② 同步数据传输以数据快为单位进行发送，每个数据块内包含多个字符，收发双方需要建立同步时钟，适合高速系统。 7. 数据交换技术
数据在通信系统的源点和终点之间通常传送信道不是单一的一条，传送信号往往需要经过若干个中间节点的转接，并通过这些中间节点用存储—转发的方式传送数据，这就涉及数据交换技术。数据交换技术主要包括电路交换、报文交换、分组交换。
（1）电路交换：交换的概念最早来自电话系统。当用户拨号时，电话系统中的交换机在呼叫者的电话与接收者的电话之间建立一条时间的物理线路，即通话链路；此后两端的电话拥有该专用线路，直到通话结束；假如一次电话呼叫要经过若干交换机，则所有的交换机都要完成同样的工作。这种电话系统的交换方式成为电路交换技术。
（2）报文交换：又称为包交换，报文交换不需要实现建立物理电路，当发送方有数据要发送时，先将数据作为一个整体发送给中间交换设备，中间交换设备会将数据存储起来，然后选择一条合适的空闲输出线路将数据转发给下一个交换设备，如此循环直至将所有数据发送到目的节点。
（3）分组交换：是报文交换技术的改进，在分组交换网中，用户的数据被划分成一个个分组，而分组的大小有严格的上限，这样使得分组可以被缓存在交换设备的内存中而不需要存放在磁盘中；同时由于分组交换网能够保证任何用户都不能长时间独占某传输线路，因而它非常适合速率要求高的交互式通信。
3.4 计算机网络平台
3.4.1 计算机网络的构成
1. 主要特点：①信息传递，②资源共享，③增加可靠性，④提高系统处理能力。 2. 计算机网络的体系结构
国家标准化组织（ISO）于1977年提出一个使各种计算机都能互联的标准框架---开放式系统互联参考模型（OSI）。OSI模型是一个开放体系结构，它垂直地将网络分为7层，每一层完成独立的功能，设计者根据每一层特定的功能进行软硬件的开发。7层：①物理层，②数据链路层，③网络层，④传输层，⑤会话层，⑥表示层，⑦应用层。 3. 网络协议
在计算机网络中，用于规定信息的格式以及如何发送和接受信息的一系列规则成为网络协议。 网络协议是计算机网络设计、开发、运行的基础。
网络协议同样采用了分层的思想，通信问题被划分为许多个小问题，然后为每个小问题设计一个单独的协议。这样做是的每个协议的设计、分析、编码和测试都比较容易，网络协议有以下三个关键要素： （1）语法：定义协议中所使用数据快的格式； （2）语义：规定数据块格式的作用；
（3）定时：规定数据块的交换顺序和定时器的使用。 4. 计算机网络的分类
① 按拓扑结构分为：总线网、环形网、星形网等； ② 按传输媒体分为：有限网、无线网；
③ 按交互方式分为：电路交换网、分组交换网； ④ 按数据传输速率分为：高速网、低速网；
按网络覆盖范围的大小，分为局域网（LAN）、城域网(MAN)、广域网(WAN)、互联网。
（1）局域网：范围在几百米到几十千米内办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络。特点：
① 网络所覆盖的物理范围； ② 网络所使用的传输技术； ③ 网络的拓扑结构。
（2）城域网：采用的技术与局域网类似，知识规模上要大一些。 （3）广域网：通常是很大的物理范围，如一个或几个国家。
（4）互联网：将世界各地的局域网、广域网通过一定的方式连接起来，是的海量的信息能在更广阔的范围内传播，就构成了互联网。
26
3.4.2 互联网协议 1. TCP/IP协议体系
因特网发展的基础框架是传输控制协议/网际协议（TCP/IP）的协议簇，TCP/IP是一组协议，并根据其中最重要的两个协议（传输控制协议和网际协议）而命名。
TCP/IP的目的是为异构的物理网络提供统一的数据通信服务，是的在不同网络上相距很远的主机相互通信成为能与大多网络软件一样，TCP/IP按分层思想给网络建模，共包括应用层、传输层、网络层、网络接口四个层次。
应用层传输层网络层网络结构层FtP,Telnet,http,SMTPTCPIPUDPARPRARPEthernet,Token-ring,FDDI,X.25,ATM
TCP/IP协议
（1）应用层：是面向用户的通信应用程序统称。
（2）传输层：提供端到端的数据传输，把数据从一个应用传输到它的远程对等实体。UDP协议：也是传输协议，称为用户数据报协议（User Datagram Protocol, UDP）
（3）网络层：解决网际间的通信问题，而不是同一网段内部的事
（4）网络接口层：也称为数据链路层，将网络层的IP数据报变成独立的网络信息传输单元（帧），负责帧在物理线路上的发送与接收。 2. IP协议
（1）IP协议是TCP/IP协议簇网络层的核心，是因特网能够有效运行的基础。
IP协议最基本的功能是实现IP编址。基于TCP/IP的网络上每台设备的每个网络接口都必须有唯一的IP地址，这样才能保证数据准确传输。
传统的IP地址（IPv4）表示一个32位的无符号二进制数，通常用源点连接四个十进制数表示，如129.2.7.9表示一个合法的IP地址。
IP层给每个要在互联网中传输的数据包标记出源IP地址和目的IP地址，经过路由选择可以发送到通信的目的地。每个地址包含两包分，即网络号和主机号，就像电话号码由区号和本地号码两部分组成一样。对于某个网络上所有节点而言，网络地址部分是相同，而每个设备的主机部分地址则各个不同。
根据用户和安全级别的不同，IP地址还可以大致分为公共地址和私有地址。
（2）IP路由：IP路由是IP协议所规定的另一项重要功能，IP路由是指在不同网络间的数据手法选择路径连接。 （3）IP协议的版本：IPv4、IPv6。 3. TCP与UDP
（1）面向连接或非连接
TCP/IP协议体系的传输层包括两个重要的协议，即TCP和UDP。 （2）TCP与UDP的区别
TCP协议是面向连接的传输协议，而且提供的是可靠的传输服务，即在传输数据发生丢失时，重新传递该数据，适用于要求比较高的业务，这些业务都要求数据完好无缺的进行通信，如电子邮件，网页浏览、文件传输等。UDP是面向非连接的，没有差错重传机制，适用于对速率要求高但能容忍部分丢失包的业务，如视频会议，在线播放等实施多媒体业务。 （3）端口
端口概念有两种含义，第一种是主机、集线器、交换机、路由器与其他网络设备相连的接口，是物理意义上的端口；另一种是特指TCP/IP协议中逻辑意义上的端口，与TCP/IP协议簇中应用层协议紧密相连，是区分不同应用类型的标志号。
3.4.3 物联网与云计算
27
1. 物联网 （1）物联网
物联网是通过传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等信息传感器设备，并按照一定的协议，将各种物品与互联网连接起来进行信息交换和通信，以实现物物相连的互联网。
物联网的连接条件：
① 具有信息接收和发送器间； ② 具有一定的存储功能； ③ 具有中央处理器； ④ 具有操作系统；
⑤ 有可被识别的唯一标号； ⑥ 遵循物联网的通信协议。 （2）物联网与互联网
物联网是互联网的拓展和延伸，其技术的基础和核心仍是互联网，因此物联网必须能支持现有互联网中的基本协议。物联网中的节点必须具有智能处理能力，能够对物品实施智能控制、分析、加工和处理由各种传感器设备采集到的信息。 （3）物联网的发展
（4）物联网的层次构架：
① 感知层：采集各种有用信息，对物体进行识别和标记识别。
② 网络层：由能实现信息处理和通信，并能进行网络连接和管理的软硬件构成。
③ 应用层：提供物联网和用户之间的接口，将各行业对物联网的需求转化为具体的应用。 （5）物联网的用途：
2. 云计算
（1）云计算的定义
云计算（Cloud Computing）是一种基于因特网的超级计算机模式，它是分布式计算、并行计算、网格计算等计算机技术的发展和商业化的产物。云计算的原理是将大量由互联网连接的计算资源进行统一的管理和调度，构成一个计算资源池，根据用户的需求提供服务。 （2）云计算的特点
① 虚拟化技术：云计算平台利用软件技术来实现硬件资源的虚拟化管理、分配和应用。
② 安全和可靠性：云计算服务器提供最可靠、最安全的数据存储中心；用户数据被复制在云端的多个服务器节点上，完整性和可靠性比较高。
③ 灵活方便地获取服务：用户可以根据自己的需要和喜好来制定相应的服务、应用和资源。 ④ 高性价比：通过云进行计算服务，用户端的硬件设备要求很低，软件也不需要购买和升级。 （3）云计算与科技创新 （4）云计算三种服务模式：
① IaaS（Infrastructure-as-a-Service）：基础设施服务。用户通过因特网获得所需要的计算机基础设施服务，如存储空间和运算能力。
② PaaS(Plat-as-a-Service)：平台服务。将软件研发和平台作为一种服务，通过云让多个用户共享。
③ SaaS(Soft-as-a-Service)：软件服务。由云运营商提供软件应用，用户无需自己购买软件，而是通过因特网租用基于Web的软件，来实现数据库管理、数据处理、可续计算、游戏娱乐等各种服务。
3.5 数据库平台
3.5.1 数据处理技术的发展
数据处理包括对各种类型数据进行加工的处理操作，以及把处理过的数据合理组织、存储，随时为用户服务的管理操作。
① 数据处理包括对数据采集、整理、存储、加工、传输等；
28
② 数据管理包括对数据分类、编码、组织、存储、检索、维护等。 所以数据处理是基础，数据管理是核心。 1. 人工处理阶段
特点：由于每个应用程序都有属于自己的一组数据，各应用程序之间不能相互调用，所以必须在处理同一批数据的多个应用程序中重复存放这些数据，从而造成大量的数据冗余，不但加大了存储的容量，还容易造成数据的不一致。
应用程序 1应用程序 2?数据集 1数据集 2?应用程序 n数据集 n 人工阶段程序与数据的关系
2. 文件系统阶段
特点：文件系统建立了数据文件内部的数据结构，每个程序都通过自己的文件系统和相应的数据联系，每个文件系统都管理着某个程序需要的数据。但各个数据之间没有联系，或者说文件系统在整体上是无结构的。
应用程序 1应用程序 2?数据集 1数据集 2?存储应用程序 n数据集 n 文件系统系统阶段程序与数据的关系
3. 数据库系统阶段
数据库技术一方面实现了数据与程序的完全独立，另一方面又实现了数据的统一管理。众多程序或应用需要的各种数据，全部交给数据库系统管理，大大压缩了荣誉数据，实现了多用户、多应用数据的共享。
数据库具有数据结构化、高度共享、冗余度低、程序与数据相互度量、易于编制应用程序的优点。
应用程序 1应用程序 2数据库管理系统DBMS应用程序 n数据库DB
3.5.2 数据库系统的组成
数据库系统（Data Base System）是指以计算机系统为基础，以数据库方式管理大量共享数据的综合系统。
数据库系统的组成：数据库、计算机硬件系统、数据库管理系统、数据库管理员、用户（最终用户、应用程序设计员）。习惯上把数据库系统简称为数据库，但注意和仅有相关数据集合的数据库概念相区别。
?
数据库系统阶段程序与数据的关系
29
应用系统数据库管理系统操作系统计算机硬件数据库系统组成结构
1. 数据库 数据库（Data Base, DB）定义为：以一定的组织方式将特定组织各项应用相关的全部数据组织在一起并存在外存储器上所形成的、能为多个用户共享的、与应用程序彼此独立的一组相关联的数据集合。
数据库的主体是相关应用所需的全部业务数据的集合，称为物理数据库；用一个数据字典系统存放各级数据结构的描述，称为描述数据库。
2. 硬件支持系统：存储设备等。
3. 软件支持系统：软件支持系统最主要的是数据库管理系统（DBMS）软件，它是在计算机操作系统支持下运行的庞大的系统软件。用于利用该软件实现数据库的创建、操作使用和维护，它是数据库系统的核心。
4．数据库管理员：负责较大规模数据库系统的建立、维护和管理的人员。数据库管理员负责包括和控制数据，是使得数据能被任何有权限使用的人有效利用。其职责是：定义并存储数据库的内容，监督和控制数据库的使用，负责数据库的日常维护，必须时重新组织和改进数据库。
5. 用户：分为两类：一是对数据库进行联机查询和通过数据库应用系统的界面（菜单、表格、窗口、报表等）使用数据库的最终用户；另一类是负责应用程序模块设计和数据库操作的应用系统开发设计人员。
3.5.3 数据库系统的结构
数据库有严谨的体系结构，称为数据库的三级组织结构。
用户A1用户A2用户B1用户B2子模式A子模式/模式映射模式模式/物理模式映射物理模式（内模式）子模式BDBMS由数据库管理员建立和维护的模式12n物理数据库数据库三级模式结构
三级模式主要分为物理结构和逻辑结构。 描述物理结构的模式称为物理模式（内模式），它直接通过操作系统与硬件联系。一个数据库系统只有一个内模式。 描述逻辑结构的模式称为模式（概念模式、逻辑模式），它是数据库数据结构的完整表示，是所有用户的公共数据视图。一个数据库只有一个模式，它总是以某一种数据模型为基础，统一考虑所有用户的要求，并有机地综合成一个逻辑整体。模式仅仅是对数据型的描述，不设计具体数据值。
针对每个用户或应用，又由模式导出若干个子模式（外模式、用户模式）。子模式是直接面向用户的，用户能够看见并使用的局部数据的逻辑结构描述。每一个子模式都是模式的一个子集，也可以把它看成是模式的一个窗口。一个数据库可
30