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關鍵詞：計算機網絡；拓撲結構；網絡協議；冗余設計

中圖分類號：TP393.01文獻標識碼：A文章編號：16727800（2011）012011302

作者簡介：吳亞軍(1974-)，男，江蘇如皋人，江蘇教育學院如皋分院如皋高等師范學校講師，研究方向為計算機網絡。

0引言

計算機網絡的拓撲結構分析是指從邏輯上抽象出網上計算機、網絡設備以及傳輸媒介所構成的線與節點間的關系加以研究。

1計算機網絡拓撲結構的概念和分類

計算機網絡的拓撲結構是指網上計算機或網絡設備與傳輸媒介所構成的線與節點的物理構成模式。計算機網絡的節點一般有兩大類：一是交換和轉換網絡信息的轉接節點，主要有：終端控制器、集線器、交換機等；二是各訪問節點，主要是終端和計算機主機等。其中線主要是指計算機網絡中的傳輸媒介，其有有形的，也有無形的，有形的叫“有線”，無形的叫“無線”。根據節點和線的連接形式，計算機網絡拓撲結構主要分為：總線型、星型、樹型、環型、網狀型、全互聯型拓撲結構。 如圖1所示。

圖1計算機網絡拓撲結構圖

總線型主要是由一條高速主干電纜也就是總線跟若干節點進行連接而成的網絡形式。此網絡結構的主要優點在于其靈活簡單，容易構建，性能較好；缺點是總線故障將對整個網絡產生影響，即主干總線將決定著整個網絡的命運。星型網絡主要是通過中央節點集線器跟周圍各節點進行連接而構成的網絡。此網絡通信必須通過中央節點方可實現。星型結構的優點在于其構網簡便、結構靈活，便于管理等；缺點是其中央節點負擔較重，容易形成系統的“瓶頸”，線路的利用率也不高。樹型拓撲是一種分級結構。在樹型結構的網絡中，任意兩個節點之間不產生回路，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。環型拓撲結構主要是通過各節點首尾的彼此連接從而形成一個閉合環型線路，其信息的傳送是單向的，每個節點需安裝中繼器，以接收、放大、發送信號。這種結構的優點是結構簡單，建網容易，便于管理；其缺點是當節點過多時，將影響傳輸效率，不利于擴充。網狀型主要用于廣域網，由于節點之間有多條線路相連，所以網絡的可靠性較高。由于結構比較復雜，建設成本較高。

2計算機網絡拓撲的特點

隨著網絡技術的發展，計算機網絡拓撲結構越來越呈現出一種復雜性。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點度的冪律分布特點。這種分布在規模不同的網絡拓撲中表現出一定的穩定性，也就是指，在規模不同的計算機拓撲中，它們的節點度表現出一種冪律分布，即：P(k)=k-β。其中，β一般在2―3這個小范圍內進行波動，k是指節點度，P(k)表示度為k的節點出現的概率，即分布率。

計算機網絡作為一個復雜網絡，從其通信網絡的優化目的來說，其實現節點間平均距離最小化、網絡邊數最小化是其拓撲優化的主要目標，即未來通信網絡的趨勢就是小世界網絡。可是計算機網絡所覆蓋的范圍非常巨大，具有全球性，其拓撲結構的發展還面臨著許多技術上的問題。所以，對于計算機網絡拓撲結構的優化目標的實現有點不大可能。但盡管計算機的發展并不能實現拓撲設計的整體優化，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化的特點，這些特點的產生可表現出其一些規律，即計算機網絡具有優先連接和生長的規律。生長表示的是計算機具有動態增長的特性，所以計算機的拓撲結構也是一個動態的過程。優先連接規律表示新節點進入計算機網絡的規則，即在新節點加入網絡時會選擇擁有較大連接數的節點進行連接。

3計算機網絡拓撲模型的構建

3.1一種復雜網絡拓撲模型

在世人發現計算機網絡節點度具有冪律分布的規律之后，計算機網絡拓撲模型的構建產生巨大的轉變。大家更多的選擇從優先連接和生長等這一網絡拓撲規律入手進行計算機網絡的拓撲建模，其主要是為了讓符合現實計算機拓撲性質的模型通過一些簡單規則的演化讓其自動地產生出來。利用優先連接來對新節點加入網絡的過程進行描述還比較粗糙，首先是因為新節點在加入之前，對網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先連接不能夠描述復雜的加入決策過程，而且在全網中容易形成少量的集散節點。所以要建立更加符合現實計算機拓撲特征的網絡模型則需要考慮更完善的加入規則。

現在對于構建計算機模型主要是依據自治域級和路由器級，但由于計算機網絡拓撲特性在不同層次和不同規模中表現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。此模型主要的規則是前面提到的通過生長和局部優先連接，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：

圖2計算機網絡拓撲模型

此模型首先假設在一個平面中分布著n個節點，并存在著一個離散的均勻走動的時鐘，這些節點都清楚自己是何時進入網絡的，這些節點進入網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。每個節點進入網絡前后的動作就是接收和發送消息及依據所接收的消息產生響應。發送和接收的消息中包括了自己的優先度以及消息傳達的范圍等內容。并且這些節點優先度將對其消息傳送的范圍即輻射半徑產生直接的影響。在節點接收消息之后往往是按照消息源的優先度來確定其是否跟發送消息的節點建立連接，若所接收到的許多消息源節點存在相近的優先度，其將會隨機地選擇一個消息源節點進行連接。通過這種規則進行不斷的演化和發展，將會得出圖2的結果。其中a圖表示計算機網絡形成的初始階段，那時僅僅只有一小部分節點進行活動，每個節點度都比較小，其發送和接收消息的范圍還比較小，所以這些節點往往只跟自己相鄰的節點進行連接。而隨著時間的不斷推進，節點度的不斷增加，各個節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。在局部區域勝出的節點代表整個區域參與更大范圍的競爭，以致形成更大區域的代表。這個過程將持續下去，直到網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絡并不具有預先設置的層次數。這就是計算機網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網絡拓撲結構體系與網絡協議的設置

由于網絡拓撲類型的多樣性，使得計算機網絡結構復雜多變。在這個系統中，網絡服務供給者和請求者之間的通信是在一個復雜網絡中進行的。對于復雜網絡中的問題，必須建立起符合計算機網絡拓撲結構體系的網絡協議。具體問題如下：①語言不同的網絡實體如何才可實現彼此通信?②如何才能保證網絡實體正確接收數據?③怎樣實現網絡中各實體之間的聯系？④數據怎樣傳送給指定的接收者?⑤怎樣避免網絡上數據傳輸沖突問題，怎樣對數據流進行控制以避免數據信息丟失?⑥如何通過介質進行網絡數據信息的傳輸？⑦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，建立計算機網絡拓撲結構體系是一種有效途徑。計算機網絡拓撲結構體系主要是對網絡結構系統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，同時屏蔽具體實現這些功能的細節。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，它是系統最終目標的體現。

因此，計算機網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。由于各種局域網的不斷出現，迫切需要不同機種互聯，以滿足信息交換、資源共享及分布式處理等需求，這就要求計算機網絡體系結構標準化。在計算機網絡分層結構體系中，通常把每一層在通信中用到的規則與約定稱為協議。協議是一組形式化的描述，它是計算機通信的語言，也是計算機網絡軟硬件開發的依據。網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”。考慮到環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，雙方要取得聯絡，并協商通信參數、方式等；在通信過程中，要控制流量，進行錯誤檢測與恢復，保證所傳輸的信息準確無誤；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，故只能通過雙方交換特定的控制信息才能實現上述目的，而交換信息必須按一定的規則進行，只有這樣雙方才能保持同步，并能理解對方的要求。

4計算機網絡架構冗余設計分析

計算機網絡架構冗余設計主要是指節點之間的鏈路冗余，也就是指在一條鏈路發生斷路時，可以通過其他冗余的鏈路進行通信，以保證數據的安全。網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點之間的連線的網狀結構進行，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或者三上聯的方式進行的，如圖3所示。

圖3計算機網絡架構冗余設計

通過計算機網絡架構的冗余設計，在一條線路或者多條線路斷路時，可以通過其他線路進行通信，從而將有效保證網絡數據的安全性，提升網絡系統的有效性。

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絡復雜性極強，在其拓撲結構構建和形成中表現出來、具體所形成的拓撲規則是：Internet網絡中節點的生長性和優先連接。通過其不斷的生長以及生長出的節點的優先連接，從而使網絡拓撲形成一種消息自組織和傳遞的過程，最終發展成一種網絡拓撲結構體系，其核心是一種層次結構，通過協議加以溝通，進行信息的傳遞。此外在設計過程中，還應充分考慮網絡的冗余設計，最大限度地保證網絡系統的可靠性、安全性。

參考文獻：

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關鍵詞：光纖 有線電視 網絡 拓撲結構

現階段CATV是以光纜為干線的光纖加同軸電纜混合網（HFC），即干線和部分支干線采用光纜，支線或分配器以下部分由同軸電纜傳輸。不少網絡經營者已在超干線、干線甚至支干線上采用光纖技術。光纖網建設中采用何種拓撲結構是一個很重要的問題，既要考慮目前的需要，又要考慮以后的升級。常見的幾種拓撲結構有：總線形、環路形、樹枝形、星形等四種，下面逐一分析。

1.總線形結構

所謂總線網是以一種傳輸媒介作為公共總線（母線），各終端通過光耦合器與總線直接相連而構成的網。總線網屬于串聯型結構，但網絡各結點是并在總線上，當個別結點出現故障或毀壞時，不會影響其他結點的通信，系統的穩定性較高；各結點共享傳輸線，成本較低，節省投資；設備簡單。它的另一個優點是，該種結構適合于計算機通信的“以太網”，有利于城市網絡的建立與發展。

在發射機功率范圍內，光結點數不能太多，也就是總線網的網徑和容量較小。另外，在共享線上，容易發生信號碰撞，給系統的運行造成一定的困難，只有在保證不小于10Mbit/s數據速率的情況下，矛盾才有所緩解。還有，這種拓撲結構對光接收機的動態范圍要求較高。由于上述劣勢，限制了總線形光纖網在城域網中的應用，往往只能滿足區域網的需求。

2.環形結構

環形結構屬于串聯型結構。各結點共同用一條鏈路，自成一封閉結構，采用雙向光纖。其優點是：①節目可雙向傳輸，傳送的信號分為主路信號和備路信號，提高了網絡的自由度、靈活性及可靠性。②系統的鏈路損耗小，增加了網絡的網徑和容量，一般來說網的周長可達200km，結點數目可達幾百個。

由于環形結構具有結點串聯的特點，各結點發送的信號可在環上魚貫而行。充分利用了網的容量，因此適合于高速網。另外環形結構網對結點接收機的動態范圍要求較小，因為該網中最大傳輸損耗與最小傳輸損耗之間差距不大。

在大型有線電視系統中采用光纖環形結構。由本地前端出發通過一級環形網絡和多個中心前端相互傳輸信息，由中心前端通過二級環形網絡和若干個主光結點相耳傳輸信息。主光結點可以輸出光信號和射頻信號，射頻信號通過三級放大器以后帶動電纜分配網絡；集中供電電源安裝在主光結點上，主光結點和以下的光結點之間既有光纜又有電纜連接，電源通過電纜向射頻放大器供電。

它的明顯不足之處是，環形網結點站的結構比較復雜，對硬件和管理軟件要求較高； 從經濟方面來看，環形網的代價較高，結點的設計與制造也比較困難。這在某種程度上限制了環形結構在有線電視領域中的應用和推廣。

3.樹形結構

光纖樹形網類似于現有的同軸電纜樹形網，呈樹枝狀。樹形結構包含有較多的光無源器件，除結點外，網絡中無任何有源器件，因而對帶寬、波長和傳輸方式無任何限制，是解決本地入網的最佳途徑。這是它明顯的優點。

樹形網由于光無源器件多，一方面造成的鏈路損耗較大，在允許鏈路損耗范圍內，為保證末端載噪比指標，結點數目不能太多，即網徑和容量不會太大；另一方面，光無源器件較易產生光信號失真（包括反射和散射等），為保證系統的CTR、COS指標，對光端機的接收性能要求較高。其缺點之二是，這種樹形結構實質上是分支總，形結構，不適合電話通信。因此，在CATV光纖網方案時較少采用樹形結構。

4.星形結構

所謂星形結構，是每一個端局都設一根獨立的光纖與前端相連，光分配一次到位，光線除經過光耦合器外，中間不再有任何分支， 所用光分路器少，光纖連接點也少，因此光路全程損耗小，也就決定了網絡的容量和網徑極大。

這種結構屬于并聯型結構，將具有控制和轉換功能的星形耦合器作為中心結點，通過光纖連接數個結點，以此構成以中心結點為中心的網絡層結構形式。這種結構各結點間相互獨立，保密性強，容易實現多端無源網絡，大大提高了系統的可靠性，這正是星形光纖網易被CATV組網時廣泛采用的一個重要原因。

此外，星形拓撲結構業務適應性較強，易于升級，特別是隨著集中式交換機技術性能的提高和改進，這種結構更適合高速網，系統內可進行多功能開發，能與B–ISDN相銜接，在網內向用戶傳送多媒體信息。

它的不足之處是：耗用光纖數目較多，提高了成本。

在大型網絡中，為充分發揮光纖傳輸的優勢，常利用長距離超級干線將光分路器置于遠端構成所謂雙（或多）星形拓撲結構。

光纜CATV網絡現階段以單向廣播型信號為主，網上各用戶的，號內容相同，且信號為模擬殘留邊帶調制技術體制。故網絡設計以距離最短為原則。因此，單向廣播型模擬信號光纜傳輸網絡理論上的最佳結構應為星樹形網絡。對于數字視頻信號光纜傳輸系統，由于其無中繼而使傳輸距離可達50km以上。作為城市有線電視超干線的數字視頻光纜傳輸網絡，拓撲結構的設計則應以網絡的安全性為主要設計目標，同時兼顧雙向業務的交換容量及業務流量分配，不再是距離最短原則。而是從其安全性與多路由保護代價來看，環形網絡優于星樹形網絡。

5.光纖CATV網絡拓樸結構的發展趨勢

（1）光纖到結點（FTF） 國內外新建的光纖CATV網主要采用FTF模式。該模式中從前端或分前端到各個分配光結點之間采用星形拓撲結構光纜，在各結點處進行光電轉換。而從各光結點處再以樹形方式敷設同軸電纜或用戶電纜到該區域內各用戶家庭，在同軸電纜分配網絡內不再使用干線放大器，一個光結點的服務區域的大小一般在2000～5000戶家庭，一條支線上放大器為3～5個。

（2）光纖到路邊（FTC） 光纖CATV網正逐步狗寬帶綜合業務用戶網過渡，即還要利用該網絡實現許多非廣播電視業務的雙向業務，如電話、計算機通信、影視點播及各類交互式視頻業務等。若一個光結點的用戶數太多，則雙向傳輸的上行頻道就會存在兩個問題：一是若接在一條同軸電纜支線上的成百上千用戶的回傳信號，同時搶占同一放大器狹窄的上行頻道，將會造成通信阻塞；二是在樹形或星形網絡中，一多個反向放大器的輸出噪聲向一個通路匯集，加上上行頻道處于低頻頻段，易受外界干擾，導致上行通路的信噪比很小。為此，必須縮小模式中光結點的服務區域，讓光纖盡可能地滲透到用戶附近，置路邊（Curb）平臺，一個Curb管轄的范圍最好在500戶以下，且只含有一級或兩級放大器。可在FTF模式基礎上改造為FTC模式，即逐步增加光結點的光接收機與回傳光發射機，相當于增加了光結點，使每個光結點所服務的用戶數相應減少，且隨著發展逐步地把光接收機和回傳光發射機向用戶推進。

（3）光纖到最后一個放大器（FTLA） 目前國外正在研究FTLA，該模式為無源同軸網絡結構，該結構是在光接收機后不再使用放大器，完全靠無源同軸電纜及部件把射頻信號直接分配給每一用戶，這樣網絡的可靠性得到進一步提高，而信息的回傳也將非常暢通。■

參考文獻

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[2]羅軼，楊亞玲，試論我國有線電視網絡的產業化[J]，西部廣播電視，2007，（08）.

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關鍵詞：Zigbee；無線網絡；無線燃氣抄表系統；用戶終端模塊；無線收發模塊 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP212 文章編號：1009-2374（2016）02-0055-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.02.027

目前，樓宇的智能化在新式小區發展迅速，智能抄表和無線抄表技術也發展得比較成熟，但在老式小區發展很緩慢，老式小區的數量也非常龐大，目前在老式小區里，電表和水表都能方便地改到室外統一安裝、統一抄表，燃氣統一安裝的困難較多，所以本文著重挑選燃氣表無線抄表進行研究。隨著樓宇的智能化發展，無線抄表系統越來越受到人們的青睞并逐漸取代了傳統的抄表系統。傳統的抄表系統大致可以分為三類：智能卡燃氣表、有線自動抄表系統、無線智能燃氣表，目前無線智能燃氣自動抄表系統越來越受到業界的重視。

1 Zigbee技術分析

1.1 Zigbee技術概述

Zigbee一詞源自于蜜蜂Bee，蜜蜂在空中飛行的字形的空中舞步，是把花蜜的位置信息傳遞給伙伴們。Zigbee技術也具備將信息通過Zigbee技術發送給其他Zigbee裝置（也可以是接收）的能力。Zigbee包括兩種不同的通訊規格：一種是由Zigbee Alliance所主導的標準；另一種是由IEEE所制定的IEEE802.15.4標準。Zigbee可以在國際免授權的2.4GHz、歐洲868MHz和美國915MHz三個免費頻段上工作，它在2.4GHz頻段上工作時，具有250kbps的最高數據傳輸率。Zigbee完全協議可用于32K字節的協調器，而且每個協調器同時可連接達255個節點之多，幾個協調器可以自動形成一個網絡。Zigbee是一種成熟的近程（10～100米）、低速率（250kbps標稱速率）、低功耗的無線網絡技術，主要應用于近距離數據無線收發，具備有強大自組網能力、低功耗、低速率、低成本、高可靠、超視距等多種特點，適用于遠程控制和自動控制等領域。

本文選用DRF系列Zigbee模塊，它是基于TI公司CC2530F256芯片的Zigbee模塊，具體特點如下：（1）DRF系列Zigbee模塊相當于無線的串口連接端口，在使用這個模塊時，如串口電纜一樣簡單好用。Zigbee網絡包含三種網絡形態，即中心協調器、路由器、終端節點，英文標識分別是Coordinator、Router、End Device；（2）串口數據可透明傳輸，不必考慮Zigbee協議，每個模塊都是上電即自動組網，Coordinator會自動給所有的節點分配地址，無需用戶人工分配；（3）Coordinator能將從串口接收到的數據自動發送給所有其他節點，某一節點也能將從串口接收到的數據自動發送給Coordinator，通過串口便可在任意節點之間進行數據傳輸；（4）DRF系列Zigbee模塊采用CC2530F256芯片，自帶IEEE地址，不用再購買IEEE地址；（5）用戶可通過串口指令自由變換模塊的節點類型（Coordinator、Router、End Device）和使用的無線電頻道；（6）用戶可自定義Router地址，在Coordinator與Router之間傳輸數據，可根據自定義地址尋址，用戶可自定義地址功能，方便地實現RS232設備聯網功能。

1.2 Zigbee網絡拓撲結構

Zigbee具備強大的自組網能力，有星型、簇狀型、MESH網狀型三種，如圖1所示網絡拓撲結構。

Coordinator（網絡協調器）就是網絡中的中心節點，功能是組建網絡和信息路由。如果要創建一個Zigbee網絡，當有Router或EndDevice節點加入時，并分配地址給子節點，Coordinator一般被定義為不能掉電的設備，而且沒有低功耗狀態。一個Zigbee網絡有且僅有一個Coordinator，不同網絡的PAN ID即網絡ID號也不一樣，如果同時存在兩個Coordinator，它們的初始PAN ID一樣，那后上電的Coordinator的PAN ID會自動加1，區分兩個Coordinator，以此避免PAN ID沖突。

Router（路由器）則負責尋找最適合的路由路徑來轉發數據包，當有節點加入網絡，可自動為節點分配地址。Router一般也被定義為電源供電的設備，也不能進入低功耗狀態，一個Zigbee網絡一般需要多個Router，一個Router既能轉發數據也可收發數據。

End Device（終端節點）加入Zigbee網絡后能收發數據，但不能轉發數據，End Device一般被定義為電池供電設備，能周期性地被喚醒去執行設定的任務，具有低功耗狀態。

1.3 三種無線通信技術的比較

燃氣抄表頻率較低，一般一個月一次，數據流量也很小，所以選擇無線通信技術時需考慮到以下四個方面：（1）低成本：無線通信模塊以及電路的成本要低；（2）低功耗：燃氣抄表系統應避免外接電源，需要使用電池，低功耗模塊才能使電池成本降低；（3）性能可靠：在無人維護的情況下能夠正常運轉；（4）擴展性強：無線通信模塊間擴展性能強，擴展數量可達上千個。

2 設計方案

本系統是針對住戶燃氣表的自動抄表功能而設計，該系統實現后，抄表人員無需進入到各住戶家中，便可將每個住戶家中燃氣用量數據通過收發模塊讀取。圖2為各個住戶家中的用戶終端模塊Zigbee與無線收發模塊Zigbee的通信框圖：

總體設計為：（1）以某小區的樓道為單元，在各單元底層或者中間樓層安裝Zigbee無線收發模塊用于抄表人員抄燃氣表用量；（2）在各住戶家中安裝Zigbee遠程用戶終端模塊，將讀取的燃氣表用量通過Zigbee的射頻部分將數據發送到樓道里的Zigbee無線收發模塊。無線收發總模塊有一個Zigbee設置為Coordinator（網絡協調器），可以是手持設備，也可以是安裝在一個固定位置，供多個樓道共用，其他無線收發分模塊Zigbee設置為Router（路由器），作用是收集用戶燃氣量數據并轉發至Coordinator，在多層（6層以下）住宅樓道安裝在一樓，在高層（10層以上）住宅樓，以10樓配置一個Router（路由器）為標準，在樓層中部安裝，如20樓的住宅，在7樓和14樓各安裝一個Router節點；遠程用戶終端模塊的Zigbee設置為End Device（終端節點），安裝在各用戶的燃氣表上，可收發數據，但是不能轉發數據，抄表頻率一般一月一次，且傳送距離一定在100米以內，End Device具有低功耗特征，可電池供電，周期性喚醒并執行設定的任務，能滿足設計要求。

遠程用戶終端模塊和無線收發模塊設計部分實現方法很多，本文不做討論。

3 Zigbee技術應用于抄表的不確定性

Zigbee技術應用于抄表的優點不做贅述，下面闡述三個不確定因素：（1）為Zigbee提供芯片的型號主要是TI公司的CC2430、CC2480、CC2530等芯片，芯片成本基本都在3美金上下，再加上能實現基本功能的最少器件，其成本很難控制在10美金以內，燃氣公司和住戶可能都不愿獨自承擔改造費用，頗為尷尬；（2）Zigbee技術采用的頻段信號其衍射能力和穿墻能力都較弱。Zigbee模塊安裝在住戶家中，即使是一扇門或一扇窗，也會讓信號衰減，一堵墻則更甚。因此，廠家選擇使用射頻功放，對該信號進行放大來增強它的衍射能力和穿墻能力，可這樣又會增加輻射污染，與Zigbee技術低功耗的優點名不副實；（3）Zigbee技術很重要的一個亮點是它的自組網絡和自恢復能力強，所以對于溫濕度采集、污物采集、礦井定位等應用具有較大的吸引力。而對于無線抄表的應用中，Zigbee模塊位置一旦確定，一般情況是不會變動的，強大的自組網功能也就不被應用。

4 結語

雖然有很多不確定因素影響著Zigbee技術在無線自動抄燃氣表系統中的應用，但是這些不確定因素并不是不可解決的，運行成本還是要比人工抄表方式或其他自動抄燃氣表系統大幅降低，效率得到了提高，改造的難度也不大。本系統提出的方案，硬件和軟件都能實現，只需針對不同類型的燃氣表設計不同的遠程終端用戶模塊得到準確的燃氣讀數，便可實現無線自動抄表功能。當然，實現該系統還需大量實驗去論證和調試，調整合適Zigbee發送信號的功率，以保證無線收發模塊采集到的數據更加精準。

參考文獻

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關鍵詞：糾纏滲流 復雜網絡 聚集性

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（b）-0001-01

未來量子網絡會提供很多富有吸引力的應用，從量子密鑰、量子傳輸再到分布式的量子計算[1]。這些應用得以實現有一個前提條件，即節點之間的糾纏形成一個網絡。為了克服糾纏量隨空間距離呈指數衰減這個現實問題，就需要引入一些額外的設備，例如量子中繼器和量子存儲器等。

作為另外一種解決的方法，糾纏滲透協議被提出來從而實現遠距離糾纏態的制備。這種方法把糾纏建立的問題轉換為統計物理中的相變問題。使用局域操作和經典通訊，將部分糾纏態轉換為最大糾纏態。轉換存在一個所謂的“轉換成功率”。當轉換成功率超出某一個閾值時，涵蓋了大部分網絡的最大糾纏連接子網出現了。通常，該閾值依賴于量子網絡的拓撲結構性質。一些局域化的量子操作可以降低閾值和增加最大連接子網的尺寸。

從基礎和技術層面對糾纏態的制備的濃厚興趣已經導致了對普通和復雜網絡的糾纏滲流的廣泛研究。但是，許多這方面的研究結果都是關于網絡節點的。由于任何單個的網絡模型都不能包含真是網絡中的所有拓撲特征，研究真實量子網絡中的糾纏滲流協議的應用性就變得非常必要了。假定將來的量子網絡很可能與現在的互聯網有類似的復雜的拓撲結構。

本篇論文研究現存復雜互聯網的糾纏滲透協議。本文研究了量子復雜網絡的長距離糾纏建立的協議的有效性，網絡具有無標度的度分布和高集群性。

假定CEP和GEP運用到了現在的經典互聯網中，我們可以對這些糾纏協議應用到真實復雜量子網絡的可行性進行評估。在分析中我們用到了skitter網絡和BGP網絡，他們反映了真實的互聯網AS-lever拓撲的不同方面，即一個反映的是skitter數據平臺上的互聯網流量拓撲結構；另一個反映的是BGP控制平臺的路由系統拓撲結構。

本文研究了現存復雜互聯網的糾纏滲透協議。本文研究的結果表明真實互聯網的高聚集性拓撲結構對網絡化的遠程糾纏制備具有積極的現實意義。

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關鍵詞：網絡拓撲 SNMP ICMP

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）09-0028-01

隨著計算機網絡的發展和普及，計算機網絡在金融、商業、交通、制造業、服務業等社會生活的各個領域發揮著越來越重要的作用，在當今的信息化社會里，計算機網絡的穩定和可靠運行可以說已經成為我們生活中的一個基本要求。完善的網絡管理維護系統是計算機網絡能夠可靠、穩定運行的保證，也是進行網絡性能分析、網絡配置和安全管理等的前提。所謂拓撲發現是指發現網絡元素并確定網絡元素之間的互連關系，包括互連設備（如路由器、網橋、交換機等）、主機和子網。

1 網絡拓撲在網絡管理中的地位

目前，關于網絡管理的定義很多，國際標準化組織（ISO）在ISO/IEC7498-4中定義并描述了開放系統互連參考模型（OSI/RM）管理的術語和概念，提出了一個OSI管理的結構并描述了OSI管理應有的行為。它認為網絡管理系統需要有以下內容：系統的功能、網絡資源的表示、網絡管理信息的表示、系統的結構。所以網絡管理的五大功能分別是配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和計費管理。這五大功能包括了保證一個網絡系統正常運行的基本功能。其中網絡拓撲的發現就是其中之一。

網絡拓撲的自動發現是實現網絡拓撲圖形顯示的技術關鍵，而路徑搜索是故障定位的重要內容。拓撲發現作為配置管理和故障管理中的一項重要功能，是網絡管理的一個重要組成部分。本文是分析了網絡拓撲自動發現的幾種方法。網絡拓撲圖是拓撲結構的可視化表現形式，拓撲發現生成的網絡拓撲可以幫助網絡管理員掌握網絡拓撲結構，迅速定位故障地點，確定故障影響的范圍。隨著Internet的出現，基于Web的網絡管理成為網絡管理的一種新的趨勢，它使網絡管理不再需要地理位置、具體平臺和專業技能等要求，從而給網絡管理帶來許多方便。

2 網絡拓撲發現技術分析

2.1 基于SNMP路由表的拓撲發現技術

當前最有效的拓撲發現方式應該是利用SNMP。該技術要求所有網絡設備必須支持SNMP協議，具有SNMP的，利用SNMP里定義的MIB庫中路由表的信息進行拓撲發現。由于路由表中的下一跳地址，必然是具有路由功能的網絡結點，因此從管理工作站的缺省路由器開始，通過讀取路由器的路由表，可逐步向下發現網絡中的所有具有路由功能的網絡結點。

SNMP的一個突出優點是當網絡發生變化時MIB中的信息將會隨之變化，并且信息獲取的整個過程相當快，從而也提高了拓撲發現的速度。使用SNMP進行拓撲發現的主要問題在于并不是每一個網絡設備都提供SNMP服務，即便提供了SNMP服務，MIB中也可能沒有保存足夠多的有用信息。另外一個問題是關于MIB值的解釋問題，雖然關于設備的一些基本信息在MIB中都進行了標準化的定義，但是許多生產商為了更好的描述它們自己產品的功能，在MIB中添加私有信息，為了能更好的利用這些新的信息，我們必須能夠在拓撲發現的實現中將這些內容及時加入。

2.2 基于ICMP Ping的拓撲發現技術

Ping是IP網絡中使用最早和最廣泛的工具之一，它主要是利用ICMP echo reply消息來檢測主機是否可達，同時也可以通過計算往返延遲推斷節點據我們有“多遠”。我們這里所指的節點通常是主機或路由器。由于使用較小的分組，Ping的開銷較小。我們可以Ping每一個可能的IP地址以判斷它們是否對應可達的網絡節點。當向一個可達節點發出Ping報文時，通常會很快得到響應（幾十微秒），但當向一個不可達的節點發山Ping報文時，將在設定的間隔后超時，這個間隔通常是2秒，因此在這種情況下，使用Ping是相當低效的，尤其當出于拓撲發現的目的向大量待定的IP地址發出Ping報文時效率更低。一個簡單的解決方案是減少超時間隔，但此時需要注意應確保間隔不要低于正常網絡延時。

2.3 基于OSPF的拓撲發現技術

OSPF中鏈路狀態數據庫存放的信息可以用來計算網絡路由，計算過程是從不同的鏈路狀態記錄中概括出一個代表網絡的節點圖。節點圖中內部節點是OSPF路由器和中轉網絡，節點是末梢網絡、匯總網絡以及外部目的站點，連接的弧線是具有不同度量制式的各種鏈路。因此，網絡管理維護系統也可以訪問自治系統每個區域中某一個路由器存有的相關的OSPF路由表信息，就可以構造出整個自治系統的網絡拓撲圖。

實際運行的企業網管系統一般不會超出自治系統的范圍，因此基于OSPF構造網管系統有較大的適用性，該技術的效率和速度也比較高。但此技術不能發現那些不支持OSPF協議的網絡連接和設備。另外，OSPF中涉及的路由部分比較復雜，算法上的理解和實現都有一定的困難。

3 網絡拓撲發現技術的評價方法

3.1 速度

可用算法執行所花費的時間來衡量。算法執行的時間分為兩部分： 采集信息生成拓撲結構的時間；將生成的表示拓撲關系的數據結構以圖形化的形式顯示出來的時間。

3.2 負載

因為一個算法中對網絡造成的負載可能由多個部分引起， 如在基于SNMP的算法中， 給網絡引入的負載包括獲得拓撲信息的SNMP數據包和為判斷一個地址是否有效所引入的ICMP報文。

3.3 完整性

可用算法發現的網絡設備數量占實際網絡中設備數量的百分比表示。也就是說一個網絡中可以發現的網絡設備數量和不能發現的網絡設備數量之比這個數值越大越好。

3.4 準確性

可用算法面對多個可選的拓撲結構的可能性來表示。對算法要進行優化，不能對產生的拓撲結構有二義性，這是下一步所要做的工作。

3.5 成本

這里不盡是設備成本，也包括人員成本、效率成本。如果一個拓撲發現技術雖然可以很好的發現網絡的拓撲情況，但從人員、設備上考慮成本昂貴那也不是最優的選擇。

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【關鍵詞】網絡拓撲；SNMP發現算法；CMP協議算法；網絡管理

1.引言

現代計算機網絡迅猛發展，網絡管理的任務也變得更加的復雜，而保證網絡管理系統高效運行的基礎正是網絡拓撲發現。網絡拓撲表現為計算機網絡中各設備之間的連接關系。網絡拓撲發現能較好地提高網絡的安全管理，故障管理、計量管理、配置和名稱管理、性能管理。其原理是利用協議收集網絡中各設備的信息，通過一些算法來生成完整的拓撲顯示。

2.網絡拓撲發現概述

2.1 網絡拓撲發現的概念

網絡拓撲是指網絡元素及其之間的連接關系。網絡元素可以理解成是路由器，也可以是交換機、網橋等，還可以是客戶端、服務器，甚至是子網、AS等。而網絡，既可以是指局域網，也可以是互聯網或互聯網的一部分。拓撲發現是指發現網元并確定網元之間的互連關系，包括互連設備（如路由器、網橋、交換機等）、主機和子網。網絡拓撲是拓撲結構的視覺形式的表達。

2.2 網絡拓撲發現的分類

2.2.1 按照網絡拓撲發現的對象進行分類

根據不同的網絡拓撲發現的對象分類，可分為面向域內的網絡拓撲發現和跨域的網絡拓撲發現。

面向域內的拓撲發現通常是指面向同一AS，ISP甚至規模更小的局部網絡的拓撲發現技術。跨域的網絡拓撲發現則是指面向不同AS（或ISP）網絡的拓撲發現技術。它們的區別在于，面向域內的拓撲發現網絡管理員一般具有對網絡元素的管理和控制權，而跨域的拓撲發現無法對域外的網絡元素進行管理和控制。由于探測的對象不同，因此所適用的網絡發現方法以及網絡拓撲發現的目的等都有不同。而跨域的網絡拓撲發現比域內的網絡拓撲發現困難得多。

2.2.2 按照網絡拓撲發現的方法進行分類

按照發現方法對網絡拓撲發現進行分類，可分為主動式網絡拓撲發現被動式網絡拓撲發現。

被動式的網絡拓撲發現，是偵聽網絡元素之間的數據通過對數據的分析，進而得出網絡的拓撲連接情況。比如，通過聽OSPF路由器之間交換數據包探測網絡拓撲的方法，就是一種被動式的拓撲發現方法。被動式的網絡拓撲發現方法不向網絡注入數據包，所以對網絡負荷的影響不大。但也只能分析得到局部網絡的拓撲情況。偵聽得到的數據可能存在一些錯誤碼的數據，如不能對數據進行有效的分析處理，就得到不真實的網絡拓撲圖。

主動式的網絡拓撲發現，是指將一組精心設計的數據報注入被探測的網絡，然后分析反饋網絡和網絡拓撲結構。例如，基于路由跟蹤的和基于簡單網絡管理協議網絡拓撲發現方法，就是主動式網絡拓撲發現。于主動式網絡拓撲發現適用較廣是因為它是根據探測需要，由探測發起者對探測數據報進行專門設計的，探測網絡的范圍可以很大。

3.基于SNMP協議的網絡拓撲發現

3.1 SNMP的概念

SNMP名為“簡單網絡管理協議”，SNMP是基于TCP/IP協議，是一個應用層協議。對網絡中支持SNMP協議的設備進行管理，通過SNMP協議管理員可以支持SNMP協議和各種類型的設備進行通信，網絡管理。在具體實現中，SNMP網絡管理提供了管理員管理器，它具有網管命令發出，數據存儲及數據分析的功能。被監管的設備上有一個SNMP（Agent），實現SNMP通信設備和管理。在SNMP中，傳輸層協議使用的是UDP。為了實現對網絡的管理，SNMP還定義了兩個必需的部分，一個是管理信息庫MIB改的參數。一個是MIB的一套公用的結構和表示符號，稱為管理信息結構SIB（Structure of Management Information）。

3.2 MIB信息庫

TCP/IP網絡管理系統的基礎是含有被管理元素信息的數據庫，我們將它稱為MIB。每個被管理資源用一個對象來表示，MIB是這些對象的集合。數據庫的結構是樹型。網絡中的每個系統，都維護一個可以反映被管理資源在系統中狀態的信息庫，通過讀取信息庫中對象的值，管理站可以監視系統中的資源，還可以通過修改某些值來控制系統中的資源。

3.3 SNMP的基本原理

所有的網絡設備維護一個MIB，保存該設備上與網絡運行相關的信息，并對管理工作站的SMMP查詢進行響應。管理工作站通過發送請求信息，查詢存儲在網絡路由設備管理信息數據庫的MIB的相關信息，分析網絡拓撲信息，可以概括整個網絡拓撲結構。目標是保證管理信息在任意兩點中傳送，便于網絡管理員在網絡上的任何節點檢索信息，進行修改，尋找故障；完成故障診斷，容量規劃和報告生成。它獨立于被管設備，采用輪詢機制，提供最基本的功能集。

3.4 SNMP支持的操作

SNMP共有5種操作：

（1）GetRequest從某變量中取值（NSM發送）；

（2）GetNextRequest從表格中取下一個值（NSM發送）；

（3）SetRequest把一數值存入具體變量（NSM發送）；

（4）GetResponse響應取操作（Agent發送）；

（5）Trap報告事件信息（Agent發送）。

3.5 協議模型

SNMP協議唯一TCP/IP協議棧的應用層，基于UDP報文之上。SNMP就是用來規定NMS和Agent之間是如何傳遞管理信息的應用層協議。網管站對網絡設備發送各種查詢報文，并接收來自被管設備的響應及陷阱報文，將結果顯示出來。

是駐留在被管設備上的一個進程，負責接受、處理來自網管站的請求報文，然后從設備上其他協議模塊中取得管理變量的數值，形成響應報文，反送給NMS。

在一些緊急情況下，如接口狀態發生改變等時候，主動通知NMS。

4.基于ICMP協議的拓撲發現

4.1 ICMP報文的格式

ICMP允許主機或路由器報告差錯情況和提供有關異常情況的報告。ICMP不是高層協議，而是IP層的協議。ICMP報文作為IP層數據報的數據，加上數據報的首部，組成IP數據報發送出去。ICMP報文在傳送時被封裝在IP數據報中，使用IP協議發送，但ICEP不看作是高層協議的內容。回應請求與應答都會用IP數據報的形式在網間傳輸，如果成功地接收到一個應答，不但說明信宿機可以到達，而且說明數據報傳輸系統的相應部分工作正常，信源機和信宿機的ICMP軟件和IP軟件工作正常，請求與應答經過中間網關也在正常工作。

4.2 基于PING和路由跟蹤的改進實現

可以利用操作系統規定的ICMP數據包最大尺寸不超過64KB這一規定，向主機發起“Ping of Death”（死亡之Ping）攻擊。“Ping of Death”攻擊的原理是：如果ICMP數據包的尺寸超過64KB上限時，主機就會出現內存分配錯誤，導致TCP/IP堆棧崩潰，致使主機死機。

回送請求和回答報文：向一個特定目的主機發出的詢問。收到此報文的機器必須給源主機發送ICMP回送應答報文。如PING命令。我們日常使用最多的ping，就是響應請求（Type=8）和應答（Type=0），一臺主機向一個節點發送一個Type=8的ICMP報文，如果途中沒有異常（例如被路由器丟棄、目標不回應ICMP或傳輸失敗），則目標返回Type=0的ICMP報文，說明這臺主機存在，更詳細的tracert通過計算ICMP報文通過的節點來確定主機與目標之間的網絡距離。

路由跟蹤的功能就是利用IP頭中的TTL域。開始時信源設置IP頭的TTL值為0，發送報文給信宿，第一個網關收到此報文后，發現TTL值為0，它丟棄此報文，并發送一個類型為超時的ICMP報文給信源。信源接收到此報文后對它進行解析，這樣就得到了路由中的第一個網關地址。然后信源發送TTL值為1的報文給信宿，第一個網關把它的TTL值減為0后轉發給第二個網關，第二個網關發現報文TTL值為0，丟棄此報文并向信源發送超時ICMP報文。這樣就得到了路由中和第二個網關地址。如此循環下去，直到報文正確到達信宿，這樣就得到了通往信宿的路由。

4.3 網絡拓撲的發現算法

具體實現的步驟：

（1）在給定的IP區間，利用PING依次檢測每個IP地址，將檢測到的IP地址記錄到IP地址表中。

（2）對第一步中查到的每個IP地址進行路由跟蹤操作，記錄到這些IP地址的路由。并把每條路由中的網關地址也加到IP表中。

（3）對IP地址表中的每個IP地址，通過發送掩碼請求報文與接收掩碼應答報文，找到這些IP地址的子網掩碼。

（4）根據子網掩碼，確定對應每個IP地址的子網地址，并確定各個子網的網絡類型。把查到的各個子網加入地址表中。

（5）得到與IP地址表中每個IP地址對應的域名（Domain Name）。如果域名相同，則說明同一個網絡設備具有多個IP地址。

5.結束語

隨著計算機網絡的高速發展，網絡管理變得越來越復雜。為了提高網絡設備和服務管理的智能性及可操作性，網絡管理中重要的環節是對網絡拓撲高效而準確地發現。拓撲發現是網絡管理中一個難點，受限于網絡的復雜性和網絡協議的多樣性，做到對網絡中所有設備完整準確的也有一定的難度，利用SNMP進行拓撲發現的優點在于發現速度快，容易實現。對于不支持SNMP的設備的設備進行拓撲發現，可以運用ICMP報文的格式，利用路由跟蹤來跟蹤路由過程和DNS中的設備信息發現新的設備集合。每種方法各有其優缺點，可以根據實際需要有選擇地結合它們使得發現算法更加合理有效。

參考文獻

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[5]晏明峰，李靜等.用SNMP管理互聯網絡[M].中國水利水電出版社，2001.

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關鍵詞：寬帶通信； 局域網； 結構化布線系統； 網絡系統

Local Area Network，即局域網，簡稱LAN，它主要是指在較小的地理范圍內借助于高速通信線路（例如寬帶網絡）將計算機或者工作站連接成為一個完整的計算機網絡系統。在住宅小區、辦公樓等有效的地理范圍之內，局域網是該區域范圍內網絡主體的基礎。局域網不同于互聯網（Internet），它的適用對象僅僅向網絡內部人員開放，一般情況下，外部人員無法對其進行訪問，只有內部人員才能夠對其進行訪問，因而，寬帶局域網絡是信息時代進行內部交流以及進行內部管理的重要工具之一。綜合來看，寬帶局域網絡為特定地理范圍內的一個單位共有，并且站點數目和地理范圍都有一定的限制，它之所以獲得廣泛地應用，主要是因為它具有以下幾種優點：首先，能夠非常便利地共享使用高性能而且非常昂貴的主機和各種設備，還可以共享各種數據、軟件等等，不僅提高了他們的使用效率，而且分攤了用戶的使用成本。其次，在寬帶局域網絡中，用戶可以通過一個站點來快速訪問整個網絡，使用便利性非常好。再次，寬帶局域網絡具有非常優秀的可拓展性和演變能力，不僅主機以及各種設備能夠進行靈活地調整甚至改變，而且軟件程序、操作系統等也能夠比較方便地進行升級更新。最后，由于寬帶局域網絡不需要與外界相接，僅供內部人員使用，所以它具有很好的安全性、可靠性、生存性以及可用性。

1 寬帶局域網的相關技術分析

1.1 以太網技術

以太網是一種基帶網絡規范，它由Xerox公司創建，后由Xerox公司、DEC公司以及Intel公司共同開發確定。以太網采用基帶傳輸，利用傳輸設備和對絞線能夠根據不同的要求分別實現10 Mbps、100 Mbps以及1000 Mbps的傳輸速度，是目前應用范圍最為廣泛的局域網絡。從目前的應用情況來看，控制網絡系統、校園局域網絡、證券網絡系統、辦公自動化系統等均采用了基于以太網的通信傳輸模式，使得以太網技術已經成為當前局域網絡的主流技術。另外，成本經濟、性能穩定、實時性強、技術成熟以及應用范圍廣等都是以太網的優勢所在，這些都會使其在可以預見的將來內獲得良好的發展。

1.2 拓撲結構

寬帶局域網絡的常見拓撲結構主要包括以下幾種：

1.2.1   環形網絡結構    該拓撲結構是一個非常典型的從點至點的環形結構模式，它主要就是以串聯的形式借助通信鏈路把每一臺計算機連接成為一個閉合的環，例如令牌環形網。在環形網絡結構形式中，數據和信息依照固定的方向進行傳送，即不是順時針方向便是逆時針方向。環形結構的優點和缺點都比較明顯，首先，其優點是由于每一個網絡節點與相鄰兩個網絡節點的連接均直接通過物理鏈路，因而，數據和信息傳輸控制機制比較簡單，而且傳輸過程中具有很好的實時性；另外，網絡中的每一次信息傳輸都有固定的最大傳輸遲延。其次，其缺點是如果網絡中的任何一個節點出現問題，便直接導致整個網絡通信的中斷，因此環形網絡結構的可靠性比較低。目前，為了克服環形網絡結構先天性的可靠性低問題，某些網絡已經采用了網絡自愈功能，即某個網絡節點出現問題之后，該功能便可以進行鏈路的自動切換，但是由于該功能需要調整訪問控制機制和網絡拓撲結構，復雜程度相對較高。

1.2.2   總線網絡拓撲結構    總線網絡拓撲結構是當前普遍采用的結構形式之一，該種拓撲形式主要是借助通信線路把所有的入網計算機連接到一條通信干路當中；同時，在通信干路的兩端連有終結器匹配線路阻抗來借此避免出現信號反射問題。由于總線網絡拓撲結構具有相對明顯的優點，目前已經成為局域網絡應用最廣的拓撲形式。它的優勢是經濟性好、結構簡單、利用效率高，它的缺點是網絡延伸距離和網絡容納的節點數量有限制，并且同一個時刻只允許兩個網絡節點進行通信。如果通信干路上的任何一個節點出現問題便會直接影響整個局域網絡的通信。總線網絡拓撲結構只需要鋪設通信主干電纜即可，因此其安裝過程相對容易；其配置過程中也比較簡單，節點的增加與刪除均非常容易操作，但是如果該主干通信電纜的接入點數量飽和時，便需要重新鋪設新的主干通信電纜。但是如果出現故障維修時的難度比較大，因為在進行介質故障排除時，需要把該故障限制在某個區間（網段），位于該區間的非故障用戶的正常使用均要受到影響。

1.2.3   星形網絡拓撲結構    該種拓撲結構形式主要將某一個網絡節點作為處理中樞，而相關的入網設備均利用物理鏈路與該處理中樞節點進行連接。星形網絡拓撲結構的優點非常突出，即控制簡單、網絡架設容易、結構簡潔，其缺點也比較明顯，即作為處理中樞的網絡節點的工作負載非常大，降低了可靠水平以及通信線路的利用效率。星形網絡拓撲結構可以進行優化“改裝”，例如，將一個星形網絡拓撲結構隱藏在另一個星形網絡拓撲結構當中，便會形成新的層次性網絡拓撲結構或者樹形網絡拓撲結構。星形網絡拓撲結構的安裝過程中要相對復雜和困難一些，所使用的通信電纜也要稍多一些。但是，星形網絡拓撲結構的重新配置操作比較簡便，僅僅需要在改變、刪除或者增加某個端口的連接即可。但是星形網絡拓撲結構的維護管理難度相對較大，主要是因為在星形網絡拓撲結構中，網絡中的一切數據和信息均需要經過處理中樞的中心設備，并由其匯集處理。因為結構形式特殊，所以一旦網絡出現故障，受故障影響的用戶則能夠降到最少，并可以進行很好地處理。

1.3 ATM技術

Anchronous Transfer Mode，即異步傳輸模式，簡稱ATM。圖像、視頻、音頻等多媒體內容的增多迫使用戶來獲得更高的接入速率，但是傳統的電路交換 和分組交換對于日益增加的交換任務顯得束手無策。在進行大量任務交換時，電路交換的突發性和傳輸速率均會產生較大的變化，增加了控制難度；在傳輸速率較大的情況下，分組交換的協議數據單元需要占用各層處理的大量資源，信息傳輸延遲問題嚴重。異步傳輸模式（ATM）的寬帶信息交換 是它的典型優勢，因此，它在廣域網和局域網當中均獲得了親睞。異步傳輸模式（ATM）具有高速數據傳輸率和支持許多種類型如聲音、數據、傳真、實時視頻、CD質量音頻和圖像的通信，它是一項信元中繼技術，數據分組大小固定。你可將信元想象成一種運輸設備，能夠把數據塊從一個設備經過ATM交換設備傳送到另一個設備。所有信元具有同樣的大小，不像幀中繼及局域網系統數據分組大小不定。使用相同大小的信元可以提供一種方法，預計和保證應用所需要的帶寬。

1.4 VLAN技術

Virtual LAN，即虛擬局域網，簡稱VLAN。VLAN系統的交換機配備高速以太網升級接口，并支持交換機間連接協議（ISL），具備跨越高速以太主干網連接的兼容性。ISL協議可提供跨越骨干網的第二層VLAN標識，并將每個數據包直接傳送到已配置有相應VLAN標識的交換機，從而極大地減少了整個企業中的廣播量。任何VLAN配置差異都可通過動態配置分析和運行記錄生成過程檢測出，并可通知到網絡管理應用軟件。這樣保證在安裝交換的網絡上具有配置兼容性，而且減少了由網絡管理員導致的配置錯誤。VLAN通過基于協議類型和網絡地址的分段，可在網絡層（通常指第三層）上得到進一步定義。這種類型的VLAN分段需要子網地址與VLAN組映射。交換機將終端站的MAC地址和基于于網地址的對應VLAN連接起來，同時選定在同一VLAN中的其他站的相應網絡端口。這種方法的優點在于網絡管理員可根據每個包中的網絡層信息對網絡進行分段。

2 應用實例

某住宅小區為了實現信息化，構建了寬帶局域網絡。其總體設計方案簡介如下：第一，絡操作服務平臺的基礎是局域網絡和TCP/IP協議集。選擇CISCO WORKS FORwIN網管軟件，可以實現對內外網的全面、綜合管理。第二，確保內部網絡的安全，采用內外網隔離方式，與外部網絡連接采用防火墻等安全措施。第三，網絡應用支持與開發工具包括網絡服務功能、外部資源連接、以及應用系統開發工具等組成部份。第四，絡服務功能包括信息查詢、等，支持電子郵件、域名服務、文件傳輸服務。外部資源連接的功能是實現WEB服務與企業管理信息數據庫的互連。第五，統開發工具是開發基于的多種應用軟件系統的開發工具，包括系統互連、面向對象的多種網絡應用開發工具。

篇8

1系統框架

電信網絡拓撲采用B／S結構，其中展示層為拓撲展示框架，采用SpringRCP技術和拓撲客戶端守候進程ClientDaemon，并利用TWaver中的組件，實現拓撲展示功能；業務邏輯層為拓撲邏輯框架，通過實現拓撲業務模型引擎、拓撲呈現引擎、OSS網元基本信息引擎和網元告警信息引擎等功能，并利用拓撲服務端的守候進程ServerDaemon實現拓撲圖建模、拓撲圖呈現，以及與OSS數據庫中網元信息更新和告警同步等；而存儲層主要以數據庫或XML文件的形式存儲拓撲數據。電信網絡拓撲功能結構如圖1所示。

2主要技術

在實現電信網絡拓撲圖的所有功能中，主要是建立拓撲圖和呈現拓撲圖。

2．1拓撲圖建立在生成電信網絡拓撲圖時，一般分為3個步驟：（1）建立模型。由于在電信網絡拓撲圖中，存在一些類型相對固定的網元，而一般情況下，相同類型網元的相關網元也是相同的。因此，可以根據網元類型，建立連接關系模型，系統根據模型生成拓撲圖。（2）建立靜態節點模型。在電信網絡拓撲圖的首個拓撲圖上，需要建立一些靜態節點，比如，拓撲圖的類別（如話務網或信令網），可以把這些節點作為靜態節點放在首個拓撲圖上，再讓系統根據網元類型拓撲圖制作這些節點的子拓撲圖。（3）根據模型生成拓撲圖。系統根據第（1）步和第（2）步建立的模型，生成電信網絡拓撲圖，并存儲在拓撲數據庫中。

2．2拓撲圖呈現呈現電信網絡拓撲圖的關鍵是加載網元節點信息，一般采用手工加載和自動加載兩種方式。（1）手工加載。利用TWaver的鉆取功能，雙擊某個網元時，如果該網元有子拓撲圖，則系統取得其子拓撲圖，并加載。特點：加載首個拓撲圖時，速度快，但在加載子拓撲圖時，因為要到后臺數據庫中查詢子拓撲數據信息，導致速度較慢。（2）自動加載。利用線程類執行并加載電信網絡拓撲圖上的節點及信息。從電信網絡拓撲圖的首個拓撲圖開始，查詢子拓撲圖的網元，然后加載其子拓撲圖。特點：首次打開拓撲圖時，用時較長；但加載完成整個拓撲圖后，系統不再加載拓撲圖信息，從而不再影響系統性能。

3代碼說明

在實現過程中，編碼要符合規范。其中，加載網元節點信息的addData（）方法代碼如下。

4效果舉例

TWaver提供了多種拓撲圖的布局方法，如隨機布局、圓型布局、對稱布局、樹型布局等，利用這些方法可以方便地對拓撲圖上的網元進行布局排列。在此，列舉一個MSC的關聯拓撲圖，如圖2所示。

5結語

篇9

[關鍵詞]計算機網絡管理網間控制報文協議ICMPWBM

中圖分類號:TP3文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1110069-01

過去,經常用一些簡單工具幫助網管人員管理網絡資源,但隨著網絡規模的擴大和復雜度增加,對強大易用的管理工具的需求日益迫切,管理人員需要依賴強大的工具完成各種各樣的網絡管理任務,而網絡管理系統就是能夠實現上述目的系統。網絡管理的目的就是確保一定范圍內的網絡及其網絡設備能夠穩定、可靠、高效地運行,使所有的網絡資源處于良好的運行狀態,達到用戶預期的要求。

一、WBM技術介紹

WBM融合了WEB功能與網管技術,從而為網管人員提供了比傳統工具更強有力的能力。WBM可以允許網絡管理人員使用任何一種WEB瀏覽器,在網絡任何節點上方便迅速地配置、控制以及存取網絡和它的各個部分。新時期,研究發現基于WBM(基于WEB網管系統管理模式)三層體系結構與網管系統體系結構,以及網絡拓撲自動發現算法,根據實際應用情況對其進行改進,增強系統對網絡拓撲自動發現能力,是今后技術發展的重要趨勢。

二、基于WBM技術的網管系統設計目標與體系結構

本網管系統提供基于WEB的整套網管解決方案。它針對分布式IP網絡進行有效資源管理,使用戶可以從任何地方通過WEB瀏覽器對網絡和設備,以及相關系統和服務實施應變式管理和控制,從而保證網絡上的資源處于最佳運行狀態,并保持網絡的可用性和可靠性。在本系統設計階段,就定下以開發基于園區網、Web模式的具有自主版權的中文網絡管理系統軟件為目標,采用先進的WBM技術和高效的算法,力求在性能上可以達到國外同類產品的水平。三層結構的特點,完成管理任務的軟件作為中間層以后臺進程方式實現,實施網絡設備的輪詢和故障信息的收集;管理中間件中繼轉發管理信息并進行SNMP和HTTP之間的協議轉換三層結構無需對設備作任何改變。管理中間件駐留在網絡設備和瀏覽器之間,用戶僅需通過管理中間層的主頁存取被管設備;在系統設計的時候,以國外同類的先進產品作為參照物,同時考慮到技術發展的趨勢,在當前的技術條件下進行設計。我們采用三層結構的設計,融合了先進的WBM技術,使系統能夠提供給管理員靈活簡便的管理途徑。

三、網絡拓撲發現算法設計

為了實施對網絡的管理,網管系統必須有一個直觀的、友好的用戶界面來幫助管理員。其中最基本的一個幫助就是把網絡設備的拓撲關系以圖形的方式展現在用戶面前,即拓撲發現。目前廣泛采用的拓撲發現算法是基于SNMP的拓撲發現算法。基于SNMP的拓撲算法在一定程度上非常有效,拓撲速度也非常快。但它存在一個缺陷是,在一個特定域中,所有子網信息都依賴于設備具有SNMP的特性,如果系統不支持SNMP,則這種方法就無能為力了。還有對網絡管理的不重視,或者考慮到安全方面的原因,人們往往把網絡設備的SNMP功能關閉,這樣就難于取得設備的MIB值,就出現了拓撲的不完整性,嚴重影響了網絡管理系統的功能。針對這一的問題,下面討論本系統對上述算法的改進基于ICMP協議的拓撲發現。路由建立的功能就是利用IP頭中的TTL域。開始時信源設置IP頭的TTL值為0,發送報文給信宿,第一個網關收到此報文后,發現TTL值為0,它丟棄此報文,并發送一個類型為超時的ICMP報文給信源。信源接收到此報文后對它進行解析,這樣就得到了路由中的第一個網關地址。然后信源發送TTL值為1的報文給信宿,第一個網關把它的TTL值減為0后轉發給第二個網關,第二個網關發現報文TTL值為0,丟棄此報文并向信源發送超時ICMP報文。這樣就得到了路由中和第二個網關地址。如此循環下去,直到報文正確到達信宿,這樣就得到了通往信宿的路由。PING的主要操作是發送報文,并簡單地等待回答。PING之所以如此命名,是因為它是一個簡單的回顯協議,使用ICMP響應請求與響應應答報文。PING主要由系統程序員用于診斷和調試實現PING的過程主要是:首先向目的機器發送一個響應請求的ICMP報文,然后等待目的機器的應答,直到超時。如收到應答報文,則報告目的機器運行正常,程序退出。

四、網絡拓撲的發現算法具體步驟

一般情況下,對于給定的IP區間,利用PING依次檢測每個IP地址,將檢測到的IP地址記錄到IP地址表中。對第一步中查到的每個IP地址進行traceroute操作,記錄到這些IP地址的路由。并把每條路由中的網關地址也加到IP表中。對IP地址表中的每個IP地址,通過發送掩碼請求報文與接收掩碼應答報文,找到這些IP地址的子網掩碼。根據子網掩碼,確定對應每個IP地址的子網地址,并確定各個子網的網絡類型。把查到的各個子網加入地址表中。試圖得到與IP地址表中每個IP地址對應的域名(Domain Name),如具有相同域名,則說明同一個網絡設備具有多個IP地址,即具有多個網絡接口。根據第二步中的路由與第四步中得到的子網,產生連接情況表。

五、結語

本系統進行設計主要考慮對園區網絡管理,被管理設備和網管系統處于同一段網絡。系統可直接到達被管理網絡,所以對遠程局域網無能為力。研究發現基于WBM(基于WEB網管系統管理模式)三層體系結構與網管系統體系結構,以及網絡拓撲自動發現算法,根據實際應用情況對其進行改進,增強系統對網絡拓撲自動發現能力,是今后技術發展的重要趨勢。下一步工作可添加系統對遠程局域網絡管理功能,ICMP協議的拓撲發現方法能夠較好的發現網絡拓撲,但需要占用大量帶寬資源。

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1.1表現

通俗的說復雜網絡就是表現出高度復雜性的網絡，其表現主要有以下幾方面:一是結構復雜，這是復雜網絡最明顯的一個表現，主要是因為復雜網絡的節點數目巨大，同時網絡結構差異性較強，相互之間都有不同的結構特征。二是連接的多樣性，這表現在節點之間的連接上，節點之間的連接權重有所不同，在這個差異之外，還存在一個不同，那就是連接還存在方向性。三是節點多樣性，這主要是指復雜網絡中的節點可以代表任何事物。四是動力學復雜性，它的節點集屬于非線性動力系統，表現在節點狀態隨著時間的變化而變化，這是由于社會中人在不同的時間里使用計算機。五是網絡進化，主要是說它的節點產生與消失是隨時變化的。六是多重復雜性融合，也就是它的多重復雜性相互影響后，導致更難預料的結果。

1.2特性

首先是小世界，它作為復雜網絡的基本單元，將兩個原件之間的任意一點相連，形成的公用通道是作為數據傳輸的網絡紋線。復雜網絡中有無數個小世界，把它們都連接起來就可以形成許許多多的網絡紋線。其次是以小世界為基本元件形成的集團互連接態勢更加明顯，作為眾多小世界的集合體，復雜網絡也包含了各個資源件的集團性，這些內部的交互性也使得復雜網絡整體架構的兼容性與再塑性得以進行多元化拓展。最后是冪律的度值涵蓋的視域趨向多元，度值是節點以及相關聯的單位數量。

2復雜網絡理論應用

2.1網絡同步行為的研究

各節點同步化行為普遍存在于復雜網絡之中，產生的原因是網絡拓撲的動力學性質和單個節點自身的特點，而非某個單獨因素可以決定，這種現象會給網絡運行環境帶來危害。比如在網絡中，不同的網絡節點發送信息，這些信息會有兩個結果，一是同時，二是都不，第一種情況會造成網絡信息的擁堵，第二種會造成信息無法傳播。不管哪一種都是具備危害性的，盡管在這方面可以采取一些降低危害的方法，但卻始終無法完全杜絕這一現象。

2.2計算機網絡拓撲行為的演化模型

一直到現在，針對計算機網絡拓撲主要是依據自治域和路由器這兩種不同層次來對計算機拓撲結構進行描述的，根據這兩種不同的層次形成了BA模型和局部演化模型。從自治域來說，若干個自治域形成了一個網絡系統結構，自治域間存在對等連接，那就成為了其中的一條邊。路由器作為網絡的節點，將路由器放在整體中，它就是一個節點，但是在兩個網絡節點之間存在的物理連接，卻相當于邊。通過對二者的研究，卻發現二者所實現的都僅僅是簡單網絡情況下的的拓撲演化規律，面對復雜的網絡結構都是心有余而力不足，因此還需要對此進行長遠的探究，從而使拓撲結構能夠適應更加復雜多變的網絡環境。

2.3網絡病毒擴散模型及防范措施

隨著網絡的發展和計算機技術的進步，現代社會中網絡和計算機已經大大地方便了人們的生活工作。但是與此同時，另一個問題卻悄然爆發，那就是隨著技術的提高完善，很多應用程序的操作都越來越自動化、傻瓜化，自動化較高的程序，既可以幫助不懂的人自動完成某些復雜的操作，但也有可能在程序中添加惡意代碼，通過應用在網絡中傳播，加上自動化程度高了，很多人就省去手動操作的習慣，慢慢地就降低了對惡意程序的防范，使其在網絡中肆虐。針對這個問題，除了要求用戶注意防范，還應該在網絡中加以阻止。但是基于目前的現狀，對網絡病毒的傳播，到現在依然是一個讓人們頭疼的問題，即便是到了現在，也沒有一個完全解決的策略，對于網絡病毒的危害，也只是停留在預防的策略上，還有降低病毒在網絡中傳播的速度和效率，降低其對網絡的危害，阻斷病毒傳播鏈。防范網絡病毒，減少網絡病毒的危害，這些是遠遠不夠的。在過去，預防病毒，主要方法是基于規則網絡病毒傳播模型上，這種方法的原理是，根據病毒感染強度的閥值，基于病毒大于一個固定閥值的情況下將會在網絡中長期存在，否則感染的節點會衰減。而提出的方法是隨機免疫的方法，在進行免疫時平等對待這些節點，隨機地選擇節點，也沒有優先順序。但是這種方法很明顯存在一個問題，網絡上的節點太多，隨機選擇節點也無法兼顧全局，無法阻止病毒的大規模爆發。而在復雜網絡理論的基礎上，人們對于病毒的防范有了新的認識，漸漸意識到網絡拓撲的結構對計算機網絡病毒的防范具有深遠的影響，計算機具備小世界和無標度雙重特征，同規則的網絡環境相比，小世界的網絡病毒更易于傳播，同時在無標度的網絡上病毒的傳播沒有正傳播閥值，盡管只感染很少的節點，但卻可以在網絡上長期存在，在這個過程中一旦有其他節點被感染，就有爆發大規模病毒的可能。面對這一認識，人們需要重新建立一個完整地病毒傳播模型，而這個模型中必須具備病毒的傳播原理、網絡的拓撲結構，還有就是二者的相互作用機制。改變以往的觀念，防范病毒不僅僅是降低病毒的傳播，更重要的是針對病毒傳播的手段，通過改變網絡拓撲結構，從而達到控制病毒傳播的目的。

2.4計算機網絡的脆弱性和魯棒性

脆弱性是因為即便是少量的網絡節點被破壞掉也會對整個網絡運行起到很大作用，甚至導致其奔潰、癱瘓，這個特點使得計算機網絡系統的節點一旦遭到破壞很容易就會對整個網絡的運行起到毀滅性的打擊。一般來說，但整個計算機網絡的節點有5%-10%的中心節點被摧毀就會導致整個網絡的潰散或者形成一個個信息孤島，進一步導致整個系統的潰散。魯棒性是為了應對計算機的脆弱性而設計的，在設計時考慮到計算機網絡中某些節點和線路的脆弱性，容易遭到他人的破壞，因此有必要將使其具備一定的自愈能力，進而確保整個計算機系統不會因此癱瘓。這個想法最初是被運用在軍隊信息的傳遞上，一般情況下，無標度性的拓撲網絡結構使得計算機網絡即便是在局部遭到破壞的情況下，依然可以保持工作，同時保持節點的穩定性。經過研究發現，隨意選擇80%的的節點進行摧毀，剩余的網絡依然可以保持兩點間的順利連接。

3結論