《信息化工作基础知识》(干部教材) >>第七章>>第三节 与网络有


一、数字信道的速率和信息量
     数字通信的内容是以2进制数的方式发送的,因此表征发送信息快慢的单位是每秒比特数。大家知道,每个2进制数所含的信息量是1比特。所以每秒可以传输多少比特数就是信道传输的比特率。这里给大家举几个实际例子。我们日常使用电话拨号方式上网时的速率大约在每秒数十千比特、用ISDN(俗称一线通)或者ADSL方式上网的速率一般可以达到数百千比特、用局域网上网的速率一般是十兆比特/秒。一般一个汉字在计算机中要占16个比特的信息量;一句话音大约要占几千比特的信息量;而一幅图形大约占几十到数百千比特;而一幅图像信号即使在事先对其进行信息压缩,仍然还要占约数兆(10的6次方)比特的信息量。
二、网络协议的概念
基本硬件通信设备(术语称为"裸机")之间在传输数据时,往往会由于许多原因而导致传输数据的出错。具体原因可以是来自线路的杂音,插头的接触不良,外部的干扰等。简单地把数据直接送到线路上去传输会带来很多不方便的地方,用一句话来说就是不容易控制。为了克服上面所提到的困难,网络技术人员采用了在原来的通信硬件之上加入计算机软件的方法来帮助解决传输中的许多控制问题。
由于软件很容易用修改程序的方式来更改,所以人们可以在其中制定一些新的控制规则,让通信硬件按照这些软件所规定的步骤去运行。计算机网络里的各种应用都是要借助通信信道来传输信息的,但现代使用网络服务的高层应用程序从来不直接和通信信道的硬件打交道,而是借助通信管理软件来有效地使用通信信道硬件的资源。这种软件就是按照上面所讲的控制规则来写的。这些规则我们就称之为协议。在网络的工作中,连在网络上的两台计算机之间要相互通信,就要按照"协议"的规则来协调双方交互的动作,使得数据信息的发送和接收可以有条不紊的进行。人们为了让计算机网络能够很好地工作,可以按照人们的需求提供不同的服务,制定了许多不同的"协议",分别被用来协调和管理计算机网络各个方面的运作,每个协议都负责解决通信网络的一部分问题。实际上,计算机网络的运行是多个协议相互配合作用的综合结果,一套完整的计算机协议合在一起被叫做"协议族"。
我们今天用得最多的计算机网络的协议称为TCP/IP协议。它就是一个典型的协议族,被广泛用在国际互联网、城域网和局域网的通信控制方面。
三、网络的标准体系      
世界上现存着多个计算机网络的标准体系。为了简化起见,我们在这里仅介绍其中与我们关系较大的部分。互联网最重要的标准是TCP/IP协议族;此外还有开放式系统互连的国际标准ISO/OSI七层标准模型和局域网的标准族-IEEE-803.x。这些都是网络技术里用得较多的标准。互联网的TCP/IP标准是从长期的实践中发展起来的,因此它是个经过考验的比较可靠的标准。 而ISO/OSI七层协议是从理论出发设计出来的标准,因此层次比较清晰,功能分明。但缺乏实际的产品的考验。IEEE803系列局域网标准是个集合了20-30个各种局域网络技术的标准集,它差不多囊括了所有互联网所连接的物理网络的类型。
四、主/从的概念:
网络的运行中经常还要用到另外一个概念,那就是所谓"主"和"从"的概念。英文叫Master和Slave。在网络上的计算机,凡是可以主动发出通信请求的一方,就称之为"主"机;而在通信过程中从来就不能主动发出请求信息,只能被动地"聆听"并执行主机发来的指令的计算机就称之为从机。因为在计算机网络的通信协议中,必须要能够区分主动方和被动方,即分清发出指令和执行指令的计算机,才能有条不紊地开展工作。其实,在网络技术中不但有主/从的概念,还有主/主的概念。所谓主/主工作方式,就是参与通信的双方都可以率先发起通信请求联络对方。这样的情况就相当于打扑克牌里面的轮流"坐庄"。
五、客户机/服务器
客户机/服务器是有关网络工作模式的基本概念。我们从它本身的叫法就知道有两个方面,客户机方和服务器方,双方一起配合运作。客户机方要做的事是向服务器方发出请求,要求服务器向它提供某种信息处理的服务。而服务器则在确认了客户机方的身份后就立即按客户机的要求而提供相应的服务。客户机方的计算机和服务器方的计算机在一次典型的服务过程中分别扮演提服务请求和提供服务的角色。但是注意,客户机和服务器的角色是可以对调的,也就是说,这一次,计算机甲是客户机方,而计算机乙是服务器方,由乙方根据甲方所提的要求向甲方提供相应的服务,而另一次网络通信中则很可能是计算机乙希望得到甲的服务,由乙向甲发出请求,而甲方向乙方提供相应的服务。这个时候,甲乙双方的角色就和前面的例子正好反过来了。在互联网的运行中,客户机/服务器模式还可以根据需要多级串起来使用。如甲机需要乙机的服务,而乙机又需要从丙机得到服务后才有条件向甲机提供有效的服务,所以,整个服务请求和应答的过程就沿着甲
乙    丙    乙    甲这样一个顺序进行。
另外,一台计算机也不一定就是一个服务器。在同一台计算机里完全可以同时运行几个服务器程序,分别执行不同的服务功能,成为网上多功能的服务器。因为一般一个服务程序在等待请求到来之前是基本不消耗资源的,所以往往在一台计算机上同时运行多个服务程序对总体性能影响并不大。这样做可以提高计算资源的利用率。
互联网中的操作大约就是按照客户机/服务器、浏览器/服务器方式在工作的。
六、套接字接口
要使用传输层的服务来为应用提供支持,就要通过所谓的应用程序接口的帮助。当应用程序要向网络发送信息时,它只要通过一些规定好的功能调用就能够方便地在网络环境中游弋了。API套接字(API socket)就规定了具体的这些功能的名称。它已经成为工业界的一个事实上的标准。即操作系统软件出产时,这个套接字标准功能函数是必备的。
为了使套接字的功能可以被方便地用在各种机器里,很多厂商开发了套接字函数库,使不同的操作系统的环境下编译出来的套接字功能可以方便地为实际的机型很好地工作,而不是象从前那样直接携带在操作系统之中。套接字API的典型功能有生成、捆绑、侦听、关闭等函数。这些函数被直接赋以适当的调用参数(如网络协议,端口号等)后就能够支持高层应用的需求了。
套接字最早出现在UNIX操作系统中,后来就推广到各种操作系统中去,成为一种事实上的标准。
七、域名系统
在互联网环境中,要记忆各台计算机的IP地址是十分困难的事,如果要记忆大量的地址几乎可以说是一件不可能的事情。为了方便通信,人们发明了一个用助记符的方法来帮助记忆,即用名字来代替2进制或者10进制的地址。这样一来,记忆地址会变成比较愉快的事。如:mail.cs.zju.edu.cn 稍微知道一点的人马上就可以一目了然地知道这是"邮件服务器.计算机系.浙江大学.教育科研网.中国"的缩写字符所组成的地址。只是它里面排列的顺序和我们日常使用的地名从大到小的规则相反而已。下面的表列出了现行互联网的顶级(最高)域名一览。最近还有提案,要求把顶级域名再增加7个,以把行业分得更细一点。但尚未获得批准实施。域名一旦注册,就不允许再出现重复的名字。
  域名     分配给什么机构使用
   com     商业机构
              edu     教育系统
 gov     政府部门
 mil     军事部门
 net     主要的的网络支持中心
 org     除上面所描述的部门以外的机构
 int     国际组织
 国家代码    按每个国家的字母缩写的名字,如中国用cn

域名的命名方式可以按照地区、机构和领域等方式来实行。这几种方式在国际互联网环境中都使用得较多。域名服务由域名服务器来提供,每一个加入互联网的自成一个"域"的网络都应该有至少一台域名服务器,一般需要两台以上,互相备份,因为一旦没有了域名服务,在整个"域"内的计算机就无法再与外界联络了。在层次化的域名系统中,域名服务器互相配合,协调一致的工作。当用户使用域名的助记方式输入通信对方的地址时,域名服务器就会帮助他将通信对方的相应IP地址转换出来,满足网络在具体通信运作的需求。有了这种方法,我们就能在无比巨大的互联网中随心所欲地寻找我们要与之联络的计算机了。
注解:想一想邮局在分拣邮件的时候的做法,你就容易理解,互联网上通信时,就是类似邮局拣信的过程的。一批信件到达某一城市以后,就在该市的总邮局首先分拣,把信件按照邮政分局的管辖范围(等于是大地址范围)送到各个邮政分局,再由各分局进一步分拣,分发到各个邮递员按照具体的详细地址分别送到具体的地点去。
八、电子邮件
电子邮件是互联网建立以来最成功的应用之一。最早,在互联网的前身ARPA网初建时,并没有考虑到电子邮件的应用,直到后来,人们从实际运用中体会到,其实电子邮件是人们最需要的应用,这之后,电子邮件的应用得到了迅速的增长。到多媒体信息服务技术WWW出现之前,电子邮件一直是互联网上的最大应用。今天,绝大多数刚刚上网的人,关心的第一件事就是首先为自己建一个电子邮箱。其实,电子邮件的组成形式和运作模式和普通邮件的情况太相象了,可以说是普通邮件业务的电子版。电子邮件发送时,在用户所在的计算机一端的应用层里有一个信件服务的代理软件。这个软件负责提供给用户一个好用的界面,让用户可以在这个友好环境中做接收,发送,列表,编辑,阅读,回复和转发等操作;另一方面还负责和网络上的电子邮件服务器取得联系,把用户写好的信函发出去或者把邮件服务器内属于本用户的信件取回来。当然这些工作都是通过电子邮件服务软件来实施的。网上的邮件服务器之间也建立象邮局之间的邮件传输关系,由一个叫简单邮件传输协议(SMTP)来管理此事。而通过电话拨号上网的邮件传递则常使用一种POP协议。
电子邮件地址的形式,就是在前面小节中讲过的网络地址的形式的前面再加上邮箱用户的名称,名称和网络地址之间用"@"符号分割开来就成了。如:
就是一个典型的电子邮件地址。
    一般地,邮件的传递都是通过邮件网关(或叫中转站)来做的。网关在接到邮件后,按照地址清单再将信件转发出去。这样,如果你的邮件需要抄送给多人,网关会帮你一一发送的。为了方便起见,你还可以为你经常要联系的人取一些"别名",发信时不需要输入电子邮件地址的全称,而只要输入别名就行了,这样既简洁又快捷。
九、文件传输
迄今为止,文件传输一直是互联网中具有重要地位的应用。网上的高层应用中,有大部分的信息都是通过文件传输协议来传送的。文件传输协议中最著名的是FTP (File Transfer Protocol)。这个协议的历史从ARPA网的时候就开始了,可是它一直久用不衰。FTP协议可以用来在网络上的任何两台计算机之间实现任何类型的文件的透明传输。文件传输协议可以被用来以交互的方式或批处理的方式工作。一般用户手工使用时都使用交互方式,而计算机程序调用FTP功能的时候往往使用批处理方式。FTP向使用者提供了一批命令(超过50个),这些命令可以帮助用户用来说明远端计算机的情况,用户的权限,被操作文件对象的属性等,使用这些命令可以令FTP工作在最佳状态。
十、WWW
WWW是多媒体信息发布网络(World Wide Web)的缩写。目前是互联网上最大的一项应用,全世界在网上的信息大部分都是以Web的形式组织在网上的。Web 是一个大型的应用程序,它将全世界所有大大小小的Web服务器以统一的格式连接起来,形成一个庞大的多媒体信息服务的虚拟网络。Web的信息服务端运行的是Web服务器程序,在用户端运行浏览器(Browser)程序(其实也是一种客户机/服务器方式)。由于全世界互联网用户都使用相同的浏览器程序,所以所有的用户都能够共享网上的以各种形式提供的信息。
十一、网络管理
最常见的互联网的管理程序叫做SNMP (Simple Network Management Protocol)。网络管理人员的工作是监控网络上的硬件和软件的使用情况,纠正发生的错误。但是这是个很困难的任务。首先,大多数互联网都是由不同的物理网络互连而成的。要从这些不兼容的硬软件中去发现错误不是一件轻松的事;另外,互联网的规模又非常大,覆盖了许多的国家和地区,要从某一地方去发现问题的难度也可以想见。
网络管理程序设计成可以对网络上的所有硬软件进行访问,网上的每台设备上都安装了能够实时记录本设备运行相关参数的记录程序。由网络管理程序按照一定的时间间隙轮流地扫描检查设备的运行情况,将每一台设备或所关心程序的运行情况的数据定期地采集到网络管理的专用数据库中去。然后根据数据库中信息所反映的情况及时地进行分析,调整数据,改善网络运行的决定,并把网络上发生的总的情况定期报告给网络管理人员。
一个好的计算机网络管理系统是运行好计算机网络诸多工作中非常重要的环节。由于计算机网络的发展快速,连入的用户单位也在动态的变化中,全网的应用情况也在变动,特别是一个公共的运营网络,对网内发生的所有事情做及时周到的了解是必备的功能。目前国际上比较被普遍接受的计算机管理网络的标准是SNMP(简单网管协议),所有的网络首先应该支持这一个协议,这样才有可能在今后设备硬软件变更后做到兼容。当然,计算机网络的管理系统产品中还有许多不错的软件,可以根据财力和管理的需求来决定是否购买。
另外还有一个概念,就是计算机网络的性能表现,并不是仅仅因为有了好的设计,好的设备和好的管理系统就自然而然地会有良好的性能表现。这个概念就和一辆汽车一样,车虽然不错,但如果不经常保养,调整,时间长了也会冒黑烟,刹车不灵,性能下降。所以一个好的管理系统还要经过好的技术人才不断地调试,维护才能够真正达到人们对它的期望。
十二、视频会议
视频会议应用是随着多媒体技术的发展和网络带宽的增长而成长起来的一项网上应用。由于这种技术特别适合人类与外界打交道的自然习惯,所以引起许多人的很大兴趣。目前的视频会议系统有两种,一种是利用通信专线连接的系统,另一种是利用互联网连接的系统。第一种系统比较能够保证传输图像的质量,但价格昂贵,特别是因为通信专线价格的关系,所以运行费用昂贵。后一种系统比较灵活,使用费用较低,是热门的发展方向。现在关于视频传播的标准有几种。MPEG-1是个1.2Mbps的标准。它将运动图像压缩成比较低的数码率进行传输,压缩比非常高,这种标准主要适用于VCD影片方面。MPEG-2主要支持将实时图像的信息量压缩到6Mbps。这样,可以用来支持DVD、数字电视或要求特别高的视频会议的需要。还有一种压缩标准是MPEG-4,这种标准的速率更低,它支持将视频信号压缩到64Kbps。每秒钟只传递10帧图像,甚至可以更少。但是这种标准只能支持低质量的视频会议。视频会议系统现在被广泛地用来代替出差,远程上课,远程会诊等。目前正在研究发展中的视频压缩标准还有MPEG-7等。