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。   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，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，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：  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： <方法>：<方法指定部分>（<scheme>:<scheme-specific-part>） 一个HTTP URL如下： http://<host>:<port>?<search_part> 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。  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。  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。  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。  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  七 在局域网上配置多个处理单元和外设，以支持多个功能相关组织 处理单元和外设分布在多个建筑物内，有些设备通过远程线路与局域网相连 用户可以访问局域网上的分布式数据，可以通过网关进行其它网络的批量或实时数据访问 可以增加外设，工作站和处理单元直至达到网络限制，局域网扩展可以通过中继器或网桥实现  八 一个系统网络中的多用户数据共享，或者是需要较大数据处理能力的具有地理分布的某个组织 多个处理单元通过远程线路相连 单个地址的数据更新以批量文件方式进行，多个地址之间的相互访问依靠远程线路传输 每个地址都可以扩展，增加的处理单元可以加入到远程网络中   图13-7：（一）拥有外设的超级微机工作站  图13-8：（二）通过异步线路支持设备的基于主机的集中式系统 网络互连设备简介 中继器(Repeater)：是最简单的网间连接器，提供对信号的放大和转发，它只能连接具有相同物理协议的LAN。中继器主要用于扩充LAN电缆段的距离，在同一个LAN中，也可以采用LAN延长介质长度。 网桥(Bridge)：网桥是在数据链路层实现LAN互连的存储转发设备，它独立于高层协议，可以实现异构型局域网的互连。 路由器(Router)：路由器工作在OSI模型的网络层，能够获得更多的网络信息，为来到的信息找到“最佳路由”。路由器结构比网桥复杂，速度也慢，但是具有更大的灵活性和更强的异种网络互连能力。 网关(Gateway)：又称为协议转换器，工作在OSI模型的传输层及以上层，用于互连不同体系结构的网络或者媒体。它不仅要连接分离的网络，还必须确保从一个网络传输的数据与另一个兼容。  图13-9：（三）通过通讯控制器支持外围设备的基于大型主机的系统  图13-10：（四）令牌环网络微机系统  图13-11：（五）局域网上具有超级微机工作站的分布式处理和数据库系统  图13-12：（六）具有主处理器，超级微机工作站和外设的局域网  图13-13：（七）具有多处理单元和中央数据存储的局域网  图13-14：（八）具有分布式数据存储的远程处理 几种局域网技术标准：以太网，令牌环网和FDDI IEEE(电气和电子工程师协会)确定了一些局域网的标准，统称为IEEE 802，包括CSMA/CD(带有冲突检测的载波侦听多路存取)，令牌总线，令牌环，而FDDI（Fiber Distributed Data Interface，光纤分布式数据接口）应用于高速LAN。下面对几个常用的技术标准作以简单介绍。 IEEE 802.3：CSMA/CD，采用CSMA/CD在局域网中访问和传输数据，假如一个节点要发出一条消息，那么首先检查通信信道，看是否正在进行数据传输。如果没有，就可以使用线路，发送自己的消息，否则必须等到信道空闲。如果两个节点同时试图发出消息，就会发生冲突，此时两个节点各自等待随机长度的一段时间，再重发上一条消息。在最早的802.3中，规定传输速率为10Mbps，使用50欧姆的电缆，后来这些都有所改变。因为其传输电缆的原因，很多人称之为以太网，其电缆有以下几种，如表13-6。 表13-6：通常的以太网电缆类型 名称 电缆 最大段长 每段最多节点 好处  10Base5 粗同轴电缆 500米 100 可以作为骨干线路  10Base2 粗同轴电缆 200米 30 价格最低廉  10Base-T 双绞线 100米 1024 易于维护  10Base-F 光纤 2000米 1024 可以用于建筑之间  IEEE 802.4：令牌环网，在令牌环网中，有一个特殊的数据包，称为“令牌”，沿着网络从一个节点发送到另一个，该令牌包含着特殊的控制信号，使节点能够知道令牌目前是正携带着一条消息，还是处于空闲状态，可以接收一条消息。如果令牌空闲，同时节点需要发出一条消息，以“捕获”该令牌，并将自己的消息附加其中，随后该令牌就不能再携带其它消息，除非将目前的消息“投递”出去。 FDDI：FDDI是高性能的光纤局域网，其传输速率为100Mbps，传输距离可达200KM，其间可以连接1000台工作站。FDDI的使用类同于IEEE 802规范的LAN。但由于其高带宽，可以作为连接铜质局域网的骨干网。 3．WebGIS——万维网地理信息系统 3．1因特网和GIS 毋庸置疑，因特网的发展为GIS发展带来了极大的便利，同时也GIS理论及技术研究提供了新的领域。作为信息系统以及一门学科，GIS可以从因特网的发展受到的影响主要有以下几个方面： 1）GIS研究者利用新闻组或者电子邮件进行GIS技术问题的探讨。 2）网络远程教育，即教授将教案以HTML文档形式放在网上，学生下载使用，并且可以利用电子邮件进行提问，这样就形成了“虚拟大学（Virtual University）”。GIS的教育也可以以该种方式进行，目前有关GIS教育网址有，网址http://giswww.kingston.ac.uk*，提供了三个与GIS有关的专题；网址http://www.utexas.edu介绍了有关GIS和地理教学面临的挑战，网址http://www.census.gov/pub/geo/gis-faq.txt有许多关于GIS常见问题的问答。 3）GIS软件的下载，GIS软件公司可以定期将其开发软件的最新版本放在其站点上，以供用户下载试用。 典型地理信息系统方面WWW网址介绍[宫鹏] （1）GIS WORLD INC. http://www.gisworld.com 《地理信息系统世界》是目前国际有关GIS方面最畅销的杂志，其网址上列出了该公司出版的任何一期的内容目录，用户还可以利用搜索器进行内容搜索。 （2）GIS软件开发商网址 ESRI公司(http://www.esri.com)，Intergraph公司(http://www.intergraph.com)，MapInfo公司(http://www.mapinfo.com)。 这些被认为是一流的GIS网址，有丰富的GIS信息，包括的内容有：公司介绍，产品，公司出版物，年度报告，会议预报，用户信息，产品订购，技术咨询，程序设计技巧，就业机会，产品展示和免费软件下载等等。 （3）虚拟旅行家网 http://www.vtouris.com 该网址允许用户进行交互的地图显示，首先是世界地图，然后是各国或各地区地图，最后是城市地图。其地图是栅格图像，利用空间位置实现用户交互操作，有大量的文本、图像等描述信息供用户查阅。 （4）加拿大地球信息科学网 http://abbott.ccm.emr.ca 该网站是一个国家级的对地球信息进行管理的机构，它提供大量的产品和服务，包括加拿大的卫星图像，国家地图集数据，加拿大地名数据库，地形数据库，道路网络，数字地形数据等等。此外还提供了获得以上数据的服务，用搜索器得到搜寻地区的数据。 （5）填充式数据查询和表达网址http://tiger.census.gov/cgi-bin/mapbrowse-tbl 该网站采用填充式(fill-in-the-blanks)的方式进行查询。它提供了一个表格，用户填写有关信息后，将请求传入服务器端的GIS、制图、数据库查询等软件运行相应的搜索和查询，也可以是空间分析等，其结果可以是地图或者表格，并传回浏览器。微软的门户站点MSN也提供了类似的功能http://msn.maps.expedia.com/quickmaps.asp。 （6）GIS论坛 http://gis.itc.nrcs.usda.gov/gishome.html 该网站包括GIS数据以及软件的发布，GIS领域内的事件，一些技术问题的探讨，GIS书籍的介绍等等，此外可以通过Email的方式进行相关问题的讨论。 4）空间数据发布和下载，数据是GIS系统中最为重要的部分，数据的录入和预处理也是GIS应用开发过程中耗费时间、资金最多的一个环节，而通过因特网实现数据共享，可以降低GIS工程的开发成本。由于因特网的迅速发展，促进了电子商务的兴起，空间数据当然也可以作为一种特殊的商品在因特网上发售。与后面提及的WebGIS方式相比，这里的数据下载还主要是利用文件传输的方式实现。由于因特网上信息量浩大，常常使得找到真正需要的数据成为一件困难的事情，而应用空间元数据可以使用户迅速定位需要的数据并进行下载。1994年美国政府开始发展国家空间数据基础设施（NSDI），通过确定元数据标准，要求各级政府机构采用元数据的方式在网络上对其所生产的数据进行描述，达到各机构间数据生产和共享的目的。 5）此外，由于因特网的发展，打破了传统的时间——空间联系方式，形成了空间事物的新的组织形式，称为计算机网络信息空间(Cyber Space)，是目前人文地理学研究中的热点，也将是GIS探讨的重要课题。 3．2WebGIS简介 Web技术和GIS技术相结合，最为激动人心的产物就是WebGIS(万维网地理信息系统)。WebGIS，简言之，就是利用Web技术来扩展和完善地理信息系统的一项新技术。由于HTTP协议采用基于C/S的请求/应答机制，具有较强的用户交互能力，可以传输并在浏览器上显示多媒体数据，而GIS中的信息主要是需要以图形、图像方式表现的空间数据，用户通过交互操作，对空间数据进行查询分析。这些特点，就使得人们完全可以利用Web来寻找他们所需要的空间数据，并且进行各种操作。具体地讲，WebGIS的应用可以分为以下几个层面： 1）空间数据发布 由于能够以图形方式显示空间数据，较之于单纯的FTP方式，WebGIS使用户更容易找到需要的数据； 2）空间查询检索 利用浏览器提供的交互能力，进行图形及属性数据库的查询检索； 3）空间模型服务 在服务器端提供各种空间模型的实现方法，接收用户通过浏览器输入的模型参数后，将计算结果返回。换言之，利用Web不仅可以发布空间数据，也可以发布空间模型服务，形成浏览器/服务器结构(Browser/Server，B/S)。 4）Web资源的组织 在Web上，存在着大量的信息，这些信息多数具有空间分布特征，如分销商数据往往有其所在位置属性，利用地图对这些信息进行组织和管理，并为用户提供基于空间的检索服务，无疑也可以通过WebGIS实现。 与传统的地理信息系统相比，WebGIS有其特殊之处，主要表现在： 1）它必须是基于网络的客户机/服务器系统，而传统的GIS大多数为独立的单机系统； 2）它利用因特网来进行客户端和服务器之间的信息交换，这就意味着信息的传递是全球性的； 3）它是一个分布式系统，用户和服务器可以分布在不同地点和不同的计算机平台上。 3．3WebGIS的实现技术 WebGIS是网络GIS的一个重要组成部分，网络GIS的一些概念，如客户机/服务器模式、分布式数据管理等，也可以应用于WebGIS，但是在WebGIS实现时，还要着重考虑两个问题，即控制网络传输数据量以及必须通过浏览器与用户进行交互。 目前已经有多种不同的技术方法被应用于研制实现WebGIS，包括CGI(Common Gateway Interface,通用网关接口)方法、服务器应用程序接口(Server API)方法、插件(Plug-ins)法、Java Applet方法以及ActiveX方法等等，下面对这些技术进行简单的描述和比较。[夏福祥] 3．3．1 CGI方法 CGI是一个用于Web服务器和客户端浏览器之间的特定标准，它允许网页用户通过网页的命令来启动一个存在于网页服务器主机的程序（称为CGI程序），并且接收到这个程序的输出结果。CGI是最早实现动态网页的技术，它使用户可以通过浏览器进行交互操作，并得到相应的操作结果。 利用CGI可以生成图像，然后传递到客户端浏览器（目前大多数主页的访问者计数器就是采用CGI程序实现的）。这样，从理论上讲，任何一个GIS软件都可以通过CGI连接到Web上去，远程用户通过浏览器发出请求，服务器将请求传递给后端的GIS软件，GIS软件按照要求产生一幅数字图像，传回远程用户。 实际上，由于设计的原因，大多数GIS软件不能直接作为CGI程序连接到Web上，但是，有以下的两种技术比较成功。 1）用CGI启动后端的批处理制图软件，这种软件的特点是用户可以直接在计算机终端一行一行地输入指令来制图。其特点是用户的每一个要求都要启动相应的GIS软件，如果软件较大，启动时间就会很长。 2）CGI启动后端视窗(Windows)GIS软件，CGI和后端GIS软件的信息交换是通过“进程间通讯协议（IPC-Inter Process Communication）”来完成，常用的IPC有RPC(Remote Procedure Call)和DDE(Dynamic Data Exchange)。其优点在于，由于GIS软件是消息驱动的，CGI只要通过发送消息，驱动GIS软件执行特定操作即可，不需要每次重新启动。 3．3．2 Server API方法 Server API类似于CGI，不同之处在于CGI程序是单独可以运行的程序，而Server API往往依附于特定的Web服务器，如Microsoft ISAPI依附于IIS(Internet Information Server)，只能在Windows平台上运行，其可移植性较差。但是Server API启动后会一直处于运行状态，其速度较CGI快。 3．3．3 插件方法 利用CGI或者Server API，虽然增强了客户端的交互性，但是用户得到的信息依然是静态的。用户不能操作单个地理实体以及快速缩放地图，因为在客户端，整个地图是一个实体，任何GIS操作，如放大、缩小、漫游等操作都需要服务器完成并将结果返回。当网络流量较高时，系统反应变慢。解决该问题的一个办法是利用插件技术，浏览器插件是指能够同浏览器交换信息的软件，第三方软件开发商可以开发插件以使浏览器支持其特定格式的数据文件。利用浏览器插件，可以将一部分服务器的功能转移到客户端，此外对于WebGIS而言，插件处理和传输的是矢量格式空间数据，其数据量较小，这样就加快了用户操作的反应速度，减少了网络流量和服务器负载。插件的不足之处在于，象传统应用软件一样，它需要先安装，然后才能使用，给使用造成了不方便。 下面是利用WebGIS插件在因特网上显示空间数据的例子，利用插件能够方便地对地图进行漫游、缩放和查询操作。  图13-15：WebGIS插件，来自于北京大学数字地球工作室 (HTTP://WWW.CYBERGIS.ORG.CN) 3．3．4Java Applet（Java小应用）方法 WebGIS插件可以和浏览器一起有效地处理空间数据，但是其明显的不足之处在于计算集中于客户端，称为“胖客户端”，而对于CGI方法以及Server API方法，数据处理在服务器端进行，形成“瘦客户端”。利用Java语言可以弥补许多传统方法的不足，Java语言是一种面向对象的语言，它的最大的优点，就是SUN公司提出的一个口号“写一次，任何地方都可以运行(Write once, run anywhere.)”，即指其跨平台特性，此外Java语言本身支持例外处理、网络、多线程等特性，其可靠性和安全性使其成为因特网上重要的编程语言。 Java语言经过编译后，生成与平台无关的字节代码(Bytecode)，可以被不同平台的Java虚拟机(JVM-Java Virtual Machine)解释执行。Java程序有两种，一种可以独立运行，另一种称为Java Applet，只能嵌入HTML文件中，被浏览器解释执行。用Java Applet实现WebGIS，优于插件方法的方面是：1）运行时，Applet从服务器下载，不需要进行软件安装；2）由于Java语言本身支持网络功能，可以实现Applet与服务器程序的直接连接，从而使数据处理操作既可以在服务器上实现，又可以在客户端实现，以实现两端负载的平衡。图13-16是利用Java Applet实现的WebGIS系统结构。  图13-16：利用Java Applet实现的WebGIS系统框架 3．3．5ActiveX方法 另一项可以实现WebGIS的技术是ActiveX，它是在微软公司OLE技术基础上发展起来的因特网新技术，其基础是DCOM(Distributed Component Object Model)，它不是计算机语言，而是一个技术标准。基于这种标准开发出来的构件称为ActiveX控件，可以象Java Applet一样嵌入到HTML文件中，在因特网上运行。与Java Applet相比，其缺点是只能运行于MS-Windows平台上，并且由于可以进行磁盘操作，其安全性较差，但是优点是执行速度快，此外由于ActiveX控件可以用多种语言实现，这样就可以复用原有GIS软件的源代码，提高了软件开发效率。 上面描述了几种WebGIS的实现方案，在实际的系统建设中，可以根据待发布数据的数据量、数据类型、Web服务器软件、客户端的要求等确定采用不同的方案，选择相应的软件。 表13-7：国外几个重要的WebGIS技术特征[宋关福等] MapInfo ProServer GeoMedia Web Map Internet Map Server(IMS) MapGuide ModelServer/ Discovery  公司 MapInfo Corp. Intergraph Corp. ESRI Inc. Autodesk Inc. Bently  服务器操作系统 Windows NT/95 Windows NT Windows NT Windows NT Windows NT  Web服务器 支持CGI的Web Server Internet Information Server Internet Information Server或Netscape Server 支持CGI的Web Server Netscape Server  其他服务器端软件 ODBC 、 MapInfo 4.x 、 MapBasic ODBC ArcView或MapObjects应用、 ODBC ODBC MicroStation GeoGraphics ODBC  客户端操作系统 Windows系列、Macintosh、UNIX Windows NT/95 Windows系列、Macintosh、UNIX Windows NT/95 Windows系列、Macintosh、UNIX  客户端浏览器 支持HTML的任意浏览器 Internet Explorer, Netscape Navigator 支持HTML的任意浏览器 Internet Explorer ,Netscape Navigator Internet Explorer, Netscape Navigator  客户端是否需要插件(plug-in)/控件(control) 不需要 如果使用Netscape Navigator浏览器，需要安装ActiveCGM插件；如果使用Internet Explorer浏览器，会自动下载ActiveCGM控件 自动下载Java Applet或者ActiveX控件 需要安装MapGuide插件(1兆左右) 需要安装VRML、CGM、SVF等插件  网络传递的图形格式 JPEG(栅格图) ActiveCGM(栅格图和矢量图) JPEG/GIF(栅格图) MWF(矢量图) JPEG,PNG, VRML,CGM,SVF(栅格图和矢量图)  地图预出版处理 动态生成地图 动态生成地图 动态生成地图 需地图预出版处理 动态生成地图  可发布的数据格式 MapInfo地图文件 MGE工程、MicroStation DGN文件,FRAME文件,MGEDM文件,ArcView Shape文件,Arc/Info Coverage,SDO文件 ArcView Shape文件,Arc/Info Coverage,SDE地图文件, Autodesk DWG文件 Autodesk DWG GeoGraphics工程文件,MicroStation设计文件  目前，WWW领域，可扩展标记语言（Extensible Markup Language，XML）得到了越来越多的重视，它可以成为一种“元语言”，用于定义特定领域的标记语言，同样在空间信息的Internet发布中，也可以采用XML来定义地理信息的特定语言标记，以容易而一致的方式格式化和传送数据。