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網絡拓撲結構范文1
【關鍵詞】拓撲結構；國際貿易；網絡；經濟；相關性
一、前言
隨著科學技術的不斷進步，我們已經步入了信息化時代，并且網絡系統也越發的完善，有許多復雜的系統都能夠通過網絡來對其進行表示，比如：英特網、蛋白質網絡以及食物鏈網絡等等。國際貿易體系是由發達國家和發展中國家構成的典型復雜系統，目前已經有一百多個國家加入，各個國家之間的物質、資金以及信息進行持續的流動，隨著信息時代的來臨，全球經濟一體化，世界貿易關系形成的相互影響，相互作用網絡，在國際貿易體系當中任何國家的經濟波動以及貿易政策的變動都將會直接或者間接對國際貿易網絡中的一些別的國家產生一定影響，因為各個國家之間存在的一定的依賴性，這種影響一般說來不僅僅是局限于局部國家，而是能夠憑借國際貿易網絡而進行傳播的，比如二十世紀九十年代的金融危急，就是一個很好的例子，幾乎對世界上大部分國家的經濟都造成了一定的影響，對此，我們不難看出國際貿易網絡拓撲結構的演化研究分析的重要性。
二、構建國際貿易網絡研究
在國際貿易網絡的系統當中，每一個頂點就代表一個國家，國家和國家之間的貿易關系使用服務流動方有向邊以及代表商品來對其進行表示，這樣能夠用有向網絡來對國際貿易系統進行表示，網絡不會依靠頂點的相應位置以及邊的相關形態而體現出來的性質一般就被稱之為網絡拓撲性質，與之相對應的結構就被叫做網絡拓撲結構。在國際貿易網絡組織構建的過程當中，按照服務流向以及商品來對網絡當中邊的指向進行確定，出口和服務流出以及商品相對應，進口則對應于服務流入以及商品，假如在t年i國向g國出口貨物或者是服務，那么在第t年網絡快照就建立起了t到g的相應的邊，其鄰接矩陣具有非零原始aig（t）=1，如果t到g的沒有相應的邊存在的時候，那么aig（t）=0，在每一年國際貿易網絡拓撲結構都會構成相應的國際貿易網絡快照，并且每個國際貿易網絡的快照都會呈現出較為特別的拓撲性質，這對于網絡連通性以及動力學都有著十分巨大的影響，因為國際貿易網絡有很多的拓撲性質沒法用隨即圖范式對其進行詮釋，隨意需要選擇恰當的測度指標將網絡拓撲性質以及演變規律進行分析研究。
三、度的分布
頂點度具體就是指的和頂點相關聯的條數，就有向網絡來說，每一個頂點都會有與之相對應的入度以及出度，N（t）表示在t年世界上進行貿易國家的具體數量，國家i在t年入度以及出度和i國的出口以及向i國進口的國家數量相對應。根據西方學者對于世界貿易網絡的研究，他們將其度分布成為帶有冪指數形式的網絡，這種網絡也被叫做無標度網絡，并且將真實的系統經由自組織而生成無標度網絡有兩個非常重要的關鍵性因素，分別是擇優連接與增長性，在BA的模型當中，新增點擇優連接，在整個網絡當中需找連通度相對較大的頂點，并且網絡中頂點連接數量就會呈現少數頂點擁有大量的連接，但是數量龐大的頂點只是具有非常少的連接，無標度完了度之間的關系以及累計度分布的關系表現在雙對數坐標圖中時為一條直線。下圖（圖一）給出了2012年國際貿易網絡雙對數坐標中累計出度的分布狀況，其他一些年份的入度以及出度的累計度分布情況和其有很大的相似程度很高，從下圖中我們不難看出，其圖形僅僅是在中間局部度區域內呈現直線形式，由此可見國際貿易網絡并非無標度網絡。
圖一：2013年累計出度分布的雙對數坐標圖（如下圖）
在構建國際貿易系統的時候，發達國家往往因為經濟實力雄厚，在貿易關系開展的過程當中往往出于優勢地位，國家貿易關系數量和GDP的規模具有對應的關系，在調查研究中，貿易網絡的構建是需要較大規模的交易關系促成的，一般都具有在全球貿易網絡當中選擇的優先權，所以2013年累計出度分布的雙對數坐標圖雙對數坐標下會呈現一條直線，這就意味著其有著無標度網絡的特點。就研究對象而言往往會選擇國際貿易網絡發展當中新增長頂點所代表的國家，都是經濟規模相對較小的國家而言，其貿易商品也存在一定的局限性，大多都是屬于基本商品，因為地理位置以及時間差所導致的運輸成本增加，無標度網絡在構建的過程當中的優先選擇機制沒法在國際貿易網絡中得到最大化的體現，這部分國家往往主要是與周邊的一些鄰國進行貿易，并沒法在全球貿易網絡當中進行優先選擇連接，對此，我們不難看出擇優機制發揮的重要作用，但是這里需要注意的是無標度網絡并不能夠代表完整的國際貿易網絡。
四、群聚性
一般來說，我們可以將群聚系數定義成對有ki條邊的頂點i，群聚系數為Ci= 2niPki（ki-1），在這當中ni為i的ki個鄰居間邊數量，假設CI為零，頂點i鄰居間沒有連通，如果Ci為1，那么頂點i鄰居間連通，高群聚性顯示頂點周圍鄰居間連通性良好，把國際貿易網絡中的度是k的頂點群聚系數取平均值獲得C（k），具體表示如下
NP（k）是度為k的頂點數量。
圖二：1970年度和群聚系數的示意圖
圖三：2005年度和群聚系數的示意圖
通過上圖（圖二）（圖三）當中C（k）和k之間的關系，我們不難看出，每一個網絡快照當中，C（k）的趨勢是伴隨著度k的上升而不斷的下降的，其頂點度k的多少，直接反映出國家的貿易聯系范圍的廣泛性，一般說來，度數較少的國家，往往經濟規模也相對較小，因為經濟規模對其的約束，其在周邊地區展開貿易關系的情況居多，對此，這些國家的貿易伙伴在上地域上相對較為集中，貿易合作伙伴間貿易的頻率也更為頻繁。另一方面度數相對較高的國家往往屬于全球性的貿易大國，其貿易對象遍布全球，和貿易合作伙伴直接進行貿易的機會相對較少。從圖中我們可以發現，散點在逐漸的集中，具有良好的一致性，這就表明各個國家在國際貿易格局中分工與地位日益明確，國際貿易網絡總體呈現出一種協調有序的狀態。
五、結束語
國際貿易網絡具有一定的復雜性以及多元性，其拓撲結構的規律對系統發展規律以及貿易政策的制定都有著極其重要的影響，本文就國際貿易網絡的拓撲結構演化進行了簡要的探討，希望能夠給相關人員提供一些有用的參考。
參考文獻：
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網絡拓撲結構范文2
關鍵詞：指揮信息系統；通信網絡；拓撲分析
指揮信息系統，主要為各級防空指揮員及指揮機關遂行防空作戰指揮任務提供自動化的指揮控制平臺。
通信網絡是指揮信息系統各分系統組網運行的基礎，是指控、情報等要素的重點保障。研究指揮信息系統通信網絡的拓撲結構，對于分析裝備使用過程中的風險點，使裝備的使用風險最小、效能最大，對提高基于指揮信息系統的體系作戰能力有著重要意義。
復雜網絡就是具有復雜拓撲結構和動力行為的大規模網絡。從復雜網絡的定義，可以得出所要研究的該裝備通信網絡也是一個典型的復雜網絡。因為該通信網由大量的節點所組成，且每個節點具有自身動力學特征，每個節點不是獨立存在的，它們與其他節點具有相互連接、相互作用的特點，從而整個通信網具有非常復雜的動力學特征。故該裝備的通信網絡作為一個典型的復雜網絡，用復雜網絡理論對它進行可靠性研究是科學有效的。
本文對該裝備的通信網拓撲結構進行分析，為該裝備的通信網風險管理做基礎性研究。
1 基本定義及通信網絡拓撲分析模型
1.1 復雜網絡的定義
復雜網絡就是具有復雜拓撲結構和動力行為的大規模網絡。就目前的研究成果而言，一般從圖論和矩陣兩種方式定義復雜網絡。
從圖論的方面出發，假設網絡中存在n個節點和m條連接線，則可以定義節點集合V={v1，v2，v3，…vn}和邊集E={e1，e2，e3，…em}來表示這個網絡，其中的邊可以有方向和無方向兩種，為了簡化計算，只考慮無向圖。圖1是一個網絡圖示例，它有5個節點和4條連接這些節點的邊，可以將它視為端集V={1，2，3，4，5}，邊集E={e12，e15，e23，e25}，其中節點4為獨立節點。
從矩陣的角度出發，最常用的就是用一個鄰接矩陣A來表示網絡的圖的結構信息，如果網絡中的i節點和j節點是相互連接的，則矩陣上相應位置上Aij的數值為1，如果這兩點之間不存在連接邊，則相應的Aij的數值就為0，顯然一個無向圖的鄰接矩陣式一個對稱矩陣。為了方便對復雜網絡的同步特性的研究，本文用比較特殊的對稱鄰接矩陣表示所對應的網絡。
對角線上元素Aij=。對于圖1的矩陣表示為
復雜網絡的可靠性定義為：在自然或者人為的破壞下，復雜網絡自身能夠保持原有功能的能力。
從復雜網絡的定義可以看出，包括了可靠性的研究對象、規定條件、原有功能著三個要素。首先研究對象就是：具有數量級大的節點和邊的復雜網絡，且這些節點具有非線性動力性、還要具有按照一定網絡拓撲漸漸演化的過程。規定的條件：自然或認為的破壞作用，這里主要是指對網絡中的節點和邊進行隨機攻擊或者進行智能攻擊。保持原有功能的能力指的是：復雜網絡的存在都是為了完成現實中的一些客觀存在的功能，如果對這些網絡進行了隨機攻擊和智能攻擊后，會對原來的網絡造成一定的影響，然而在這種情況下，復雜網絡仍然能夠保持或者部分保持實現某一功能的能力。
1.2 指揮信息系統通信網絡模型
為了計算的方便我們將導彈營、高炮營配屬數量減半并簡化，將節點編號如圖3：
從網絡拓撲的簡化結構圖可以看出節點對之間的連接關系，可以將它表示為
端集V={1，2，3，…，13}，
邊集E={e12，e13，e14，e15，e16，e23，e24，e25，e28，e29，e2，10，e34，e35，e3，11，e3，12，e3，13，e45，e47}的圖。
2 復雜網絡的描述參數
復雜網絡的描述參數有助于我們對網絡的內部特征深入了解，描述參數有：網絡的度、網絡的聚集系數、網絡的最短路徑和耦合矩陣特征值。
2.1 節點的度
節點度數ki是第i個節點連接的邊數目，即相當于i點的所有相鄰節點的數目。在物理學領域中，節點的度表示本地的網絡連接的連通性。通過鄰接矩陣可以很簡單地推出度ki的值：
節點的度分布是一個擴展的節點的度的概念。用分布函數P（k）來表示度的分布，P（k）是網絡中某個節點具有k條邊或k個鄰接點的概率。網絡的全局連通性和節點在網絡中的重要性都靠節點度的分布，所以它是整個網絡的基本統計特征，它同樣可以表征網絡的均勻性特征。復雜網絡的平均度也是一個很重要的概念，平均度這里用表示：
網絡的平均度是用來表征整個網絡上的所有節點的平均度的數值，同樣也可以來衡量網絡的疏密程度，越大，對應的網絡就越密集，越小，網絡就越稀疏。
2.2 最短路徑
我們將網絡中某一節點到達另一節點所要經過的距離定義為路徑長度，在本文中就是指節點直接相互連接所需要的邊的數目。最短路徑長度lij表示的是節點i到節點j的最短距離，即經過的最少的邊的數目。從上述定義可以得出，最短路徑長度是以邊長作為單位的拓撲距離。與平均節點度概念類似，也存在平均最短路徑長度L的概念，它表示的是圖的任意兩點的最短路集合{lij}的平均值。最短路徑長度L的數值可以表征網絡的特征尺寸，可以表征網絡的連通度。
2.3 聚集系數
我們將圖中某一節點的兩個最近鄰也是近鄰的概率定義為聚集系數C。設點i的數目為Ei，k表示這些近鄰點與i之間有連線的數目。則定義節點i的聚集系數為：
節點i附近環境的連通性用聚集系數Ci來表示。對網絡上全部節點Ci進行平均計算得到的C即為平均聚集系數，整個網絡的連通性用C來衡量。
2.4 耦合矩陣特征值
耦合矩陣的特征值是用來表征網絡同步特性的重要參數，復雜網絡的同步特征是一個重要的屬性，反映復雜網絡同步特征的參數就是耦合矩陣的特征值。
對于圖3，可以得到每個節點的節點度，如k1=5，k2=7，則該網絡的平均節點度=2.77，從平均節點度可以看出，該網絡的密集程度不高。
3 網絡的點攻擊設計
為了對網絡可靠性進行評價，首先要對網絡進行攻擊，本文中，分別對網絡進行隨機攻擊和智能攻擊，從而評價一個網絡所能承受攻擊的能力，為網絡可靠性的評定提供依據。
3.1 隨機攻擊
隨機攻擊就是對網絡中的點進行隨機的撤除或對該節點的連接線進行隨機的切斷。在現實中可能發生的事故是由于網絡自身的故障，而引起某個或部分節點失效。只要對網絡相應的鄰接矩陣中的某行和列進行隨機的置零就完成了。
對網絡進行隨機點攻擊的流程出圖4：
隨機點攻擊的MATLAB代碼如下：
T=input（‘T=’）；
p2=input（‘p2=’）；
N=size（A，2）；
c=randperm（N）；
h=1；
for k=1：T
h1=h+p2-1
for i=h：h1
A（c（i），：）=0
A（：，c（i））=0
end
h=h+p2
end
3.2 智能攻擊
智能攻擊就是有選擇性地對網絡中的點，按照一定的策略進行蓄意的破壞攻擊。如，敵人在選擇攻擊目標時，總是先選擇重要度高的目標進行攻擊。為了研究對網絡的智能攻擊，我們對網絡中的節點按照它的節點度的大小按照一定比例進行去除。與隨機攻擊類似，我們對網絡相應的鄰接矩陣按照節點度的大小將該矩陣的某一行和列上的元素進行置零，這樣就可以對網絡進行智能點攻擊。
對網絡進行智能點攻擊的流程如圖5
生成智能攻擊的MATLAB代碼如下：
T=input（‘T=’）；
p2=input（‘p2=’）；
N=size（A，2）；
for kc=1：T
dc1=sum（A）；
dc2=length（dc1）；
[sorted，index]=sort（dc1）；
cc=rot90（index，2）；
Ac（cc（1：p2*kc），：）=0；
Ac（：，cc（1：p2*kc））=0；
end
對通信網絡進行隨機點攻擊和智能點攻擊，可以評價一個網絡的抗毀性。對某型指揮信息系統的通信網絡進行攻擊，在受到隨機點攻擊后，網絡表現除的抗毀性比較強，但受到智能點攻擊后，由于網絡中節點度高的點被智能地去除，所有網絡的連接度被破壞，網絡的抗毀性下降的比較明顯。
4 計算通信網絡拓撲結構的可靠性
4.1 計算步驟
對于一個給定的網絡，其網絡結構包含三部分：節點N，連接節點之間的弧E和網絡拓撲結構T，網絡的抗毀性R與節點、弧及網絡的拓撲結構有關。
若通信網共有n個節點，通信網拓撲結構抗毀性R的計算步驟如下：
（1）確定每條弧的可靠性，經過分析，我們簡化設定每條弧的可靠性為rk=0.9；
（2）計算路徑的可靠性，節點對i，j之間的第m條路徑上弧的數目為p，則該路徑的可靠性為：
（3）計算節點對之間的可靠性，節點對i，j之間共有m條路徑，則節點對i，j之間的可靠性：
（4）確定整個通信網絡的可靠性
4.2 數據仿真
對于ET90B通信網，首先根據第二步公式計算路徑的可靠性，假設我們計算節點1到節點13的路徑可靠性為0.81，則對應的節點1和節點13之間的可靠性為0.81，從而通過編程計算可以算出整個某型指揮信息系統通信網絡的可靠性。這里算出的可靠性，可以為該裝備通信網風險評估提供基礎數據。
5 結語
利用復雜網絡理論對某型指揮信息系統通信網絡進行分析，可以簡化網絡模型，將通信網絡抽象為只有節點與連接線的圖，對網絡進行隨機點攻擊和智能點攻擊，來評價網絡受到這兩種攻擊下抗毀性的變化，針對規程給出的拓撲可靠性計算步驟，對某型指揮信息系統通信網絡拓撲的可靠性進行仿真計算，可以看出，該裝備通信網絡密集程度不高，拓撲結構較為可靠，但抗毀性不強，為該裝備通信網風險評估相關研究開辟了蹊徑、提供網絡拓撲可靠性的基礎數據。
參考文獻
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網絡拓撲結構范文3
關鍵詞：P2P；拓撲結構；網絡
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.129
計算機連接的方式叫做“網絡拓撲結構”（Topology）。網絡拓撲是指各種互連設備用傳輸媒體相連接的物理布局，主要是指計算機的分布位置和如何連接它們。在P2P系統中，所使用的節點構成了一個網絡拓撲的邏輯結構，這個網絡拓撲構的造過程中需要解決一系列的實際問題。這些問題包括如何標識節點、節點以何種方式進行組織、節點如何加入/退出網絡、如何高效查找節點和資源、系統容錯等。現在已經成熟的P2P網絡主要分為四類：集中式拓撲（Centralized Topology）、完全分布式結構化拓撲（Decentralized Unstructured Topology）、混合式拓撲（Decentralized Structured Topology）和完全分布式非結構化拓撲（Partially Decentralized Topology）。
1 集中式拓撲
集中式內容路由是提供路由查詢最直觀和簡單的方法。在P2P網絡中設置一個節點，稱為中心節點，所有其他節點和中心節點建立相應的連接關系，并把自身所擁有的資源索引信息都保存到中心節點上，從而使中心節點擁有全網的資源索引信息。當某個節點需要進行路由查詢時，向中心節點提交查詢關鍵字，中心節點遍歷資源索引表格，就可以很容易查詢全網是否擁有請求節點感興趣的資源。集中式只是針對路由查詢機制而言，在內容傳送上仍然是對等服務思想。也就是請求節點通過集中式的路由查詢機制定位出能夠提供內容服務的節點后，與這些節點分別建立傳輸通道實現并行傳送，而不是完全從中心服務器獲得內容。中心化拓撲結構的最大優點是維護容易、資源比較的發現效率較高且實現相對簡單。但是這種拓撲結構存在一些問題。集中式結構最明顯的缺點是中心節點連接其他節點過多時，需要存儲大量的資源索引信息，并且要保持資源索引信息的準確性和通信及時性，就必須不斷和其他節點保持信息的同步。當節點規模擴展時，中心節點很容易出現性能瓶頸。代表系統有Napster。
2 全分布式非結構化拓撲
打破集中式結構的最簡單辦法是在P2P節點之間建立隨機拓撲，也就是在一個新加入節點和P2P網絡中的某個節點間隨機建立連接通道，從而形成一個隨機拓撲結構。當一個節點需要進行內容路由時，節點向全網廣播查詢請求，每個節點收到查詢消息后搜索資源列表，查看自己是否有資源可以為請求節點提供服務。如果有，則向請求節點返回搜索結果，否則直接忽略請求。這種機制不需要中心節點存在，是一種純分布式的機制，但是網絡拓撲結構是隨機的，沒有典型的結構特征，因此這種機制稱為純分布式路由查詢技術。但是，隨著節點數目的不斷增多，網絡規模不斷擴大，無結構化的純分布網絡進行內容路由時，有很多致命的問題難以解決。特別是大規模節點消息響應風暴問題，在網絡規模過大時，當前沒有一個完善的機制可以解決，這也導致其超大規模應用面臨挑戰。采用這種拓撲結構最典型的案例有Gnutella。
3 全分布式結構化拓撲
全分布式結構化拓撲的基本思想是將所有節點按照某種結構（比如形成一種環狀網絡或樹狀網絡）進行有序組織，從而在路由消息的傳遞上避免廣播風暴，典型的算法有DHT和Chord。分布式散列表（Distributed Hash Table，簡稱DHT）是將一個關鍵值（key）的有限集合合理的分散到所有在分布式系統中的節點上，并且能夠將信息有效地轉送到唯一擁有查詢者提供具有關鍵值的節點。而Chord的組織結構式環網絡，該算法的核心思想是在資源空間和節點空間之間尋找一種匹配關系，使得請求節點能夠利用有序的網絡結構快速定位到相關索引所在的節點。由于P2P網絡中的節點較多，且具有不穩定性，這就要求DHT算法必須具有增量的維護能力。在面臨急劇的網絡膨脹和節點不穩定斷開時，節點的路由表能夠進行增量更新，節點的加入或離開不能讓網絡的路由表產生急劇的變化，而只需要維護少量的更新即可。
4 半分布式拓撲
半分布式拓撲結構，也稱作混雜模式（Hybrid Structure），它主要是吸取了全分布式非結構化拓撲結構和中心化結構的優點，其將主要節點分為為兩類。一類是所謂超級節點（Super Node，簡稱SN），另一類是普通節點（Ordinary Node，簡稱ON）。整個網絡可以看成是兩級結構，第一級是超級節點組成的一個類似隨機的拓撲網絡，每個SN下面由若干個普通節點組成，每個ON與SN建立鄰居關系，它們之間形成星型結構，但ON與ON之間沒有直接的鄰居關系。一個節點成功的加入P2P網絡，是作為SN還是ON，主要根據節點的CPU、內存、網絡帶寬等資源決定的。如果一個節點是普通節點，加入P2P網絡以后，會選擇一個SN進行通信，選中的SN節點隨后將推送包含多達SN的列表發給新加的節點，加入節點將會根據列表中SN的狀態決定選擇哪個具體的SN作為其父節點。采用這種結構的最典型的案例就是KaZaa。
5 總結
網絡拓撲結構范文4
常見的直接網絡拓撲有Mesh／Torus、Flat－tenedButterfly、Dragonfly等。Mesh／Torus網絡拓撲（k－ary，n－cube）（如圖1和圖2所示）是一個n維網格，每一維上有k個節點，相鄰節點之間有通道相連，其節點規模為kn。Mesh／Torus網絡拓撲結構具有較優良的特性。Mesh／Torus網絡拓撲結構十分簡單，具有高度的規則性，易于布局布線，便于實際部署，也具有很好的擴展性。Mesh／To－rus網絡拓撲結構具有廣泛的應用，比如64個節點的Tilera［5］、TRIPS［6］處理器、RAW處理器［7］，還有英特爾Teraflops［8］，都是采用2－DMesh網絡拓撲結構。但是，隨著節點規模的擴大，其劣勢就表現出來了。這主要體現在網絡直徑增大、吞吐率下降等。Mesh／Torus網絡拓撲是早期提出的經典網絡拓撲，由于其結構簡單、性能較好一直沿用至今。為了滿足日益增長的性能要求和節點規模增大的情況，KimJ等人［9］于2007年提出了Flat－tenedButterfly（如圖3所示）網絡拓撲結構，這種結構利用高階（High－radix）路由器［10］將每個路由節點與之同維的所有路由器節點相連，這樣每一維上的跳數就變成了1。一個n維、每一維規模為k的FlattenedButterfly（k－ary，n－cube）網絡拓撲上的數據包的路由跳數最多為n跳。FlattenedBut－terfly網絡中的每個高階路由器能連接多個計算終端（p），整個網絡能夠連接總共p×kn個終端。KimJ的實驗表明，FlattenedButterfly豐富的鏈路特性使得網絡性能得到提升，但是物理開銷的增加也是巨大的。2009年KimJ又相繼提出層次化［11］的Dragonfly（如圖4所示）拓撲結構［12］。Dragonfly網絡拓撲可以分為三層。在最底層，每個路由器節點連接p個計算終端。在中間層，也就是在局部組內，每個路由器與組內a－1個路由器相連。在最高層，每個局部組內總共b×a跳全局通道與其余局部組進行相連。Dragonfly拓撲結構實際上是基于光通信技術的發展提出的。對于鏈路較長的全局通道，采用光纖通信來代替電信號通信，這樣可以大大降低全局通信的延時，局部組內由于距離較短，仍然采用電信號通信。為了更好地進行均衡負載，將參數p和b取同值，將a取為2p或者2b。Dragonfly拓撲結構能夠獲得比較好的性能，如延時相對較低、跳步數較短。但是，同時也可以看到，Dragonfly網絡拓撲具有很差的擴展性，全局通道的延時仍然會較大。實際中應用Dragonfly拓撲結構的系統有Cray［13］和IBM的PERCS［14］。
常見的間接網絡有FatTree［15］、Butterfly等。FatTree（如圖5所示）是一種是應用很廣泛的間接網絡拓撲結構。最早由LeisersonCE于1985年提出，當時提出的FatTree是一個標準的Bina－ryTree結構，樹的每個葉子節點連接p個計算終端，每個葉子節點又有p條鏈路連接其父親節點，越高層的節點所連接的鏈路數就越多，也就顯得越來越“fat”。由于每一路由器節點的開關規模差異較大，不利于實際應用，后來經過不斷發展變化，形成了每級節點開關規模一致的FatTree結構。FatTree網絡拓撲結構中間路由器較多，鏈路非常豐富，能夠使網絡獲得比較好的性能，其缺點是開銷較大、成本較高。Butterfly（如圖6所示）網絡拓撲結構是一種經典間接網絡結構，對于確定的終端數N和開關度為2k的Butterfly具有最短的網絡直徑logkN＋1，雖然有此優點，但是其缺點也是很明顯的。首先Butterfly網絡具有很差的路徑多樣性，對于每一個從源節點到目的節點的數據包，其路由路徑是唯一的；其次Butterfly級與級之間的鏈路較長，這會增加電信號傳送鏈路的延時。對于第一個缺點，可以對Butterfly網絡拓撲結構做一些改變，比如增加級數來解決這一問題。在間接拓撲網絡中使用Butterfly的有BBNButterfly［16］等。為了應對節點規模擴大的情況，要對網絡拓撲的結構做一些調整。對于直接網絡，擴展的方式有兩種方式。第一種方式是擴展每一維上的路由節點規模。第二種方式是擴展網絡拓撲的維數。第一種方式簡單，每個路由器節點的端口數不會改變，易于部署，但是其缺點是隨著跳數的增大，吞吐率等性能會急劇下降，在節點數較大的情況下一般不采用這種擴展方式。第二種擴展網絡維數的方法是一個可行的方法，它會使網絡拓撲節點的基數增大，但數據包在網絡中的跳數增加緩慢。通過實驗發現，在相同節點規模下，維數較大的網絡拓撲的性能要優于低維的網絡拓撲性能。比如To－fu結構就是采用6－D的Mesh來解決這一問題的。但是，增加維數會給實際部署帶來較大難度，維數越大，難度也變得越大。對于間接網絡拓撲結構，其擴展的方法是增加間接網絡拓撲的級數，這種方式能夠給系統帶來比較好的性能，具有廣泛的應用，比如Tianhe－2就是采用FatTree這種間接網絡結構來實現的。但是，間接網絡的弊端是物理開銷太大。隨著終端規模的增大，級數會變大，中間路由節點會急劇增多。RobertoP等人［4］在2012年提出了一種新型混合拓撲結構，這種新型的混合拓撲結構（Hybridtopology，后續內容的圖表中將這種拓撲結構簡稱為“HD”）是結合了直接網絡和間接網絡的優點而提出的。本文將這種新型混合網絡拓撲結構的參數表示為（k－ary，n－direct，m－indirect，p－c）。k代表每一維的節點數，n代表網絡的維數，m代表間接網絡的級數，p代表每個路由節點所連接的終端數，若網絡節點所連接的終端數為1，則該參數可缺省。如圖7所示為這種新型混合拓撲結構。每一維上的節點布局類似于Mesh／Torus網絡，只是相鄰節點之間并沒有鏈路相連，而是通過每一維所在的間接網絡進行相連。每個間接網絡的級數m視每一維的節點規模而定，比如k值較小，間接網絡的級數可以小到僅僅為1，也就是說每一維上的間接網絡就是一個Crossbar。如果k值較大，間接網絡可以為m級的FatTree網絡。每個直接網絡的節點可以連接多于一個的計算終端。計算終端連接數為p的混合拓撲結構網絡所連接的終端規模為p×kn。這種新型混合拓撲結構有一些比較好的靜態特性。相對于直接網絡，新型混合拓撲結構的直徑要比普通直接網絡的直徑小很多。在網絡拓撲規模比較小的情況下，間接網絡可以為一個交叉開關Crossbar，其網絡直徑僅為2n（n表示網絡拓撲維數），而普通直接網絡拓撲結構，比如Torus，其網絡直徑為k／2×logkN。同等節點規模下網絡直徑的減小能夠減小網絡的延時，提升吞吐率。另外一方面，規模比較小的間接網絡（FatTree），其層數要比同等節點規模的FatTree要小很多，整個混合網絡拓撲的路由節點數、鏈路數要比完全間接網絡小很多，因此其開銷會比完全間接網絡小。文獻［4］對這種新型的混合網絡拓撲與傳統的直接網絡、間接網絡性能進行了比較，得出的結果是新型混合拓撲結構的吞吐率性能要優于Mesh／Torus、FatTree等網絡，但比FlattenedButterfly要差。
2新型混合拓撲結構的優化
新型混合拓撲結構Hybrid的每一維上均由以FatTree為代表的間接網絡相連接，這實際上可以將規模為（k－ary，n－direct，m－indirect，p－c）的混合拓撲結構看成由規模為（k1／m－ary，m×logkp＋m×n－tree）的FatTree網絡分解為n×kn－1個規模為（k1／m－ary，m－tree）的FatTree，然后將這些FatTree的葉節點組成直接網絡。這樣做的好處是可以降低FatTree的級數，減小數據包路由的跳數。但是，當每一維上的節點規模增大時，間接網絡（FatTree）的級數仍然較高。本文提出一種解決的方法，就是每一維上的節點由多個間接網絡相連接。本文提出的改進優化的混合拓撲結構（Hy－brid－Ytopology，后續內容的圖表中將簡稱為“HY”）是將Hybrid網絡每一維上的間接網絡由原來的單個間接網絡改造成多個間接網絡。這些間接網絡的葉節點的鏈路相間地與Hybrid網絡同一維上的節點相連接，Hybrid網絡同一維上的節點若連接著不同的間接網絡，則將這些節點用鏈路連接起來。
2.1Hybrid－Y拓撲結構描述Hybrid－Y拓撲網絡結構每一維上的間接網絡和Hybrid拓撲網絡結構的間接網絡一樣，可以是一個簡單的Crossbar或者多級FatTree。Hy－brid－Y拓撲網絡結構和Hybrid拓撲網絡結構的差異體現在兩個方面：（1）間接網絡與每一維節點的連接方式不同。Hybrid網絡拓撲結構的間接網絡葉節點（或者Crossbar）的鏈路依次分別與同維直接網絡的節點相連接。Hybrid－Y拓撲網絡結構的s個間接網絡的葉節點的鏈路相互交替地與同維直接網絡的節點相連接。（2）直接網絡中節點之間的連接方式不同。Hybrid網絡拓撲結構的直接網絡節點之間沒有鏈路連接，Hybrid－Y網絡拓撲結構直接網絡某一維中的節點若連接著不同的間接網絡，就將這些節點用鏈路連接起來。下面引入如表1的參數來描述這個改進優化的混合拓撲結構。描述拓撲結構表達式的參數之間需要滿足一定的條件。對于某一維上的直接網絡連接的間接網絡，參數k和參數s、m需要滿足這樣的條件：s×lm＝k，其中l代表間接網絡，也就是FatTree每個葉節點所連接的終端數。對于給定的k值，參數s、m都是可以發生相應改變的。即便是參數s指定了，也就是每一維上的間接網絡的個數確定了，間接網絡的級數m也可能會有變化。若m取值為1，那么間接網絡是一個規模為（k／s）×（k／s）的Crossbar；若m取大于1的值，則間接網絡是一個FatTree，這個FatTree網絡在m值給定后也就確定了。如圖8是這種改進拓撲結構的一個實例。這個圖中的直接網絡每一維上由兩個間接網絡相連接。直接網絡上的節點00連接間接網絡00－0，節點01連接間接網絡00－1，節點00與節點01連接著不同的間接網絡，因此有一條鏈路連接節點00與節點01。同樣，節點02也有一條鏈路與節點03相連。注意，節點01與節點02雖然連接著不同的間接網絡，但是這兩個節點之間并不用鏈路連接，這是因為這兩個節點已經與它們相鄰的連接著不同間接網絡的節點相連了。
2.2Hybrid－Y網絡路由策略在Hybrid－Y拓撲結構上主要采用了兩種路由算法：維序路由和自適應路由。為了突出Hy－brid－Y拓撲結構的分析研究，本文將不對間接網絡內部的路由進行分析，在后續所講的維序路由和自適應路由，其間接網絡都是文獻［18］中使用的針對FatTree的基本自適應路由算法。Hybrid－Y網絡拓撲的維序路由算法可以分為兩個階段。第一個階段為跨維。在n維的Hy－brid－Y網絡上執行維序路由算法首先要從數據包的源節點所在的維路由到目的節點所在的維。為了更好地描述這一過程，我們將數據包從某一維路由到另外一維這兩維所決定的平面依據節點序號的遞增方向劃分為x軸方向和y軸方向。維序路由算法在執行跨維路由計算時統一執行先x軸方向后y軸方向或者先y軸方向后x軸方向。執行的x軸或者y軸方向確定后，具體沿著哪一條路徑從一維跨到另外一維取決于直接網絡每一維上的路由策略了，也就是第二階段了。第二階段為維內路由。簡單來說，維內路由就是數據包如何從同一維上的一個節點路由到另外一個節點，這個過程是Hybrid－Y網絡拓撲維序路由算法的關鍵步驟，它決定著網絡的數據包路由跳數和延時。本文在實現這一過程時采用下面的策略。源節點和目的節點只有可能是直接網絡中的節點，消息包所在的當前節點有可能是直接網絡中的節點也有可能是間接網絡中的節點。情景1源節點、當前節點s和目的節點d均是直接網絡中的節點。（1）若當前節點s和目的節點d相鄰且有鏈路連接，則數據包直接從當前節點路由到目的節點，如圖9a所示；（2）如當前節點s和目的節點d不相鄰，但是當前節點s和目的節點d連接著相同的間接網絡，則數據包從當前節點s路由到其所連接的間接網絡，如圖9b所示；（3）若當前節點s和目的節點d不相鄰，且連接著不同的間接網絡，則數據包從當前節點s路由到與節點s有鏈路相連并且連接著與目的節點d相同間接網絡的節點，如圖9c所示。路由算法執行上面三個步驟就可以將數據包在同一維上從當前節點路由到目的節點。策略（3）的做法能夠保證網絡的流量相對均衡，不至于都去爭搶直接網絡中相鄰節點之間的鏈路而導致直接網絡節點之間鏈路的擁塞。（1）數據包從當前節點在間接網絡內執行基本自適應路由算法朝著目的節點d的方向路由。情景2只有一種策略情形，這是因為情景2是依賴于情景1的，情景1中策略（3）的執行能夠保證情景2只有唯一一種路由策略。至于間接網絡內部的路由，這里不加以分析。對于Hybrid－Y網絡拓撲的自適應路由算法，其路由執行過程也可以分為與維序路由算法類似的兩個階段：跨維階段和維內路由階段，但是每個階段有所不同。在跨維階段，自適應路由算法的不同點在于能夠動態選擇x軸方向或者y軸方向，其判斷的依據是x軸方向和y軸方向鏈路通道的擁塞情況。路由算法將數據包沿著x和y方向鏈路通道中擁塞狀況較好的方向路由。在維內路由階段，其不同點體現在情景1中的策略（3）。維序路由算法中策略（3）的做法是為了保證網絡流量的相對均衡，減小擁塞情況，但自適應路由算法將依據直接網絡相鄰節點鏈路擁塞情況與所連接的間接網絡鏈路通道擁塞情況相比較，選擇擁塞情況較小的鏈路通道路由，從而能夠考慮到網絡中鏈路通道的實際擁塞情況，避開擁塞較嚴重的鏈路通道，從而能夠改善網絡性能。對于自適應路由可能存在的死鎖問題，根據路由路徑的選擇，可從兩個方面分析：（1）路由路徑經過間接網絡。在這種情況下，由于間接網絡是FatTree，所以不會發生死鎖。（2）路由路徑不經過間接網絡。出現這種可能的唯一情形如圖10a所示，節點a、b、c和d分別有鏈路相連接。當這些節點之間的數據包路由路徑構成相關環時，就有可能發生死鎖。為了避免這種情形的發生，使用虛通道的分配來避免死鎖。如圖10b所示，節點a、b、c和d之間的物理通道被劃分為兩個虛通道，分別標記為虛通道0和虛通道1。為了打破相關環路，當節點a、b、c和d之間的數據包的原地址編號和目的地址編號是升序時，使用虛通道0，當數據包的原地址編號和目的地址編號是降序時，使用虛通道1。分配虛通道后，圖10a中的路徑相關環就不存在了，也就避免了死鎖的發生。
3性能評估
本文將改進的混合拓撲結構（Hybrid－Y）與新型混合拓撲結構（Hybrid）、FatTree、Mesh、To－rus、FlattenedButterfly進行比較。我們的模擬工具是時鐘精確模擬器Booksim2．0［19］，混合拓撲結構的間接網絡都是基于FatTree的網絡。模擬的時候，數據包packet的尺寸都取10個flit，模擬的流量模式為均衡模式uniform，路由算法采用維序路由，網絡維數均為2－D。此外，在節點規模較大的情況下（本文指節點數為1024），對FatTree網絡和混合拓撲結構以及改進優化的混合拓撲結構在worst－case流量模式下進行性能的比較。
3.1模擬實驗結果分析圖11是在均衡流量模式下，64個節點規模的網絡吞吐率模擬結果。從這個圖中可以看出，FlattenedButterfly取得了最低的延時和最高的吞吐率，然后依次是改進的混合拓撲結構Hybrid－Y和新型混合拓撲結構Hybrid，結果顯示最差的是Torus和Mesh。當網絡節點規模增加到256個時，如圖12a所示，結果顯示FlattenedButterfly仍然能夠獲得最低的延時和最高的吞吐率，但這些都是建立在較高的開銷基礎之上的。改進的混合拓撲結構Hybrid－Y（間接網絡級數大于1）獲得了次之的吞吐率。同時注意到，間接網絡級數大于1的混合拓撲結構Hybrid－Y的基本延時要比新型混合拓撲結構Hybrid（這里指間接網絡級數小于4）高，從圖12b的模擬跳步數可以看出，間接網絡級數為3的混合拓撲結構Hybrid－Y的跳步數是10．5，新型混合拓撲結構Hybrid的平均跳步數分別為4．75和7．75?；旌贤負浣Y構Hybrid－Y（間接網絡級數大于1的情況）的基本延時要比新型混合拓撲結構Hybrid（這里指間接網絡級數小于4）高的原因是線頭阻塞效應（Head－Of－LineBloc－king）［20］。Mesh和Torus仍舊是表現最差的網絡拓撲，這也說明了Mesh和Torus的2－D結構不適合作為大規?；ミB網絡的拓撲結構。將節點規模增加到1024，如圖13所示，能夠得到類似的結論。FatTree網絡在大規模節點的巨型機系統具有廣泛的應用。如圖14所示，在流量模式為worst－case的情況下，混合拓撲結構和改進優化的混合拓撲結構均獲得了比FatTree更好的吞吐率。對于新型混合拓撲結構Hybrid與改進優化混合拓撲結構Hybrid－Y，在間接網絡級數相近的情況下（圖示中Hybrid的間接網絡級數為5，Hy－brid－Y間接網絡級數為4），改進優化的Hybrid－Y網絡擁有更好的網絡性能。對于維數高于2－D的情形能夠得到類似的結果。
3.2性能開銷比的比較和分析比較不同拓撲結構網絡的指標有很多，比如平均和最大跳步數、對分帶寬［21］、網絡鏈路數量和交叉開關規模等。為了更好地將改進的混合拓撲結構Hybrid－Y和新型混合拓撲結構Hybrid進行比較，這里采用文獻［1］中提出的網絡開銷評價指標，即鏈路（Links）數量、交叉開關（Switches）數量和交叉開關單元（SwitchingElements）規模。網絡拓撲的硬件開銷比較將采用交叉開關單元規模作為指標。網絡的性能評價指標采用基本延時和吞吐率。基本延時和交叉開關單元規模的乘積越低，表示網絡拓撲性能就越好；吞吐率和交叉開關單元規模的比值越高，表示網絡拓撲的性能就越好。表2列出了這兩種混合拓撲結構的鏈路數、開關單元規模、交叉開關數的計算式。表3列出了Hybrid－Y網絡拓撲和Hybrid網絡拓撲模擬實驗的相關參數，包括基本延時（也稱為0負載延時）、吞吐率（Throughput）、鏈路數、開關單元、交叉開關（Switches），以及性能比較的參數“吞吐率／開關單元”、“基本延時×開關單元”。當節點規模為64時，間接網絡為Crossbar（間接網絡級數為1）的新型混合拓撲結構Hybrid的基本延時要比間接網絡同為Crossbar的改進的混合拓撲結構Hybrid－Y的基本延時要小，這是因為改進的混合拓撲結構Hybrid－Y的直接網絡中每一維上有兩個Crossbar，而新型混合拓撲結構Hy－brid只有一個Crossbar，因此Hybrid－Y網絡中數據包的平均跳步數（Hop）要比Hybrid網絡的大。但是，Hybrid－Y網絡的吞吐率要比Hybrid網絡的高，其原因是其線頭阻塞（Head－Of－LineBlocking）效應較之要弱。對于間接網絡級數大于1（即多級FatTree）的情形，Hybrid－Y網絡與Hybrid網絡的“吞吐率／開關單元”性能指標幾乎持平，但是Hybrid－Y網絡“基本延時×開關單元”性能指標要優于Hybrid。當節點規模增大到256時，間接網絡為Cross－bar的Hybrid－Y網絡的上述兩項性能指標要明顯優于Hybrid，分別提升了92％和37．8％。同時注意到，間接網絡級數為3的Hybrid－Y網絡的上述兩項性能指標介于間接網絡分別為2和4的Hy－brid網絡。若繼續將節點規模增大，達到1024時，從表3中可以觀察到，間接網絡為Crossbar或者多級FatTree的Hybrid－Y網絡拓撲的兩項性能指標比Hybrid網絡拓撲的均要好。從上述的模擬結果分析可以得出這樣的結論，Hybrid－Y網絡的性能與物理開銷和Hybrid網絡相比，特別是在較大規模情況下，Hybrid－Y網絡的性能與物理開銷要優于Hybrid網絡。在實際應用的時候，可以根據應用的需求尋求合適的參數配置，使得Hybrid－Y網絡的優勢更加突出。
4結束語
網絡拓撲結構范文5
摘要：文章認為數據中心網絡的拓撲結構確定其硬件設備的選取標準、設備之間的協同和互聯方式、以及數據中心的運行和維護機制。針對各種新的服務需求對數據中心網絡提出的更高的結構性要求，業界提出了一些新的數據中心網絡拓撲結構。文章介紹并分析了這些拓撲結構，主要有改進樹形結構(如Fat-tree、VL2)、遞歸層次結構(如DCell、FiConn、BCube)、能量比例結構、矩陣結構。
關鍵詞：數據中心網絡；拓撲結構；云計算
Abstract: The topology of a data-center network (DCN) determines which device standards are used, how devices cooperate and interconnect, and which OAM mechanisms are used in the data-center. Diverse services require improved topological performance. To this end, we propose improved tree topologies, such as Fat-tree and VL2; recursively hierarchical topologies, such as DCell, FiConn, and BCube; energy percentage topologies; and matrix topologies.
Key words:data center networking; topology; cloud computing
數據中心網絡是指數據中心的網絡基礎設施，它通過高速的鏈路和交換機連接著大量的服務器[1]。數據中心網絡是基于服務器之間及時可靠的通信來發揮作用的，其作用是為數據中心的一切應用和服務提供數據存儲、分析、處理和計算的物理平臺。數據中心網絡是數據中心硬件部分的核心基礎構成，它的拓撲結構給出了數據中心中所有交換機和服務器的連接關系，決定數據中心的具體組織形式。
作為數據中心與云計算技術的硬件支撐，數據中心網絡已迅速成為學術界研究的熱點。近年來，計算機方向的國際頂級學術會議(如OSDI、ISCA、SIGCOMM、SIGMOD、INFOCOM、ICDCS、HPDC、SOSP等)都設立了關于數據中心網絡的議題。IEEE和ACM的諸多國際權威期刊(如IEEE Computing in Science and Engineering、IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems、IEEE/ACM Transactions on Networking等)經?？菙祿行木W絡的相關學術文章。麻省理工大學、斯坦福大學、加州大學伯克利分校、俄亥俄州立大學、麥吉爾大學、清華大學、微軟研究院等全球著名大學及研究機構成立了專門的研究組，開展對數據中心網絡的研究。同時，谷歌、亞馬遜、微軟等公司也從未停止對數據中心網絡的研究工作[2-3]。
1 研究數據中心網絡拓撲
結構的意義
數據中心網絡拓撲結構確定組成數據中心的硬件設備的選取標準，以及這些設備之間的協同和互聯方式，進一步確定數據中心本身的運行和維護。研究數據中心網絡拓撲結構的意義主要體現在上層應用的運行質量、數據中心的建設成本和運行能耗兩個方面。
(1)拓撲結構設計決定上層應用的運行質量
數據中心網絡拓撲結構設計給出數據中心各服務器之間的連接關系，即任意兩個服務器之間所有鏈路和中間節點的連接順序，從而確定服務器間通信的路由方式。數據中心網絡拓撲結構還直接影響著服務器間通信的容錯和整個網絡的擁塞控制。因為無論采取冗余、自適應路由、窗口速率控制或其他容錯和擁塞控制方法，都需要根據網絡拓撲結構所確定的節點連接關系傳遞控制信息。數據中心的上層應用，如GFS[4]、HDFS[5]、Bigtable[6]、Dynamo[7]、Dryad[8]等等，都以并行和分布式的形式在數據中心網絡上通過大量服務器間的協同通信來實現。這些服務器之間通信的路由、容錯和擁塞控制則決定上層應用的運行質量，包括服務時間、處理數據的吞吐量等。而這些又決定網絡服務運營商能否在單位時間內為更多的用戶提供滿意的服務，獲取更大的利潤。
(2)拓撲結構設計決定數據中心的建設成本和運行能耗
數據中心網絡作為數據中心的主體硬件部分，其結構設計給出組成數據中心的三大主要硬件設備(服務器、交換機和鏈路)的數量和選取標準，如服務器或交換機的型號、網絡接口數量、額定功率等。具有不同網絡拓撲結構的數據中心可容納的最大服務器數量是不同的，并且容納同樣數量的服務器所需要的交換機數量也是不同的。雖然現在的數據中心只需采用價格低廉的商務計算機作為服務器，但不同的網絡拓撲結構對交換機的數量和性能要求都不相同，當數據中心的服務器數量達到幾萬臺或更多時，不同的網絡拓撲結構會使得數據中心的建設成本和運行能耗[9]產生巨大的差異。
2 數據中心網絡拓撲結構
新的設計要求
由于普通計算機性能的快速提高以及對服務器數量需求的飛速增長，新的數據中心網絡都不再使用專門設計的高端服務器和鏈路，只采用大量價格低廉的普通商務計算機作為服務器[10]。
近年來，隨著云計算技術在各個應用領域的不斷發展以及對個人普通用戶的開放，層出不窮的各種在線云服務項目對數據中心網絡拓撲結構提出了新的設計要求，主要包括以下3點：
網絡拓撲結構范文6
關鍵詞：IPv6網絡；拓撲發現；現狀；新特點
中圖分類號：TP393.02 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2011) 23-0000-01
IPv6 Network Topology Discovery and Topology Discovery Research Status of the New Features
Wu Gaoping
(School of Electrical Engineering,Northwest University for Nationalities,Lanzhou 730030,China)
Abstract:Problems IPv6 network topology discovery and IPv6 network to its own characteristics,through the local node and dual-stack nodes that access to information technology integration in the design of the Ipv6 network topology,while achieving the IPv6 network topology discovery applications,enabling application in line with the actual network topology system.
Keywords:IPv6 network;Topology discovery;Status;New features
一、網絡拓撲發現研究現狀
網絡拓撲發現是網絡管理功能體系的基本構成部分，同時也是對商業網絡管理系統成功與否的衡量尺度和標準。網絡拓撲發現在網絡瓶頸的搜索、網絡傳輸擁塞以及網絡潛在弱點的排除以及提高網絡連接性以及網絡升級等方面有著重要的作用。拓撲發現還能用于實時網絡仿真以及幫助新用戶決定從何處切入網絡以獲得最大帶寬。當前國外的一些網管產品已具有網絡自動拓撲發現的功能，國內的網管軟件也得到了一定的發展，網絡拓撲發現在局域網以及小型網絡發現應用較好，而大型網絡則應用實例較少。
當前，網絡拓撲發現的研究取得了一定的進展，提出了啟發式發現算法、可搜索交換機端口連接的鏈路層發現算法等。國內的網絡拓撲發現也實現了相應的算法研究，并且應用到了商業的網絡管理軟件中。然而到目前為止，現代大型異構IP網絡的自動拓撲發現的研究和應用依舊存在較大的挑戰。
二、IPv6網絡拓撲發現系統
當前，IPv6網絡依舊處于起步階段，互聯網上IPv4網絡與IPv6網絡在并存，其網絡結構如下。
圖1：IPv6網絡結構圖
IPv6網絡拓撲發現系統分為三個部分：子網發現、隧道發現以及雙棧識別以及骨干網發現模塊，此外還包括輔助的拓撲信息融合、拓撲數據存儲、拓撲現實模塊等部分。IPv6網絡拓撲發現系統結構如下。
（一）子網發現模塊。子網發現模塊主要是發現本地鏈路內部存在的路由器以及主機信息，從而進行本地地址以及路由地址之間的相互轉換，并通過相對應的形式存儲轉發到其對應的控制節點。在RFC3513中預先定義一組多播地址能有效解決子網節點之間的探測問題。目標地址為FF02：：1的數據包，本地鏈路都將進行接收并返回響應，而目標地址為FF02：：2的數據包，本地鏈路器都將接受并處理，實現主機與路由器的區分。通過相應算法所得到的地址一般為本地鏈路地址，而IPv6中的一個節點往往需要與其他網絡通信的IPv6通信的全局地址，由此應子網模塊還應實現兩種地址之間的轉換。
（二）隧道發現及雙棧識別模塊。隧道發現模塊以骨干網絡發現模塊為基礎，對于骨干網絡的路徑，首先應對路徑中每節點是否為雙棧節點進行判斷，若是存在雙棧節點，則還應判斷是否存在隧道，從而獲得隧道兩端的端口信息。對于一條路徑，當兩端節點為雙棧路由器時，才有必要進行隧道的判斷。隧道是否存在的判斷應通過注入大的IPv6包，從而在數據的傳送過程中經過隧道時產生分片，從而獲取路徑中的MTU值實現。若是隧道存在，則在通過隧道時必須經過IPv4報頭的封裝作為IPv4包進行傳輸，由此，路徑上的最大MTU值是IPv4的MTU減去IPv4報頭的值。當前使用的IPv4報文的MTU值一般為1500B，而IPv6隧道加上20B的IPv4報頭值，再加上IPv6中最小MIU值1280，如獲得的MTU值為1480，1476，1472，1280其中的值時，則可判斷隧道存在。
（三）骨干網發現模塊。骨干網發現模塊主要能發現骨干網絡層拓撲結構，發現路由器以及它們之間的連接關系，而后對網絡路徑中存在從匿名路由器狀況進行拓撲信息的合并，從而構建形成接近實際的骨干網絡結構。雖然RFC2465和RFC2466等文檔定義了IPv6系統中擴展的MIB標準，但當前主流操作系統并不完全支持所制定的標準，由此，IPv6骨干網絡的探測還應采用ICMPv6通用協議完成。IPv6報文中，由于要求使用源路由機制，由此在使用trace route程序實現拓撲探測時提高了路徑發現的概率。IPv6網絡的有效管理成為了網絡迅速發展的切實需要，通過對IPv6網絡結構的分析，明確了IPv6的結構特點，實現了對網絡系統的結構設計和主要組成部分的設計和實現。
參考文獻：
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