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第1章 緒論
“19世紀(jì)是鐵路的時(shí)代，20世紀(jì)是高速公路的時(shí)代，21世紀(jì)是網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代。”互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的迅速崛起和在全球范圍內(nèi)的飛速發(fā)展，使萬維網(wǎng)（WorldWideWeb，WWW或Web）成為高效的全球性信息發(fā)布渠道。這一技術(shù)正在以很快的速度進(jìn)入千家萬戶，它將把地球變成一個小小的村落，網(wǎng)絡(luò)時(shí)代已經(jīng)來臨。隨著Internet技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對GIS的需求，利用Internet在Web上發(fā)布和出版空間數(shù)據(jù)，為用戶提供空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢（query）和分析等功能，已經(jīng)成為GIS發(fā)展的必然趨勢。于是，基于Internet技術(shù)的地理信息系統(tǒng)――互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（WebGIS）就應(yīng)運(yùn)而生，WebGIS為地理信息和GIS服務(wù)通過Internet在更大范圍內(nèi)發(fā)揮作用提供了新的應(yīng)用平臺。
1.1 WebGIS的基本概念
GIS是一項(xiàng)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的管理和研究空間數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)。圍繞著這項(xiàng)技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用，形成了一門交叉性、邊緣性的學(xué)科。在計(jì)算機(jī)軟件、硬件支持下，它可以對空間數(shù)據(jù)按地理坐標(biāo)或空間位置進(jìn)行各種處理，研究各種空間實(shí)體及其相互關(guān)系。隨著分布式計(jì)算技術(shù)、面向?qū)ο蟮慕M件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及Internet在社會生活中的日益普及出現(xiàn)了與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的GIS――WebGIS，并迅速成為目前GIS發(fā)展的最重要的方向。
WebGIS，簡言之，就是利用Web技術(shù)來擴(kuò)展和完善GIS的一項(xiàng)新技術(shù)。由于超文本傳輸協(xié)議（hypertexttransferprotocol，HTTP）采用基于客戶機(jī)/服務(wù)器（client/server，C/S）的請求/應(yīng)答機(jī)制，具有較強(qiáng)的用戶交互能力，可以傳輸并在瀏覽器上顯示多媒體數(shù)據(jù)，而GIS中的信息主要是需要以圖形、圖像方式表現(xiàn)的空間數(shù)據(jù)，用戶通過交互操作，對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢分析。這些特點(diǎn)使得人們完全可以利用Web來尋找他們所需要的空間數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行各種操作。
WebGIS是Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物，是一種基于Internet的OpenGIS。一般把互聯(lián)網(wǎng)中的GIS稱為WWWGIS或WebGIS，中文名為萬維網(wǎng)GIS。WebGIS就是以WWW的Web頁面作為GIS軟件的用戶界面，把Internet和GIS技術(shù)結(jié)合在一起，能夠進(jìn)行各種交互操作的GIS，它是一種大社會級的GIS。Web頁面使用超媒體技術(shù)和超文本鏈接語言，使得對WWW的操作更富有靈活性和趣味性。以Web作為GIS的用戶界面，將一改以往GIS軟件用戶界面呆板生硬的面孔，更利于GIS大眾化。
1.2 WebGIS的應(yīng)用特點(diǎn)
傳統(tǒng)GIS大多為獨(dú)立的單機(jī)結(jié)構(gòu)，空間數(shù)據(jù)采用集中式處理；而WebGIS采用了基于Internet的瀏覽器/服務(wù)器（browser/server，B/S）體系結(jié)構(gòu)，不同部門數(shù)據(jù)可以分別存儲在不同地點(diǎn)的Server上，每個GIS用戶作為一個Client端通過Browser與Server交換信息，可以與網(wǎng)上其他非GIS信息進(jìn)行無縫連接和集成。WebGIS可以實(shí)現(xiàn)對各種傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)的相互操作和共享，以便充分利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源。WebGIS還可以用于內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）以建立各部門內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)GIS，實(shí)現(xiàn)局部范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)共享。WebGIS不但改變了傳統(tǒng)GIS的設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用方法，而且完全改變了空間數(shù)據(jù)的共享模式。WebGIS涉及在網(wǎng)絡(luò)（Internet/Intranet）環(huán)境下，地理信息（圖像、圖形和與此相關(guān)的文本數(shù)據(jù)）的模型、傳輸、管理、分析、應(yīng)用的理論與技術(shù)。作為GIS的一種新形式，WebGIS無論是在理論研究，還是在應(yīng)用方面都還處于蓬勃發(fā)展階段，其最終目標(biāo)是應(yīng)能實(shí)現(xiàn)GIS與Internet技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，真正成為一種大眾使用的工具。從Internet的任意一個節(jié)點(diǎn)，Internet用戶可以瀏覽WebGIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、制作專題圖，以及進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS進(jìn)入千家萬戶。其應(yīng)用特點(diǎn)可以分為以下幾個層面。
1.空間數(shù)據(jù)發(fā)布
由于能夠以圖形方式顯示空間數(shù)據(jù)，較之于單純的FTP方式，WebGIS使用戶更容易找到需要的數(shù)據(jù)。
2.空間查詢檢索
利用瀏覽器提供的交互能力，進(jìn)行圖形及屬性（attributes）數(shù)據(jù)庫的查詢檢索。
3.空間模型服務(wù)
在服務(wù)器端提供各種空間模型的實(shí)現(xiàn)方法，接收用戶通過瀏覽器輸入的模型參數(shù)后，將計(jì)算結(jié)果返回。換言之，利用Web不僅可以發(fā)布空間數(shù)據(jù)，也可以發(fā)布空間模型服務(wù)，形成B/S。
4.Web資源的組織
在Web上，存在著大量的信息，這些信息多數(shù)具有空間分布特征，如分銷商數(shù)據(jù)往往有其所在位置屬性，利用地圖對這些信息進(jìn)行組織和管理，并為用戶提供基于空間的檢索服務(wù)，這些都可以通過WebGIS實(shí)現(xiàn)。
與傳統(tǒng)的GIS相比，WebGIS的特殊性主要表現(xiàn)在：
（1）它必須是基于網(wǎng)絡(luò)的客戶機(jī)/服務(wù)器系統(tǒng)，而傳統(tǒng)的GIS大多數(shù)為獨(dú)立的單機(jī)系統(tǒng)；
（2）它利用Internet來進(jìn)行客戶端和服務(wù)器之間的信息交換，這就意味著信息的傳遞是全球性的；
（3）它是一個分布式系統(tǒng)，用戶和服務(wù)器可以分布在不同地點(diǎn)和不同的計(jì)算機(jī)平臺上。
第2章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本原理
本章內(nèi)容主要包括：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本知識、TCP/IP協(xié)議的概念和基本內(nèi)容、Internet的應(yīng)用層協(xié)議、Web開發(fā)技術(shù)等基本知識等。
2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述
2.1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展
1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和用以組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的多臺計(jì)算機(jī)以及各種通信設(shè)備構(gòu)成。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，每臺計(jì)算機(jī)都是獨(dú)立的，任何一臺計(jì)算機(jī)都不干預(yù)其他計(jì)算機(jī)的工作，它們之間的關(guān)系是建立在通信和資源共享上的。所以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義為：凡是將地理位置不同，并具有獨(dú)立功能的多個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過通信設(shè)備和線路連接起來，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享的系統(tǒng)，稱其為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它包括以下三個方面的內(nèi)容：
（1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由兩臺或兩臺以上的計(jì)算機(jī)連接起來的系統(tǒng)。
（2）兩臺或兩臺以上的計(jì)算機(jī)之間交換信息、數(shù)據(jù)必須有一條通信通道。
（3）計(jì)算機(jī)之間通信和交換信息需要有共同遵守的規(guī)則，這就是協(xié)議。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件就是根據(jù)協(xié)議開發(fā)出的軟件。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是突破地理范圍限制集合的大量計(jì)算機(jī)設(shè)備群體，它們彼此用物理通道互聯(lián)，并遵守共同的協(xié)議而進(jìn)行數(shù)據(jù)通信（協(xié)議時(shí)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，通信雙方共同遵守的一組規(guī)則），從而實(shí)現(xiàn)用戶對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各互連計(jì)算機(jī)設(shè)備群體的共享。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是人們彼此進(jìn)行交流的工具，它能促進(jìn)人們進(jìn)行廣泛的思想交流，促進(jìn)知識迅速更新，使信息得到充分利用和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源共享。
2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展
1）遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)階段在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中，第一個階段為遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)階段（圖2.1）。它是面向終端的計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)。遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸方面利用公用電話網(wǎng)系統(tǒng)傳輸計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)數(shù)字終端信號的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的結(jié)合，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究和開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)稱為第一階段計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
2） 計(jì)算機(jī)互連階段
報(bào)文分組交換概念的提出與應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信方式由終端與計(jì)算機(jī)之間的通信，發(fā)展到計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的直接通信，即計(jì)算機(jī)互聯(lián)階段計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（圖2.2）。各計(jì)算機(jī)通過通信線路連接（直接連接或通過公用電話網(wǎng)），相互交換數(shù)據(jù)，傳送軟件，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中連接的計(jì)算機(jī)之間的資源共享。
圖2.2 計(jì)算機(jī)互聯(lián)系統(tǒng)
3） 標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)階段
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)之間相互通信涉及許多復(fù)雜的技術(shù)問題，需要建立一個開發(fā)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，使不同的體系結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品能很容易地得到互聯(lián)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）于1977年成立了專門的機(jī)構(gòu)來研究該問題，在1984年正式頒布了開放系統(tǒng)互聯(lián)基本參考模型（opensysteminterconnectionbasicreferencemodel，OSI）的國際標(biāo)準(zhǔn)，這就是第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
OSI開放系統(tǒng)參考模型如圖2.3所示。
（1）物理層：確定如何在通信信道上傳輸比特流，包括網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)的規(guī)程、位傳輸?shù)木幋a與定時(shí)規(guī)則。
（2）數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在兩個相鄰節(jié)點(diǎn)間的線路上，無差錯地傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)，每一幀包括一定數(shù)量的數(shù)據(jù)和一些必要的控制信息，控制信息包括同步信息、地址信息、差錯控制以及流量控制等。
（3）網(wǎng)絡(luò)層：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信的兩個計(jì)算機(jī)之間可能要經(jīng)過許多個節(jié)點(diǎn)和鏈路，也可能要經(jīng)過好幾個通信子網(wǎng)。在網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)的傳送單位是分組和包。網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是要選擇合適的路由和交換節(jié)點(diǎn)，使發(fā)送站的運(yùn)輸層所傳下來的分組能夠正確無誤地按照地址找到目的站。
（4）傳輸層：傳輸層的任務(wù)是根據(jù)通信子網(wǎng)的特性最佳地利用網(wǎng)絡(luò)資源，并以可靠的經(jīng)濟(jì)方式，為兩個端系統(tǒng)（也就是源站和目的站）的會話之間，建立一條運(yùn)輸連接，以透明地傳送報(bào)文。傳輸層為上一層提供一個可靠的端到端的服務(wù)。
（5）會話層：會話層不參與具體的數(shù)據(jù)傳輸，但它對數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行管理。會話層在兩個互相通信的應(yīng)用進(jìn)程之間，建立、組織和協(xié)調(diào)其交互。
（6）表示層：表示層主要解決用戶信息的語法表示問題。表示層將欲交換的數(shù)據(jù)從適合于某一用戶的抽象語法，變換為適合于OSI系統(tǒng)內(nèi)部使用的傳送語法。有了這樣的表示層，用戶就可以把精力集中在他們所要交談的問題本身。
（7）應(yīng)用層：應(yīng)用層確定進(jìn)程之間通信的性質(zhì)以滿足用戶的需要，負(fù)責(zé)用戶的語義表示，應(yīng)用層不僅要提供應(yīng)用進(jìn)程所需要的信息交換和遠(yuǎn)地操作，而且還要作為相互作用的應(yīng)用進(jìn)程的用戶代理。
4） 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)階段
進(jìn)入20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及建立在互聯(lián)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。特別是1993年美國宣布建立國家信息基礎(chǔ)設(shè)施（NationalInformationInfrastructure，NII）后，全世界許多國家紛紛制定和建立本國的NII，從而極大地推動了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入一個嶄新的階段，這就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與高速網(wǎng)絡(luò)階段。目前，全球以Internet為核心的高速計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成，Internet已經(jīng)成為人類最重要的、最大的知識庫。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就成為第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
2.1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，技術(shù)含量高、綜合性強(qiáng)，但由于各種不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所采用的技術(shù)不同，而反映的特點(diǎn)也不同，需要從不同的角度劃分計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
1.按覆蓋范圍分類
1） 局域網(wǎng)
局域網(wǎng)（localareanetwork，LAN）是一種在近距離內(nèi)具有很高數(shù)據(jù)傳輸率的物理網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍為幾米到幾千米。一般在一個建筑物內(nèi)，或一個工廠、一個事業(yè)單位內(nèi)部，為單位獨(dú)有。
2） 廣域網(wǎng)
廣域網(wǎng)（wideareanetwork，WAN），通常是指作用范圍為幾十千米到幾千千米，可以分布在一個省、一個國家或幾個國家。
3） 城域網(wǎng)
城域網(wǎng)（metropolitanareanetwork，MAN）是在一個城市內(nèi)部組建的計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)，提供全市的信息服務(wù)。目前，我國許多城市正在建設(shè)城域網(wǎng)。
2.按通信媒體分類
1） 有線網(wǎng)
有線網(wǎng)是指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)之間采用如雙絞線、同軸電纜、光纖等物理媒體連接的，并利用這些物理媒體傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)交換的系統(tǒng)。現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)絕大多數(shù)是有線網(wǎng)絡(luò)。
2） 無線網(wǎng)
無線網(wǎng)是指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)之間是采用如微波、紅外線等媒體連接的，并利用它們傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)交換的系統(tǒng)。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量越來越多、應(yīng)用也越來越廣泛。
3） 無線有線混合網(wǎng)
無線有線混合網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和應(yīng)用的趨勢，有線網(wǎng)中包含無線網(wǎng)，無線網(wǎng)中包含有線網(wǎng)，這就是所謂的無線有線混合網(wǎng)絡(luò)。
3.按數(shù)據(jù)交換方式分類
1） 線路交換方式
線路交換是最早出現(xiàn)在電話系統(tǒng)中的一種交換方式，目前仍廣泛地應(yīng)用于自動電話系統(tǒng)中。源用戶通過撥號接通某些開關(guān)來建立所要求的通信路徑，使源用戶和目標(biāo)用戶之間能直接進(jìn)行通信。在通信期間始終使用該路徑，不允許其他用戶使用。通信結(jié)束后便斷開所建立的通信路徑。早期的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，如面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，都廣泛利用這種交換方式的電話網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)。
2） 報(bào)文交換方式
報(bào)文交換方式是一種數(shù)字式網(wǎng)絡(luò)，每當(dāng)源主機(jī)要和目標(biāo)主機(jī)通信時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)――交換器總是先將源主機(jī)發(fā)來的一份完整報(bào)文存儲在交換器的緩沖區(qū)中，并對該報(bào)文做適當(dāng)處理，然后再根據(jù)報(bào)頭中的目標(biāo)地址，選擇一條相應(yīng)的輸出鏈路，若該鏈路空閑，便將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)至下一個中繼節(jié)點(diǎn)或目標(biāo)主機(jī)；若輸出鏈路忙，則將裝有輸出信息的緩沖區(qū)排在輸出隊(duì)列的末尾等候。這種先存儲后轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式被稱為存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式。由于這種網(wǎng)絡(luò)以報(bào)文為基本傳輸單位，故也稱為報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)。