1.1.2 互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣５难芯楷F(xiàn)狀

互聯(lián)網(wǎng)作為當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)信息化的標(biāo)志，其規(guī)模正以指數(shù)級(jí)速度高速增長(zhǎng)。與其原型ARPANET相比，如今的互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)大相徑庭，由于其具有高度的復(fù)雜性，因此可以將其視為一個(gè)由計(jì)算機(jī)構(gòu)成的“生態(tài)系統(tǒng)”。雖然人類(lèi)親手建造了這個(gè)“生態(tài)系統(tǒng)”，但由于它的復(fù)雜和多變性，沒(méi)有人能說(shuō)出它看上去到底是什么樣子，運(yùn)作得如何。

互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Ｑ芯烤褪翘角笤谶@個(gè)看似混亂的網(wǎng)絡(luò)之中蘊(yùn)涵著哪些還不為我們所知的規(guī)律。發(fā)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)涞膬?nèi)在機(jī)制是認(rèn)識(shí)互聯(lián)網(wǎng)的必然過(guò)程，是在更高層次上開(kāi)發(fā)利用互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。然而，互聯(lián)網(wǎng)與生俱來(lái)的異構(gòu)性、動(dòng)態(tài)性、發(fā)展的非集中性，以及如今龐大的規(guī)模都給互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣?lái)巨大挑戰(zhàn)。

互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)自組織系統(tǒng)的“骨骼”，它與流量、協(xié)議在一起，決定了互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特征。對(duì)互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，既是刻畫(huà)互聯(lián)網(wǎng)在宏觀上的特征，反映互聯(lián)網(wǎng)的總體趨勢(shì)的需要；也是作為一種工具，人們可用其對(duì)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行分析、預(yù)報(bào)、決策或控制。因此對(duì)互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)溥M(jìn)行研究具有重大意義。

互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Ｊ且豁?xiàng)復(fù)雜的工作，涉及網(wǎng)絡(luò)測(cè)量、圖論、算法設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)據(jù)挖掘、可視化及數(shù)學(xué)建模等多個(gè)研究領(lǐng)域。正是由于其復(fù)雜性及高難度，吸引了大量專(zhuān)家在此領(lǐng)域展開(kāi)研究。迄今為止，互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)溲芯拷?jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)假設(shè)到客觀分析，從單純的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究到復(fù)雜系統(tǒng)特征化研究的過(guò)程，大體上可按時(shí)間順序分為三代。

第一代為20世紀(jì)80年代的隨機(jī)圖產(chǎn)生器。在研究早期，由于缺乏真實(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)支持，拓?fù)淠Ｐ投际茄芯咳藛T基于經(jīng)驗(yàn)假設(shè)建立的。最早的互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ褪?988年Waxman提出的Waxman模型，這是一種隨機(jī)模型，沿用了很多年，直到90年代第二代互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ统霈F(xiàn)。

第二代為20 世紀(jì)90 年代的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生器，如Tiers（等級(jí)）模型與Transit-Stub模型是明顯的基于層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想的兩類(lèi)拓?fù)渖善鳌?996 年，Doar提出了Tiers模型，該模型刻畫(huà)了互聯(lián)網(wǎng)所具有的層次特征。1997 年，Zegura等人提出了另一種層次模型——Transit-Stub模型。此時(shí)，從1995 年開(kāi)始的大規(guī)模互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)錅y(cè)量工作已經(jīng)逐步展開(kāi)，并采集到了大量拓?fù)鋽?shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對(duì)科研機(jī)構(gòu)都是免費(fèi)開(kāi)放的，這極大地推動(dòng)了拓?fù)溲芯康陌l(fā)展。互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)溲芯恳策M(jìn)入了一個(gè)成果不斷累加的階段，發(fā)現(xiàn)多于改進(jìn)，新舊成果共同描繪了互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)鋱D景。

第三代始于1999 年Faloutsos等人發(fā)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中存在冪律（power-law），從而產(chǎn)生基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)度的拓?fù)淠Ｐ团c拓?fù)洚a(chǎn)生器。冪律的發(fā)現(xiàn)將互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)渑c一些生物學(xué)、社會(huì)學(xué)中的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)，使其成為“無(wú)尺度（scale-free）”網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)實(shí)例，在互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)溲芯颗c系統(tǒng)學(xué)研究之間架起了一座橋梁。2000 年以來(lái)，研究人員開(kāi)發(fā)了許多遵循冪律的拓?fù)渖伤惴巴負(fù)淠Ｐ停鏜edina等人使用Waxman概率與線(xiàn)性?xún)?yōu)先結(jié)合的方法研究的BRITE模型，Winick等人根據(jù)非線(xiàn)性?xún)?yōu)先原則研究的Inet模型，以及AB模型、GLP模型、PFP模型、DP模型、TANG模型與MLW模型等。這些拓?fù)渖伤惴巴負(fù)洚a(chǎn)生器為互聯(lián)網(wǎng)模擬提供了有利的支持。不過(guò)，新的發(fā)現(xiàn)也對(duì)現(xiàn)有成果提出了挑戰(zhàn)。

互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Ｖ两袢匀皇且粋€(gè)開(kāi)放性問(wèn)題，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究中占有重要的地位。