一、計算機網(wǎng)絡的定義

計算機網(wǎng)絡是指實現(xiàn)計算機之間通訊的軟件和硬件系統(tǒng)的統(tǒng)稱，是以共享資源為目的，通過數(shù)據(jù)通訊線路將多臺計算機互連而成的系統(tǒng)。共享的資源包括計算機網(wǎng)絡中的硬件設備、軟件或者數(shù)據(jù)。

二、網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)和連接方式

計算機網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡的結(jié)點計算機或終端設備的連接方式稱為網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)。它影響著網(wǎng)絡的設計、功能、可靠性以及通訊費用等方面，常見的拓撲結(jié)構(gòu)有以下幾種：第一節(jié)

計算機網(wǎng)絡的概念和類型

1．星形

星狀網(wǎng)絡由一個中央節(jié)點和與其相連的許多分支節(jié)點組成，他使得分布在網(wǎng)絡各個節(jié)點之上的用戶所使用的數(shù)據(jù)以及他們在網(wǎng)絡上所從事的各種應用，具有一定程度的集中控制性，如下圖所示。星狀網(wǎng)絡的一個優(yōu)點，就是網(wǎng)絡中的每個計算機都以獨立的網(wǎng)線通過中繼器與其他計算機相連，如果某個計算機的網(wǎng)絡段出現(xiàn)故障，不會影響整個網(wǎng)絡的運行，并且故障也很容易排除；缺點是網(wǎng)絡的擴大受中繼器的限制，而且中繼器的故障會導致整個網(wǎng)絡停止運行。

星形網(wǎng)絡

2．環(huán)形

環(huán)狀網(wǎng)絡是所有節(jié)點串行連接而形成的一個封閉環(huán)路。其優(yōu)點是接口功能簡單，節(jié)點增減方便，信息單向傳輸、無路徑選擇，以實現(xiàn)信息的廣播式發(fā)送，缺點是可靠性差，環(huán)狀網(wǎng)絡如下圖所示。

數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流

環(huán)形網(wǎng)絡

3．總線形總線網(wǎng)絡具有一條中央線，其上可以連接各種設備。在網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)設計中，總線網(wǎng)絡是一種局域網(wǎng)常見的網(wǎng)絡。它的優(yōu)點是費用低、易擴大，缺點是不易維護，網(wǎng)絡中任一段發(fā)生故障都會導致整個網(wǎng)絡的運行終止，而且在聯(lián)機較多的情況下故障網(wǎng)段不易查找。總線網(wǎng)絡如下圖所示。服務器支持下的輸入輸出設備（打印機、掃描儀等）LAN數(shù)據(jù)流服務器連接下的計算機總線網(wǎng)絡

三、計算機網(wǎng)絡的類型

計算機網(wǎng)絡種類繁多、性能各異，按照不同的原則可以有不同的分類方式，最常見的是根據(jù)其空間分布范圍的大小，區(qū)分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。

1．局域網(wǎng)是在較小的區(qū)域，如一個辦公樓、一個實驗室、或一個公司內(nèi)建立的計算機網(wǎng)絡，其通訊距離較短，傳輸速率較快，誤碼率低。主要采用的拓撲結(jié)構(gòu)是總線結(jié)構(gòu)和環(huán)形結(jié)構(gòu)。

2．城域網(wǎng)基本上是一個大的局域網(wǎng)，采用與局域網(wǎng)類似的拓撲結(jié)構(gòu)，它可以覆蓋一個城市，實現(xiàn)信息共享。

3．廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)最根本的特點是其機器分布范圍廣，可以實現(xiàn)大范圍的信息共享，因特網(wǎng)（Internet）就屬于廣域網(wǎng)的范疇。廣域網(wǎng)可采用多種拓撲結(jié)構(gòu)，如星形、環(huán)形、完全連接甚至是不規(guī)則的拓撲結(jié)構(gòu)。

四、因特網(wǎng)（Internet）

Internet是指由眾多的網(wǎng)絡相互連接而成的全球范圍內(nèi)的最大的計算機網(wǎng)絡，Internet的出現(xiàn)改變了人們傳統(tǒng)的工作、學習、生活模式。它允許使用者在任何時間、任何地點查閱任何在網(wǎng)絡上的信息，我們真正感覺到了世界已經(jīng)是足不出戶，一覽天下。Internet采用TCP/IP協(xié)議，它可以連接各種各樣的計算機和各種網(wǎng)絡，無論是PC、Macintosh、UNIX、系統(tǒng)工作站、大中型計算機以及各種局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，只要遵循共同的通信協(xié)議TCP/IP，都可以連接到Internet中。目前Internet提供的服務主要有：E-Mail電子郵件、WWW（WorldWideWeb）瀏覽、FTP文件傳輸、Telnet遠程登陸、Usenet新聞組等。第二節(jié)

網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)

一、分布式系統(tǒng)

分布式系統(tǒng)是指一組獨立計算機的集合，在網(wǎng)絡中的一次通信過程要涉及到多臺計算機的配合，但從用戶的角度來看，如同于一臺計算機。與集中式系統(tǒng)以及獨立的微機系統(tǒng)相比，分布式系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：

項目描述

經(jīng)濟多個微處理器提供了更好的性能和價格比

速度一個分布式系統(tǒng)比大型機有更好的總體計算能力

固有的分布一些應用系統(tǒng)需要運行于空間上分離的機器

可靠性如果一臺機器崩潰，整個系統(tǒng)還能夠運行

增量發(fā)展計算能力能夠以很小的增量增長

分布式系統(tǒng)的優(yōu)勢——與微機系統(tǒng)相比[A.S.Tanenbaum]項目描述數(shù)據(jù)共享允許多個用戶訪問同一數(shù)據(jù)庫設備共享允許多個用戶共享昂貴的外設通訊使人與人之間的通訊變得簡單，如Email靈活性以最有效的方式將工作量分布在所有可用的機器上增量發(fā)展計算能力能夠以很小的增量增長

分布式系統(tǒng)的不足之處[A.S.Tanenbaum]項目描述軟件當前支持分布式系統(tǒng)的軟件較少網(wǎng)絡網(wǎng)絡可能充滿了或者引發(fā)其他的錯誤安全性容易使得需要保密的數(shù)據(jù)被訪問

客戶機/服務器（C/S）模型是一種分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其基本思想是某些計算機提供其他計算機可以訪問的服務。任何提供服務的一方稱為服務器，而訪問該服務的一方稱為客戶機。一個客戶機/服務器機制可以有多個客戶端，或者多個服務器，或者兼而有之。在網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)的實現(xiàn)中，客戶機/服務器模型是經(jīng)常采用的一種方案。

客戶服務器客戶客戶服務器信息

請求

目前，基于客戶端/服務器體系結(jié)構(gòu)，并在網(wǎng)絡支持下的分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。由于GIS的固有特點，使得運行于網(wǎng)絡上的分布式系統(tǒng)特別適合于構(gòu)造較大規(guī)模的GIS應用，其應用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1．數(shù)據(jù)的分布：在地理信息系統(tǒng)中，主要數(shù)據(jù)是空間數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)生產(chǎn)和更新的要求，常常需要存放在空間上分離的計算機上。

2．應用功能的分布：GIS的功能組成了由空間數(shù)據(jù)錄入到輸出的一個工作流程，不同的人員由于其關(guān)注的信息不同，需要不同的功能服務對數(shù)據(jù)處理，將應用分布在網(wǎng)絡上就可以解決該問題。

3．外設共享：外設的分布是服務分布的一種，由于許多GIS外設比較昂貴，如大幅面工程掃描儀、數(shù)字化儀、噴墨繪圖儀等，通過分布式系統(tǒng)，可以實現(xiàn)這些設備的共享。

4．并行計算：在地理信息系統(tǒng)中，許多模型具有較高的時間復雜性，利用分布式系統(tǒng)可以實現(xiàn)并行計算，縮短計算時間。

二、網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)的組合方式

在分布式網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)中，客戶機和服務器分別由相應的軟件、硬件以及數(shù)據(jù)庫組成，其組合方式可以按照數(shù)據(jù)和應用功能的分布分成五種。

組合方式數(shù)據(jù)應用功能全集中式中央服務器中央服務器數(shù)據(jù)集中式中央服務器客戶端功能集中式客戶端中央服務器全分布式客戶端客戶端函數(shù)庫分布式客戶端或服務器中央服務器存儲，客戶端動態(tài)連接執(zhí)行客戶客戶客戶客戶應用程序服務器數(shù)據(jù)服務器數(shù)據(jù)管理服務器局域網(wǎng)中繼器廣域網(wǎng)

全集中式地理信息系統(tǒng)示意圖

1．全集中式全集中式的地理信息系統(tǒng)把軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫全部集中在中央服務器上，客戶系統(tǒng)只負責用戶界面功能，即獲得用戶指令并傳遞給服務器，顯示查詢結(jié)果，提供系統(tǒng)的輔助功能。

2．數(shù)據(jù)集中式

網(wǎng)絡系統(tǒng)專門設置集中的數(shù)據(jù)存儲和管理服務，網(wǎng)絡的其他部分稱為數(shù)據(jù)客戶，它們一般是帶有一定功能的GIS軟件如下圖所示。

數(shù)據(jù)服務器GIS軟件系統(tǒng)其他軟件系統(tǒng)DBMS服務器GIS軟件系統(tǒng)其他軟件系統(tǒng)

數(shù)據(jù)集中式地理信息系統(tǒng)示意圖（左圖采用網(wǎng)絡文件系統(tǒng)；右圖采用數(shù)據(jù)庫服務器）

3．功能集中式

與數(shù)據(jù)集中式相反，功能集中式的網(wǎng)絡信息系統(tǒng)把絕大部分的功能集中在一個或者幾個容量大、性能高的服務器上，由他們負責所有的分析和處理，數(shù)據(jù)則分散在客戶端存儲和管理如下圖所示。

RDBMS服務器GIS軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器RDBMS其他軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器RDBMS

功能集中式地理信息系統(tǒng)示意圖

4．全分布式全分布式系統(tǒng)是原有的非網(wǎng)絡化的信息系統(tǒng)自然進化的結(jié)果。在全分布式系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)具有完備的數(shù)據(jù)庫及地理信息系統(tǒng)軟件和其他應用軟件，在網(wǎng)絡中同時扮演客戶和服務器的角色。各個子系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境和特性及擁有的數(shù)據(jù)都很可能不一樣，但同時又有很密切的聯(lián)系和互補性。系統(tǒng)的集成，通過網(wǎng)絡操作系統(tǒng)及各個子系統(tǒng)提供的API實現(xiàn)。實現(xiàn)全分布式網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)，往往需要基于已有的系統(tǒng)平臺進行二次開發(fā)，使它們能夠相互協(xié)作如下圖所示。

ARCVIEWPCWindowsAVSIBMRISCARC/INFODEC工作站ORACLE并行計算機ARCSTORM多處理器ERDASSun工作站專家系統(tǒng)HP工作站SDE多處理器SpatialModelsDEC工作站全分布式地理信息系統(tǒng)示意圖

5．函數(shù)庫服務器傳統(tǒng)的軟件系統(tǒng)一般是靜態(tài)的，為了提供更多的功能，系統(tǒng)變得越來越大，而實際上，對于每一個用戶來說，通常需要有限的功能，這樣就造成了系統(tǒng)資源的浪費。對于集中式系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的擴大將加大中央服務器的負擔，造成系統(tǒng)性能的下降，而全分布式系統(tǒng)實現(xiàn)又較為復雜。函數(shù)服務器把優(yōu)化的功能函數(shù)存儲在服務器上，通過網(wǎng)絡按用戶要求動態(tài)合成應用軟件，并使其在客戶上運行，從而從根本上改變了傳統(tǒng)的資源分配和軟件運行及維護方式。基于分布構(gòu)件模型（CORBA或DCOM）構(gòu)造的軟件系統(tǒng)可以在一定程度上實現(xiàn)函數(shù)庫服務器。

三、網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)的概念設計

從邏輯上講，基于用戶的功能需求進行概念設計是大多數(shù)計算機網(wǎng)絡軟硬件配置設計的第一步。概念設計應當基于如下要點：①對用戶的應用意圖有充分的了解；②掌握計算機硬件和計算機通訊的基本概念知識；③了解已經(jīng)存在的并有可能影響設計的條件，包括現(xiàn)有軟件系統(tǒng)以及通訊設施；④對有可能影響系統(tǒng)設計的計算機技術(shù)及其發(fā)展的現(xiàn)有狀況應有充分認識。概念設計應當對在地理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡配置中的硬件、軟件功能和作用給予說明，并對設備與應用之間的關(guān)系給予描述，它應當能夠在所涉及的網(wǎng)絡系統(tǒng)真正實現(xiàn)時，有利于系統(tǒng)功能重審及其修改，有利于系統(tǒng)價值的估算，并為更詳細的特殊定義提供基礎，同時他還應當對系統(tǒng)能夠在新的應用、新的用戶和擴展數(shù)據(jù)庫方面的發(fā)展給予描述。

典型的概念設計實例

實例1：

如圖所示，系統(tǒng)組織類型：適用于地方政府、工程單位的單個部門的少量用戶用于數(shù)據(jù)獲取、地圖生產(chǎn)。地址分布：單一地址。數(shù)據(jù)傳輸操作：與其他已有站點之間的數(shù)據(jù)傳輸沒有特殊的要求，數(shù)據(jù)可以通過磁帶等介質(zhì)或者進行批量傳輸。升級可能性：可以升級為基于主機的網(wǎng)絡或者具有其他智能工作站的網(wǎng)絡。

擁有外設的超級工作站

打印機DATA繪圖儀數(shù)字化儀主處理器其他網(wǎng)絡超級微機工作站主處理器外部設備外部設備

具有多處理單元和中央數(shù)據(jù)存儲的局域網(wǎng)

實例2：如圖所示，系統(tǒng)組織類型：設置在局域網(wǎng)上，支持具有主機處理單元的多用戶，適用于多部門背景。地址分布：同一建筑物內(nèi)或者臨近建筑物之間的局域網(wǎng)上，其他用戶通過遠程通信線路與局域網(wǎng)相連。數(shù)據(jù)傳輸操作：以主機來維持主數(shù)據(jù)庫，可以進行批量文件或磁帶的數(shù)據(jù)傳輸。升級可能性：可以增加外設、工作站和處理單元直至達到網(wǎng)絡限制，可以通過中繼器擴展其他建筑物，多個局域網(wǎng)可以通過網(wǎng)橋連接在一起，可以增加網(wǎng)關(guān)連接多個網(wǎng)絡。第三節(jié)WEBGIS

一、WebGIS概念

飛速發(fā)展的Internet/Intranet已經(jīng)成為GIS新的系統(tǒng)平臺。利用Internet技術(shù)，在Web上發(fā)布空間數(shù)據(jù)，供用戶瀏覽和使用，是GIS發(fā)展的必然趨勢。所謂WebGIS是在Internet信息發(fā)布、數(shù)據(jù)共享、交流協(xié)作基礎之上實現(xiàn)GIS的在線查詢和業(yè)務處理等功能，Web分布式交互操作是工作的重心。

WebGIS的基本組成包括：1．Web服務器；2．Browser瀏覽器（GIS插件）；3．頁面描述語言：HTML，VRML；4．Web交互程序：JAVA，CGI，ActiveX；5．GIS數(shù)據(jù)庫管理器：ARCSTORM，SDE。WebGIS體系結(jié)構(gòu)

二、WebGIS設計思想與實現(xiàn)方法

1.CGI-通用網(wǎng)關(guān)接口

GIS廠商在其產(chǎn)品基礎上發(fā)展INTERNET解決方案，通常采用CGI，即提供專用空間數(shù)據(jù)庫的Web接口。CGI是連接應用軟件和Web服務器的標準技術(shù)，是HTML的功能擴展。

CGI程序與HTML結(jié)合實現(xiàn)交互式動態(tài)通訊。例如，為了讓用戶可以存取數(shù)據(jù)庫中的信息，CGI可被用來連接網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫服務器，在系統(tǒng)中起通訊橋梁作用，通過HTML將客戶端請求傳給Web服務器，再利用專門的CGI訪問GIS服務器，GIS服務器承擔查詢計算工作，將結(jié)果構(gòu)建成一個HTML文擋反饋給Web服務器，再傳回客戶端瀏覽器。

2．PLUG-INSGIS插件基于CGI的系統(tǒng)僅提供給用戶端(client)有限的GIS功能，傳給用戶的信息都是靜態(tài)的，而且用戶的GIS操作都需要由服務器來處理。解決這個問題的方法是把一部分服務器上的功能移到用戶端上，這樣不僅加快了用戶操作的反應速度，而且也減少了互聯(lián)網(wǎng)上的流量。標準萬維網(wǎng)瀏覽器只提供了一些最基本的瀏覽和導航功能，而缺乏處理地理空間數(shù)據(jù)的能力。一種方法是安裝額外能和網(wǎng)絡瀏覽器交換信息的專門GIS軟件。這種增加網(wǎng)絡瀏覽器功能的方法就叫“插入法”Plug-ins。為便于其他軟件廠商發(fā)展插入型軟件，Netscape公司專門提供了一套應用程序接口(API)。目前這種插入軟件已被普遍采用，在多媒體領域尤為明顯。

3.互聯(lián)網(wǎng)程序語言（JAVAAPPLET）

盡管插件可以和網(wǎng)絡瀏覽器一起有效處理空間數(shù)據(jù)，但這種方法仍有不少缺陷。首先，它將導致用戶端負擔過重，因為幾乎每個軟件廠商都希望它的軟件能與互聯(lián)網(wǎng)兼容。這顯然不符合標準網(wǎng)絡瀏覽器便宜簡單的設計思想。其次，眾多的插入軟件的管理會成為信息技術(shù)部門的一個大問題，因為任何人只要可以連上互聯(lián)網(wǎng)都可以接收最新的插入軟件，為解決上述各種問題，互聯(lián)網(wǎng)程序語言應運而生。互聯(lián)網(wǎng)程序語言的出現(xiàn)標志著WebGIS的開始，目前最普及的互聯(lián)網(wǎng)程序語言是由SUN公司開發(fā)的Java。

Java是一種面向?qū)ο蟮挠嬎銠C語言，其特點是簡潔動態(tài)適應性強，運行穩(wěn)定、安全，對網(wǎng)絡而言，與計算機結(jié)構(gòu)體系無關(guān)，容易移植，在一種系統(tǒng)下發(fā)展的應用軟件可以直接在完全不同的系統(tǒng)下運行。

4.ActiveX方法（第二種互聯(lián)網(wǎng)程序語言）第二種互聯(lián)網(wǎng)程序語言是由微軟公司提出的ActiveX，其實ActiveX是由OLE技術(shù)基礎上發(fā)展起來的，ActiveX仍然依賴現(xiàn)有OLE編程體系來達到增加互聯(lián)網(wǎng)的交互性目的，方法之一是利用一個