計算機網(wǎng)絡畢業(yè)論文計算機網(wǎng)絡拓撲結構分析

1、計算機網(wǎng)絡拓撲結構分析計算機網(wǎng)絡的拓撲結構分析是指從邏輯上抽象出網(wǎng)上計算機、 網(wǎng)絡設備以及傳輸媒介所構成的線與節(jié)點間的關系加以研究，下 面是搜集整理的一篇探究計算機網(wǎng)絡拓撲結構的論文范文，歡迎 閱讀參考。摘要：通過對計算機網(wǎng)絡拓撲結構的概念、分類、特點的介 紹，在分析其復雜網(wǎng)絡結構的基礎上，探討出計算機網(wǎng)絡拓撲結 構模型的有效構建，對其在實際應用中的冗余設計進行了研究， 提高了網(wǎng)絡系統(tǒng)設計的可靠性、安全性。關鍵詞：計算機網(wǎng)絡；拓撲結構；網(wǎng)絡協(xié)議；冗余設計1、計算機網(wǎng)絡拓撲結構的概念和分類計算機網(wǎng)絡的拓撲結構是指網(wǎng)上計算機或網(wǎng)絡設備與傳輸媒 介所構成的線與節(jié)點的物理構成模式。計算機網(wǎng)絡的節(jié)點一般

2、有 兩大類：一是交換和轉換網(wǎng)絡信息的轉接節(jié)點，主要有：終端控 制器、集線器、交換機等；二是各訪問節(jié)點，主要是終端和計算機 主機等。其中線主要是指計算機網(wǎng)絡中的傳輸媒介，其有有形的， 也有無形的，有形的叫“有線”，無形的叫“無線”。根據(jù)節(jié)點 和線的連接形式，計算機網(wǎng)絡拓撲結構主要分為：總線型、星型、 樹型、環(huán)型、網(wǎng)狀型、全互聯(lián)型拓撲結構。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)點進 行連接而成的網(wǎng)絡形式。此網(wǎng)絡結構的主要優(yōu)點在于其靈活簡單， 容易構建，性能較好 ; 缺點是總線故障將對整個網(wǎng)絡產(chǎn)生影響，即 主干總線將決定著整個網(wǎng)絡的命運。星型網(wǎng)絡主要是通過中央節(jié) 點集線器跟周圍

3、各節(jié)點進行連接而構成的網(wǎng)絡。此網(wǎng)絡通信必須 通過中央節(jié)點方可實現(xiàn)。星型結構的優(yōu)點在于其構網(wǎng)簡便、結構 靈活，便于管理等 ; 缺點是其中央節(jié)點負擔較重，容易形成系統(tǒng)的 “瓶頸”，線路的利用率也不高。樹型拓撲是一種分級結構。在 樹型結構的網(wǎng)絡中，任意兩個節(jié)點之間不產(chǎn)生回路，每條通路都 支持雙向傳輸。這種結構的特點是擴充方便、靈活，成本低，易 推廣，適合于分主次或分等級的層次型管理系統(tǒng)。環(huán)型拓撲結構 主要是通過各節(jié)點首尾的彼此連接從而形成一個閉合環(huán)型線路， 其信息的傳送是單向的，每個節(jié)點需安裝中繼器，以接收、放大、 發(fā)送信號。這種結構的優(yōu)點是結構簡單，建網(wǎng)容易，便于管理 ; 其 缺點是當節(jié)點過多時，

4、將影響傳輸效率，不利于擴充。網(wǎng)狀型主 要用于廣域網(wǎng)，由于節(jié)點之間有多條線路相連，所以網(wǎng)絡的可靠 性較高。由于結構比較復雜，建設成本較高。2、計算機網(wǎng)絡拓撲的特點隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡拓撲結構越來越呈現(xiàn)出一 種復雜性。近些年來對于計算機拓撲的研究，越來越趨向于計算 機拓撲節(jié)點度的冪律分布特點。這種分布在規(guī)模不同的網(wǎng)絡拓撲 中表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性，也就是指，在規(guī)模不同的計算機拓撲中， 它們的節(jié)點度表現(xiàn)出一種冪律分布，即：P(k)=k- B。其中，B 般在23這個小范圍內進行波動，k是指節(jié)點度，P(k)表示度為 k 的節(jié)點出現(xiàn)的概率，即分布率。計算機網(wǎng)絡作為一個復雜網(wǎng)絡，從其通信網(wǎng)絡的優(yōu)化目的

5、來 說，其實現(xiàn)節(jié)點間平均距離最小化、網(wǎng)絡邊數(shù)最小化是其拓撲優(yōu) 化的主要目標，即未來通信網(wǎng)絡的趨勢就是小世界網(wǎng)絡?？墒怯?算機網(wǎng)絡所覆蓋的范圍非常巨大，具有全球性，其拓撲結構的發(fā) 展還面臨著許多技術上的問題。所以，對于計算機網(wǎng)絡拓撲結構 的優(yōu)化目標的實現(xiàn)有點不大可能。但盡管計算機的發(fā)展并不能實 現(xiàn)拓撲設計的整體優(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，這些特點的產(chǎn)生可表現(xiàn)出 其一些規(guī)律，即計算機網(wǎng)絡具有優(yōu)先連接和生長的規(guī)律。生長表 示的是計算機具有動態(tài)增長的特性，所以計算機的拓撲結構也是 一個動態(tài)的過程。優(yōu)先連接規(guī)律表示新節(jié)點進入計算機網(wǎng)絡的規(guī) 則，即在新節(jié)點加

6、入網(wǎng)絡時會選擇擁有較大連接數(shù)的節(jié)點進行連 接。3、計算機網(wǎng)絡拓撲模型的構建3.1 一種復雜網(wǎng)絡拓撲模型在世人發(fā)現(xiàn)計算機網(wǎng)絡節(jié)點度具有冪律分布的規(guī)律之后，計 算機網(wǎng)絡拓撲模型的構建產(chǎn)生巨大的轉變。大家更多的選擇從優(yōu) 先連接和生長等這一網(wǎng)絡拓撲規(guī)律入手進行計算機網(wǎng)絡的拓撲建 模，其主要是為了讓符合現(xiàn)實計算機拓撲性質的模型通過一些簡 單規(guī)則的演化讓其自動地產(chǎn)生出來。利用優(yōu)先連接來對新節(jié)點加 入網(wǎng)絡的過程進行描述還比較粗糙，首先是因為新節(jié)點在加入之 前，對網(wǎng)絡全局的信息進行了解和把握具有很大的難度，其次一 個原因是單一的優(yōu)先連接不能夠描述復雜的加入決策過程，而且 在全網(wǎng)中容易形成少量的集散節(jié)點。所以要

7、建立更加符合現(xiàn)實計 算機拓撲特征的網(wǎng)絡模型則需要考慮更完善的加入規(guī)則?，F(xiàn)在對于構建計算機模型主要是依據(jù)自治域級和路由器級， 但由于計算機網(wǎng)絡拓撲特性在不同層次和不同規(guī)模中表現(xiàn)出某種 本質上的相似性，所以，本拓撲模型的構建都適應于這兩個級。 此模型主要的規(guī)則是前面提到的通過生長和局部優(yōu)先連接，來形 成計算機拓撲模型，這種形成機制就好像一個層次化比較強的選 舉過程，如圖 2 所示：此模型首先假設在一個平面中分布著 n 個節(jié)點，并存在著一 個離散的均勻走動的時鐘，這些節(jié)點都清楚自己是何時進入網(wǎng)絡 的，這些節(jié)點進入網(wǎng)絡的時刻分布是從零時刻開始至具體某一特 定時刻內的隨機分布。每個節(jié)點進入網(wǎng)絡前后的動作

8、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。發(fā)送和接收的消息中包 括了自己的優(yōu)先度以及消息傳達的范圍等內容。并且這些節(jié)點優(yōu) 先度將對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 接收消息之后往往是按照消息源的優(yōu)先度來確定其是否跟發(fā)送消 息的節(jié)點建立連接，若所接收到的許多消息源節(jié)點存在相近的優(yōu) 先度，其將會隨機地選擇一個消息源節(jié)點進行連接。通過這種規(guī) 則進行不斷的演化和發(fā)展，將會得出圖 2 的結果。其中 a 圖表示 計算機網(wǎng)絡形成的初始階段，那時僅僅只有一小部分節(jié)點進行活 動，每個節(jié)點度都比較小，其發(fā)送和接收消息的范圍還比較小， 所以這些節(jié)點往往只跟自己相鄰的節(jié)點進行連接。而隨著時間的

9、不斷推進，節(jié)點度的不斷增加，各個節(jié)點的消息所能到達的距離 越來越遠，即所形成的連接會越來越大、越來越多。在局部區(qū)域 勝出的節(jié)點代表整個區(qū)域參與更大范圍的競爭，以致形成更大區(qū) 域的代表。這個過程將持續(xù)下去，直到網(wǎng)絡中形成幾個較大的聚集中心。如圖 2(b) 、(c) 所示，這種自組織的層次網(wǎng)絡并不具有預 先設置的層次數(shù)。這就是計算機網(wǎng)絡拓撲結構的形成模型，是一 種消息自組織和傳遞接收的模型。3.2 網(wǎng)絡拓撲結構體系與網(wǎng)絡協(xié)議的設置由于網(wǎng)絡拓撲類型的多樣性，使得計算機網(wǎng)絡結構復雜多變。 在這個系統(tǒng)中，網(wǎng)絡服務供給者和請求者之間的通信是在一個復 雜網(wǎng)絡中進行的。對于復雜網(wǎng)絡中的問題，必須建立起符合計算

10、 機網(wǎng)絡拓撲結構體系的網(wǎng)絡協(xié)議。具體問題如下：語言不同的 網(wǎng)絡實體如何才可實現(xiàn)彼此通信？如何才能保證網(wǎng)絡實體正確接 收數(shù)據(jù)？怎樣實現(xiàn)網(wǎng)絡中各實體之間的聯(lián)系？數(shù)據(jù)怎樣傳送給 指定的接收者孑怎樣避免網(wǎng)絡上數(shù)據(jù)傳輸沖突問題，怎樣對數(shù)據(jù) 流進行控制以避免數(shù)據(jù)信息丟失？如何通過介質進行網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信 息的傳輸？在物理上的各種傳輸線路是如何建立的？對于上述問題的解決，建立計算機網(wǎng)絡拓撲結構體系是一種 有效途徑。計算機網(wǎng)絡拓撲結構體系主要是對網(wǎng)絡結構系統(tǒng)功能 進行有效的分解，接著對各種分解后的功能進行設定，以滿意用 戶的需求。這種網(wǎng)絡拓撲結構體系其實就是一個層次結構，它的 特點主要是任何一層都是在前一層的基礎上

11、建立起來的，其低層 總是為高層服務。比如，第 N層中的實體在實現(xiàn)自身定義的功能 時，就充分利用N-1層提供的服務，由于 N-1層同樣使用了 N-2 層的服務，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，同時屏蔽具體實現(xiàn)這些功能的細節(jié)。其中，最低層是只提供服務而不使用其他層服務的基本層 ; 而最高層肯定是應用層， 它是系統(tǒng)最終目標的體現(xiàn)。因此，計算機網(wǎng)絡拓撲結構體系的核心是如何合理地劃分層 次，并確定每個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)，迫切需要不同機種互聯(lián)，以滿足信息交換、 資源共享及分布

12、式處理等需求，這就要求計算機網(wǎng)絡體系結構標 準化。在計算機網(wǎng)絡分層結構體系中，通常把每一層在通信中用 到的規(guī)則與約定稱為協(xié)議。協(xié)議是一組形式化的描述，它是計算 機通信的語言，也是計算機網(wǎng)絡軟硬件開發(fā)的依據(jù)。網(wǎng)絡中的計 算機如果要相互“交談”，它們就必須使用一種標準的語言，有 了共同的語言，交談的雙方才能相互“溝通”?？紤]到環(huán)境及通 信介質的不可靠性，通信雙方要密切配合才能完成任務。通信前， 雙方要取得聯(lián)絡，并協(xié)商通信參數(shù)、方式等 ; 在通信過程中，要控 制流量，進行錯誤檢測與恢復，保證所傳輸?shù)男畔蚀_無誤; 在通信后，要釋放有關資源 （ 如通信線路等 ） 。由于這種通信是在不同 的機器之間進行

13、，故只能通過雙方交換特定的控制信息才能實現(xiàn) 上述目的，而交換信息必須按一定的規(guī)則進行，只有這樣雙方才 能保持同步，并能理解對方的要求。4、計算機網(wǎng)絡架構冗余設計分析計算機網(wǎng)絡架構冗余設計主要是指節(jié)點之間的鏈路冗余，也 就是指在一條鏈路發(fā)生斷路時，可以通過其他冗余的鏈路進行通 信，以保證數(shù)據(jù)的安全。網(wǎng)絡架構冗余設計一般是包括核心層和 接入層兩個方面的冗余設計，核心層冗余設計主要是采用了節(jié)點 之間的連線的網(wǎng)狀結構進行，即在一條線路斷路時可以通過其他的兩條或者兩條以上的線路進行通信 ; 接入層冗余設計一般是通過 雙上聯(lián)或者三上聯(lián)的方式進行的，如圖 3 所示。通過計算機網(wǎng)絡架構的冗余設計，在一條線路或

14、者多條線路 斷路時，可以通過其他線路進行通信，從而將有效保證網(wǎng)絡數(shù)據(jù) 的安全性，提升網(wǎng)絡系統(tǒng)的有效性。5、結束語在實際應用中，為了適應不同的要求，拓撲結構不一定是單 一的，往往都是幾種結構的混用。這些結構的混合使得計算機網(wǎng) 絡復雜性極強，在其拓撲結構構建和形成中表現(xiàn)出來、具體所形 成的拓撲規(guī)則是： Internet 網(wǎng)絡中節(jié)點的生長性和優(yōu)先連接。通 過其不斷的生長以及生長出的節(jié)點的優(yōu)先連接，從而使網(wǎng)絡拓撲 形成一種消息自組織和傳遞的過程，最終發(fā)展成一種網(wǎng)絡拓撲結 構體系，其核心是一種層次結構，通過協(xié)議加以溝通，進行信息 的傳遞。此外在設計過程中，還應充分考慮網(wǎng)絡的冗余設計，最 大限度地保證網(wǎng)絡系統(tǒng)的可靠性、安全性。參考文獻：1 方濤. 非線性網(wǎng)絡的動力學復雜性研究的若干進展 J. 自