网络地理信息系统Word文档下载推荐.docx
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对于局域网而言，主要采用的拓扑结构是总线结构和环形结构，前者如IEEE802.3，通常称为EthernetTM（以太网），后者如IEEE802.5，即IBM的令牌环网（TokenRing）。
2）城域网
基本上是一个大的局域网，采用类似的拓扑结构，它可以覆盖一个城市，实现信息共享。
3）广域网
广域网最根本的特点是其机器分布范围广，可以实现大范围的信息共享，笼统地讲，因特网（Internet）就属于广域网范畴。
广域网可以采用多种拓扑结构，如星形，环形，树型，完全连接，相交环形，甚至是不规则的拓扑结构。
上述的网络类型，结点之间都是通过电缆进行连接，近年来无线网（WirelessNetwork）得到较快的发展，利用无线网，可以实现移动计算。
1．2因特网（Internet）
因特网是指全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的计算机网络，其形成和发展无疑是信息技术发展过程中最为激动人心的事情，目前大专院校，大学，政府部门，图书馆，企业以及个人都已经连接到因特网，它允许网络使用者在任何时间、任何地点查阅任何网络上的信息，它给信息传播带来了巨大便利，它正在改变着整个人类社会的生活方式。
1．2．1因特网发展历史
因特网的前身是1965年开始由美国国防部设计的ARPA（AdvancedResearchProjectAgency）net。
经过周密的策划，1969年，分布于美国四所大学（UCLA,UCSB,SRI,UTAH）的计算机开始进行互相数据交换，标志着ARPAnet的诞生，后来，特别是1983年TCP/IP协议被正式应用于ARPAnet之后，其接入用户飞速增长。
由于ARPAnet的军方背景，给更加便捷的连入和访问造成不便，于是NSF（NationalScienceFoundation）建立了NSFnet，其管理和速度都优越于ARPAnet，到1990年，很多用户从ARPAnet转到NSFnet，后来NSFnet与ARPAnet互连，其用户成指数增长。
许多地区性（包括加拿大、欧洲、大洋州等）的网络联入后，标志着Internet的最终形成。
1．2．2因特网提供的应用服务
在传统上，因特网主要有以下四种应用：
●电子邮件（ElectronicMail）；
●新闻组（News）；
●远程登录；
●文件传输。
直到八十年代初期，因特网还只是局限于学院、政府等等，但是WWW（WorldWideWeb）的出现改变了这一切，WWW使得一个站点可以建立一些包括文本、图片、声音甚至录象的页面，这些页面用超文本标志语言（HTML-HyperTextMarkupLanguage）写成，内嵌指向其它页面的链接。
WWW为用户查询、检索、浏览在因特网上发布的各种信息提供了极大的便利，为因特网带来了大量的非学院用户。
实际上因特网的迅猛发展，与WWW应用是密不可分的，以至于今天提到Internet时常常就是特指WWW服务。
后面将对WWW以及相关技术进行更为详细的说明。
其它一些因特网应用包括Gopher，WAIS等等。
1．2．3网络协议（Protocol）和TCP/IP
在计算机网络中，为了使得相连的计算机或终端之间能够正确的传输信息，必须有一整套关于信息传输顺序、信息格式以及内容的约定，称为计算机网络通讯协议。
在网络协议中，由国际标准化组织（ISO）发展和制定开放系统互连参考模型（OSI，OpenSystemInterconnectReferenceModel）制订了数据通讯协议的标准，尽管OSI模型并没有真正地在实际中被应用，但是其提供的概念和词汇被计算机网络界广泛地使用和认可。
OSI参考模型包括七个协议层来定义数据通讯的协议功能，每一层是相对独立的，完成数据传输过程中的部分功能。
目前，由于因特网的发展，TCP/IP作为其基础协议，应用越来越广泛。
TCP/IP狭义特指两个协议及传输控制协议（TCP，TransformationControlProtocol）和网际协议（IP，InternetProtocol），广义指由多个与因特网相关的协议组成的TCP/IP参考模型，或者称为TCP/IP协议栈（ProtocolStack），TCP/IP模型类似于OSI参考模型，但是较为简单，没有表示层和会话层。
TCP及IP是其中重要的两个协议，IP是网络层协议，而TCP位于传输层。
TCP/IP应用层包括所有高层应用协议，如虚拟终端（TELNET）、文件传输（FTP，FileTransferProtocol）、电子邮件（SMTP，SimpleMailTransferProtocol和POP3-PostOfficeProtocol）、域名服务（DNS，DomainNameService）以及Web上用来传递页面的超文本传输协议（HTTP，HyperTextTransferProtocol）。
OSI参考模型结构及其和TCP/IP参考模型的对应关系如图13-2：
图13-2：
OSI参考模型和TCP/IP参考模型
1．2．4因特网的地址、域名
为了能够在因特网上传输信息，必须有一种方法能够识别计算机，其方案是为因特网上的每一台计算机都赋予了一个独一无二的32位地址，称为IP地址，该32位地址通采用用点号分割的十进制数表示，每个字节为一个十进制数值，其数值范围从0到255，这样，IP地址就表现为如下的形式：
202.112.7.12（北京大学WWW服务器IP地址）。
在因特网上，计算机之间的通讯是通过IP地址来进行的。
由于因特网的迅速发展，有越来越多的计算机连入，现有的32位IP地址已经不太能够满足其进一步发展的需要，因此，ITEF（InternetEngineeringTaskForce,因特网工程任务组）开始制订更新的IP协议标准，称为Ipv6，根据该标准，IP地址将采用16个字节来标识。
虽然计算机之间的通讯是利用其各自的IP地址来实现的，但是人们在使用过程中，不愿意总是使用难以记忆的数字，而是希望使用更为方便的文字名称。
这样网络上的各个主机除了IP地址之外，通常还有一个名称来表示。
该名称称为域名（DomailName），与IP地址一样，也是唯一的。
这种在因特网上使用的名称系统称为域名系统（DNS，DomainNameSystem）。
DNS是一个层次状的命名系统，通过一个数据库对连接因特网的所有主机进行名称和地址的管理。
域名是以点号分割的字符串，如PKU.EDU.CN和OPENGIS.ORG等等。
通常最右边的字串称为顶级域名，顶级域名有两类，即类顶级域名和国家顶级域名，前者有com（商业），edu（教育界），gov（政府机构），int（特定的国际组织），mil（军队系统），net（网络提供者），org（非赢利机构）等，类顶级域名应用于美国的站点；
后者用两个英文字母表示一个国家和地区，如cn（中国），ca（加拿大），jp（日本）等等。
1．2．5WWW、HTML和URL
正如前面描述的，万维网（WWW）的出现对于因特网来说具有划时代的意义，使得因特网的应用走出专业化。
WWW，通常又称为Web或3W，是存储在全世界的Internet计算机中、彼此关联、数以百万计的文档集合，它是世界上最大的电子信息仓库。
在WWW应用中，Web文档存放于一台或者多台计算机上，称为Web服务器（WebServer），用户利用浏览器（Browser）来访问Web站点。
Web的第一个版本于1992年1月在瑞士的日内瓦首先开始运行，研究人员可以从CERN（欧洲粒子物理研究所）的站点上访问Web信息。
Web真正流行应该归功于Mosaic，第一个基于图形的浏览器，该浏览器是由NCSA（美国国家超级计算应用中心）设计编写的，其操作简便、界面友好的特点，使得人们可以方便的访问Web信息。
目前广为流行的浏览器是MicrosoftInternetExplorer和NetscapeNavigator。
在Web站点上，采用HTML编写文档，通常称为超文本（HyperText），“超”的意思是指在文档中包含对其它文档的超链接（HyperLink），使用户阅读时可以通过关键字跳转到其它的文档。
由于允许在超文本中加入音乐以及图像等多媒体数据，又诞生了超媒体（HyperMedia）这个概念。
HTML是一种标记语言，与系统平台和应用程序无关，它通过特殊的标记和参考字符来设定Web文档的结构或者格式，并且有特殊的HTML元素（如定位元素Anchor）来定义超链接，同时可以利用HTML表单元素从用户那里获取有关信息。
在用户访问Web站点时，浏览器和Web服务器之间通过超文本传输协议（HTTP）来发送请求和信息。
在浏览Web时，首先会碰到URL（UniformResourceLocator,统一资源定位器）这一概念，它是Web文档的因特网地址，它与文档的关系就如同于书籍中目录和正文的关系。
URL的语法相当简单，由两部分组成，形如：
<
方法>
：
方法指定部分>
（<
scheme>
:
scheme-specific-part>
）
一个HTTPURL如下：
http:
//<
host>
port>
?
search_part>
其中host部分由服务器的地址（IP地址或者域名）、文件路径、文件名组成；
port部分是HTTP端口号，其缺省为80，通常可以忽略；
而search_part部分往往是浏览器向服务器发出的请求参数。
下面是一个HTTPURL的例子：
除了Web以外，FTP、Gopher等也采用URL进行资源定位。
1．2．6企业内部互连网
在九十年代后半段，随着因特网的发展，出现了企业内部互连网（Intranet）这个崭新的概念，简而言之，Intranet是企业自己的内部网络，不过这个网络同样采用了基于Internet的工具，如Email，Web浏览器和文件传输等等，因而使得一个企业内部充分享用因特网的各种优势，如信息的共享和管理，实时通讯和协作，使用分布式的数据库等等。
2．分布式地理信息系统
随着计算机网络的发展，基于客户机/服务器体系结构，并在网络支持下的分布式系统结构已经成为地理信息系统的发展趋势。
由于GIS的固有的特点，使得运行于网络上的分布式系统特别适合于构造较大规模的GIS应用，其应用表现在以下几个方面：
1）数据的分布：
在地理信息系统中，主要数据是空间数据，由于数据生产和更新的要求，常常需要存放在空间上分离的计算机上。
2）应用功能的分布：
GIS的功能组成了由空间数据录入到输出的一个工作流程，不同的人员由于其关注的信息不同，需要不同的GIS功能服务对数据进行处理，将应用分布在网络上就可以解决该问题。
3）外设共享：
外设的分布是服务分布的一种，由于许多GIS外设较为昂贵，如高精度平板扫描仪，喷墨绘图仪，大幅面数字化仪等，而通过分布式系统，可以实现这些设备的共享。
4）并行计算：
在地理信息系统中，许多模型具有较高的时间复杂性，利用分布系统可以实现并行计算，缩短计算时间。
下面将描述分布式系统以及一些网络地理信息系统的模式和实现。
2．1分布式系统和C/S模型
分布式系统（DistributedSystem）的定义是：
一组独立计算机的集合，但是从用户的角度来看，如同于一台计算机。
较之于集中式系统（CentralizedSystem）以及独立的微机系统，分布式系统具有以下优点（表13-1，表13-2）：
表13-1：
分布式系统的优势--与集中式系统比较[A.S.Tanenbaum]
项目
描述
经济
多个微处理器提供了更好的性能/价格比
速度
一个分布式系统比大型机有更好的总体计算能力
固有的分布
一些应用系统需要运行于空间上分离的机器
可靠性
如果一台机器崩溃，整个系统还能够运行
增量发展
计算能力能够以很小的增量增长
表13-2：
分布式系统的优势--与微机系统比较[A.S.Tanenbaum]
数据共享
允许多个用户访问同一数据库
设备共享
允许多个用户共享昂贵的外设
通讯
使人与人之间的通讯变得简单，如电子邮件
灵活性
以最有效的方式将工作量分布在所有可用的机器上
在具有上述优势的同时，由于分布式系统的复杂性，对软件硬件提出了更高的要求，它也具有以下不足之处（表13-3）：
表13-3：
分布式系统的不足之处[A.S.Tanenbaum]
软件
当前支持分布式系统的软件较少
网络
网络可能充满了或者引发其它的错误
安全性
容易使得需要保密的数据被访问
客户机/服务器（C/S,Client/Server）模型是一种分布式系统结构，在该体系中，客户端通常是同最终用户交互的应用软件系统，而服务器由一组协作的过程构成，为客户端提供服务。
客户机和服务器通常运行相同的微内核，一个客户机/服务器机制可以有多个客户端，或者多个服务器，或者兼而有之。
客户机/服务器模式基于简单的请求/应答协议，即客户端向服务器提出信息处理的请求，服务器端接收到请求并将请求解译后，根据请求的内容执行相应操作，并将操作结果传递回客户端（图13-3）。
客户机/服务器体系的优点在于简单和高效。
HTTP、FTP等协议都是遵循客户机/服务器的模式。
在网络地理信息系统的实现中，客户机/服务器模型是经常采用的一种方案。
目前，将服务器分解形成数据服务器和应用服务器，形成三层结构，可以更好地区分数据访问操作和应用模型，这是经常被采用的一种结构。
图13-3：
客户端-服务器模型
2．2网络地理信息系统的组合方式
在分布式的网络地理信息系统中，客户机和服务器分别由相应的软件、硬件以及数据库组成，其组合可以按照数据和应用功能的分布分成五种（表13-4）：
表13-4：
网络信息系统的组合方式[李斌]
组合方式
数据
应用功能
全集中式
中央服务器
数据集中式
客户端
功能集中式
全分布式
函数库分布式
客户端或者服务器
中央服务器存储，客户端动态连接执行
2．2．1全集中式
全集中式的地理信息系统把软件、数据库管理系统和数据库全部集中在中央服务器上，客户系统只负责用户界面功能，即获得用户指令并传递给服务器，显示查询结果，提供系统的辅助功能（图13-4）。
常用的客户设置有三种，第一种是以X-server为代表的，只负责表现逻辑的客户系统，所有的数据处理和运算均在服务器上执行，客户端由专门的X终端或者X模拟器通过X协议实现用户与服务器之间的通讯；
第二种是以ArcView为代表的客户软件系统，这类系统除了提供一般的用户界面以外，还具有相当强的分析和处理功能。
ArcView可以与ESRI的ARC/INFO、与作为服务器的SDE、Arcstorm，通过网络软件系统NFS或者网络API构成网络地理信息系统；
第三种是目前在WebGIS上广泛采用的客户系统，用户界面功能由浏览器执行，WebGIS在后面还将进一步的描述。
图13-4：
全集中式网络信息系统[李斌]
2．2．2数据集中式
网络系统专门设置集中的数据存储和管理服务，网络的其它部分成为数据客户，它们一般都是带有一定功能的地理信息系统软件（图13-5）。
简单的数据服务可以由网络软件系统（如NFS）提供，大型的管理系统则需要功能完备和高性能的数据服务器，如Arcstorm和Oracle。
由于目前许多数据库管理系统开始支持面向对象的数据模型，更加方便于空间数据的管理，以建立数据集中式的网络地理信息系统。
图13-5：
数据集中式地理信息系统组合模式[李斌]
（a）采用网络文件系统，（b）采用数据库服务器
2．2．3功能集中式
与数据集中式相反，功能集中式的网络信息系统把绝大部分的功能集中在一个或者几个容量大、性能高的服务器上，由它们负责所有的分析和处理，数据则分散到客户端存储和管理（图13-6）。
由于在大多数GIS应用中，数据量一般比较庞大，采用这种方式，会增加网络的传输量，从而降低整个系统的性能。
图13-6：
功能集中式的地理信息系统[李斌]
2．2．4全分布式
全分布系统是原有的非网络化的信息系统自然进化的结果。
在全分布系统中，各个子系统具有完备的数据库及地理信息系统软件和其它应用软件，在网络中同时扮演客户和服务器的角色。
各个子系统的软硬件环境和特性及拥有的数据都很可能不一样，但同时又有很密切的联系和互补性。
系统的集成，通过网络操作系统及各子系统提供的API实现。
实现全分布式的网络地理信息系统，往往需要基于已有的系统平台进行二次开发，使它们能够相互协作。
2．2．5函数库服务器
传统的软件系统一般是静态的，为了提供更多的功能，系统变得越来越大，而实际上，对于每一个用户而言，通常只是需要有限的几个功能，这样就造成了系统资源的浪费。
对于集中式系统而言，系统的扩大将加大中央服务器的负担，造成系统性能下降，而全分布系统实现又较为复杂。
函数服务器把优化的功能函数存储在服务器上，通过网络按用户要求动态合成应用软件，并使其在客户机上运行。
从而从根本上改变了传统的资源分配和软件运行及维护方式。
基于分布构件模型（CORBA或DCOM）构造的软件系统可以在一定程度上实现函数库服务器。
2．3网络地理信息系统的概念设计
从逻辑上讲，基于用户的功能需求进行概念设计是大多数计算机网络软硬件配置设计的第一步。
概念设计应当基于如下要点：
●对用户的应用意图有充分的了解；
●掌握计算机硬件和计算机通讯的基本概念知识；
●了解已经存在的并有可能影响设计的条件，包括现有软件系统以及通讯设施；
●对于有可能影响系统设计的计算机技术及其发展的现有状况应有充分认识。
概念设计应当对在地理信息系统网络配置中的硬件、软件的功能和作用给予说明，并对设备和应用之间的关系给予描述，应当能够在网络系统实现时，有利于系统功能重新审核以及修改，有利于系统价值的估算，并且为更详细的特殊定义提供基础，同时还应当对系统能够在新的应用、新的用户和扩展数据库方面给予描述。
进行网络地理信息系统概念设计时，集中式、分布式和处理功能必须与特定的地址条件、用户的应用需求相适应。
下面给出了一些典型概念设计以及其说明。
（表13-5）
表13-5：
一些网络地理信息系统的概念设计描述
图示
系统和组织类型
地址分布
数据传输操作
升级可能性
一
适用于地方政府、工程单位的单个部门的少量用户用于数据获取、地图生产
单一地址
与其它已有站点之间的数据传输没有特殊的要求，数据可以通过磁带等介质或者进行批量传输
可以升级为基于主机的网络或者具有其它智能工作站的网络
二
作为小型多用户系统，用来支持数据获取、地图生产、数据库和图形查询应用，服务于政府机构或企事业单位的一个或几个部门
拥有大量外围处理单元被分配在一建筑物的一层或者相邻几层，远程用户通过拨号上网与系统连接
其它来源的数据可以通过磁带等介质或者直接进行批量传输
一些附加设备可以添加在异步端口上，可以升级为局域网
三
适用于中型到大型的政府或企事业单位的组织结构，用户通过进入大型主机数据库进行查询、分析和制图
在同一建筑物内，多个地址直接相连；
新增加的工作站或其它设备可以通过远程联结与图形控制器以及通讯处理器相连
周期性数据交换可以通过磁带等介质进行，也可以利用网关与其它计算机网络进行传输，微机数据的传输容易建立
设备可以灵活增加以达到大型主机处理器的计算容量
四
用于小型到中型的政府部门或公司单位
分配于同一建筑物内
可以通过微机桌面传输装置或拨号上网来进行数据交换
增设的微机和服务器可以容易的添加到环形网络上
五
适用于需要大量制图与地理分析的中型到大型的政府、公共事业和公司单位组织的多个分组部门
同一建筑物内或者临近建筑物之间的局域网上，其它用户通过远程通讯线路与局域网相连
数据传输在网络上进行，远程通过批量数据文件或磁带交换，也可通过网关连接到其它网络
局域网可以通过中继器扩展到更大的地区，多个局域网可以通过网桥连接在一起
六
设置在局域网上，支持具有主机处理单元的多用户，适用于多部门背景
以主机来维持主数据库，可以进行批量文件或磁带的数据传输
可以增加外设，工作站和处理单元直至达到网络限制，可以通过中继器扩展其它建筑物，多个局域网可以通过网桥连接在一起，可以增加网关连接多种网络
七
在局域网上配置多个处理单元和外设，以支持多个功能相关组织
处理单元和外设分布在多个建筑物内，有些设备通过远程线路与局域网相连
用户可以访问局域网上的分布式数据，可以通过网关进行其它网络的批量或实时数据访问
可以增加外设，工作站和处理单元直至达到网络限制，局域网扩展可以通过中继器或网桥实现
八
一个系统网络中的多用户数据共享，或者是需要较大数据处理能力的具有地理分布的某个组织
多个处理单元通过远程线路相连
单个地址的数据更新以批量文件方式进行，多个地址之间的相互访问依靠远程线路传输
每个地址都可以扩展，增加的处理单元可以加入到远程网络中
图13-7：
（一）拥有外设的超级微机工作站
图13-8：
（二）通过异步线路支持设备的基于主机的集中式系统
网络互连设备简介
1）中继器（Repeater）：
是最简单的网间连接器，提供对信号的放大和转发，它只能连接具有相同物理协议的LAN。
中继器主要用于扩充LAN电缆段的距离，在同一个LAN中，也可以采用LAN延长介质长度。
2）网桥（Bridge）：
网桥是在数
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