河科大电信学院自动化系专业英语913章定制译文.docx
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河科大电信学院自动化系专业英语913章定制译文
第三部分计算机控制技术
计算机网络介绍独立技术已经支配了过去3个世纪中的每一个。
18世纪是伴随工业革命的大机械系统的时间。
19世纪是蒸气机的时代。
在20世纪，关键技术是信息的收集，处理，以及分配（分类）。
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在其他发展中，我们已经看见全世界电话网络的安装，收音机和电视的发明，计算机工业的诞生和空前的发展，以及通信卫星的发射。
由于技术的快速进步，这些领域正在快速融合。
信息的收集、传送、存储和处理之间的区别正在迅速消失。
拥有数百遍布世界各地的办公室的组织，通常期望只按一下按钮，即使他们在最遥远的村落也能检查当前工作状态。
作为我们收集，处理，分配信息的才能的增长，更复杂信息处理的那些需求更迅速的增长了。
虽然计算机工业与其他工业相比很年轻（例如,汽车和空运）,在很短的时间内计算机工业已经取得壮观的进步。
在他们存在的前两十年期间，计算机系统是高度集中的，通常在一个单独的大房间内。
通常，这个房间有玻璃墙，参观者能通过它看到里面的电子奇迹。
一个中型公司或者大学可能有一两个计算机，而大机构有至少几打。
在20年内，比邮票还要小的同样大功率的计算机将会成千上万的大量生产，是纯粹的科学幻想。
计算机与通信的合并已经对电脑系统组织的方式有深远的影响。
一台大型计算机充斥一个房间给用户处理他们的工作，这样的"计算机中心"的概念，现在完全是过时的。
为组织内部所有的计算需求提供服务的旧的单机模式已经被另一个模式替换，在这个模式中，由许多独立的但又相互联系在一起的计算机完成工作任务。
这些系统被叫为计算机网。
这些网络的设计和组织是这章的主题。
我们将使用"计算机网络"这个术语，来表达自治计算机的相互连接的集合。
如果两台计算机之间能交换信息，也可以说他们是互连的。
连接不一定非要通过铜线，光纤，微波，通信卫星也能被使用。
通过需要计算机是自治的，我们希望从我们定义的系统中排除哪一个有清楚的主/从关系，如果一台计算机能强迫启动，停止，或者控制另一个，计算机不是自治的。
有一个控制单元和很多从属机器的系统不是一个网络；有远程打印机和终端的大型计算机也不是。
在计算机网络和分布系统之间在文献（资料）上相当混乱。
在分布系统内关键区别是,那些存在的多自治计算机对用户是透明的（即,不可见）。
他能键入一个命令运行程序，并且运行它。
选择最好的处理器是操作系统的责任，发现并且把全部输入的文件传送到处理器，并且把结果放进合适的地方。
换句话说，一个分布系统的用户不会意识到有多台处理器；它看起来象实际上的单处理机。
处理器的工作分配和文件存入磁盘，文件在他们被储存的地方和需要的地方的运动，
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心脏全部其他系统函数都必须是自动的。
对于一个网络，用户必须明确地登录到一台机器，明确地远程提交作业，明确地移动文件并且一般亲自处理全部网络管理。
对于一个分布系统，没有什么必须被要求去做；不依赖于用户的知识，它全部自动通过系统做了。
实际上，一个分布系统是在一个网络之上建造的一个软件系统。
软件给它一种高度的内聚性（粘结性）和透明度。
因此在一个网络和分布系统之间的区别在于软件（特别是操作系统）,而不是硬件。
虽然如此，在两个主题之间有相当多的重叠。
例如，分布系统和计算机网都需要移动文件。
差别在于谁产生运动，系统还是用户。
9.1计算机网络的用途在我们开始详细检查技术问题之前，很值得投入一些时间，指出人们为什么对计算机网络感兴趣和计算机网络能被用来作什么。
9.1.1公司网络很多组织有大量的计算机运行，经常他们离得很远。
例如，一个公司有很多工厂，可能每个地方都有一计算机在跟踪存货清单，显控生产，并且做本地的薪水名册。
最初，这些计算机中的每个可能与其他隔离，但是在一些点上，管理者可能决定连结它们，以选出和关联整个公司的信息。
放进更一般的形式考虑，这里的问题是资源共享，目标就是将全部程序，设备，特别是数据，不管物理位置在哪儿的资源和用户，在网络上的任何人可得到。
换句话说，一个用户碰巧离他的数据1000公里的事实不应该阻止他使用数据，好象他们在本地。
这个目标可能被总结为结束"地理暴行（专政）"的尝试第2个目标是通过有可选的资源提供高可靠性。
例如，全部文件可能复制在2或者3台机器上，如果他们中的一个是不可获得（由于硬件失败）的，,其它副本可以被使用。
另外，多CPU的存在表明如果其中一个坏了，其他的能接管它的工作，虽然以降低的性能的代价。
对于军队，银行业，空中交通管制，核反应堆安全和很多其他应用来说，在硬件问题前持续操作的能力具有最大的重要性。
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另一个目标是省钱。
小型计算机与大的相比较，有更高的性价比。
主机（空间尺寸计算机）大约比个人计算机快十倍，每用户，有数据保存在一台或更多共享文件服务器中。
这个模型，那些用户被叫为客户机，并且整个安排被叫作客户机/服务器模型。
它在图9.1说明。
在客户机服务器模型里，一般从客户机到要求工作的服务器，通讯采取一条请求消息的形式。
服务器响应并且送回回复。
通常，有很多客户使用小数量og服务器。
另一联网目标是可伸缩性，这种性能是通过增加更多的处理器，工作量增长是逐渐增加系统的性能。
对集中化主机，当系统是完整时，它必须被更大的替换，通常对用户有更大的花费和更大的混乱。
由于客户机服务器模型，新客户机和新服务器可以按需要增加。
建立计算机网的又一个目标确实与技术无关。
计算机网能在广泛分开的雇员中提供一种强有力的通讯媒介。
使用一个网络，为两个或更多离得很远的人们写同一份报告更容易。
一个工人对在线资料作一下变动的时候，其他的人能立即而不是等了几天就看见变化。
这样的加速使遥远的许多人之间的合作容易，而在以前这是不可能的。
归根结底（从长远看），使用网络提高人与人间的通讯或许将证明比技术目标更重要，例如改进的可靠性。
9.1.2面向人们的网络以上给出的建造计算机网的动力（动机），性质上全部基本是经济的和技术的。
如果足够大而且大功率的主机以可接受的价格提供，大多数公司将选择仅仅把他们的全部数据保存在主机中，只给雇员终端并连接起来。
在20世纪70年代和80年代的初期，大多数公司以这种方法操作。
当个人计算机网络超过主机，能提供一个很高的性价比优势时，计算机网变得更受欢迎。
在20世纪90年代开始，计算机网开始在家里把服务提供给私密个人。
这些使用的服务和动机与先前章节里描述的"团体效率"方式非常不同。
下面我们将概括开始发生的令人激动的其中3个：
（1）接入远程信息。
（2）人与人间通信。
（3）交互式娱乐。
远程信息的接入将有很多形式。
已经发生的一个领域是进入金融机构。
人们付账，管理他们的银行账户，并且通过电子方式处理他们的投资。
家庭购物也变得受欢迎，能检查数千家公司的在线目录。
一些目录不久将提供在任何产品上只点击产品的名字，得到瞬间录像的
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能力。
报纸将在线并且个性化。
把你想要的一切告诉报纸都是可能的，如关于腐败的政治家的，大火灾，丑闻，流行病，但是没有足球，谢谢。
当夜里你睡时，报纸将被下载到你的计算机磁盘或者在你的激光打印机上打印。
小规模中，这种服务已经存在。
在报纸以外（加上杂志和科学杂志）下一步是在线的数字图书馆。
依赖费用，尺寸，和笔记本电脑的重量，打印的书可能变得过时。
怀疑者应该注意印刷机对中世纪照亮手稿的作用。
属于这个范畴的另一应用是，接入象当今的万维网一样的信息系统，包括有关艺术，生意，烹饪，政府，健康，历史，业余娱乐，科学，体育，旅行和提及的太多其他题目的信息。
所有上述应用都与个人和远程数据库之间的相互作用有关。
网络的第2大类使用作叫面对面（人与人）交互，基本上是21世纪对19世纪电话的答案。
电子邮件已经广泛地被数百万人使用，并且不久将很普遍的包含音频，视频以及正文。
可闻的杂志将花费稍微长一些时间到完美。
实时电子邮件将允许远程用户无延迟交流，也许能彼此看见和听到。
这项技术使遥远人们之间的虚拟会议成为可能，这叫电视会议。
有时说传输和通信之间有一比赛，无论哪个获胜将使另一个过时。
虚拟会议可能用于遥远学校，从远方的专家那里得到医学意见，以及许多其他应用。
万维新闻组，在特定的人群中关于一切可以想象的题目的讨论已经很平常，并且这将渐渐地包括所有人口。
一个人邮寄一消息和全部其它用户在新闻组能读它，这些讨论的全部从幽默到热情。
第3种类是娱乐，这是一个巨大的且正在增长的工业。
这里最受欢迎的应用是视频点播（可能占据了全部休息时间）。
因此大约十年后，选择在任何国家的任何电影或者电视节目，都是可能的，并且它立刻显示在你的屏幕上。
新电影可能变成交互式，偶尔地提示用户指示故事方向（应该MacBeth谋杀邓肯还是等待时机）供选择的情景提供给所有情况。
电视实况转播节目可能也变成交互式，与观众参加智力竞赛节目，在选手中选择，等等。
另一方面，或许最受欢迎的应用将不是视频点播。
或许它将是电子游戏。
我们已经有多人实时模拟（仿真）游戏，象在一座虚拟的地牢里捉迷藏，通过模拟射击，一个队的玩家努力击落对方队的玩家。
如果使用护目镜并进行3维实时，以摄影质量移动图像，我们在世
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界范围内分享虚拟现实。
简而言之，合并信息的能力，通讯娱乐将肯定引起一个基于计算机联网的巨大新工业。
9.1.3社会问题联网的广泛介绍将涉及新社会的，伦理的，政治的问题（伦敦，1995）。
我们只简单提及他们中的一些；一项彻底的研究将至少需要一整本书。
很多网络的受欢迎的特征是新闻组或公告板，在上面人们能与有同样思想的人交换信息。
只要主题限制在技术主题或者象园艺一样的爱好上，不会出现太多问题。
当新闻组建立的题目是关于人们关心的象政治或者宗教一样的问题时麻烦就来了。
公布到这样的组的观点可能是对一些人深深的冒犯。
此外，信息不局限于文本。
高分辨率彩色照片，甚至短的录像剪辑，现在能很容易的传输到计算机网络中。
某些人带和平共处的观点,但是另一些人感到那些记录的某些材料（例如，儿童色情）是完全不可接受的。
因此辩论很强烈。
人们起诉网络操作员，要求他们对他们传送的内容负责，正象报纸和杂志那样。
不可避免的反应是一个网络象一家电话公司或者邮局，并且不可能期望用户说的送给警方。
尽管他们很强大而且他们被起诉的可能性很小，让网络操作员检查信息可能会造成他们删除所有内容，因此会破坏他们用户自由言论的权利。
说这场辩论将继续一段时间或许是安全的。
另一个有趣领域是雇员权利与雇主权利。
很多人在工作时读写电子邮件。
一些雇员消息，包括下班后从一个家用终端传送消息。
并非全部雇员都同意这点。
即使雇主有支配雇员的权力，这咱关系也管理大学和学生吗？
中学和学生怎么样？
在1994年,卡内基-梅隆大学决定关闭几个新闻组的有关性的消息流，因为大学感觉资料不适当未成年人（即，这些少数学生是在18以下）。
来自这次事件的副作用将要花费数年解决。
计算机网提供传送匿名消息的潜能。
在一些情况下，这能力可能是合乎需要的。
例如，它为学生，士兵，雇员和公民提供一种方式，揭发教授、军官、雇主和政客的非法行为，不用惧怕报复。
另一方面，在美国和大多数其他民主国家，法律明确允许一被告在法庭内有面对和挑战原告的权利。
匿名指责不能被用作证据。
简而言之，计算机网，象500年以前的印刷机一样，允许普通市民以不同方式发表意见给不同观众比以前更有可能。
用这种新发现的自由带来很多未解决的社会，政治和道德问题。
解决这些问题的方法作为读者的练习留下。
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9.2网络硬件现在是时间转移我们的的注意力,从网络的应用和社会方面到关于网络设计的技术问题。
没有所有计算机网络都适合的通遍承认的分类法，但是二个因素显然很重要：
传送技术和规模。
我们现在将依次检查每一个。
一般说来，有两类传送技术：
（1）广播式网络。
（2）点对点的网络。
广播式网络有单个的通讯通道让网络上全部机器共享。
任一机器传送短报文（在某些上下文里叫作包）其它全部机器都能得到。
在包之内的一个地址字段指定谁想收到。
当收到小包后，机器检查地址字段。
如果小包供本身使用，它被忽略。
作为比喻，考虑站立在有许多房间一个走廊的末端某人，并且呼喊“华森，过来。
我想你”。
虽然包实际上可能被很多人收到（听到），只有华森回答，其他人忽略它。
另一个例子是要全部644次航班乘客向第12门报告的一个飞机场通告。
广播系统一般也允许通过使用地址字段的一个特别代码向全部目的地提出一个地址包的可能性。
当带着这条代码的包被传送时，它被网络上每台机器收到并且处理。
这种工作方式被叫作广播。
一些广播系统也支持对机器的子集的传输，有时叫作多点传送。
一个可能的计划是预留一位表明多点传送，剩余的n-1个地址位可能是个群号。
每个机器可能“预定”任一或所有小组。
当小包寄发到某一小组时，它被交付到预定那组的所有机器。
相反，点对点的网络由个别的对机器之间的很多连接组成。
从源到目的，在这种网络上的包首先必须访问一个或更多中间机器。
经常不同长度的多条路线是可能的，因此路由算法在点对点的网络中起重要作用。
作为一个一般的角色或者更小的（虽然有很多例外），地理上局限的网络倾向于使用广播，而更大的网络通常是点对点的。
分类网络的可选择的标准是他们的规模。
在图9.2我们通过他们的物理尺寸给出了一个多处理器系统安排的分类。
最高的数据流机器，是着手做相同的程序有很多功能单元的并行计算机。
其次是多计算机，通过在非常短小非常快的总线上传送信息的系统。
在多计算机以外是真正的网络，通过在更长的电缆上交换消息的计算机。
这些可以被分成局域网，城域网和广域网。
最后，连接两个或更多网络被叫作因特网。
距离作为一种分类制度非常重要，因为不同的技术被用在不同的规模里。
这里我们只关心真正的网络和他们的相互联系。
下面我
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们对网络硬件的主题作简要介绍。
9.2.1局域网局域网，通常叫LANS，是在几公里内的一座单个的大楼或者大学校园内的私有网络。
他们广泛用来连结个人计算机和工作站，在公司办公室和工厂共享资源（例如,打印机）并且交换信息。
局域网按3种特性与其他网络区分：
（1）尺寸，
（2）传送技术，（3）拓扑结构。
局域网在尺寸上是有限的（被制约）这表明最坏情况下传输时间在规定范围内并事先，知道。
知道这种界限可确定某种设计，而不知道就不可能确定。
它也简化网络管理。
局域网经常使用一项输送技术，全部机器接到一个单个的电缆上，象曾经在农村地区使用的电话公司共用电话线路一样。
传统局域网以10M到100Mbps的速度传送，有低的延迟（数十微秒）,并且很少犯错误。
更新的局域网有更高的速度,多达百个百万比特/秒。
我们将坚持传统用百万比特/秒（Mbps）测量线速度,而不是百万字节/秒（MB/秒）。
一兆是1000000位，不是1048576（220）位。
各种各样的拓扑用于广播式局域网是可能的。
图9.3显示其中的2个。
有一公共总线的（例如一个线缆）网络，在任何情况下那个机器是主人并且允许传送。
所有其他机器被要求重复接收。
当两台或更多机器想要同时传送时，需要一个仲裁机制来解决冲突。
仲裁机制可能被集中或者分配（分布）。
IEEE802.3，通常叫以太网，例如，基于总线的广播式网络有分布控制在10M或者100Mbps操作。
每当他们想传送数据的时候，在以太网上的计算机能传送；如果两个或更多的包相撞，每台计算机只等待随机时间并且稍后再次试验。
第2类广播系统是环网。
在环网中，每一位都独立传播，不等待它属于的小包的空余。
通常，每个比特在传送一些位的时间内环航整个环，经常在完整的包被传送之前。
象所有其他广播系统一样，某一规则作为仲裁，对圆环的同时存取是需要的。
使用了各种各样的方法，并且稍后将被讨论。
IEEE802.5（IBM令牌环）,是一普遍的基于圆环的在4和16Mbps速度下操作的局域网。
广播网络能更进一步分成静止和动态，取决于信道怎样被分配。
一个典型的静态分配是把时间分成分离的间隔并且运行一种循环算法，只有当它的时间间隙出现时，允许每台机器广播。
在它分配的时隙中，机器没什么可说时，静态分配浪费通道容量。
因此多数系统试图动态地分配信道（即，只有在要求时）。
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一个普通信道的动态分配方法或者集中或者分权。
在集中信道分配方法里，有一个单个的实体，例如一个总线仲裁单元，它确定谁下一步发送。
根据一些内部算法，通过接受请求并且做决定。
在分布式信道分配方法里，没有中心实体；每台机器自己决定是否传送。
你可能认为这总是导致混乱，但是不会。
我们以后将研究许多设计的算法，规定一种规则排除潜在的混乱。
使用点对点线，另一种局域网被建立。
一个具体机器和另一个具体机器用专用线路连接。
这样一个局域网真的是一个微型广域网。
我们以后将看到这些。
9.2.2城域网一个城域网或者MANS（复数形式：
MANs，不是MEN）基本上是一个更大的局域网的版本，并且通常使用相似的技术。
它可能覆盖附近的一组组合的办公室或者一座城市，可能是私人的或者公众的。
一个城域网同时支持数据和声音，并且甚至可能与本地电缆电视网有关。
一个城域网只有一根或两根电缆并且不包含交换设备，它能够把数据包在几条潜在的输出线之一上分流。
没有交换设计简单化了。
把城域网作为一个特别类型的主要原因是一个标准已经为他们采用，并且这个标准现在正被实现。
（分布式队列双总线）被叫为DQDB，或者人们喜欢数目胜过字母，802.6（IEEE定义的标准的数字量）。
如图9.4中所示，DQDB由两根单向的总线（电缆）组成，全部计算机连结在上面。
每根总线有一个起点，起动传输活动的一个设备。
预定好发送者右边的计算机使用上面的总线。
左侧的使用下面的总线。
一个城域网的关键因素是有一种广播媒介（对802.6来说，2个电缆）全部计算机被连接上去。
这与其他类网络相比是非常简化的设计。
9.2.3广域网广域网，或者LANS，跨越一个大的地区，经常是一个乡村或者大陆。
它包含准备给机器用户使用的（即,应用）程序的集合。
我们将依据传统用法叫这些机器主机。
术语端系统有时也用于文学方面。
主机由通信子网或者简称子网连接。
子网的工作是从主机到主机传送消息，正如电话系统把话音从发言者带给倾听者。
通过把网络（子网）的纯通讯和应用（主机）分离,完整的网络设计很大地被简化。
在大多数广域网里，子网由两个不同的组成部分组成：
传输线和交换设备。
传输线（也叫电路，信道，或者中继线路）在机器之间传送动比特。
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交换设备是一种专门的计算机，用来连结两个或更多被排列的传输。
当数据在一条输入线到达时，交换设备必须选择一条输出线转接他们。
令人遗憾，没有标准专有名词被用来命名这些计算机（交换机）。
除了别的之外在，他们分别还叫作分组交换节点，中间系统和数据交换机。
作为交换计算机的一个一般术语，使用将在这里存在。
这个方式,用图9.5显示，每个主机一般通过路由器连接局域网。
通信线路和路由器（不是主机）的集合形成子网。
一离题的术语"子网"值得看一看。
最初，它唯一的意思是路由器和通信线路的集合，它们把包从源主机移动到目的地主机。
不过，多年以后，它也与网络地址一道获得第2种意思。
因此这个术语有某种关于它含糊的意义。
令人遗憾，并不广泛使用适合它最初意思，因此有一些踌躇（犹豫），我们将使用两种意思。
从上下文中，意味着哪个，总会清楚。
在大多数广域网中，网络包含许多电缆或者电话线路，每一条线连结一对路由器。
然而如果两路由器不共享电缆，希望交流的话，他们必须通过其他路由器间接连接。
当一包被通过一个或更多中间路由器从一路由器传送到另一个路由器时，包在每个中间路由器被全部得到，储存在那里，直到被要求的输出线是空闲的，然后分发出去。
使用这个原则的子网叫作点对点，存储转发或者包交换子网。
差不多全部的广域网（除那些个别使用的卫星之外）有存储转发子网。
当包很小且全部大小相同时，他们经常被叫作信元。
当一个点对点的子网被使用时，一个重要的设计问题是路由器相互联系的拓扑是如何的。
图9.6显示几种可能的拓扑。
局部网被设计时通常有一种对称的拓扑。
相反，广域网通常有不规则的拓扑。
第2种广域网的可能性为卫星或者地面接收系统。
每路由器有一条天线，通过它能传送并且接收信号。
全部路由器能从卫星听到输出，并且他们也能在某些情况下听见他们的路由器向上传输到卫星的信号。
有时路由器连接一个实际的点对点的子网，他们中只有一条卫星天线。
当广播特性是重要的时，卫星网络本质上是广播并且非常有用。
9.2.4无线网络便携式电脑，例如笔记本电脑和个人数字助手（PDA）,是计算机工业增长最快的部分。
大多数这些计算机的拥有者在办公室的局域网和在广域网上面上有台式机器，甚至在离开家或者路径地想要连接他们的家。
因为在汽车和飞机里有一个有线连接是不可能的，有许多人对无线网络感兴趣。
在这节我们将简单介绍这个课题。
实际上，数字无线通信不是一个新想法。
早在1901年时，意大利物理学家Guglielmo
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Marconi展示了船对岸的使用莫尔斯电码的无线电报机（毕竟是电报符号二进制）。
现代数字无线系统有更好的性能，但是根本意思是相同的。
无线网络有很多用途。
普通的用法是便携式办公室。
在路上的人经常想要使用他们的便携式电子设备发送并且接收电话，传真和电子邮件，读远程文件，在遥远机器上登录等等，并且从任何地方或者大陆，海上，或者飞机上这样作。
无线网络对那些保持和家有联系接触的卡车，出租车，公共汽车和维修工人具有巨大的价值。
另一种用途在灾难场所（火灾,洪水,地震,等等）的营救人员，这里电话系统已经被破坏。
那里的计算机能发送信息，作记录等等。
最后，无线网络对军事上很重要。
如果你必须在地球的任何地方马上有一场战斗，指望使用本地网络基础设施或许不是一个好主意。
最好带来你们自己的。
虽然无线联网和移动计算杨经常连在一起,但是他们不相同,象图9.7显示的。
便携式计算机有时是有线的。
例如，如果一名旅游者在一家饭店把一台便携式计算机插进电话接口，我们有机动性有用无线网络。
另一个例子是带一台便携式计算机的某人，当他为技术问题检查一辆火车时。
这里一根长的绳子拖在后面（真空吸尘器模型）.另一方面，一些无线计算机不便于携带。
这里一个重要例子是一个公司拥有一旧大楼，没有网络电缆安装，并且想要连结它的计算机。
安装一个无线局域网可能仅仅需要买一个有一些电子设备的小箱子并且建一些天线。
这个解决办法可能是比有线方式便宜。
虽然无线局域网很容易安装，但是他们也有一些不利条件。
通常他们的容量（带宽）为1到2Mbps，这比有线局域网慢得多。
出错率也非常高，从不同的计算机的传送能相互干扰。
但是当然，还有真实的移动，无线应用，范围从便携式办公室到在商店附近用作存货清单的使用PDA的人们。
在很多繁忙的飞机场，汽车租金回报办事员用无线便携式计算机在停车场解决。
他们键入返回的汽车的牌照号码，以及他们便于携带的一台内置打印机，打电话给主计算机，得到租赁信息，并且当场打印账单。
无线网络有很多形式。
一些大学已经遍及大学校园安装了天线，允许学生坐在树下参考图书馆的卡片目录。
这里计算机以数字形式用无线局域网直接交流。
另一种可能性使用有一个传统的模拟调制解调器的蜂窝电话（即，便携式的）。
直接的数字蜂窝服务，叫CDPD（蜂窝数字式分组数据交换网络）正在很多城市使用。
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最后，有线和无线的联网的不同结合是可能的。
例如，在图9
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