网络就是计算机 Sun Microsystem Corp 第十三章网络地理信息系统 导读:本章首先介绍了计算机网络的基本知识,包括定义、拓扑结构、分类、网络 协议等,然后介绍了因特网以及目前流行的WwW和HIML语言 第二节讲述了基于网络的分布计算以及地理信息系统在分布计算环境下的具体实现 方案 第三节主要介绍了在web上发布空间数据,即实现 WebGIS的几种技术方案,并进 行了比较。 计算机网络技术 1.1网络的基本概念 1.1.1定义 计算机网络( Computer Network)是指实现计算机之间通讯的软件和硬件系统的统称 从广义上讲,利用磁盘在两台微机之间拷贝数据也可以认为是一种特殊的网络。它的更加具 体的定义是“以共享资源为目的,通过数据通讯线路将多台计算机互联而组成的系统”,共 享的资源包括计算机网络中的硬件设备、软件或者数据 1.1.2网络拓扑结构和分类 计算机网络中,网络结点(Node)计算机或者终端的连接方式称为网络的拓扑结构,它影 响着网络的设计、功能、可靠性以及通讯费用等方面,常见的拓扑结构有以下类型:(图13-1) 星形拓扑结构 总线拓扑结构 环形拓扑结构 树形拓扑 完全连接结构; 相交环形
网络就是计算机。 Sun Microsystem Corp. 第十三章 网络地理信息系统 导读：本章首先介绍了计算机网络的基本知识，包括定义、拓扑结构、分类、网络 协议等，然后介绍了因特网以及目前流行的 WWW 和 HTML 语言。 第二节讲述了基于网络的分布计算以及地理信息系统在分布计算环境下的具体实现 方案。 第三节主要介绍了在 Web 上发布空间数据，即实现 WebGIS 的几种技术方案，并进 行了比较。 1．计算机网络技术 1．1 网络的基本概念 1．1．1 定义 计算机网络（Computer Network）是指实现计算机之间通讯的软件和硬件系统的统称， 从广义上讲，利用磁盘在两台微机之间拷贝数据也可以认为是一种特殊的网络。它的更加具 体的定义是“以共享资源为目的，通过数据通讯线路将多台计算机互联而组成的系统”，共 享的资源包括计算机网络中的硬件设备、软件或者数据。 1．1．2 网络拓扑结构和分类 计算机网络中，网络结点(Node)计算机或者终端的连接方式称为网络的拓扑结构，它影 响着网络的设计、功能、可靠性以及通讯费用等方面，常见的拓扑结构有以下类型：（图 13-1） ⚫ 星形拓扑结构； ⚫ 总线拓扑结构； ⚫ 环形拓扑结构； ⚫ 树形拓扑； ⚫ 完全连接结构； ⚫ 相交环形；
不规则拓扑结构等等。 Computer Cable Cable 米 图13-1:网络拓扑结构(A.S. Tanenbaum) (1)总线结构,(2)环形结构,(3)星形结构,(4)树形结构 (5)完全连接,(6)相交环形,(7)不规则拓扑结构 计算机网络的种类繁多,性能各异,按照不同的原则可以有不同的分类方式,最常见的 是根据其空间分布范围的大小,区分为局域网(LAN- Local Area Network)、城域网 ( MAN-Metropolitan Area Network)和广域网( WAN-Wide Area Network) 1)局域网 是指在比较小的区域一一如一座办公大楼,一个校园,一个公司等内建立的计算机网络, 其通讯距离较短,传输速率较快,误码率低。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IFEE802.3,通常称为 Ethernet m(以太网),后者如IEEE8025, 即IBM的令牌环网( Token ring) 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( nternet))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( Wireless Network) 得到较快的发展,利用无线网,可以实现移动计算
⚫ 不规则拓扑结构等等。 Computer Cable (1) (2) Cable 图 13-1：网络拓扑结构(A. S. Tanenbaum) （1）总线结构，（2）环形结构，（3）星形结构，（4）树形结构， （5）完全连接，（6）相交环形，（7）不规则拓扑结构 计算机网络的种类繁多，性能各异，按照不同的原则可以有不同的分类方式，最常见的 是根据其空间分布范围的大小，区分为局域网(LAN-Local Area Network) 、城域网 (MAN-Metropolitan Area Network)和广域网(WAN-Wide Area Network)。 1）局域网 是指在比较小的区域——如一座办公大楼，一个校园，一个公司等内建立的计算机网络， 其通讯距离较短，传输速率较快，误码率低。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 IEEE 802.3，通常称为 EthernetTM(以太网)，后者如 IEEE 802.5， 即 IBM 的令牌环网(Token Ring)。 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(Wireless Network) 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( Advanced Research Project Agency)net。经过周密的策划,196年,分布于美国四所大学( UCLA UCSB,SR,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/P 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( National Science foundation)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( Electronic mail) 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( World Wide Web) 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-Hyper Text Markup Language)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,wAS等等。 1.2.3网络协议( Protocol〕和TcPP 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(SO发展和制定开放系统互连参考模型(OSI,Open System Interconnect Reference Model)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
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(Advanced Research Project Agency)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(National Science Foundation)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(Electronic Mail)； ⚫ 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(World Wide Web) 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-Hyper Text Markup Language)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，Open System Interconnect Reference Model）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,TCPP作为其基础协议,应用越来越广泛。TCPP狭义特 指两个协议及传输控制协议(TCP, Transformation Control protocol)和网际协议(P, Internet Protocol),广义指由多个与因特网相关的协议组成的TCP/P参考模型,或者称为TCPP协 议栈( Protocol stack), 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 ICPP应用层包括所有高层应用协议,如虚拟终端( TELNET)、文件传输(FTP,Fle ransfer Protoco)、电子邮件(SMIP, Simple Mail Transfer Protocol和POP3 PostOffice Protocol)、域名服务(DNS, Domain Name Service)以及Web上用来传递页面的超文本传输协 ix(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 应用层 应用层 表示层 会话层 模型中无 该层 传输层 传输层 网络层 Internet层 数据链路层 物理层 主机到网络 图13-2:OSI参考模型和TCPP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( nternet Engineering Task Force,因特网工程任务组)开始制订更新的IP协议标准,称为lpv6,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P地址之外,通常还有一个名称来表示。该名称称为域名( Domal Name),与PP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, Domain name System)。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 PKUEDU. 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),ed(教育界),gon(政府机构),i(特定的国际组织),mi(军队系统),net(网 络提供者),og(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 小一个国家和地区,如cn(中国),ca(加拿大,jp(日本)等等
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，Transformation Control Protocol)和网际协议(IP，Internet Protocol)，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(Protocol Stack)，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，File Transfer Protocol)、电子邮件(SMTP，Simple Mail Transfer Protocol 和 POP3-PostOffice Protocol)、域名服务(DNS，Domain Name Service)以及 Web 上用来传递页面的超文本传输协 议(HTTP，Hyper Text Transfer Protocol)。 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： 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 传输层 Internet 层 主机到网络 模型中无 该层 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(Internet Engineering Task Force, 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（Domail Name），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，Domain Name System）。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( Web server),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 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 XE Microsoft Internet Explorer FI Netscape Navigator 在Web站点上,采用HIML编写文档,通常称为超文本( Hyper Text),“超”的意思是指 在文档中包含对其它文档的超链接( Hyper Link),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( Hyper Mdia)这个概念。HIML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HIML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(HTP)来发送请求和信息。 在浏览Web时,首先会碰到URI( Uniform Resource Locator,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 :(:) 个 Http Url如下 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HITP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 Http Url的例子: http://www.pku.edu.cn/newsl/index.htm 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:
1．2．5WWW、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(Web Server)，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 Microsoft Internet Explorer 和 Netscape Navigator。 在 Web 站点上，采用 HTML 编写文档，通常称为超文本(Hyper Text)，“超”的意思是指 在文档中包含对其它文档的超链接（Hyper Link），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(Hyper Media)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(Uniform Resource Locator,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： ：（:） 一个 HTTP URL 如下： http://:? 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 HTTP URL 的例子： http://www.pku.edu.cn/news1/index.htm 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GS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 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CS模型 分布式系统 istributed System)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( Centralized System)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:分布式系统的优势一与集中式系统比较[A.S. Tanenbaum] 项目 描述 多个微处理器提供了更好的性能/价格比 速度 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:分布式系统的优势一与微机系统比较[A.S. Tanenbaum] 项目 描述 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] 当前支持分布式系统的软件 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。HIIP、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
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(Distributed System)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(Centralized System)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] 项目 描述 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] 项目 描述 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。 客户端 服务器 客户端 请求 信息 客户端 服务器 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 中央服务器 数据集中式中央服务器 客户端 功能集中式客户端 中央服务器 全分布式 客户端 客户端 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。 Arc View可以与ESRI的 ARC/INFO、与作为服务器的SDE、 Prestorm,通过网络软件系统 NFS或者网络AP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
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。 客户端 服务器 客户端 客户端 服务器 请求 信息 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 中央服务器 数据集中式 中央服务器 客户端 功能集中式 客户端 中央服务器 全分布式 客户端 客户端 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
Client 应用程序 服务器 数据管理 数据 服务器 服务器 Client Client 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 Restore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 数据服务器 DBMS服务器 地理信息系统其它 地理信息系统 其它 软件系统 软件系统 软件系统 软件系统 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GS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
应用程序 服务器 数据管理 服务器 数据 服务器 Client Client Client Client 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。 (a) (b) 数据服务器 地理信息系统 软件系统 其它 软件系统 DBMS 服务器 地理信息系统 软件系统 其它 软件系统 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
地理信息系统服务器 地理信息系统 件系统 其它软件系统 数据存数据库管 数据存 据库管 储器 理系统 储器 理系统 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
地理信息系统服务器 地理信息系统 软件系统 其它软件系统 数据存 储器 数据库管 理系统 数据存 储器 数据库管 理系统 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 图系统和组织类地址分布 数据传输操作 升级可能性 适用于地方政单一地址 与其它已有站点之间「可以升级为基于 府、工程单位的 的数据传输没有特殊主机的网络或者 单个部门的少 的要求,数据可以通具有其它智能工 量用户用于数 过磁带等介质或者进作站的网络 据获取、地图生 行批量传输 作为小型多用「拥有大量外围处其它来源的数据可以一些附加设备可 户系统,用来支理单元被分配在通过磁带等介质或者以添加在异步端 持数据获取、地一建筑物的一层直接进行批量传输口上,可以升级为 图生产、数据库或者相邻几层,远 局域网 和图形查询应程用户通过拨号 用,服务于政府上网与系统连接 机构或企事业 单位的一个或 几个部门 适用于中型到|在同一建筑物内,周期性数据交换可以「设备可以灵活增 大型的政府或多个地址直接相通过磁带等介质进加以达到大型主 企事业单位的连:新增加的工作行,也可以利用网关机处理器的计算 组织结构,用户站或其它设备可与其它计算机网络进容量 通过进入大型以通过远程联结行传输,微机数据的 主机数据库进|与图形控制器以|传输容易建立 行查询、分析和及通讯处理器相 制图 四|用于小型到中分配于同一建筑可以通过微机桌面传增设的微机和服 型的政府部门物内 输装置或拨号上网来务器可以容易的 或公司单位 进行数据交换 添加到环形网络 五适用于需要大同一建筑物内或数据传输在网络上进局域网可以通过 量制图与地理者临近建筑物之行,远程通过批量数中继器扩展到更 分析的中型到间的局域网上,其据文件或磁带交换,大的地区,多个局 大型的政府、公它用户通过远程也可通过网关连接到域网可以通过网 共事业和公司通讯线路与局域|其它网络 桥连接在一起 单位组织的多网相连 个分组部门 六设置在局域网「同一建筑物内或以主机来维持主数据可以增加外设,工 上,支持具有主者临近建筑物之库,可以进行批量文作站和处理单元 机处理单元的间的局域网上,其件或磁带的数据传输直至达到网络限 多用户,适用于它用户通过远程 制,可以通过中继 多部门背景通讯线路与局域 器扩展其它建筑 网相连 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
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 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 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