🕸️ Netzwerk-Resilienz

Die größte Komponente ist der größte zusammenhängende Cluster überlebender Knoten. Ihr Anteil (Größe geteilt durch die Zahl der noch aktiven Knoten) misst, wie viel des Netzwerks noch kommunizieren kann. Sinkt dieser Anteil gegen null, ist das Netzwerk in isolierte Inseln zerfallen und funktioniert praktisch nicht mehr.

Im gezielten Modus durchsucht die Simulation alle überlebenden Knoten und entfernt den mit dem höchsten aktuellen Grad — den größten verbliebenen Hub. Das Entfernen eines Hubs kappt viele Kanten auf einmal, sodass seine Nachbarn viel schneller in separate Fragmente zerfallen können, als es beim Entfernen eines gewöhnlichen Knotens der Fall wäre.

Nach dem Löschen eines Knotens führt der Code eine Breitensuche über die verbleibenden aktiven Knoten und Kanten aus und weist jedem eine Komponenten-ID zu. Anschließend zählt er die Knoten in jeder Komponente, um die größte zu finden. Diese Breitensuche ist die Standardmethode zur Identifikation zusammenhängender Komponenten in einem ungerichteten Graphen.

Gesamt- und entfernte Knoten verfolgen N und wie viele du bereits gelöscht hast. Größte Komponente zeigt ihre rohe Größe, und GK-Anteil zeigt sie als Prozentsatz der Überlebenden. Komponenten zählt, wie viele separate Cluster existieren, und Max. Grad (Hub) meldet den größten noch vorhandenen Grad — nützlich, um zu beobachten, wie Hubs unter Angriff verschwinden.

Es ist ein getreues qualitatives Modell der Perkolation in realen Netzwerken und reproduziert das berühmte robust-aber-fragil-Verhalten, das Albert, Jeong und Barabási im Jahr 2000 beschrieben haben. Mit nur bis zu 150 Knoten ist es eine Illustration im Lehr-Maßstab statt einer Forschungssimulation, aber die Mechanismen — präferenzielle Anlagerung und gradbasierter Angriff — sind die echten.

Da die meisten Knoten einen niedrigen Grad haben, trifft ein zufälliger Ausfall fast immer einen unwichtigen Knoten und schadet der Konnektivität kaum. Aber dasselbe Netzwerk hängt von einigen wenigen Hubs ab, die alles zusammenhalten, sodass ein Angreifer, der weiß, welche Knoten Hubs sind, es mit sehr wenigen, gezielten Entfernungen zerlegen kann. Das ist der Kompromiss zwischen Robustheit und Fragilität.

Die Router-Topologie des Internets, Flugroutennetze, Stromnetze, Finanznetzwerke und zelluläre Protein-Interaktionen sind alle annähernd skalenfrei. Die Lehre ist zweischneidig: Solche Systeme tolerieren zufällige Ausfälle problemlos, aber der Schutz oder Angriff auf nur ihre wenigen Hubs hat eine überproportionale Wirkung — das leitet alles von der Cybersicherheit bis zur Seuchenbekämpfung.