò)一些簡(jiǎn)單規(guī)則的演化讓其自動(dòng)地產(chǎn)生出來(lái)。利用優(yōu)先連接來(lái)對(duì)新節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程進(jìn)行描述還比較粗糙，首先是因?yàn)樾鹿?jié)點(diǎn)在加入之前，對(duì)網(wǎng)絡(luò)全局的信息進(jìn)行了解和把握具有很大的難度，其次一個(gè)原因是單一的優(yōu)先連接不能夠描述復(fù)雜的加入決策過(guò)程，而且在全網(wǎng)中容易形成少量的集散節(jié)點(diǎn)。所以要建立更加符合現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)拓?fù)涮卣鞯木W(wǎng)絡(luò)模型則需要考慮更完善的加入規(guī)則。
現(xiàn)在對(duì)于構(gòu)建計(jì)算機(jī)模型主要是依據(jù)自治域級(jí)和路由器級(jí)，但由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦栽诓煌瑢哟魏筒煌?guī)模中表現(xiàn)出某種本質(zhì)上的相似性，所以，本拓?fù)淠Ｐ偷臉?gòu)建都適應(yīng)于這兩個(gè)級(jí)。此模型主要的規(guī)則是前面提到的通過(guò)生長(zhǎng)和局部?jī)?yōu)先連接，來(lái)形成計(jì)算機(jī)拓?fù)淠Ｐ停@種形成機(jī)制就好像一個(gè)層次化比較強(qiáng)的選舉過(guò)程，如圖2所示：
此模型首先假設(shè)在一個(gè)平面中分布著n個(gè)節(jié)點(diǎn)，并存在著一個(gè)離散的均勻走動(dòng)的時(shí)鐘，這些節(jié)點(diǎn)都清楚自己是何時(shí)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的，這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的時(shí)刻分布是從零時(shí)刻開(kāi)始至具體某一特定時(shí)刻內(nèi)的隨機(jī)分布。每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)前后的動(dòng)作就是接收和發(fā)送消息及依據(jù)所接收的消息產(chǎn)生響應(yīng)。發(fā)送和接收的消息中包括了自己的優(yōu)先度以及消息傳達(dá)的范圍等內(nèi)容。并且這些節(jié)點(diǎn)優(yōu)先度將對(duì)其消息傳送的范圍即輻射半徑產(chǎn)生直接的影響。在節(jié)點(diǎn)接收消息之后往往是按照消息源的優(yōu)先度來(lái)確定其是否跟發(fā)送消息的節(jié)點(diǎn)建立連接，若所接收到的許多消息源節(jié)點(diǎn)存在相近的優(yōu)先度，其將會(huì)隨機(jī)地選擇一個(gè)消息源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。通過(guò)這種規(guī)則進(jìn)行不斷的演化和發(fā)展，將會(huì)得出圖2的結(jié)果。其中a圖表示計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)形成的初始階段，那時(shí)僅僅只有一小部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行活動(dòng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)度都比較小，其發(fā)送和接收消息的范圍還比較小，所以這些節(jié)點(diǎn)往往只跟自己相鄰的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。而隨著時(shí)間的不斷推進(jìn)，節(jié)點(diǎn)度的不斷增加，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的消息所能到達(dá)的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，即所形成的連接會(huì)越來(lái)越大、越來(lái)越多。在局部區(qū)域勝出的節(jié)點(diǎn)代表整個(gè)區(qū)域參與更大范圍的競(jìng)爭(zhēng)，以致形成更大區(qū)域的代表。這個(gè)過(guò)程將持續(xù)下去，直到網(wǎng)絡(luò)中形成幾個(gè)較大的聚集中心。如圖2(b)、(c)所示，這種自組織的層次網(wǎng)絡(luò)并不具有預(yù)先設(shè)置的層次數(shù)。這就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的形成模型，是一種消息自組織和傳遞接收的模型。
3.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)體系與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)置
由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕?lèi)型的多樣性，使得計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變。在這個(gè)系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供給者和請(qǐng)求者之間的通信是在一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行的。對(duì)于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的問(wèn)題，必須建立起符合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)體系的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。具體問(wèn)題如下：①語(yǔ)言不同的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體如何才可實(shí)現(xiàn)彼此通信?②如何才能保證網(wǎng)絡(luò)實(shí)體正確接收數(shù)據(jù)?③怎樣實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體之間的聯(lián)系?④數(shù)據(jù)怎樣傳送給指定的接收者?⑤怎樣避免網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳輸沖突問(wèn)題，怎樣對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行控制以避免數(shù)據(jù)信息丟失?⑥如何通過(guò)介質(zhì)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的傳輸?⑦在物理上的各種傳輸線路是如何建立的?
對(duì)于上述問(wèn)題的解決，建立計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)體系是一種有效途徑。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)體系主要是對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)功能進(jìn)行有效的分解，接著對(duì)各種分解后的功能進(jìn)行設(shè)定，以滿意用戶的需求。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)體系其實(shí)就是一個(gè)層次結(jié)構(gòu)，它的特點(diǎn)主要是任何一層都是在前一層的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，其低層總是為高層服務(wù)。比如，第N層中的實(shí)體在實(shí)現(xiàn)自身定義的功能時(shí)，就充分利用N-1層提供的服務(wù)，由于N-1層同樣使用了N-2層的服務(wù)，所以N層也間接利用了N-2 層提供的功能。N層是將以下各層的功能“增值”，即加上自己的功能，為N+1提供更完善的服務(wù)，同時(shí)屏蔽具體實(shí)現(xiàn)這些功能的細(xì)節(jié)。其中，最低層是只提供服務(wù)而不使用其他層服務(wù)的基本層;而最高層肯定是應(yīng)用層，它是系統(tǒng)最終目標(biāo)的體現(xiàn)。
因此，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)體系的核心是如何合理地劃分層次，并確定每個(gè)層次的特定功能及相鄰層次之間的接口。由于各種局域網(wǎng)的不斷出現(xiàn)，迫切需要不同機(jī)種互聯(lián)，以滿足信息交換、資源共享及分布式處理等需求，這就要求計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)體系中，通常把每一層在通信中用到的規(guī)則與約定稱(chēng)為協(xié)議。協(xié)議是一組形式化的描述，它是計(jì)算機(jī)通信的語(yǔ)言，也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟硬件開(kāi)發(fā)的依據(jù)。網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)如果要相互“交談”，它們就必須使用一種標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)言，有了共同的語(yǔ)言，交談的雙方才能相互“溝通”�？紤]到環(huán)境及通信介質(zhì)的不可靠性，通信雙方要密切配合才能完成任務(wù)。通信前，雙方要取得聯(lián)絡(luò)，并協(xié)商通信參數(shù)、方式等;在通信過(guò)程中，要控制流量，進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)與恢復(fù)，保證所傳輸?shù)男畔?zhǔn)確無(wú)誤;在通信后，要釋放有關(guān)資源(如通信線路等)。由于這種通信是在不同的機(jī)器之間進(jìn)行，故只能通過(guò)雙方交換特定的控制信息才能實(shí)現(xiàn)上述目的，而交換信息必須按一定的規(guī)則進(jìn)行，只有這樣雙方才能保持同步，并能理解對(duì)方的要求。
4、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)冗余設(shè)計(jì)分析
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)冗余設(shè)計(jì)主要是指節(jié)點(diǎn)之間的鏈路冗余，也就是指在一條鏈路發(fā)生斷路時(shí)，可以通過(guò)其他冗余的鏈路進(jìn)行通信，以保證數(shù)據(jù)的安全。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)冗余設(shè)計(jì)一般是包括核心層和接入層兩個(gè)方面的冗余設(shè)計(jì)，核心層冗余設(shè)計(jì)主要是采用了節(jié)點(diǎn)之間的連線的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行，即在一條線路斷路時(shí)可以通過(guò)其他的兩條或者兩條以上的線路進(jìn)行通信;接入層冗余設(shè)計(jì)一般是通過(guò)雙上聯(lián)或者三上聯(lián)的方式進(jìn)行的，如圖3所示。
通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的冗余設(shè)計(jì)，在一條線路或者多條線路斷路時(shí)，可以通過(guò)其他線路進(jìn)行通信，從而將有效保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全性，提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的有效性。
5、結(jié)束語(yǔ)
在實(shí)際應(yīng)用中，為了適應(yīng)不同的要求，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不一定是單一的，往往都是幾種結(jié)構(gòu)的混用。這些結(jié)構(gòu)的混合使得計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性極強(qiáng)，在其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建和形成中表現(xiàn)出來(lái)、具體所形成的拓?fù)湟?guī)則是：Internet網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的生長(zhǎng)性和優(yōu)先連接。通過(guò)其不斷的生長(zhǎng)以及生長(zhǎng)出的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先連接，從而使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫纬梢环N消息自組織和傳遞的過(guò)程，最終發(fā)展成一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)體系，其核心是一種層次結(jié)構(gòu)，通過(guò)協(xié)議加以溝通，進(jìn)行信息的傳遞。此外在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還應(yīng)充分考慮網(wǎng)絡(luò)的冗余設(shè)計(jì)，最大限度地保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性、安全性。
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