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1、第7章多媒体技术基础 21世纪人类已步入信息时代，美国政府于1993 年11月提出了旨在建立全国综合信息务网的“国家信息基础设施(N11)”计划，根据 Nil 计划的目的、特点与建设思路，人们习称之为“信息高速公路”计划。在美国之后，日本、英国、德国和新加坡等国家相继提出了己的信息基础建设计划。我国也提出了“中国信息基础设施”(C11)计划。可见 21世纪将帽以信息技术为标志。多媒体技术是在世纪之交迅速发展起来的热点技术，它的出现极大地改了人们的生活方式。进入 20世纪90年代以来，信息技术迅速发展，高清晰度电视、录像高速通信网络和计算机技术进一步融合，使多媒体技术成为继印刷术、电报电话、广播
2、电视计算机之后，人类处理信息手段的新的里程碑。多媒体(Multimedia)是各种媒体的组合体，I 使用计算机将音频、视频、图像和计算机技术、通信技术集成到同一数字环境中，以协同表硼更丰富和复杂的信息。在这些信息之间以某种方式建立逻辑链接，并集成为一个具有人-杌71 多媒体技术的基本概念711 媒体在计算机技术领域，媒体一般是指携带信息的载体，根据媒体信息表现形式不同，媒体帽多种表现形式，如文本、声音、图形、图像、动画、视频等。国际电报电话咨询委员会(Ccrrnll对媒体进行了如下的分类：(1)感觉媒体(PerceptionMedium)直接作用于人的感官，产生感觉(视、听、嗅、味、触觉)的媒
3、体称为感觉媒体。例如阅言、音乐、音响、图形、动画、数据、文字、文件等都是感觉媒体，也是本章主要讨论的媒体眉 (2)表示媒体(PresentationMedium)为了对感觉媒体进行有效的传输，以便于进行加工和处理，而人为地构造出的一种媒体删为表示媒体。例如语言编码、静止和活动图像编码以及文本编码等都称为表示媒体。(3)显示媒体(D诅playMedium)显示媒体是显示感觉媒体的设备。显示媒体又分为两类，一类是输入显示媒体，如话筒，摄像机、光笔以及键盘等；另一种为输出显示媒体，如扬声器、显示器以及打印机等。(4)传输媒体(Transmis蛆onMe 血um)传输媒体是指传输信号的物理载体，例如同
4、轴电缆、双绞线、光纤以及电磁波等都是传输媒体。(5)存储媒体(StorageMedium)i 用于存储表示媒体，即用于存放感觉媒体数字化代码的媒体称为存储媒体。例如磁盘、磁带、光盘、纸张等。通常所指的多媒体就是上述感觉媒体的组合，也就是声音、图像、图形、动画、文字、数据、文件等各种媒体的组合。712 多媒体多媒体是融兽两种或两种以上媒体的一种人机交互式信息交流传播媒体。在计算机技术领域，通常认为多媒体中连续变化的媒体信息(音频、视频)是人与计算机交互的最自然的媒体，多媒体技术就是对多种媒体上的信息和存储在多种媒体上的信息进行处理和加工的技术。而多媒体系统是利用计算机和数字通信网技术对多媒体信息
5、进行处理和控制的系统。对于多媒体，我们可以从以下几点来认识：多媒体与众多常见的媒体(如电视、报纸、杂志等)功能是一样的，它是一种用于信息交流和信息传播的媒体。多媒体是一种人机交互媒体，通过计算机进行信息存储、交流、传播。由于计算机具有极强的人 机交互性能，使多媒体比其他媒体交互性更好，改变了以往人们在电视、报纸等媒体面前的被动状态，即只能“被迫”接收媒体信息，使人在媒体面前成为主动者，可以查询、访问自己感兴趣的媒体信息。多媒体信息是以数字形式存储、交流、传播的，而以前的视频、音频信息一般以模拟方式传播。713多媒体技术多媒体技术是将多种媒体组合在一起，实现信息存储传播的技术。现一般特指使用计算
6、机技术、网络技术等将音频、视频、图像等媒体信息集成到同一数字环境中，是多种学科、多种技术交叉的全新技术。目前，多媒体技术的研究和应用开发主要有以几个方向：(1)多媒体信息的表示技术多媒体信息由于表现形式较多，根据各种媒体的不同特点，在计算机中的表示方法也不尽相同。多媒体中的一些连续媒体如：声音、影视等，其数据量很大，为解决这类媒体的存储、传输问题，要应用数据压缩、解压缩技术等。(2)多媒体创作和编辑工具开发人们为更加方便地操作与制作多媒体信息，研制开发了许多媒体创作和编辑工：具，并在做进一步改进。(3)多媒体数据的存储技术多媒体数据一般数据量很大，特别是声音、影视数据更足海量数据，目前存储这类
7、数据的最佳介质为光盘(存储容量大，价格低，易保存)，光盘存储技术的开发与利用对多媒体的发展起到了推波助澜的作用。目前常见的光盘技术有CD 技术、DVD 技术。(4)多媒体的应用开发多媒体应用开发是近年来最热门的技术之一，在多媒体数据库、视频点播、远程教育、环球超媒体信息系统等方面都有广阔的应用前景。7 14多媒体的特点与传统媒体相比，多媒体具有以下特点：(1)集成性方面，多媒体技术将多种性质不同的媒体有机地组合成完整的具有较高交互性能的多媒体信息：另一方面，多媒体技术把不同的媒体设备集成在一起形成多媒体系统。在硬件上，具有能处理多媒体信息的高速及并行的CPU 系统、大容量的存储器、适合多通道的
8、FO、宽带网络接口：在软件上，有集成一体化的多媒体操作系统，适合多媒体信息创作与管理的软件系统等。(2)实时性当用户给出操作命令时，相应的多媒体信息都能够得到实时控制。尤其是多媒体信息中，的音频、视频信息是与时间密切相关的，这就要求多媒体技术能支持实时处理。如播放视频时不应出现画面停顿现象。(3)交互性交互性是多媒体应用有别于传统信息交流媒体的主要特点之一。传统的大众化信息交流媒体只能单向地传播信息，人们只能被动地接受，而多媒体技术则可以实现人对信息的主动选择和控制。在多媒体系统中，除了操作上控制自如外，在媒体综合处理上也非常方便，而且这种操作要求整个软硬件系统都能实时响应。多媒体交互作用有初
9、级、中级、高级交互作用三个层次。例如：从数据库中检索出某人的照片、声音及文字材料，这是初级交互作用；通过交互特性使用户介入到信息过程中，而不仅是提取信息，这是中级交互作用：使用户完全进入到个与信息环境一体的虚拟空间中自由邀游，是高级交互应用 (4)数字化多媒体信息中音频、视频等连续媒体在以前是用模拟方式存储与传播的，它有其致命弱点。如信号衰减、噪音干扰大、在拷贝中有误差积累，很难实现高质量的音频、视频传输。多媒体技术将各种媒体信息全部数字化，从而在进行存储、加工、处理、传输的过程中克服了上述弱点，实现了高质量媒体信息的存储与传播。在以上四个特点中，集成性和交互性是其中最重要的，可以说是多媒体的
10、精髓。多媒体的目的，从某种意义上讲，就是要把电视技术所具有的视听合一的信息传播能力同计算机系统的交互能力结合起来，产生全新的信息交流方式。715多媒体微机多媒体微机(MPC，MultimediaPersonalComputer)是指能存储、传播、处理多媒体数据的个人计算机，由于要处理音频、视频等连续媒体信息，多媒体微机至少应配备声卡与光驱配件。1990年，Microsoft等公司筹建了多媒体PC市场协会(MultimediaPCMarketingCouncil)，且于1990 年、1993年和 1995年分别制定了三个技术标准MPCI，MPC2 和MPC3，对 MPC 硬件和操作系统软件配置提
11、出了基本要求，其主要参数如表71所示。随着计算机技术的不断发MPC 的标准也在不断提高。表71 主媒体计算机 MPCI，MPC2 和MPC3 最低配置要求 MPC 硬件 MPCI MFC2 MPC3 制定年月 199011 19935 1995 6 内存 2MB 4MB 8MB CPU 386SX 16MH,486SX 25MH：Pentium75MH2 Pc 机硬盘 30MB 160MB 640MB VGAR,640 x480,16色 640 x480,64K色 640 x480,64K色 从表 71的MPC 所具有的特征，可以了解多媒体硬件系统的基本组成，它们主要包括：(1)CD-ROM。
12、硬件系统除了必要的硬盘驱动器外，CD-ROM 驱动器是必需的部件，因为CD-ROM已成为多媒体系统不可缺少的大容量存储设备。(2)具有 AD(模数)和DA(数模)转换功能，让语音和数字信号间能相互转换，使多媒体硬件系统具有高质量的数字音响功能。(3)具有清晰显示图形、图像和文字以及来自光盘上的动画、影视的显示设备。(4)具有解决数据量极大的图像和声音所必需的数据压缩和还原的硬件支持。一个多媒体硬件系统应具有上述基本硬件保证，从而在软件的配合下能对多媒体数据进行处理。多媒体关键技术多媒体技术的广泛应用，多媒体产品的迅速实用化、产业化和商品化，得益于以下技术的数据压缩技术多媒体数据量很大，尤其音频
13、、视频这类连续媒体，数字化后的视频和音频信号的数据量是十分惊人的，这对计算机的存储和网络的传输会造成极大的负担，是制约多媒体发展和应用的最大障碍。解决的办法之一就是进行数据压缩，压缩后再进行存储和传输，到需要时再解压、还原。因此，多媒体的数据压缩问题已成为关系到多媒体技术发展必须解决的瓶颈问题。虽然当前计算机存储容量、运算速度不断提高，但目前的硬件技术很难为多媒体信息提供足够的存储资源与网络带宽，这使多媒体信息压缩与解压缩技术成为处理多媒体的关键技术之一。要减少多媒体数据的时空(传输与存储)数据量，有两种最简单的方法：其一是减小媒体信息的播放窗口，如把中分辨率640 x480 个像素的窗口改为
14、100 x100 个像素，可使数据量减少为原来的三十分之一：另一种方法是放慢媒体信息的播放速度，如将现在 25蜘秒或 30蜘秒的视频描放信息减少到 10帧秒或 15帧渺，也可使数据量减少到原来数据量的三分之一。显然这些方法都是以牺牲媒体信息的播放质量和效果而换得数据所需的时空，实为下策。另外多媒体信息中确实存在着大量冗余信息，这也使数据压缩与解压缩成为可能，并具有可行性对于电视图像来说，一般存在如下冗余信息：技术提高了很多应用程序的执行性能，例如活动图像、视频会议、二维图形和三维图形。为增强性能，MMXTM技术为其他功能释放了额外的处理器周期。以前需要其他硬件支持的应用程序，现在仅需软件就能运
15、行。更小的处理器占用率给更高程度的并发技术提供了条件，在当今众多的操作系统中，这些并发技术得到了利用。在基于Intel的分析系统中，某些功能的性能提高了50400。这种数量级的性能扩展可以在新一代处理器中得到体现。在软件内核中，其速度得到更大的提高，其幅度为原有速度的35倍。MMX 技术为更好地胜任多媒体的实时操作要求创造了条件。73 多媒体的基本元素及文件学习多媒体的基本知识是我们掌握多媒体技术的基础，只有了解和熟悉多媒体信息的特卢息格式才能运用多媒体系统更好地为科研、教学、生产和生活服务。在多媒体系统中，常见的信息是数字型的，基本的元素包括有：文本(text)：由语言文字和符号字符组成的数
16、据文件。如ASCII、存储汉字的文件。图像(image)：点位图，即由一幅图像的全部像素信息组成的数据文件。图形(graph)：矢量图，即用数学方法(算法和特征描述)如画点、线、圆函数等生成的数据文件。一般可将图形看做是图像的抽象，即图像由若干图形构成。动画(animation)：将静态的图像、图形及连环图画等按一定时间顺序显示而形成连续的动态画面：音频字化音频：视频音频文件声波是由机械振动产生的一维压力波。当声波进入入耳、鼓膜振动导致内耳的微细感骨的振动，将神经冲动传向大脑，听者感觉到的这些冲动就是声音。当声波传到话筒后，话筒就把机械振动转换成电信号。模拟音频技术通过模拟电压的幅度表示声音的
17、强弱。模拟声音的录制是将代表声音波形的电信号转换到适当的媒体上，如磁带或唱片。播放时将记录在媒体上的信号还原成声音的波形。在计算机内，所有的信息均以数字(0 和1)表示，声音信号也用一组数字表示，称之为数字音频。数字音频与模拟音频的区别在于：模拟音频在时间上是连续的：而数字音频是个数据序列，在时间上是离散的。因此，声音信息的数字化过程是每隔一个时间间隔在模拟声音波形上取一个幅度值(称为采样，采样的时间间隔称为采样周期)，并把采样得到的表示声音强弱的模拟电压用数字表示(称为量化)。采样量化位数的大小反映出各个采样点进行数字化时选用的精度，在多媒体计算机音频处理系统中，一般有8位和 16位两挡，其
18、中 8位量化位数的精度有256个等级。即对每个采样点的音频信号的幅度精度为最大振幅的1256，16位量化位数的精度有65536 个等级，即为音采样和量化过程所采用的主要硬件是模拟信号到数字信号的转换器(A D转换器)：在数字音放时，再由数字信号到模拟信号的转换器(D A转换器)将数字音频信号转换成原始的电信号。常见的音频文件有WAV,MIDI，MP3 等。1 WAV 文件 WAV文件称为波形文件，它是 Microsoft公司的音频文件的格式，来源于对声音模拟波形的采样。运用不同的采样频率对声音的模拟波形进行采样，得到一系列离散的采样点，以不同的量化位数把这些采样点的值转换为二进制数，存入到磁盘
19、，形成了声音WAV 文件。2 MIDI文件 MIDI文件称为 MIDI 音乐数据文件，MIDI 文件是 MusicallnstrumentDigitalInterface乐设备数字接口)的缩写，是 MIDI 协会设计的音乐文件标准。用以规定计算机音乐程序、子合成器和其他电子设备之间交换信息与控制信号的方法。MIDI文件是一种控制信息的集合体，包括对音符、定时和多达16个通道的乐器定义，同时还涉及到键、通道号、持续时间、音量和力度等信息。MIDI 文件记录的是一些描述乐曲演奏过程中的指令，因此它占用的存储空间要比WAV 文件小得多。MP3 文件是根据 MPEG-1视频压缩标准中，对立体声伴音进行
20、三层压缩的?声音文件。MP3 保持了CD 激光唱盘的立体声高音质，压缩比高达12：1。MP3 场上和网上都非常普及。4AIF 文件AIF 文件是 Apple 计算机的音频文件格式。5RMI文件RMI件是 Microsoft公司的 MIDI 文件格式宁法所得到印等乐现在在诈 6 VOC 文件 VOC 文件是 Creative公司的波形音频文件格式。也是声霸卡使用的音频文件。732 图像文件多媒体计算机最常用的图像有图形、静态图像和动态图像(视频)，通常可采用以下方法获得三种图像。(1)利用相关的工具软件，由计算机直接产生图形、静态图像和动态图像；(2)利用彩色扫描仪，扫描输入图形和静态图像：(3
21、)通过视频信号数字化仪，将彩色全电视信号数字化后，输入到多媒体计算机牛得静态和动态图像。图形文件一般来说可分为两大类：位图和矢量图。这两种图形文件各有特色，也各有其优位图是由点的像素排成矩阵组成的，其中每一个像素都可以是任意颜色。在位图图形文件中所涉及到的图形元素均由像素点宋表示。矢量图形文件是用向量代表图中所表现的元素。素为直线，另外有其他数据注明该直线的起始坐标及其方向、长度和终止坐标。位图是用像素表示图形，如显示直线，是用许多代表像素颜色的数据来替代该直线。这些数据所代表的像素点画出后，该直线也就相应显示出现。位图放大时，放大的是其中每个像素的点，所以看到的是模糊的图片。而矢量图形无论如
22、何放大，它依然清晰。图像文件分为静态图像文件和动态图像文件。静态图像文件格式包括以下几种：(1)BMP(bitmap)文件BMP 是bitmap 的缩写，即位图文件。种与设备无关、格式最原始和最通用的静态图”图像，就是用的这种格式文件，是Windows(2)GIF(GraphicsInterchangeFormat)文件 GIF文件格式是由美国最大的增值网络公司CompuServe研制开发的，适合在网上传输交它采用“交错法?来编码，使用户在传送GIF文件的同时，可以提前粗略地看到图像内并决定是否要放弃传输。目前在网络通信中被广泛采用。JPG也可以表示为 JPEG，是一种图像压缩标准。JPEG
23、压缩标准是国际标准化组织(1SO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)联合成立的专家组JPEG(Joint Photographic ExpertsGroup)经过五年艰苦细致的工作，于1991年3月提出了 ISO CDl0918 号建议草案：多灰度静止图像的数字压缩编码(通常简称为 JPEG 标准)。这是一个适用于彩色和单色多灰度或连续色调静止数字图像的压缩标准。它定义了两种压缩算法：基于差分脉冲码调制的无损压缩和基于离散余弦DCT 的有损压缩算法。JPEG在目前的静止图像格式中的压缩比是最高的，可将其压缩到BMP 原图像大小的十分之文件格式许多都采用 JPEG文件格式。而且对图像质量影响
24、不大，因此目前网上图像应用也较普遍。除上述文件格式外，较常用的文件格式还有：PCX，PCT,PSD和TGA等动态图像文件格式包括以下几种文件格式 AVI(Audio Video Interleaved)格式文件是由音频和视频信号混合交错地存储在件兼容性好，使用方便，(2)MPG文件 MPG 是MPEG(MovingPictureExpertsGroup，运动图像专家组)制定出来的压缩标准所确定的文件格式，用于动画和视频影像。MPEG 标准包括 MPEG 视频、MPEG 音频和 MPEG 系统(视频，音频同步)三个部分。这一系列家族中包括MPEG 1，MPEG-2 和MPEG-4 在内的多种视频
25、格式。一般的 CD(VCD)，SuperVCD(SVCD)和DVD 都是采用 MPEG 技术生产的。MPEG 的基本方法，是在单位时间内采集并保存第一帧信息，然后只贮存其余帧相对于第一帧发生变化的部分，从而达到压缩的目的，它基本采用两种基本压缩技术：运动补偿技术(预测编码和插补码)实现时间上的压缩，变换域(离散余弦变换 c二f)压缩技术实现空间上的压缩。MPEG 的平均压缩比率为50：1，最高可达 200：1，压缩效率相当高，图像和声音质量也非常好，在微机上有相同的标准，兼容性好。(3)DAT文件 DAT文件是 VCD 专用的视频文件格式，是一种基于 MPEG 压缩格式。如果计算机配备视霸卡或
26、解压软件，即可播放该格式文件。(4)MOV文件解压技术的视频文件MOV 文件是 QuickTimeforWindows视频处理软件所采用的视频文件格式。与AVl 文件格式相同，MOV 文件格式采用了Intel公司的 Indio 视频有损压缩技术，以及视频信息与音频信息混排技术，其图像画面的质量要比AVI 文件好。(5)ASF义竹：ASF(Advanced Streaming Formal)文件是高级流格式，ASF是Microsoft为了和 RealPlayer竞争而发展出来的一种可以直接在网上观看视频节目的压缩格式文件。由于它使用了 MPEG-4的压缩算法，压缩比率和图像的质量都不错。因为AS
27、F是以一个可以在网土gp时观赏的视频“流”格式存在的，所以它的图像质量要比VCD 差一点。媒体套件介绍光盘驱动器与光盘 CD-ROM(CompactDiscReadOnlyMemory)称做压缩只读存储器或只读光盘。习惯上，CD-ROM 也认为是光盘驱动器。因此，在称呼它们时应加以区别。如称为 CD-ROM 光盘、CD-ROM 光盘驱动器(或CD-ROM 光驱)。大多数情况下习惯简称为光盘(CD)或光驱(CD-ROM)。1 光盘驱动 a9 光盘驱动器是多媒体计算机配置中重要的外围设备。主要用来读取光盘上的信息。此外它还可以用来播放 CD，VCD。(1)光盘驱动器的特点光盘驱动器是一种以光记录形
28、式代替磁记录形式的读写设备，其特点是节省了存储空间和能源消耗，使原来需要大量磁盘存储的信息，以光记录的形式存储到光盘上，这种新技术的出现，开辟了存储方式的新纪元。加快了多媒体技术的迅速发展和普及。第8章计算机网络基础计算机网络是人类科技史上的奇迹，它不断地改变着人类的生存方式。网络的应用是无不在的，但在它的众多应用中，资源共享、通信和各种基于网络的服务是目前应用最广泛的。世界经济的发展推动着信息产业的发展，信息技术与网络的应用已成为衡量21世纪综合国力与企业竞争力的重要标志。很多国家纷纷制定各自的信息高速公路的建设计划，全球信息化的发展趋势呈不可逆转之势，尤其是Intemet对推动全世界科学、
29、经济和社会的发展有着不可估量的作用。it 算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展大致可划分为以下四个阶段。第一阶段：计算机技术与通信技术相结合，形成计算机网络的雏形。这一阶段足以单个计算机为中心，面向终端形成远程联机系统。第二阶段：完成网络体系结构与协议的研究，可以将不同地点的计算机通过通信线路互联，形成计算机的网络。网络用户可以通过计算机访问其他计算机的资源，实现了计算机资源共享的目的。第三阶段：网络体系结构形成，广域网、局域网与公用分组交换网迅速发展。网络技术国际标准化，ISOOSI成为新一代计算机网络的参考模型，数据传输的可靠性得以保障。第四阶段：Intemet深入全社会，宽带网络广
30、泛应用。Intemet是一个庞大的覆盖全世界的计算机网，实现了全球范围的电子邮件(E-mail)、WWW(WorldWideWeb)信息浏览和语音图像通信等功能。811计算机网络的基本概念计算机网络是指以共享资源为目的、通过通信介质互联起来的计算机及相关设备系统的集合。建立计算机网络的主要目的是实现计算机资源的共享，网络用户不但可以使用本地计算机资源，而且能通过网络访问联网的远程计算机的资源，还可以调用网络中其他不同地点的计算机资源共同完成某项任务。互联的计算机是分布在不同地理位置的独立计算机，可以没有明确的主从关系，每台计算机都可以联网工作，也可以脱网工作。联网计算机可以为本地用户提供服务，
31、也可以为远程用户提供服务。互联的计算机必须遵循统一的网络协议。计算机网络技术是计算机技术和通信技术相结合的产物，网络不仅使计算机的作用超越了时空的限制，也增加了人对计算机网络的依赖性。计算机网络具有以卜基本功能：(1)信息传输。进行远程、异地、分级或集中化的数据传输和转移。(2)资源共享。使分散的硬、软件资源能够互通共用，提高了资源利用率，降低了综合费用，增强了数据处理能力。(3)分布式处理。在计算机网络中，用户可根据问题的性质，选择最合适的资源配置与合适的算法，进行分布式处理，以便迅速而经济地解决复杂问题。(4)均衡负载。当网络中某一局部负荷过重时，可将某些任务传送给其他局域的计算机去处理，
32、以达到高效和经济的综合效果。1计算机网络的组成结构典型的计算机网络可分为资源子网和通信子网两个部分。资源子网是信息资源的提供者，涉。资源子网和通信子网关系示意图如图81所示图 81 资源子网和通信子网关系示意图资源子网与通信子网的划分，使网络的数据处理与数据通信有了清晰的分界面。通信子以是专用的，也可以是公用的。通信子网造价昂贵、投资巨大，每一个计算机网络都建立的通信子网是没有必要的，所以一般用户单位所组建的计算机网络都是指组建资源子网部 2 计算机网络的分类早期的计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类，可以反映出不同类型网络的技术特征与功能特点。按地域划分，计算机网络分为以下两类：(1)局域
33、网 LAN(LocalAreaNetwork)。局限于有限范围内(如一个实验室、一幢大楼、一个校园)的各种计算机、终端与外部设备的网络，传输速率较高。(2)广域网 WAN(WideAreaNetwork，也称远程网)。将分布在广大地区的计算机系统互联起来，达到资源共享的目的。所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里，甚至可以是覆盖一个国家、地区或横跨几大洲的远程网络。网络要通过通信信道才能完成数据传输任务以进行以下两类的划分：计算机网络根据所采用的数据传输技术可 (1)广播式网络。在广播式网络中，所有联网的计算机都共享一个公共通信信道。当一台计算机发送报文(数据传输的单位，亦称包)时，网络上所有其
34、他的计算机都会“收听”到这个报文。由于发送的报文中带有目的地址与源地址，每个收听到报文的计算机都将检查目的电址与本机地址是否相同，若相同，则接收该报文，否则不接收。(2)点到点式网络。一条通信线路只连接一对节点，如果两个节点之间没有直接连接的S路，那么它们可以通过中间节点转接。用该方式连接多台计算机的线路结构可能构成复杂的“网状结构”，从源节点到目的节点可能存在多条路径。数据通信技术数据通信是指通过传输介质将数据从一处安全可靠地传送到另一处的过程。信在传输介质上的表示形式，信号一般分为模拟信号和数字信号两种。模拟信号是在一定的数值范围内可连续取值的信号，是一种连续变化的电信号照不同频率在传输介
35、质上传输。数字信号是一种在传输介质上传输的离散的脉冲序扣的电压值表示1和0。模拟信号和数字信号在传输方式上有一定的差异。模拟传输不考虑信号内容，传输一定距离后会衰减和畸变，经过放大器可以增强信号的能量，同时也放大了信号中的噪声分量，结果是信号质量效果越来越差。数字传输与信号的内容有关，传输一定距离后也会衰减和畸变，可以使用中继器放大信号，同时进行整形恢复，再将信号以本来的面目继续传送下去。目前计算机网络中的信号传输主要使用数字信号传输。在数字通信过程中，通信的最基本要求是发送端与接收端之间必须遵循同一规程，这种规程分为异步传输和同步传输两种。异步传输以字符为单位进行传输，特点是低速、可靠。例如
36、，主机和终端之间进行的通信。同步传输以数据块为单位进行传输，速率较高。在局域网中，经常采用同步传输的方法传输数据帧。计算机网络中的数据传输速率的上限被称做带宽，带宽可以分为lOMbps、lOOMbps或1000Mbps以上等多种形式。计算机网络按通信方式被分为共享式和交换式两种类型。共享式通信常信速率较高，可以构造出一点对多点的连接模式。交换式通信常用于网间互理点式连接模式。82 计算机网络模型为了简化计算机网络设计的复杂程度，国际标准化组织1SO(InternationalOrSaStandardization)在1977 年提出了开放式系统互联参考模型OSI(OpenSystemInter
37、connecfion)。该网络系统模型具有充分的灵活性及可扩充性，1982 年4月形成国际标准化草案。OSI将网络功能分为七层，每层完成确定的功能。每一层可以再划分出若干子层，如图82所示。OSI模型被广泛地作为指导计算机网络发展的参照模型，为开放式系统提供了概念上和功能卜的主体框架，但并不是网络系统互联的标准化准则。1O$1参考模型的主要功能 (1)物理层(Physical)。物理层处于 OSI参考模型的最底层。其主要功能是利用传输介质提供物理连接，传送比特信息流。(2)数据链路层(DataLink)。在物理层的基础上，在通信的实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据块。采用了差错校验
38、控制、流量控制等技术。数据链路层开始引入了网络地址的概念，不同的网络设备所支持的数据链路层协议可以不同。(3)网络层(Network)。网络层的主要任务是通过路由算法，为网络中任何两个节点找到相通的连接路径。在连接过程中，负责数据包的分段和重组，并且进行拥塞控制。(4)传输层(Transport)。其主要任务是向用户提供可靠的端到端的服务，包括对数据包的排序、整理和控制等。(5)会话层(Session)。其主要任务是组织两个会话进程之间的通信，整体管理数据的传送过程。(6)表示层(Presentation)。主要用于统一两个通信系统中信息的表示方式。它包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩
39、与恢复等功能。，(7)应用层(Application)。该层是 OSI的最高层，它负责进程之间的数据共享，例如电子邮件、事务处理、WWW协议等。该层协议直接为端点用户提供业务服务。OSI模型由两个部分组成：物理层、数据链路层、网络层和传输层为传输部分，会话层、表示层和应用层为应用部分。应用层裹示层会话层传肇层网络层数据链路层物理层层传递时，增加数据包头的过稚应用层衰示层会话层传辖层网络层数据链路层物理层在计算机网络上，数据传送难免发生错误，为满足实际工作的需要，要求数据传输具有可靠性的保障。稚限定条件下，不论一个数据包经过多长路径，最终达到预定发送水平的可靠性保证叫做服务；只有建立了可靠的数据
40、服务，才可能使计算机网络技术为世人所接受，才能达到应用的目的。在 OSI模型中，应用部分的绝大多数协议都可以达到数据服务的标准。低层的计算机网络协议往往不能具备服务的保障，所以高层的计算机网络协议具备可靠性服务的特性成为必然结果。821 局域网(LAN)同域网是指传输距离较短、传输速率较高、以共享网络资源为域网技术是网络研究与应用的一个热点问题。国际标准化推动了局域网的快速发展和长足进步IEEE(1nstituteofElectricalandElectronicsEngineers，电气和电子工程师协会)的802委员会制定了局域网的一系列标准，具体定义了常用的局域网络规范。例如：遵循 802
41、3垣世庄烈边旦笺业鹏太殴(Ethernet)。以太网按照其通信速率可分为10M、100M和1000M三种类型，其中1000M带宽多指交换机与交换机之间的主干线路的速率，计算机与计算机之间或计算机与交换机之间的速率以 100Mbps为主流。遵循 8025标准序列的局域网叫做令牌环网(TokenRing)。FDDI是一种双环结构光纤介质的100M高速局域网，被IEEE收录为 8028标准序列。常见的IEEE 802 标准有：IEEE8021：定义局域网体系结构、计算机互联、网络管理和性能测量等标准(1)IEEE802 2：定义逻辑链路控制标准。(3)IEEE802 3：定义 CSMA CD(带冲突
42、检测的载波侦听多路访问(4)IEEE802 4：定义令牌总线访问控制的令牌总线网标准。(5)IEEE802 5：定义令牌环介质访问控制的令牌环网标准。(6)IEEE802 6：定义城域网介质访问控制标准。(7)IEEE802 7-定义宽带局域网标准。(8)IEEE802 8-定义光纤局域网标准。(9)IEEE802 9：定义语言与数据综合局域网技术标准。(10)IEEE802 10：定义了交互操作局域网的安全规范。(11)IEEE802 11：定义了无线局域网技术标准。控制的以太网标准从以上 IEEE 802标准系列中，可以发现8021标准和 8022标准是所有其他IEEE局域网标准的基础，8
43、021标准又是 8022标准的基础。IEEE标准中包含了传输介质的配置标准。例如：(1)10Base-5标准，表示传输介质是同轴电缆(粗)、10M带宽和 500米距离等。(2)10Base-2标准，表示传输介质是同轴电缆(细)、10M带宽和 200米距离等。(3)100Base-T标准，表示传输介质是双绞线、loom 带宽和 160米距离等。(4)100Base-FP标准，表示传输介质是光纤、loom 带宽和 500米距离等。IEEE的802委员会制定的 LAN标准覆盖了 OSI的物理层和数据链路层。美国国家标准化组织(ANSl)也制定了局域网标准，例如，100M令牌环网络 FDDI(Fibe
44、rDistributed Data直连”和“交叉”两种线序连接，端头使用RJ-45 插头与设备接口连接，如图8 4所示对UTP 而言，直连线序要求两边的线序相同，常用于异种设备之间的连接，例如HUB 的连接；而交叉线序要求两边的线序发生1-3，2-6 交换，以满足同种设备的连接PC到PC的连接。粗缆可靠通信的最大长度为500米，数据传输速率为10Mbps。细缆可靠通信的最大长度为50米，数据传输速率为lOMbps。同轴电缆使用 T型插头与节点设备相连，电缆端头需要连接50n的终端匹配器。光纤有多模光纤、单模光纤和细光纤(尾纤)等多种。多模光纤的传输性能低于单模光纤。根多模光纤可靠传输的最大距离
45、是500米，而单模光纤可达5公里，原因是单模光纤的直径较小，折射角控制技术较为完善，光信号损失少。光纤的传输速度较高，可以达到1000Mbps 2网络适配器网络适配器简称网卡，含有连接插口，如图85所示。例如 NE2000，网络协议网络适配器是由盎的一个复杂系统。信息的交换必须按照共同的规约进行。例如通信双方需约定如何开始、如何识别通信内容、如何结束通信等。为了使不同类型的计算机能够联网工作，联网的计算机都要遵照协议标准进行交互。4网络地址网络地址就是表示节点位置的符号。地址概念是相对的，在不同的网络环境和不同模型层次工厂面瓦丙秀4面哥而丁下示寿面石进数据为目的，其中最重要的参数是源和宿(目的
46、)，计算机网络使用多种方法表示源地址和宿地址。例如：(1)节点名称。在网络中的计算机节点都需要有名称来进行标识。名称主要用于表现节占的身份特征。(2)传输地址。例如，IP地址和 IPX 地址等。(3)物理地址，也叫 MAC(MediaAccessControl，介质访问控制)地址。制造商在制造网络设备时，为满足即插即用的性能，每一个网络适配器都设定了一个48位长(6 字节)的数字标识，固化在ROM 中。例如每一个计算机网卡都具有MAC 标识号。在全世界范围内，以太网络设备的MAC 号是惟一的，所以MAC 号被当做认证以太网节点的惟一凭据，MAC 标识号也叫以太地址。5网络拓扑结构它反映了网络的
47、整体结构及各模块间的关系。应当注意网络逻辑拓扑结构与物理拓扑结构的区别，逻辑拓扑结构指局域网的节点与介质访问控制之间的冲突关系，物理结构是指局域网中计算机之间线路的连接形式。局域网最基本的拓扑结构有：(1)总线型。总线拓扑结构用一根传输线路作为骨干介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到该总线上，其中任何一个连接点发生故障，都会造成全线的瘫痪，如图86所示。任一时刻，只允许一个节点发送信息，其他节点处于接收状态，并且都将接收到数据包。总线拓扑结构的所有的节点共享一条公用的传输链路，在逻辑上把总线结构的所有节点都看做是一个“冲突域”。图 86 总线型结构(2)星型。星型拓扑结构是通过中心转
48、发设备向四周连接的链路结构，任何两个普通节间都只能通过中心转发设备进行转接。星型结构便于管理，但通信线材消耗较多，成本高。星型拓扑的可靠性较高，中心转发设备出故障才会引起全网瘫痪，如图87所示。(3)环型。网络节点连接成环形，而且所有的链路都按同一方向围绕着环进行循环传输。这种连接结构简单，是由一些中继器形成点到点链路，整体上组成一个闭合环。线路总路径长度较短。缺点是一个节点出故障就可以破坏全网的通信，如图 8 8所示。环型结构当一个以太网(Eemet)以10Base-T 标准进行配线时，中心采用集线器(HUB)连接，其物理拓扑结构是一个星型，但其逻辑拓扑结构却不是星型的。只有在交换式局域网(
49、Swiping LAN)中，中心节点都采用交换机，才真正出现了物理结构与逻辑结构统一的星在共享式通信的网络上，一次只有一个节点进行数据发送建立带宽的分配仲裁机制，该机制称为访问控制协议。访问控制协议基本要求如下：(1)每个节点都能公平地共享带宽。(2)每个站点在合理的时间内应获得访问介质的权利。(3)仲裁机制浪费的带宽必须最小化。共享式网络的性能取决于所选用的访问控制协议，以实现节点发送数据和节点接收数据的控制。目前被普遍采用的共享介质访问控制协议主要有以下三种：带有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMACD)、令牌环(TokenRing)和令牌总线(TokenBus)。其中的 CSMA CD、
50、TokenBus 用于总线型拓扑，TokenRing 用于环型拓扑。分别介绍如下：(1)带有冲突检测的载波侦听多路访问控制CSMA CD(Carrier Sense Multiple AccesswisCollisionDecfion)总线上某个站点若要发送数据，首先要对传输介质侦听，以决定介质上是否有其他站的发送信号存在。如果介质是空闲的，则可以发送：如果介质是忙的，则等待一定时间间隔后重试。当总线上两个站点监听到介质空闲而同时发送时，即产生了冲突。如果网络上没有检测冲突的功能，一旦冲突发生，将使总线的功能严重受损。CSMMCD是一种检测冲突的方案，每个站点在发送数据时，有检测冲突的能力，一