网络拓扑结构范文

导语：如何才能写好一篇网络拓扑结构，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：计算机网络；拓扑结构；网络协议；冗余设计

中图分类号：TP393.01文献标识码：A文章编号：16727800（2011）012011302

作者简介：吴亚军(1974-)，男，江苏如皋人，江苏教育学院如皋分院如皋高等师范学校讲师，研究方向为计算机网络。

0引言

计算机网络的拓扑结构分析是指从逻辑上抽象出网上计算机、网络设备以及传输媒介所构成的线与节点间的关系加以研究。

1计算机网络拓扑结构的概念和分类

计算机网络的拓扑结构是指网上计算机或网络设备与传输媒介所构成的线与节点的物理构成模式。计算机网络的节点一般有两大类：一是交换和转换网络信息的转接节点，主要有：终端控制器、集线器、交换机等；二是各访问节点，主要是终端和计算机主机等。其中线主要是指计算机网络中的传输媒介，其有有形的，也有无形的，有形的叫“有线”，无形的叫“无线”。根据节点和线的连接形式，计算机网络拓扑结构主要分为：总线型、星型、树型、环型、网状型、全互联型拓扑结构。 如图1所示。

图1计算机网络拓扑结构图

总线型主要是由一条高速主干电缆也就是总线跟若干节点进行连接而成的网络形式。此网络结构的主要优点在于其灵活简单，容易构建，性能较好；缺点是总线故障将对整个网络产生影响，即主干总线将决定着整个网络的命运。星型网络主要是通过中央节点集线器跟周围各节点进行连接而构成的网络。此网络通信必须通过中央节点方可实现。星型结构的优点在于其构网简便、结构灵活，便于管理等；缺点是其中央节点负担较重，容易形成系统的“瓶颈”，线路的利用率也不高。树型拓扑是一种分级结构。在树型结构的网络中，任意两个节点之间不产生回路，每条通路都支持双向传输。这种结构的特点是扩充方便、灵活，成本低，易推广，适合于分主次或分等级的层次型管理系统。环型拓扑结构主要是通过各节点首尾的彼此连接从而形成一个闭合环型线路，其信息的传送是单向的，每个节点需安装中继器，以接收、放大、发送信号。这种结构的优点是结构简单，建网容易，便于管理；其缺点是当节点过多时，将影响传输效率，不利于扩充。网状型主要用于广域网，由于节点之间有多条线路相连，所以网络的可靠性较高。由于结构比较复杂，建设成本较高。

2计算机网络拓扑的特点

随着网络技术的发展，计算机网络拓扑结构越来越呈现出一种复杂性。近些年来对于计算机拓扑的研究，越来越趋向于计算机拓扑节点度的幂律分布特点。这种分布在规模不同的网络拓扑中表现出一定的稳定性，也就是指，在规模不同的计算机拓扑中，它们的节点度表现出一种幂律分布，即：P(k)=k-β。其中，β一般在2―3这个小范围内进行波动，k是指节点度，P(k)表示度为k的节点出现的概率，即分布率。

计算机网络作为一个复杂网络，从其通信网络的优化目的来说，其实现节点间平均距离最小化、网络边数最小化是其拓扑优化的主要目标，即未来通信网络的趋势就是小世界网络。可是计算机网络所覆盖的范围非常巨大，具有全球性，其拓扑结构的发展还面临着许多技术上的问题。所以，对于计算机网络拓扑结构的优化目标的实现有点不大可能。但尽管计算机的发展并不能实现拓扑设计的整体优化，它的小世界、较少边、高聚集等特性足以表明其还是具有小范围优化的特点，这些特点的产生可表现出其一些规律，即计算机网络具有优先连接和生长的规律。生长表示的是计算机具有动态增长的特性，所以计算机的拓扑结构也是一个动态的过程。优先连接规律表示新节点进入计算机网络的规则，即在新节点加入网络时会选择拥有较大连接数的节点进行连接。

3计算机网络拓扑模型的构建

3.1一种复杂网络拓扑模型

在世人发现计算机网络节点度具有幂律分布的规律之后，计算机网络拓扑模型的构建产生巨大的转变。大家更多的选择从优先连接和生长等这一网络拓扑规律入手进行计算机网络的拓扑建模，其主要是为了让符合现实计算机拓扑性质的模型通过一些简单规则的演化让其自动地产生出来。利用优先连接来对新节点加入网络的过程进行描述还比较粗糙，首先是因为新节点在加入之前，对网络全局的信息进行了解和把握具有很大的难度，其次一个原因是单一的优先连接不能够描述复杂的加入决策过程，而且在全网中容易形成少量的集散节点。所以要建立更加符合现实计算机拓扑特征的网络模型则需要考虑更完善的加入规则。

现在对于构建计算机模型主要是依据自治域级和路由器级，但由于计算机网络拓扑特性在不同层次和不同规模中表现出某种本质上的相似性，所以，本拓扑模型的构建都适应于这两个级。此模型主要的规则是前面提到的通过生长和局部优先连接，来形成计算机拓扑模型，这种形成机制就好像一个层次化比较强的选举过程，如图2所示：

图2计算机网络拓扑模型

此模型首先假设在一个平面中分布着n个节点，并存在着一个离散的均匀走动的时钟，这些节点都清楚自己是何时进入网络的，这些节点进入网络的时刻分布是从零时刻开始至具体某一特定时刻内的随机分布。每个节点进入网络前后的动作就是接收和发送消息及依据所接收的消息产生响应。发送和接收的消息中包括了自己的优先度以及消息传达的范围等内容。并且这些节点优先度将对其消息传送的范围即辐射半径产生直接的影响。在节点接收消息之后往往是按照消息源的优先度来确定其是否跟发送消息的节点建立连接，若所接收到的许多消息源节点存在相近的优先度，其将会随机地选择一个消息源节点进行连接。通过这种规则进行不断的演化和发展，将会得出图2的结果。其中a图表示计算机网络形成的初始阶段，那时仅仅只有一小部分节点进行活动，每个节点度都比较小，其发送和接收消息的范围还比较小，所以这些节点往往只跟自己相邻的节点进行连接。而随着时间的不断推进，节点度的不断增加，各个节点的消息所能到达的距离越来越远，即所形成的连接会越来越大、越来越多。在局部区域胜出的节点代表整个区域参与更大范围的竞争，以致形成更大区域的代表。这个过程将持续下去，直到网络中形成几个较大的聚集中心。如图2(b)、(c)所示，这种自组织的层次网络并不具有预先设置的层次数。这就是计算机网络拓扑结构的形成模型，是一种消息自组织和传递接收的模型。

3.2网络拓扑结构体系与网络协议的设置

由于网络拓扑类型的多样性，使得计算机网络结构复杂多变。在这个系统中，网络服务供给者和请求者之间的通信是在一个复杂网络中进行的。对于复杂网络中的问题，必须建立起符合计算机网络拓扑结构体系的网络协议。具体问题如下：①语言不同的网络实体如何才可实现彼此通信?②如何才能保证网络实体正确接收数据?③怎样实现网络中各实体之间的联系？④数据怎样传送给指定的接收者?⑤怎样避免网络上数据传输冲突问题，怎样对数据流进行控制以避免数据信息丢失?⑥如何通过介质进行网络数据信息的传输？⑦在物理上的各种传输线路是如何建立的？

对于上述问题的解决，建立计算机网络拓扑结构体系是一种有效途径。计算机网络拓扑结构体系主要是对网络结构系统功能进行有效的分解，接着对各种分解后的功能进行设定，以满意用户的需求。这种网络拓扑结构体系其实就是一个层次结构，它的特点主要是任何一层都是在前一层的基础上建立起来的，其低层总是为高层服务。比如，第N层中的实体在实现自身定义的功能时，就充分利用N-1层提供的服务，由于N-1层同样使用了N-2层的服务，所以N层也间接利用了N-2 层提供的功能。N层是将以下各层的功能“增值”，即加上自己的功能，为N+1提供更完善的服务，同时屏蔽具体实现这些功能的细节。其中，最低层是只提供服务而不使用其他层服务的基本层；而最高层肯定是应用层，它是系统最终目标的体现。

因此，计算机网络拓扑结构体系的核心是如何合理地划分层次，并确定每个层次的特定功能及相邻层次之间的接口。由于各种局域网的不断出现，迫切需要不同机种互联，以满足信息交换、资源共享及分布式处理等需求，这就要求计算机网络体系结构标准化。在计算机网络分层结构体系中，通常把每一层在通信中用到的规则与约定称为协议。协议是一组形式化的描述，它是计算机通信的语言，也是计算机网络软硬件开发的依据。网络中的计算机如果要相互“交谈”，它们就必须使用一种标准的语言，有了共同的语言，交谈的双方才能相互“沟通”。考虑到环境及通信介质的不可靠性，通信双方要密切配合才能完成任务。通信前，双方要取得联络，并协商通信参数、方式等；在通信过程中，要控制流量，进行错误检测与恢复，保证所传输的信息准确无误；在通信后，要释放有关资源(如通信线路等)。由于这种通信是在不同的机器之间进行，故只能通过双方交换特定的控制信息才能实现上述目的，而交换信息必须按一定的规则进行，只有这样双方才能保持同步，并能理解对方的要求。

4计算机网络架构冗余设计分析

计算机网络架构冗余设计主要是指节点之间的链路冗余，也就是指在一条链路发生断路时，可以通过其他冗余的链路进行通信，以保证数据的安全。网络架构冗余设计一般是包括核心层和接入层两个方面的冗余设计，核心层冗余设计主要是采用了节点之间的连线的网状结构进行，即在一条线路断路时可以通过其他的两条或者两条以上的线路进行通信；接入层冗余设计一般是通过双上联或者三上联的方式进行的，如图3所示。

图3计算机网络架构冗余设计

通过计算机网络架构的冗余设计，在一条线路或者多条线路断路时，可以通过其他线路进行通信，从而将有效保证网络数据的安全性，提升网络系统的有效性。

5结束语

在实际应用中，为了适应不同的要求，拓扑结构不一定是单一的，往往都是几种结构的混用。这些结构的混合使得计算机网络复杂性极强，在其拓扑结构构建和形成中表现出来、具体所形成的拓扑规则是：Internet网络中节点的生长性和优先连接。通过其不断的生长以及生长出的节点的优先连接，从而使网络拓扑形成一种消息自组织和传递的过程，最终发展成一种网络拓扑结构体系，其核心是一种层次结构，通过协议加以沟通，进行信息的传递。此外在设计过程中，还应充分考虑网络的冗余设计，最大限度地保证网络系统的可靠性、安全性。

参考文献：

[1]方涛.非线性网络的动力学复杂性研究的若干进展[J].自然科学进展,2007(7).

[2]WATTS DJ,STROGATZ SH.Collective namics of‘mallworld'networks[J].Nature,2008(393).

[3]狄增如.一门崭新的交叉科学:网络科学(上)[J].物理学进展,2010(3).

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关键词：光纤 有线电视 网络 拓扑结构

现阶段CATV是以光缆为干线的光纤加同轴电缆混合网（HFC），即干线和部分支干线采用光缆，支线或分配器以下部分由同轴电缆传输。不少网络经营者已在超干线、干线甚至支干线上采用光纤技术。光纤网建设中采用何种拓扑结构是一个很重要的问题，既要考虑目前的需要，又要考虑以后的升级。常见的几种拓扑结构有：总线形、环路形、树枝形、星形等四种，下面逐一分析。

1.总线形结构

所谓总线网是以一种传输媒介作为公共总线（母线），各终端通过光耦合器与总线直接相连而构成的网。总线网属于串联型结构，但网络各结点是并在总线上，当个别结点出现故障或毁坏时，不会影响其他结点的通信，系统的稳定性较高；各结点共享传输线，成本较低，节省投资；设备简单。它的另一个优点是，该种结构适合于计算机通信的“以太网”，有利于城市网络的建立与发展。

在发射机功率范围内，光结点数不能太多，也就是总线网的网径和容量较小。另外，在共享线上，容易发生信号碰撞，给系统的运行造成一定的困难，只有在保证不小于10Mbit/s数据速率的情况下，矛盾才有所缓解。还有，这种拓扑结构对光接收机的动态范围要求较高。由于上述劣势，限制了总线形光纤网在城域网中的应用，往往只能满足区域网的需求。

2.环形结构

环形结构属于串联型结构。各结点共同用一条链路，自成一封闭结构，采用双向光纤。其优点是：①节目可双向传输，传送的信号分为主路信号和备路信号，提高了网络的自由度、灵活性及可靠性。②系统的链路损耗小，增加了网络的网径和容量，一般来说网的周长可达200km，结点数目可达几百个。

由于环形结构具有结点串联的特点，各结点发送的信号可在环上鱼贯而行。充分利用了网的容量，因此适合于高速网。另外环形结构网对结点接收机的动态范围要求较小，因为该网中最大传输损耗与最小传输损耗之间差距不大。

在大型有线电视系统中采用光纤环形结构。由本地前端出发通过一级环形网络和多个中心前端相互传输信息，由中心前端通过二级环形网络和若干个主光结点相耳传输信息。主光结点可以输出光信号和射频信号，射频信号通过三级放大器以后带动电缆分配网络；集中供电电源安装在主光结点上，主光结点和以下的光结点之间既有光缆又有电缆连接，电源通过电缆向射频放大器供电。

它的明显不足之处是，环形网结点站的结构比较复杂，对硬件和管理软件要求较高； 从经济方面来看，环形网的代价较高，结点的设计与制造也比较困难。这在某种程度上限制了环形结构在有线电视领域中的应用和推广。

3.树形结构

光纤树形网类似于现有的同轴电缆树形网，呈树枝状。树形结构包含有较多的光无源器件，除结点外，网络中无任何有源器件，因而对带宽、波长和传输方式无任何限制，是解决本地入网的最佳途径。这是它明显的优点。

树形网由于光无源器件多，一方面造成的链路损耗较大，在允许链路损耗范围内，为保证末端载噪比指标，结点数目不能太多，即网径和容量不会太大；另一方面，光无源器件较易产生光信号失真（包括反射和散射等），为保证系统的CTR、COS指标，对光端机的接收性能要求较高。其缺点之二是，这种树形结构实质上是分支总，形结构，不适合电话通信。因此，在CATV光纤网方案时较少采用树形结构。

4.星形结构

所谓星形结构，是每一个端局都设一根独立的光纤与前端相连，光分配一次到位，光线除经过光耦合器外，中间不再有任何分支， 所用光分路器少，光纤连接点也少，因此光路全程损耗小，也就决定了网络的容量和网径极大。

这种结构属于并联型结构，将具有控制和转换功能的星形耦合器作为中心结点，通过光纤连接数个结点，以此构成以中心结点为中心的网络层结构形式。这种结构各结点间相互独立，保密性强，容易实现多端无源网络，大大提高了系统的可靠性，这正是星形光纤网易被CATV组网时广泛采用的一个重要原因。

此外，星形拓扑结构业务适应性较强，易于升级，特别是随着集中式交换机技术性能的提高和改进，这种结构更适合高速网，系统内可进行多功能开发，能与B–ISDN相衔接，在网内向用户传送多媒体信息。

它的不足之处是：耗用光纤数目较多，提高了成本。

在大型网络中，为充分发挥光纤传输的优势，常利用长距离超级干线将光分路器置于远端构成所谓双（或多）星形拓扑结构。

光缆CATV网络现阶段以单向广播型信号为主，网上各用户的，号内容相同，且信号为模拟残留边带调制技术体制。故网络设计以距离最短为原则。因此，单向广播型模拟信号光缆传输网络理论上的最佳结构应为星树形网络。对于数字视频信号光缆传输系统，由于其无中继而使传输距离可达50km以上。作为城市有线电视超干线的数字视频光缆传输网络，拓扑结构的设计则应以网络的安全性为主要设计目标，同时兼顾双向业务的交换容量及业务流量分配，不再是距离最短原则。而是从其安全性与多路由保护代价来看，环形网络优于星树形网络。

5.光纤CATV网络拓朴结构的发展趋势

（1）光纤到结点（FTF） 国内外新建的光纤CATV网主要采用FTF模式。该模式中从前端或分前端到各个分配光结点之间采用星形拓扑结构光缆，在各结点处进行光电转换。而从各光结点处再以树形方式敷设同轴电缆或用户电缆到该区域内各用户家庭，在同轴电缆分配网络内不再使用干线放大器，一个光结点的服务区域的大小一般在2000～5000户家庭，一条支线上放大器为3～5个。

（2）光纤到路边（FTC） 光纤CATV网正逐步狗宽带综合业务用户网过渡，即还要利用该网络实现许多非广播电视业务的双向业务，如电话、计算机通信、影视点播及各类交互式视频业务等。若一个光结点的用户数太多，则双向传输的上行频道就会存在两个问题：一是若接在一条同轴电缆支线上的成百上千用户的回传信号，同时抢占同一放大器狭窄的上行频道，将会造成通信阻塞；二是在树形或星形网络中，一多个反向放大器的输出噪声向一个通路汇集，加上上行频道处于低频频段，易受外界干扰，导致上行通路的信噪比很小。为此，必须縮小模式中光结点的服务区域，让光纤尽可能地渗透到用户附近，置路边（Curb）平台，一个Curb管辖的范围最好在500户以下，且只含有一级或两级放大器。可在FTF模式基础上改造为FTC模式，即逐步增加光结点的光接收机与回传光发射机，相当于增加了光结点，使每个光结点所服务的用户数相应减少，且随着发展逐步地把光接收机和回传光发射机向用户推进。

（3）光纤到最后一个放大器（FTLA） 目前国外正在研究FTLA，该模式为无源同轴网络结构，该结构是在光接收机后不再使用放大器，完全靠无源同轴电缆及部件把射频信号直接分配给每一用户，这样网络的可靠性得到进一步提高，而信息的回传也将非常畅通。■

参考文献

[1]潘承双，当前农村有线电视存在的问题及对策[J]，中国有线电视，2006，（12）.

[2]罗轶，杨亚玲，试论我国有线电视网络的产业化[J]，西部广播电视，2007，（08）.

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关键词：Zigbee；无线网络；无线燃气抄表系统；用户终端模块；无线收发模块 文献标识码：A

中图分类号：TP212 文章编号：1009-2374（2016）02-0055-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.02.027

目前，楼宇的智能化在新式小区发展迅速，智能抄表和无线抄表技术也发展得比较成熟，但在老式小区发展很缓慢，老式小区的数量也非常庞大，目前在老式小区里，电表和水表都能方便地改到室外统一安装、统一抄表，燃气统一安装的困难较多，所以本文着重挑选燃气表无线抄表进行研究。随着楼宇的智能化发展，无线抄表系统越来越受到人们的青睐并逐渐取代了传统的抄表系统。传统的抄表系统大致可以分为三类：智能卡燃气表、有线自动抄表系统、无线智能燃气表，目前无线智能燃气自动抄表系统越来越受到业界的重视。

1 Zigbee技术分析

1.1 Zigbee技术概述

Zigbee一词源自于蜜蜂Bee，蜜蜂在空中飞行的字形的空中舞步，是把花蜜的位置信息传递给伙伴们。Zigbee技术也具备将信息通过Zigbee技术发送给其他Zigbee装置（也可以是接收）的能力。Zigbee包括两种不同的通讯规格：一种是由Zigbee Alliance所主导的标准；另一种是由IEEE所制定的IEEE802.15.4标准。Zigbee可以在国际免授权的2.4GHz、欧洲868MHz和美国915MHz三个免费频段上工作，它在2.4GHz频段上工作时，具有250kbps的最高数据传输率。Zigbee完全协议可用于32K字节的协调器，而且每个协调器同时可连接达255个节点之多，几个协调器可以自动形成一个网络。Zigbee是一种成熟的近程（10～100米）、低速率（250kbps标称速率）、低功耗的无线网络技术，主要应用于近距离数据无线收发，具备有强大自组网能力、低功耗、低速率、低成本、高可靠、超视距等多种特点，适用于远程控制和自动控制等领域。

本文选用DRF系列Zigbee模块，它是基于TI公司CC2530F256芯片的Zigbee模块，具体特点如下：（1）DRF系列Zigbee模块相当于无线的串口连接端口，在使用这个模块时，如串口电缆一样简单好用。Zigbee网络包含三种网络形态，即中心协调器、路由器、终端节点，英文标识分别是Coordinator、Router、End Device；（2）串口数据可透明传输，不必考虑Zigbee协议，每个模块都是上电即自动组网，Coordinator会自动给所有的节点分配地址，无需用户人工分配；（3）Coordinator能将从串口接收到的数据自动发送给所有其他节点，某一节点也能将从串口接收到的数据自动发送给Coordinator，通过串口便可在任意节点之间进行数据传输；（4）DRF系列Zigbee模块采用CC2530F256芯片，自带IEEE地址，不用再购买IEEE地址；（5）用户可通过串口指令自由变换模块的节点类型（Coordinator、Router、End Device）和使用的无线电频道；（6）用户可自定义Router地址，在Coordinator与Router之间传输数据，可根据自定义地址寻址，用户可自定义地址功能，方便地实现RS232设备联网功能。

1.2 Zigbee网络拓扑结构

Zigbee具备强大的自组网能力，有星型、簇状型、MESH网状型三种，如图1所示网络拓扑结构。

Coordinator（网络协调器）就是网络中的中心节点，功能是组建网络和信息路由。如果要创建一个Zigbee网络，当有Router或EndDevice节点加入时，并分配地址给子节点，Coordinator一般被定义为不能掉电的设备，而且没有低功耗状态。一个Zigbee网络有且仅有一个Coordinator，不同网络的PAN ID即网络ID号也不一样，如果同时存在两个Coordinator，它们的初始PAN ID一样，那后上电的Coordinator的PAN ID会自动加1，区分两个Coordinator，以此避免PAN ID冲突。

Router（路由器）则负责寻找最适合的路由路径来转发数据包，当有节点加入网络，可自动为节点分配地址。Router一般也被定义为电源供电的设备，也不能进入低功耗状态，一个Zigbee网络一般需要多个Router，一个Router既能转发数据也可收发数据。

End Device（终端节点）加入Zigbee网络后能收发数据，但不能转发数据，End Device一般被定义为电池供电设备，能周期性地被唤醒去执行设定的任务，具有低功耗状态。

1.3 三种无线通信技术的比较

燃气抄表频率较低，一般一个月一次，数据流量也很小，所以选择无线通信技术时需考虑到以下四个方面：（1）低成本：无线通信模块以及电路的成本要低；（2）低功耗：燃气抄表系统应避免外接电源，需要使用电池，低功耗模块才能使电池成本降低；（3）性能可靠：在无人维护的情况下能够正常运转；（4）扩展性强：无线通信模块间扩展性能强，扩展数量可达上千个。

2 设计方案

本系统是针对住户燃气表的自动抄表功能而设计，该系统实现后，抄表人员无需进入到各住户家中，便可将每个住户家中燃气用量数据通过收发模块读取。图2为各个住户家中的用户终端模块Zigbee与无线收发模块Zigbee的通信框图：

总体设计为：（1）以某小区的楼道为单元，在各单元底层或者中间楼层安装Zigbee无线收发模块用于抄表人员抄燃气表用量；（2）在各住户家中安装Zigbee远程用户终端模块，将读取的燃气表用量通过Zigbee的射频部分将数据发送到楼道里的Zigbee无线收发模块。无线收发总模块有一个Zigbee设置为Coordinator（网络协调器），可以是手持设备，也可以是安装在一个固定位置，供多个楼道共用，其他无线收发分模块Zigbee设置为Router（路由器），作用是收集用户燃气量数据并转发至Coordinator，在多层（6层以下）住宅楼道安装在一楼，在高层（10层以上）住宅楼，以10楼配置一个Router（路由器）为标准，在楼层中部安装，如20楼的住宅，在7楼和14楼各安装一个Router节点；远程用户终端模块的Zigbee设置为End Device（终端节点），安装在各用户的燃气表上，可收发数据，但是不能转发数据，抄表频率一般一月一次，且传送距离一定在100米以内，End Device具有低功耗特征，可电池供电，周期性唤醒并执行设定的任务，能满足设计要求。

远程用户终端模块和无线收发模块设计部分实现方法很多，本文不做讨论。

3 Zigbee技术应用于抄表的不确定性

Zigbee技术应用于抄表的优点不做赘述，下面阐述三个不确定因素：（1）为Zigbee提供芯片的型号主要是TI公司的CC2430、CC2480、CC2530等芯片，芯片成本基本都在3美金上下，再加上能实现基本功能的最少器件，其成本很难控制在10美金以内，燃气公司和住户可能都不愿独自承担改造费用，颇为尴尬；（2）Zigbee技术采用的频段信号其衍射能力和穿墙能力都较弱。Zigbee模块安装在住户家中，即使是一扇门或一扇窗，也会让信号衰减，一堵墙则更甚。因此，厂家选择使用射频功放，对该信号进行放大来增强它的衍射能力和穿墙能力，可这样又会增加辐射污染，与Zigbee技术低功耗的优点名不副实；（3）Zigbee技术很重要的一个亮点是它的自组网络和自恢复能力强，所以对于温湿度采集、污物采集、矿井定位等应用具有较大的吸引力。而对于无线抄表的应用中，Zigbee模块位置一旦确定，一般情况是不会变动的，强大的自组网功能也就不被应用。

4 结语

虽然有很多不确定因素影响着Zigbee技术在无线自动抄燃气表系统中的应用，但是这些不确定因素并不是不可解决的，运行成本还是要比人工抄表方式或其他自动抄燃气表系统大幅降低，效率得到了提高，改造的难度也不大。本系统提出的方案，硬件和软件都能实现，只需针对不同类型的燃气表设计不同的远程终端用户模块得到准确的燃气读数，便可实现无线自动抄表功能。当然，实现该系统还需大量实验去论证和调试，调整合适Zigbee发送信号的功率，以保证无线收发模块采集到的数据更加精准。

参考文献

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关键词：纠缠渗流 复杂网络 聚集性

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（b）-0001-01

未来量子网络会提供很多富有吸引力的应用，从量子密钥、量子传输再到分布式的量子计算[1]。这些应用得以实现有一个前提条件，即节点之间的纠缠形成一个网络。为了克服纠缠量随空间距离呈指数衰减这个现实问题，就需要引入一些额外的设备，例如量子中继器和量子存储器等。

作为另外一种解决的方法，纠缠渗透协议被提出来从而实现远距离纠缠态的制备。这种方法把纠缠建立的问题转换为统计物理中的相变问题。使用局域操作和经典通讯，将部分纠缠态转换为最大纠缠态。转换存在一个所谓的“转换成功率”。当转换成功率超出某一个阈值时，涵盖了大部分网络的最大纠缠连接子网出现了。通常，该阈值依赖于量子网络的拓扑结构性质。一些局域化的量子操作可以降低阈值和增加最大连接子网的尺寸。

从基础和技术层面对纠缠态的制备的浓厚兴趣已经导致了对普通和复杂网络的纠缠渗流的广泛研究。但是，许多这方面的研究结果都是关于网络节点的。由于任何单个的网络模型都不能包含真是网络中的所有拓扑特征，研究真实量子网络中的纠缠渗流协议的应用性就变得非常必要了。假定将来的量子网络很可能与现在的互联网有类似的复杂的拓扑结构。

本篇论文研究现存复杂互联网的纠缠渗透协议。本文研究了量子复杂网络的长距离纠缠建立的协议的有效性，网络具有无标度的度分布和高集群性。

假定CEP和GEP运用到了现在的经典互联网中，我们可以对这些纠缠协议应用到真实复杂量子网络的可行性进行评估。在分析中我们用到了skitter网络和BGP网络，他们反映了真实的互联网AS-lever拓扑的不同方面，即一个反映的是skitter数据平台上的互联网流量拓扑结构；另一个反映的是BGP控制平台的路由系统拓扑结构。

本文研究了现存复杂互联网的纠缠渗透协议。本文研究的结果表明真实互联网的高聚集性拓扑结构对网络化的远程纠缠制备具有积极的现实意义。

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关键词：网络拓扑 SNMP ICMP

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）09-0028-01

随着计算机网络的发展和普及，计算机网络在金融、商业、交通、制造业、服务业等社会生活的各个领域发挥着越来越重要的作用，在当今的信息化社会里，计算机网络的稳定和可靠运行可以说已经成为我们生活中的一个基本要求。完善的网络管理维护系统是计算机网络能够可靠、稳定运行的保证，也是进行网络性能分析、网络配置和安全管理等的前提。所谓拓扑发现是指发现网络元素并确定网络元素之间的互连关系，包括互连设备（如路由器、网桥、交换机等）、主机和子网。

1 网络拓扑在网络管理中的地位

目前，关于网络管理的定义很多，国际标准化组织（ISO）在ISO/IEC7498-4中定义并描述了开放系统互连参考模型（OSI/RM）管理的术语和概念，提出了一个OSI管理的结构并描述了OSI管理应有的行为。它认为网络管理系统需要有以下内容：系统的功能、网络资源的表示、网络管理信息的表示、系统的结构。所以网络管理的五大功能分别是配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和计费管理。这五大功能包括了保证一个网络系统正常运行的基本功能。其中网络拓扑的发现就是其中之一。

网络拓扑的自动发现是实现网络拓扑图形显示的技术关键，而路径搜索是故障定位的重要内容。拓扑发现作为配置管理和故障管理中的一项重要功能，是网络管理的一个重要组成部分。本文是分析了网络拓扑自动发现的几种方法。网络拓扑图是拓扑结构的可视化表现形式，拓扑发现生成的网络拓扑可以帮助网络管理员掌握网络拓扑结构，迅速定位故障地点，确定故障影响的范围。随着Internet的出现，基于Web的网络管理成为网络管理的一种新的趋势，它使网络管理不再需要地理位置、具体平台和专业技能等要求，从而给网络管理带来许多方便。

2 网络拓扑发现技术分析

2.1 基于SNMP路由表的拓扑发现技术

当前最有效的拓扑发现方式应该是利用SNMP。该技术要求所有网络设备必须支持SNMP协议，具有SNMP的，利用SNMP里定义的MIB库中路由表的信息进行拓扑发现。由于路由表中的下一跳地址，必然是具有路由功能的网络结点，因此从管理工作站的缺省路由器开始，通过读取路由器的路由表，可逐步向下发现网络中的所有具有路由功能的网络结点。

SNMP的一个突出优点是当网络发生变化时MIB中的信息将会随之变化，并且信息获取的整个过程相当快，从而也提高了拓扑发现的速度。使用SNMP进行拓扑发现的主要问题在于并不是每一个网络设备都提供SNMP服务，即便提供了SNMP服务，MIB中也可能没有保存足够多的有用信息。另外一个问题是关于MIB值的解释问题，虽然关于设备的一些基本信息在MIB中都进行了标准化的定义，但是许多生产商为了更好的描述它们自己产品的功能，在MIB中添加私有信息，为了能更好的利用这些新的信息，我们必须能够在拓扑发现的实现中将这些内容及时加入。

2.2 基于ICMP Ping的拓扑发现技术

Ping是IP网络中使用最早和最广泛的工具之一，它主要是利用ICMP echo reply消息来检测主机是否可达，同时也可以通过计算往返延迟推断节点据我们有“多远”。我们这里所指的节点通常是主机或路由器。由于使用较小的分组，Ping的开销较小。我们可以Ping每一个可能的IP地址以判断它们是否对应可达的网络节点。当向一个可达节点发出Ping报文时，通常会很快得到响应（几十微秒），但当向一个不可达的节点发山Ping报文时，将在设定的间隔后超时，这个间隔通常是2秒，因此在这种情况下，使用Ping是相当低效的，尤其当出于拓扑发现的目的向大量待定的IP地址发出Ping报文时效率更低。一个简单的解决方案是减少超时间隔，但此时需要注意应确保间隔不要低于正常网络延时。

2.3 基于OSPF的拓扑发现技术

OSPF中链路状态数据库存放的信息可以用来计算网络路由，计算过程是从不同的链路状态记录中概括出一个代表网络的节点图。节点图中内部节点是OSPF路由器和中转网络，节点是末梢网络、汇总网络以及外部目的站点，连接的弧线是具有不同度量制式的各种链路。因此，网络管理维护系统也可以访问自治系统每个区域中某一个路由器存有的相关的OSPF路由表信息，就可以构造出整个自治系统的网络拓扑图。

实际运行的企业网管系统一般不会超出自治系统的范围，因此基于OSPF构造网管系统有较大的适用性，该技术的效率和速度也比较高。但此技术不能发现那些不支持OSPF协议的网络连接和设备。另外，OSPF中涉及的路由部分比较复杂，算法上的理解和实现都有一定的困难。

3 网络拓扑发现技术的评价方法

3.1 速度

可用算法执行所花费的时间来衡量。算法执行的时间分为两部分： 采集信息生成拓扑结构的时间；将生成的表示拓扑关系的数据结构以图形化的形式显示出来的时间。

3.2 负载

因为一个算法中对网络造成的负载可能由多个部分引起， 如在基于SNMP的算法中， 给网络引入的负载包括获得拓扑信息的SNMP数据包和为判断一个地址是否有效所引入的ICMP报文。

3.3 完整性

可用算法发现的网络设备数量占实际网络中设备数量的百分比表示。也就是说一个网络中可以发现的网络设备数量和不能发现的网络设备数量之比这个数值越大越好。

3.4 准确性

可用算法面对多个可选的拓扑结构的可能性来表示。对算法要进行优化，不能对产生的拓扑结构有二义性，这是下一步所要做的工作。

3.5 成本

这里不尽是设备成本，也包括人员成本、效率成本。如果一个拓扑发现技术虽然可以很好的发现网络的拓扑情况，但从人员、设备上考虑成本昂贵那也不是最优的选择。

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【关键词】网络拓扑；SNMP发现算法；CMP协议算法；网络管理

1.引言

现代计算机网络迅猛发展，网络管理的任务也变得更加的复杂，而保证网络管理系统高效运行的基础正是网络拓扑发现。网络拓扑表现为计算机网络中各设备之间的连接关系。网络拓扑发现能较好地提高网络的安全管理，故障管理、计量管理、配置和名称管理、性能管理。其原理是利用协议收集网络中各设备的信息，通过一些算法来生成完整的拓扑显示。

2.网络拓扑发现概述

2.1 网络拓扑发现的概念

网络拓扑是指网络元素及其之间的连接关系。网络元素可以理解成是路由器，也可以是交换机、网桥等，还可以是客户端、服务器，甚至是子网、AS等。而网络，既可以是指局域网，也可以是互联网或互联网的一部分。拓扑发现是指发现网元并确定网元之间的互连关系，包括互连设备（如路由器、网桥、交换机等）、主机和子网。网络拓扑是拓扑结构的视觉形式的表达。

2.2 网络拓扑发现的分类

2.2.1 按照网络拓扑发现的对象进行分类

根据不同的网络拓扑发现的对象分类，可分为面向域内的网络拓扑发现和跨域的网络拓扑发现。

面向域内的拓扑发现通常是指面向同一AS，ISP甚至规模更小的局部网络的拓扑发现技术。跨域的网络拓扑发现则是指面向不同AS（或ISP）网络的拓扑发现技术。它们的区别在于，面向域内的拓扑发现网络管理员一般具有对网络元素的管理和控制权，而跨域的拓扑发现无法对域外的网络元素进行管理和控制。由于探测的对象不同，因此所适用的网络发现方法以及网络拓扑发现的目的等都有不同。而跨域的网络拓扑发现比域内的网络拓扑发现困难得多。

2.2.2 按照网络拓扑发现的方法进行分类

按照发现方法对网络拓扑发现进行分类，可分为主动式网络拓扑发现被动式网络拓扑发现。

被动式的网络拓扑发现，是侦听网络元素之间的数据通过对数据的分析，进而得出网络的拓扑连接情况。比如，通过听OSPF路由器之间交换数据包探测网络拓扑的方法，就是一种被动式的拓扑发现方法。被动式的网络拓扑发现方法不向网络注入数据包，所以对网络负荷的影响不大。但也只能分析得到局部网络的拓扑情况。侦听得到的数据可能存在一些错误码的数据，如不能对数据进行有效的分析处理，就得到不真实的网络拓扑图。

主动式的网络拓扑发现，是指将一组精心设计的数据报注入被探测的网络，然后分析反馈网络和网络拓扑结构。例如，基于路由跟踪的和基于简单网络管理协议网络拓扑发现方法，就是主动式网络拓扑发现。于主动式网络拓扑发现适用较广是因为它是根据探测需要，由探测发起者对探测数据报进行专门设计的，探测网络的范围可以很大。

3.基于SNMP协议的网络拓扑发现

3.1 SNMP的概念

SNMP名为“简单网络管理协议”，SNMP是基于TCP/IP协议，是一个应用层协议。对网络中支持SNMP协议的设备进行管理，通过SNMP协议管理员可以支持SNMP协议和各种类型的设备进行通信，网络管理。在具体实现中，SNMP网络管理提供了管理员管理器，它具有网管命令发出，数据存储及数据分析的功能。被监管的设备上有一个SNMP（Agent），实现SNMP通信设备和管理。在SNMP中，传输层协议使用的是UDP。为了实现对网络的管理，SNMP还定义了两个必需的部分，一个是管理信息库MIB改的参数。一个是MIB的一套公用的结构和表示符号，称为管理信息结构SIB（Structure of Management Information）。

3.2 MIB信息库

TCP/IP网络管理系统的基础是含有被管理元素信息的数据库，我们将它称为MIB。每个被管理资源用一个对象来表示，MIB是这些对象的集合。数据库的结构是树型。网络中的每个系统，都维护一个可以反映被管理资源在系统中状态的信息库，通过读取信息库中对象的值，管理站可以监视系统中的资源，还可以通过修改某些值来控制系统中的资源。

3.3 SNMP的基本原理

所有的网络设备维护一个MIB，保存该设备上与网络运行相关的信息，并对管理工作站的SMMP查询进行响应。管理工作站通过发送请求信息，查询存储在网络路由设备管理信息数据库的MIB的相关信息，分析网络拓扑信息，可以概括整个网络拓扑结构。目标是保证管理信息在任意两点中传送，便于网络管理员在网络上的任何节点检索信息，进行修改，寻找故障；完成故障诊断，容量规划和报告生成。它独立于被管设备，采用轮询机制，提供最基本的功能集。

3.4 SNMP支持的操作

SNMP共有5种操作：

（1）GetRequest从某变量中取值（NSM发送）；

（2）GetNextRequest从表格中取下一个值（NSM发送）；

（3）SetRequest把一数值存入具体变量（NSM发送）；

（4）GetResponse响应取操作（Agent发送）；

（5）Trap报告事件信息（Agent发送）。

3.5 协议模型

SNMP协议唯一TCP/IP协议栈的应用层，基于UDP报文之上。SNMP就是用来规定NMS和Agent之间是如何传递管理信息的应用层协议。网管站对网络设备发送各种查询报文，并接收来自被管设备的响应及陷阱报文，将结果显示出来。

是驻留在被管设备上的一个进程，负责接受、处理来自网管站的请求报文，然后从设备上其他协议模块中取得管理变量的数值，形成响应报文，反送给NMS。

在一些紧急情况下，如接口状态发生改变等时候，主动通知NMS。

4.基于ICMP协议的拓扑发现

4.1 ICMP报文的格式

ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。ICMP不是高层协议，而是IP层的协议。ICMP报文作为IP层数据报的数据，加上数据报的首部，组成IP数据报发送出去。ICMP报文在传送时被封装在IP数据报中，使用IP协议发送，但ICEP不看作是高层协议的内容。回应请求与应答都会用IP数据报的形式在网间传输，如果成功地接收到一个应答，不但说明信宿机可以到达，而且说明数据报传输系统的相应部分工作正常，信源机和信宿机的ICMP软件和IP软件工作正常，请求与应答经过中间网关也在正常工作。

4.2 基于PING和路由跟踪的改进实现

可以利用操作系统规定的ICMP数据包最大尺寸不超过64KB这一规定，向主机发起“Ping of Death”（死亡之Ping）攻击。“Ping of Death”攻击的原理是：如果ICMP数据包的尺寸超过64KB上限时，主机就会出现内存分配错误，导致TCP/IP堆栈崩溃，致使主机死机。

回送请求和回答报文：向一个特定目的主机发出的询问。收到此报文的机器必须给源主机发送ICMP回送应答报文。如PING命令。我们日常使用最多的ping，就是响应请求（Type=8）和应答（Type=0），一台主机向一个节点发送一个Type=8的ICMP报文，如果途中没有异常（例如被路由器丢弃、目标不回应ICMP或传输失败），则目标返回Type=0的ICMP报文，说明这台主机存在，更详细的tracert通过计算ICMP报文通过的节点来确定主机与目标之间的网络距离。

路由跟踪的功能就是利用IP头中的TTL域。开始时信源设置IP头的TTL值为0，发送报文给信宿，第一个网关收到此报文后，发现TTL值为0，它丢弃此报文，并发送一个类型为超时的ICMP报文给信源。信源接收到此报文后对它进行解析，这样就得到了路由中的第一个网关地址。然后信源发送TTL值为1的报文给信宿，第一个网关把它的TTL值减为0后转发给第二个网关，第二个网关发现报文TTL值为0，丢弃此报文并向信源发送超时ICMP报文。这样就得到了路由中和第二个网关地址。如此循环下去，直到报文正确到达信宿，这样就得到了通往信宿的路由。

4.3 网络拓扑的发现算法

具体实现的步骤：

（1）在给定的IP区间，利用PING依次检测每个IP地址，将检测到的IP地址记录到IP地址表中。

（2）对第一步中查到的每个IP地址进行路由跟踪操作，记录到这些IP地址的路由。并把每条路由中的网关地址也加到IP表中。

（3）对IP地址表中的每个IP地址，通过发送掩码请求报文与接收掩码应答报文，找到这些IP地址的子网掩码。

（4）根据子网掩码，确定对应每个IP地址的子网地址，并确定各个子网的网络类型。把查到的各个子网加入地址表中。

（5）得到与IP地址表中每个IP地址对应的域名（Domain Name）。如果域名相同，则说明同一个网络设备具有多个IP地址。

5.结束语

随着计算机网络的高速发展，网络管理变得越来越复杂。为了提高网络设备和服务管理的智能性及可操作性，网络管理中重要的环节是对网络拓扑高效而准确地发现。拓扑发现是网络管理中一个难点，受限于网络的复杂性和网络协议的多样性，做到对网络中所有设备完整准确的也有一定的难度，利用SNMP进行拓扑发现的优点在于发现速度快，容易实现。对于不支持SNMP的设备的设备进行拓扑发现，可以运用ICMP报文的格式，利用路由跟踪来跟踪路由过程和DNS中的设备信息发现新的设备集合。每种方法各有其优缺点，可以根据实际需要有选择地结合它们使得发现算法更加合理有效。

参考文献

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[5]晏明峰，李静等.用SNMP管理互联网络[M].中国水利水电出版社，2001.

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关键词：宽带通信； 局域网； 结构化布线系统； 网络系统

Local Area Network，即局域网，简称LAN，它主要是指在较小的地理范围内借助于高速通信线路（例如宽带网络）将计算机或者工作站连接成为一个完整的计算机网络系统。在住宅小区、办公楼等有效的地理范围之内，局域网是该区域范围内网络主体的基础。局域网不同于互联网（Internet），它的适用对象仅仅向网络内部人员开放，一般情况下，外部人员无法对其进行访问，只有内部人员才能够对其进行访问，因而，宽带局域网络是信息时代进行内部交流以及进行内部管理的重要工具之一。综合来看，宽带局域网络为特定地理范围内的一个单位共有，并且站点数目和地理范围都有一定的限制，它之所以获得广泛地应用，主要是因为它具有以下几种优点：首先，能够非常便利地共享使用高性能而且非常昂贵的主机和各种设备，还可以共享各种数据、软件等等，不仅提高了他们的使用效率，而且分摊了用户的使用成本。其次，在宽带局域网络中，用户可以通过一个站点来快速访问整个网络，使用便利性非常好。再次，宽带局域网络具有非常优秀的可拓展性和演变能力，不仅主机以及各种设备能够进行灵活地调整甚至改变，而且软件程序、操作系统等也能够比较方便地进行升级更新。最后，由于宽带局域网络不需要与外界相接，仅供内部人员使用，所以它具有很好的安全性、可靠性、生存性以及可用性。

1 宽带局域网的相关技术分析

1.1 以太网技术

以太网是一种基带网络规范，它由Xerox公司创建，后由Xerox公司、DEC公司以及Intel公司共同开发确定。以太网采用基带传输，利用传输设备和对绞线能够根据不同的要求分别实现10 Mbps、100 Mbps以及1000 Mbps的传输速度，是目前应用范围最为广泛的局域网络。从目前的应用情况来看，控制网络系统、校园局域网络、证券网络系统、办公自动化系统等均采用了基于以太网的通信传输模式，使得以太网技术已经成为当前局域网络的主流技术。另外，成本经济、性能稳定、实时性强、技术成熟以及应用范围广等都是以太网的优势所在，这些都会使其在可以预见的将来内获得良好的发展。

1.2 拓扑结构

宽带局域网络的常见拓扑结构主要包括以下几种：

1.2.1   环形网络结构    该拓扑结构是一个非常典型的从点至点的环形结构模式，它主要就是以串联的形式借助通信链路把每一台计算机连接成为一个闭合的环，例如令牌环形网。在环形网络结构形式中，数据和信息依照固定的方向进行传送，即不是顺时针方向便是逆时针方向。环形结构的优点和缺点都比较明显，首先，其优点是由于每一个网络节点与相邻两个网络节点的连接均直接通过物理链路，因而，数据和信息传输控制机制比较简单，而且传输过程中具有很好的实时性；另外，网络中的每一次信息传输都有固定的最大传输迟延。其次，其缺点是如果网络中的任何一个节点出现问题，便直接导致整个网络通信的中断，因此环形网络结构的可靠性比较低。目前，为了克服环形网络结构先天性的可靠性低问题，某些网络已经采用了网络自愈功能，即某个网络节点出现问题之后，该功能便可以进行链路的自动切换，但是由于该功能需要调整访问控制机制和网络拓扑结构，复杂程度相对较高。

1.2.2   总线网络拓扑结构    总线网络拓扑结构是当前普遍采用的结构形式之一，该种拓扑形式主要是借助通信线路把所有的入网计算机连接到一条通信干路当中；同时，在通信干路的两端连有终结器匹配线路阻抗来借此避免出现信号反射问题。由于总线网络拓扑结构具有相对明显的优点，目前已经成为局域网络应用最广的拓扑形式。它的优势是经济性好、结构简单、利用效率高，它的缺点是网络延伸距离和网络容纳的节点数量有限制，并且同一个时刻只允许两个网络节点进行通信。如果通信干路上的任何一个节点出现问题便会直接影响整个局域网络的通信。总线网络拓扑结构只需要铺设通信主干电缆即可，因此其安装过程相对容易；其配置过程中也比较简单，节点的增加与删除均非常容易操作，但是如果该主干通信电缆的接入点数量饱和时，便需要重新铺设新的主干通信电缆。但是如果出现故障维修时的难度比较大，因为在进行介质故障排除时，需要把该故障限制在某个区间（网段），位于该区间的非故障用户的正常使用均要受到影响。

1.2.3   星形网络拓扑结构    该种拓扑结构形式主要将某一个网络节点作为处理中枢，而相关的入网设备均利用物理链路与该处理中枢节点进行连接。星形网络拓扑结构的优点非常突出，即控制简单、网络架设容易、结构简洁，其缺点也比较明显，即作为处理中枢的网络节点的工作负载非常大，降低了可靠水平以及通信线路的利用效率。星形网络拓扑结构可以进行优化“改装”，例如，将一个星形网络拓扑结构隐藏在另一个星形网络拓扑结构当中，便会形成新的层次性网络拓扑结构或者树形网络拓扑结构。星形网络拓扑结构的安装过程中要相对复杂和困难一些，所使用的通信电缆也要稍多一些。但是，星形网络拓扑结构的重新配置操作比较简便，仅仅需要在改变、删除或者增加某个端口的连接即可。但是星形网络拓扑结构的维护管理难度相对较大，主要是因为在星形网络拓扑结构中，网络中的一切数据和信息均需要经过处理中枢的中心设备，并由其汇集处理。因为结构形式特殊，所以一旦网络出现故障，受故障影响的用户则能够降到最少，并可以进行很好地处理。

1.3 ATM技术

Anchronous Transfer Mode，即异步传输模式，简称ATM。图像、视频、音频等多媒体内容的增多迫使用户来获得更高的接入速率，但是传统的电路交换 和分组交换对于日益增加的交换任务显得束手无策。在进行大量任务交换时，电路交换的突发性和传输速率均会产生较大的变化，增加了控制难度；在传输速率较大的情况下，分组交换的协议数据单元需要占用各层处理的大量资源，信息传输延迟问题严重。异步传输模式（ATM）的宽带信息交换 是它的典型优势，因此，它在广域网和局域网当中均获得了亲睐。异步传输模式（ATM）具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信，它是一项信元中继技术，数据分组大小固定。你可将信元想象成一种运输设备，能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小，不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法，预计和保证应用所需要的带宽。

1.4 VLAN技术

Virtual LAN，即虚拟局域网，简称VLAN。VLAN系统的交换机配备高速以太网升级接口，并支持交换机间连接协议（ISL），具备跨越高速以太主干网连接的兼容性。ISL协议可提供跨越骨干网的第二层VLAN标识，并将每个数据包直接传送到已配置有相应VLAN标识的交换机，从而极大地减少了整个企业中的广播量。任何VLAN配置差异都可通过动态配置分析和运行记录生成过程检测出，并可通知到网络管理应用软件。这样保证在安装交换的网络上具有配置兼容性，而且减少了由网络管理员导致的配置错误。VLAN通过基于协议类型和网络地址的分段，可在网络层（通常指第三层）上得到进一步定义。这种类型的VLAN分段需要子网地址与VLAN组映射。交换机将终端站的MAC地址和基于于网地址的对应VLAN连接起来，同时选定在同一VLAN中的其他站的相应网络端口。这种方法的优点在于网络管理员可根据每个包中的网络层信息对网络进行分段。

2 应用实例

某住宅小区为了实现信息化，构建了宽带局域网络。其总体设计方案简介如下：第一，络操作服务平台的基础是局域网络和TCP/IP协议集。选择CISCO WORKS FORwIN网管软件，可以实现对内外网的全面、综合管理。第二，确保内部网络的安全，采用内外网隔离方式，与外部网络连接采用防火墙等安全措施。第三，网络应用支持与开发工具包括网络服务功能、外部资源连接、以及应用系统开发工具等组成部份。第四，络服务功能包括信息查询、等，支持电子邮件、域名服务、文件传输服务。外部资源连接的功能是实现WEB服务与企业管理信息数据库的互连。第五，统开发工具是开发基于的多种应用软件系统的开发工具，包括系统互连、面向对象的多种网络应用开发工具。

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1系统框架

电信网络拓扑采用B／S结构，其中展示层为拓扑展示框架，采用SpringRCP技术和拓扑客户端守候进程ClientDaemon，并利用TWaver中的组件，实现拓扑展示功能；业务逻辑层为拓扑逻辑框架，通过实现拓扑业务模型引擎、拓扑呈现引擎、OSS网元基本信息引擎和网元告警信息引擎等功能，并利用拓扑服务端的守候进程ServerDaemon实现拓扑图建模、拓扑图呈现，以及与OSS数据库中网元信息更新和告警同步等；而存储层主要以数据库或XML文件的形式存储拓扑数据。电信网络拓扑功能结构如图1所示。

2主要技术

在实现电信网络拓扑图的所有功能中，主要是建立拓扑图和呈现拓扑图。

2．1拓扑图建立在生成电信网络拓扑图时，一般分为3个步骤：（1）建立模型。由于在电信网络拓扑图中，存在一些类型相对固定的网元，而一般情况下，相同类型网元的相关网元也是相同的。因此，可以根据网元类型，建立连接关系模型，系统根据模型生成拓扑图。（2）建立静态节点模型。在电信网络拓扑图的首个拓扑图上，需要建立一些静态节点，比如，拓扑图的类别（如话务网或信令网），可以把这些节点作为静态节点放在首个拓扑图上，再让系统根据网元类型拓扑图制作这些节点的子拓扑图。（3）根据模型生成拓扑图。系统根据第（1）步和第（2）步建立的模型，生成电信网络拓扑图，并存储在拓扑数据库中。

2．2拓扑图呈现呈现电信网络拓扑图的关键是加载网元节点信息，一般采用手工加载和自动加载两种方式。（1）手工加载。利用TWaver的钻取功能，双击某个网元时，如果该网元有子拓扑图，则系统取得其子拓扑图，并加载。特点：加载首个拓扑图时，速度快，但在加载子拓扑图时，因为要到后台数据库中查询子拓扑数据信息，导致速度较慢。（2）自动加载。利用线程类执行并加载电信网络拓扑图上的节点及信息。从电信网络拓扑图的首个拓扑图开始，查询子拓扑图的网元，然后加载其子拓扑图。特点：首次打开拓扑图时，用时较长；但加载完成整个拓扑图后，系统不再加载拓扑图信息，从而不再影响系统性能。

3代码说明

在实现过程中，编码要符合规范。其中，加载网元节点信息的addData（）方法代码如下。

4效果举例

TWaver提供了多种拓扑图的布局方法，如随机布局、圆型布局、对称布局、树型布局等，利用这些方法可以方便地对拓扑图上的网元进行布局排列。在此，列举一个MSC的关联拓扑图，如图2所示。

5结语

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[关键词]计算机网络管理网间控制报文协议ICMPWBM

中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110069-01

过去,经常用一些简单工具帮助网管人员管理网络资源,但随着网络规模的扩大和复杂度增加,对强大易用的管理工具的需求日益迫切,管理人员需要依赖强大的工具完成各种各样的网络管理任务,而网络管理系统就是能够实现上述目的系统。网络管理的目的就是确保一定范围内的网络及其网络设备能够稳定、可靠、高效地运行,使所有的网络资源处于良好的运行状态,达到用户预期的要求。

一、WBM技术介绍

WBM融合了WEB功能与网管技术,从而为网管人员提供了比传统工具更强有力的能力。WBM可以允许网络管理人员使用任何一种WEB浏览器,在网络任何节点上方便迅速地配置、控制以及存取网络和它的各个部分。新时期,研究发现基于WBM(基于WEB网管系统管理模式)三层体系结构与网管系统体系结构,以及网络拓扑自动发现算法,根据实际应用情况对其进行改进,增强系统对网络拓扑自动发现能力,是今后技术发展的重要趋势。

二、基于WBM技术的网管系统设计目标与体系结构

本网管系统提供基于WEB的整套网管解决方案。它针对分布式IP网络进行有效资源管理,使用户可以从任何地方通过WEB浏览器对网络和设备,以及相关系统和服务实施应变式管理和控制,从而保证网络上的资源处于最佳运行状态,并保持网络的可用性和可靠性。在本系统设计阶段,就定下以开发基于园区网、Web模式的具有自主版权的中文网络管理系统软件为目标,采用先进的WBM技术和高效的算法,力求在性能上可以达到国外同类产品的水平。三层结构的特点,完成管理任务的软件作为中间层以后台进程方式实现,实施网络设备的轮询和故障信息的收集;管理中间件中继转发管理信息并进行SNMP和HTTP之间的协议转换三层结构无需对设备作任何改变。管理中间件驻留在网络设备和浏览器之间,用户仅需通过管理中间层的主页存取被管设备;在系统设计的时候,以国外同类的先进产品作为参照物,同时考虑到技术发展的趋势,在当前的技术条件下进行设计。我们采用三层结构的设计,融合了先进的WBM技术,使系统能够提供给管理员灵活简便的管理途径。

三、网络拓扑发现算法设计

为了实施对网络的管理,网管系统必须有一个直观的、友好的用户界面来帮助管理员。其中最基本的一个帮助就是把网络设备的拓扑关系以图形的方式展现在用户面前,即拓扑发现。目前广泛采用的拓扑发现算法是基于SNMP的拓扑发现算法。基于SNMP的拓扑算法在一定程度上非常有效,拓扑速度也非常快。但它存在一个缺陷是,在一个特定域中,所有子网信息都依赖于设备具有SNMP的特性,如果系统不支持SNMP,则这种方法就无能为力了。还有对网络管理的不重视,或者考虑到安全方面的原因,人们往往把网络设备的SNMP功能关闭,这样就难于取得设备的MIB值,就出现了拓扑的不完整性,严重影响了网络管理系统的功能。针对这一的问题,下面讨论本系统对上述算法的改进基于ICMP协议的拓扑发现。路由建立的功能就是利用IP头中的TTL域。开始时信源设置IP头的TTL值为0,发送报文给信宿,第一个网关收到此报文后,发现TTL值为0,它丢弃此报文,并发送一个类型为超时的ICMP报文给信源。信源接收到此报文后对它进行解析,这样就得到了路由中的第一个网关地址。然后信源发送TTL值为1的报文给信宿,第一个网关把它的TTL值减为0后转发给第二个网关,第二个网关发现报文TTL值为0,丢弃此报文并向信源发送超时ICMP报文。这样就得到了路由中和第二个网关地址。如此循环下去,直到报文正确到达信宿,这样就得到了通往信宿的路由。PING的主要操作是发送报文,并简单地等待回答。PING之所以如此命名,是因为它是一个简单的回显协议,使用ICMP响应请求与响应应答报文。PING主要由系统程序员用于诊断和调试实现PING的过程主要是:首先向目的机器发送一个响应请求的ICMP报文,然后等待目的机器的应答,直到超时。如收到应答报文,则报告目的机器运行正常,程序退出。

四、网络拓扑的发现算法具体步骤

一般情况下,对于给定的IP区间,利用PING依次检测每个IP地址,将检测到的IP地址记录到IP地址表中。对第一步中查到的每个IP地址进行traceroute操作,记录到这些IP地址的路由。并把每条路由中的网关地址也加到IP表中。对IP地址表中的每个IP地址,通过发送掩码请求报文与接收掩码应答报文,找到这些IP地址的子网掩码。根据子网掩码,确定对应每个IP地址的子网地址,并确定各个子网的网络类型。把查到的各个子网加入地址表中。试图得到与IP地址表中每个IP地址对应的域名(Domain Name),如具有相同域名,则说明同一个网络设备具有多个IP地址,即具有多个网络接口。根据第二步中的路由与第四步中得到的子网,产生连接情况表。

五、结语

本系统进行设计主要考虑对园区网络管理,被管理设备和网管系统处于同一段网络。系统可直接到达被管理网络,所以对远程局域网无能为力。研究发现基于WBM(基于WEB网管系统管理模式)三层体系结构与网管系统体系结构,以及网络拓扑自动发现算法,根据实际应用情况对其进行改进,增强系统对网络拓扑自动发现能力,是今后技术发展的重要趋势。下一步工作可添加系统对远程局域网络管理功能,ICMP协议的拓扑发现方法能够较好的发现网络拓扑,但需要占用大量带宽资源。

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[6]聂真理、李秀琴、李啸,计算机网络基础教程,北京工业大学出版社,2005.4.

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1.1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。

1.2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。

2复杂网络理论应用

2.1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，二是都不，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。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

3结论