计算机信息系统/计算机网络导论

网络应用

GPS 卫星 NASA art-iif.crop

存在着许多不同类型的网络应用。首先也是最重要的就是互联网，它是世界上最大的网络。其次，还有我们的电话，其中最古老的是POTS（普通旧式电话服务），它有一天可能会被更新的技术，移动电话所取代。移动电话已经存在了几年，并且开始取代家庭电话线。移动电话可以分为两组，蜂窝电话和卫星电话。手机通过与蜂窝塔通信来工作。有些双模手机允许你通过 WIFI 信号打电话，并在超出 WIFI 范围时切换到蜂窝信号。卫星电话通过与太空中的卫星通信来工作，这主要用于军事领域，在某些地方蜂窝塔覆盖几乎不可能。虽然卫星电话可以在农村和山区使用，但它们的缺点是，当有暴风雨或浓云时，你会失去信号。卫星也用于GPS（全球定位系统）。GPS 通过在你的设备和太空中的卫星之间传输数据来工作。它们的工作方式类似于声纳波。在信号离开卫星后，你的确切位置将根据到达你的时间来确定。

除了跟踪物体外，卫星和网络也开始在搜救 (SAR) 领域发挥更大的作用。大多数远洋船只和所有飞机都配备了某种类型的紧急信标。飞机携带紧急定位发射机 (ELT)，而船只携带紧急位置指示无线电信标 (EPIRB)。在 2000 年代中期之前，这些设备在 121.5 MHz 上发射信号，这是国际紧急频率，由 SAR 卫星监控。然而，在 2009 年 ，SAR 卫星停止监控 121.5 信标，转而支持更新的 406 MHz 信标。这些设备引导 SAR 团队到坠机地点，但信号中也嵌入了数据。这些数据包括信标所有者的姓名、飞机或船只识别码以及精确的 GPS 位置。这些功能也被用于个人定位信标 (PLB)。这些设备小到可以放在口袋里，但功能强大，足以向卫星发送紧急信号。徒步旅行者如果要前往偏远地区，可以使用这些设备。卫星网络的使用允许对这些设备进行非常精确的跟踪，并且可以在两小时内将救援团队带到现场。

常见的 PLB

计算机网络由两个或多个相互连接的计算机或硬件设备组成，以便在共享硬件、软件和数据之间建立连接。这一代人中，电话网络和计算机网络组成的网络组合也越来越普遍。由于联网计算设备沿着数据连接传递数据，因此数据能够传递到其他网络。数据报、段或块是数字网络上通信的单元，通常称为数据包。数据在需要时分解成更小的数据单元。一旦数据沿着数据连接传输，数据块就会重新组装成原始数据块。数据的结构各不相同，具体取决于执行数据的协议。数据包的结构由报头和有效负载组成。报头包含有关传输相关信息的标题。然而，有效负载包含数据包所携带的实际数据。计算机网络的范围从小型私人网络到大型计算机网络。互联网或万维网是最大的计算机网络，它由通过互联网访问的互联超文本文档系统组成。通过超链接，互联网用户可以访问图像、文本、视频等。

监控系统是另一种形式的网络应用。这些系统专门用于定位特定的人、车辆或设备，而不是像 GPS 那样获取地理信息。但是，大多数监控系统使用 GPS 来定位其目标。例如，射频识别 (或 RFID) 可用于定位体内植入 RFID 芯片的人或动物。RFID 最常被认可的是它能够跟踪植入芯片的宠物，但它也已进入人类医疗领域。事实上，英国的一些乳房植入物已植入芯片，以便医生可以在手术完成后多年内读取有关植入物的信息。虽然这是这种芯片植入的社会原因，但似乎存储在廉价服务器上的医疗记录更适合此目的。事实仍然是，RFID 芯片，大小约为一粒米，使用一块小硅芯片和一根铜天线工作，这些芯片和天线会发射有关其所有者的个人信息。这些信息随后会被电子网络接收，并将有关产品、携带产品的人员及其位置的信息反馈给网络。它目前被用于跟踪牛群和阿尔茨海默病患者，以及制造商生产的商品。其他监控系统包括车辆跟踪软件，例如著名的 OnStar。这种类型的网络应用已扩展到雇主可以使用公司车辆监视员工。通过简单的安装，最新的车辆跟踪应用程序可以提供有关公司车辆地理位置、车辆速度甚至“紧急制动”事件的信息。移动电话也没有被排除在外。由于大多数当前的移动电话都具有独立的 GPS 系统，因此人们可以跟踪其计划中个人的行动，以及他们自己的手机（如果被盗）。

视频会议。

多媒体网络也呈爆炸式增长。这种类型的网络提供数字多媒体内容，例如电影、音乐和录制的电视节目，以便在电话、个人电脑或电视上观看。虽然大多数设备已经内置了必要的功能，但有些设备可能需要接收器。这种类型的网络中常见的换位功能将允许个人从一个地方下载内容并在另一个地方观看，例如从电视到手机。类似地，视频会议允许人们从不同的地点远程互动。一个人不是实时播放电影，而是可以播放来自亲戚或商业伙伴的视频流，他们可能身处全球各地。然后，他们可以像往常一样互动和交谈，同时实时查看他人的举止。此外，通过使用视频会议，远程医疗已被用于诊断和治疗因贫困、地理位置或身体状况而无法亲眼见医生的患者。医生在现场人员的协助下，使用视频会议进行测试，例如简单的耳鼻喉检查，在某些情况下甚至可以进行复杂的手术。

网络应用的一个相对较新的领域是**远程手术**，或称**腹腔镜手术**。顾名思义，这种手术是在距离上进行的：即外科医生并不与患者在同一个房间。外科医生控制机械臂，由机械臂对患者进行手术。这种手术方式的一些优点是，它可以减轻外科医生手抖的影响，外科医生在整个手术过程中可以舒适地休息，并且外科医生可以指定他希望执行的任务，并在机械臂实际执行任务之前确保其安全。最初，只有**计算机辅助手术**，外科医生只坐在几米远的地方，但现在已经发展出了更远距离的远程手术：第一个远程手术被称为**林德伯格手术**，一名纽约医生通过大西洋对一名法国患者进行了手术。远程手术目前还不太普遍，但随着时间的推移，它可能会在以下方面得到应用：为长期太空旅行中的宇航员进行手术，为战场上或战场附近的士兵进行手术，或在偏远地区和发展中国家协助或培训外科医生。未来将证明这些手术的实用性，但它们无疑是网络技术的一个例子，这种技术在几十年前是不可想象的。

网络特性

网络包含许多不同的特性，这些特性定义了它们的运行方式以及它们的能力。这些特性包括拓扑结构、可扩展性或大小、架构和介质等因素。

网络拓扑结构

总线型拓扑结构

网络拓扑结构是指网络中不同节点如何连接以及它们如何通信的方式。五种最常见的拓扑结构是网状拓扑结构、星型拓扑结构、总线型拓扑结构、环形拓扑结构和树形拓扑结构。在网状拓扑结构中，设备之间通过网络模式之间的许多冗余互连进行连接。在星型拓扑结构中，设备连接到中央计算机，节点通过中央计算机（即集线器）传递数据在网络中通信。在总线型拓扑结构中，它连接局域网（LAN）上的所有设备。总线网络价格不高，安装简便。在环形拓扑结构中，它由一个拓扑结构为环形的局域网组成。消息沿着环形网络传递。在树形拓扑结构中，它被认为是一种“混合”拓扑结构，结合了总线型拓扑结构和星型拓扑结构的特性。

网络架构

服务器-客户端网络

网络架构是网络的布局。网络架构中的硬件、软件、通信协议和传输模式。 两种主要的网络架构类型是服务器-客户端网络或客户机-服务器网络，以及对等网络（P2P）网络。服务器-客户端网络由客户端和服务器组成。服务器是功能强大的计算机，能够在本地网络中或甚至通过互联网在个人计算机之间传输数据和信息。 一些服务器-客户端网络可以针对特定目的进行设计，例如将给定区域内的所有计算机连接到打印机（打印服务器），或者甚至包含数据，例如文档或其他类型的文件（文件服务器）。对等网络是一种不使用中央服务器的网络。相反，对等网络中的每台计算机（或对等方）都允许自己使用其一些资源与整个网络共享。例如，计算机可以提供一些处理能力或带宽，并与网络参与者共享。 网络架构在当今社会中发挥着至关重要的作用；因此，人们应该了解网络架构，以及不同的网络拓扑结构类型。

网络规模

网络规模由一些三个字母的缩略语定义：PAN、LAN、MAN 和 WAN。个人区域网络 (PAN) 是连接个人设备的网络，例如蓝牙耳机和扬声器。局域网 (LAN) 是在较大的区域内使用的网络，例如公司大楼，但也可用于医院或大学等地。然而，有些人更喜欢将大学和医院的网络称为校园区域网络 (CAN)，如果它们包含多个互连的 LAN。城域网 (MAN) 用于连接城市内的计算机。最后，广域网 (WAN) 是包含多个 LAN 并能够连接跨洲际的计算机的网络。最大的广域网是互联网。有些人使用其他术语，例如全球区域网络 (GAN)，它是跨全球具有连接点的单个网络，通常用于连接大型公司，或者太阳系区域网络 (SSAN)，它是多个 GAN 的组合，用于连接单个太阳系内的行星。然而，这项技术目前尚不可用。

网络介质

网络介质是信号在不同组件之间传输的实际路径。这些路径可以是物理电线（有线介质）或无线电信号（无线介质）。

有线网络介质

用于网络介质的电线称为电缆。最常见的几种有线介质包括双绞线、同轴电缆和光纤电缆。

双绞线

双绞线就是字面意思：两根互相缠绕在一起的电线。这种设计有效，因为它产生通过电线流动的电流，这会在电线周围产生一个圆形磁场，从而提高性能。与相邻电线相比，缠绕在一起的电线有助于避免串扰（有时由电线产生的噪声/干扰）。双绞线有两种子类型：无屏蔽双绞线 (UTP) 和屏蔽双绞线 (STP)。双绞线最常用于 LAN，例如电话通信。

同轴电缆剖面图

同轴电缆

同轴电缆由三个部分组成：内部电线、绝缘层和外部屏蔽层。内部电线由两个导电元件组成，主要是铜，覆盖它的是一层柔性绝缘层。第二层是编织的（编织的）铜或金属箔，充当第二条电线和屏蔽层，以减少外部干扰的数量。最后，有一层电缆外套覆盖第二条电线。

光纤电缆

光纤电缆由数百根透明的玻璃或塑料光纤组成，这些光纤的尺寸与人的头发相当。数据通过光脉冲以每秒数十亿位的速度传输。这是最新也是最快的电缆类型，虽然它是最昂贵的，但它开始取代其他类型，因为它高速的优势被认为是值得的。 它们提供更高的带宽，并且可以比有线电缆传输更远距离的数据。它们也不容易受到干扰，不需要特殊的屏蔽来避免干扰。此外，由于光纤电缆使用光传输信息，因此它们减少了对信号放大器的需求；光可以在没有衰减的情况下传播更远的距离。

无线网络介质

Mvdl-logo

除了有线网络之外，还有无线网络。无线网络使用无线电信号通过空气传输数据，使两个或多个设备之间能够进行通信，而无需物理电缆。这使得人们可以从几乎任何地方发送电子邮件或浏览互联网，只要有可用的无线网络。如今，许多设备都能够使用这项技术，例如个人电脑、笔记本电脑、移动设备、服务器和打印机。无线网络几乎随处可见，包括家庭和公共场所，例如图书馆、餐厅、咖啡馆和机场。许多需要随时随地访问互联网的人通常会利用无线热点。无线热点是一个覆盖范围较小的区域，它提供可用的网络连接，允许访问互联网。

无线网络也有不同的类型。无线局域网 (WLAN) 是能够为小型局部区域提供互联网访问的网络，例如大学或图书馆。无线个人局域网 (WPAN) 允许在更小的范围内连接设备，通常在 30 英尺左右。这包括红外技术，它可能存在于电视遥控器中，或者蓝牙。无线城域网 (WMAN) 允许在城市范围内连接许多网络，例如高层建筑或大型建筑。无线广域网 (WWAN) 是覆盖范围更广的网络，例如城市或国家，可以通过卫星系统或天线站点访问。

有线网络与无线网络媒体

这在商业环境中并不吸引人。

虽然在网络方面，世界可能正在转向无线途径，但它在连接方面真的是最佳方向吗？让我们深入了解每种网络媒体的优缺点。

有线连接的优点是安全、可靠、速度快。它们也比无线连接便宜得多。另一个优势，特别是对于企业或企业来说，是有线连接可以控制。这带来了安全性和生产力的优势。有线连接的缺点是牺牲了空间和便携性或移动性，以及实际的物理安全性维护。

这可能看起来很酷，但它安全吗？

无线连接的优点是实际上没有电缆。这提供了实际的物理自由来使用个人和办公室设备，并且具有环境整洁的优势。但是，在安全、速度和可靠性方面也有一些缺点。

最佳组合可能是包含一些有线连接和一些无线连接的系统。混合环境可以平衡缺点并利用两种类型的网络媒体的优势。

电缆类型

有不同类型的电缆。连接计算机或网络到服务器、路由器或调制解调器的电缆称为以太网电缆。以太网电缆的演进始于同轴电缆无法满足不断增长和发展的网络需求。电缆按类别或简称为“Cat”列出。Cat 1 电缆主要用于电话调制解调器，数据传输速率高达 1Mbps。Cat 2、3 和 4 都可以支持计算机网络和电话通信，最大容量分别为 4Mbps、10Mbps 和 16Mbps。当这些电缆从外壳中取出时，它们看起来非常相似。所有类型的 Cat 电缆中都存在相同的线，但是，每种版本的 Cat 电缆每英寸的缠绕次数都增加，因此减少了传输信号中的电磁干扰。Cat 5 的引入彻底改变了网络，因为 Cat 5 成为标准，并且被归类为“以太网”，这意味着它能够进行高速和高容量数据传输（10Mbps - 100Mbps），以及能够调节传输以防止同时传输，从而导致取消。在 Cat 5 之后，推出了 Cat 5e。“e”代表“增强”。理论上，Cat 5e“千兆位”电缆的容量为 1000Mbps（1 千兆位）传输速率。这是通过更紧密地缠绕电线来实现的，从而减少了“串扰”或干扰，这些干扰会导致数据传输中断。后来，推出了 Cat 6，在电缆的线段之间增加了物理隔离器，这在很大程度上减少了干扰，传输容量为 1000 Mbps（每秒 1 千兆位）。 自 2013 年以来，Cat 7、8 和 8.1 已经推出，但只适用于少数工业环境。

网络架构和网络拓扑

总线型拓扑结构

网络架构是网络的布局。硬件、软件、通信协议和传输模式都包含在网络架构中。网络架构在当今社会发挥着至关重要的作用；因此，人们应该了解网络架构，以及不同类型的网络拓扑。 网络拓扑是指网络中不同的节点如何相互连接以及它们如何进行通信。五种最常见的拓扑结构是网状拓扑、星型拓扑、总线拓扑、环形拓扑和树型拓扑。在网状拓扑中，设备通过网络模式之间许多额外的互连进行连接。在星型拓扑中，设备连接到一台中央计算机，节点通过中心计算机（即中央计算机）传递数据来进行网络通信。在总线拓扑中，它将局域网 (LAN) 上的所有设备连接在一起。总线网络价格不高，安装方便。在环形拓扑中，它包含一个拓扑结构为环的局域网。消息在环中传播。在树形拓扑中，它被认为是一种“混合”拓扑结构，它结合了总线和星型拓扑结构的特征。

数据传输特性

数据传输

模拟信号

数据传输是数据在信道上的实际传输。信道类型包括铜线、光纤、无线通信信道、存储介质和计算机总线。这些数据通过信号传输，这些信号可以是电信号、无线电波、微波或红外线。数据可以通过使用模拟和数字信号两种方式进行模拟传输。调制解调器可以改变和处理它接收到的数字数据。传输的数据可以来自键盘，它是数据源。传输的数据也可以是模拟数据，例如来自手机，可以使用源代码进行数字化。源代码是计算机的指令，计算机可以读取和解释这些指令。

带宽

带宽是指在给定时间内可以传输的数据量。带宽也称为吞吐量。带宽的衡量单位可以是每秒比特数 (bps)，也可以是每秒千比特数 (Kbps)，或者每秒兆比特数 (Mbps)，或者每秒吉比特数 (Gbps)。 带宽是指连接的容量。具有更高带宽的网络媒体将允许在给定时间内通过更多数据。因此，容量越大，性能越好。然而，这并不总是正确的，因为性能也取决于其他方面。文本数据需要最少的带宽，而视频数据需要最多的带宽。

模拟信号与数字信号

红色是数字信号，灰色是模拟信号。

模拟信号和数字信号用于传输信息，通常通过电信号。模拟信号是连续信号，具有持续的波动，而数字信号是由数字调制产生的离散时间信号。模拟信号用正弦波表示，正弦波平滑且连续，而数字信号是方波，具有阶梯形和离散性。^[28] 模拟信号包括空气中的人的声音和模拟电子设备（AM 和 FM 收音机、旧电话）。数字信号只有两种电压电平：高电平和低电平。^[29] 它是一种被转换为位模式的电信号。它在每个采样点都有一个离散值。每个样本用一系列位定义，这些位要么是 0，要么是 1。数字信号用于计算机、CD、DVD 和其他数字电子设备。模拟信号处理可以在实时进行，并且消耗更少的带宽，而数字信号处理不能保证可以实时进行，并且消耗更多的带宽来处理相同的信息。数字信号的优点是记录不会随着时间的推移而退化，并且可以通过查找数字组中的模式来压缩数字组。^[30]

传输类型和时序

网络数据传输

对于数据传输和网络介质，有两种发送信息的方式。串行传输是通过一条路径一次发送一个比特的数据。例如，一个教室的学生排成一列，一次离开一个。串行传输的优点是只需要一条线路，因此成本较低，至少与使用多条线路的并行传输相比。缺点是传输的整体成本。串行传输速度也不如并行传输快，因为比特是按顺序传输的。^[31]

并行传输一次发送一个字节（或 8 位）的数据，但每个比特都走不同的路线。这是一种更高效的发送或接收数据的方式。例如，并行传输可以被视为学生穿过学校的大走廊去往各自的教室。这种方式需要更多空间来更有效地接收数据。

同步、异步和等时传输是三种不同的串行传输方式。同步传输是指以组和块的形式传输数据，一个接一个。同步传输的优点是速度快，但缺点是需要缓冲，并确保发送方和接收方具有相同的时钟频率。^[32] 异步传输不像同步传输那样广泛使用，因为它是在准备就绪时发送的。异步传输的优点是，如果线路很短，这种方法更便宜，因为空闲时间很短。每个字符都是独立的，不会在过程中被中断。信号也可以具有不同的比特率，传输可以尽快开始。最后，异步传输可以一次发送所有数据。然而，异步传输的缺点是效率较低，速度较慢，因为比特之间有间隙。

数据还可以通过三种主要方式传输。单向传输是指数据只能在一个方向上传输。半双工传输是指数据可以在两个方向上传输，但一次只能在一个方向上传输。全双工传输是指数据可以在两个方向上双向传输，并且可以同时进行。

交付方式

数据通过电路交换来传递，电路交换是指发送方和接收方之间的一条特定路径。电话系统就是一个电路交换的例子，因为这条路径暂时只属于这两个人。一旦他们挂断电话，这条路径就可以供其他人使用。通过互联网发送数据称为分组交换。发送的消息被分成“数据包”。在通过互联网传输时，数据包包含从发送方到接收方的所有信息。传输完成后，数据包被重新组合以创建正确的消息。

签名特征

特征包括数据的物理传输，或数字比特流或数字化模拟信号，通过点对点通信通道（铜线、光纤、存储介质和计算机总线）传输。数据以电磁信号的形式表示，例如电压、无线电波、微波或红外信号。其消息以两种方式之一表示。第一种称为基带传输，它通过使用线路代码的一系列脉冲来完成。第二种称为通带传输，它利用一组指定的连续变化波形，使用数字调制方法创建。无论使用哪种技术，接收机都必须与发射机同步。传输有两种不同的类型：异步和同步。在异步传输中，两个设备的运行速度相对接近。这意味着，如果一次只发送少量数据，那么只要接收机能够与数据突发的起始部分同步，就可以成功同步。在同步传输中，每个数据块中发送的数据量大得多，数据块中包含、之前或之后都有信号，从而允许设备协同同步。如今，大多数网络主干流量都是同步的。^[33]

通信协议和网络标准

TCP/IP 的定义和使用

这是所有 IP 地址如何相互连接的视觉表示。

以太网线的示例

通信协议和网络标准是必要的，以确定网络上的设备如何通信以及硬件和软件制造商开发与其他产品一起工作的计算产品需要哪些要求。Techopedia，一个在线的计算设备资源，将通信协议解释为“数字消息格式和规则的正式描述。它们是计算机系统之间或内部交换消息所必需的，并且在电信中是必需的。”^[34] 协议处理与数据包大小、传输速度、数据包序列控制、路由和地址格式相关的問題。这些只是协议和标准在计算设备中处理的众多问题中的一部分。一些流行的协议包括文件传输协议 (FTP)、超文本传输协议 (HTTP) 和邮局协议 (POP3)。毫无疑问，如今最流行的通信协议是 TCP/IP。TCP/IP 用于通过互联网传输数据，它实际上是两种协议的组合。等式中的 TCP 代表传输控制协议，它负责数据交付。IP 代表互联网协议，它提供路由信息和地址。TCP/IP 持续流行的原因有很多。其中一个原因是双协议的灵活性，因为核心在过去 25 年中一直保持基本不变，即使互联网的普及程度大幅增长。另一个原因是路由设计，因为 TCP/IP 是专门为促进信息在任意复杂网络中的路由而设计的。^[35] 几乎所有操作系统都内置了对 TCP/IP 协议的支持，这也是它们流行的一个重要因素。

与 IP 相关的潜在争议之一是，当互联网用完互联网地址时出现的恐慌。最初的 IP 版本，称为 IPv4，已经用完了所有可能的数字组合，因此没有新用户可以连接到互联网… 直到 IPv6 问世。它使用 128 位地址，而 IPv4 仅使用 32 位地址，确保在很长一段时间内我们不会再次面临互联网地址用尽的风险。^[36]

以太网（802.3）是应用最广泛的有线网络标准。它通常用于局域网（LAN），采用双绞线、同轴电缆或光纤电缆。以太网有许多标准，每个标准都有最高速度。太比特以太网标准是目前正在开发和改进的最新的标准。它将用于传输视频、数字X光片和其他数字医疗图像。为了使设备连接到以太网网络，设备需要内置以太网端口或通过扩展卡添加。以太网供电（PoE）允许在以太网网络的电缆中设置电力。这就是安全摄像头在保持网络连接的同时获取电力的方式。

Wi-Fi标准 (801.11)

拥有Wi-Fi网络的热点将使用此标志来吸引和取悦客户。

Wi-Fi使用IEEE标准802.11，是一种非常流行的无线网络技术，使用无线电波为设备提供无线互联网连接。它也许是当今科技一代围绕的最大主题。随着技术的不断发展，几乎所有移动设备现在都需要互联网接入或无线网络标准，如Wi-Fi。因此，Wi-Fi硬件内置于几乎所有便携式电脑、移动设备，甚至其他便携式产品，如打印机、数码相机、游戏机等。因此，家庭、企业和公共热点（机场、酒店、咖啡馆）中Wi-Fi网络的普及率稳步增长。支持“漫游”，连接到Wi-Fi网络的设备能够从一个接入点移动到另一个接入点，只要它在实际建筑物或区域内或周围。Wi-Fi网络的速度和强度取决于各种因素，例如Wi-Fi标准或使用的硬件。例如，当今应用最广泛的Wi-Fi标准是802.11g和802.11n。801.11n是最新款的Wi-Fi标准，实际上是当今最快的标准，其数据传输速度是802.11g标准的五倍。

然而，尽管Wi-Fi似乎是继电脑和互联网之后第二项最佳的技术发明，但它确实有一些小的缺点，限制了它的最终用途。例如，Wi-Fi网络的覆盖范围有限；如果有人超出网络范围，通常距离实际路由器300英尺，他们将失去与网络的连接。然后他们将不得不连接到下一个可用的Wi-Fi连接。Wi-Fi的另一个局限性是，许多企业可能在物理上太大，无法用传统的Wi-Fi网络覆盖整个区域。但是，有一些称为WiMAX或固定WiMAX的特殊网络连接，可以提供更长半径的互联网接入，从2到6英里不等。使用多个WiMAX塔，类似于手机塔，甚至可以为整个城市或任何地理区域提供覆盖！

蜂窝标准

长期演进标志

文件：Iphone-5s-black.png

第四代技术

多年来，移动电话使用的技术发生了巨大变化，这已经不是什么秘密了。最初只是一个移动砖块，它迅速转变为一个紧凑、高效且快速的蜂窝通信设备。然而，许多人并不知道这些设备的代际细分。几十年前，当第一代手机在1980年代发布时，它只专注于语音通信。直到第二代手机在几年后，大约在1990年代，我们才开始看到数据和语音合二为一。这一代最出名的是它可以访问全球移动通信系统 (GSM) 和码分多址 (CDMA)，这些系统极大地提高了速度和通信，最高可达 14.4 Kbps。当第三代手机在2000年代出现时，我们看到公司开始使用分组交换和高达2 Mbps的接入速度。这让我们来到了今天。全球的蜂窝公司开始使用4G技术，提供高达20 Mbps的出色速度。虽然20 Mbps 比3G 的速度快得多，3G 的速度低至 3.8 Mbps，但它并没有达到第四代手机应该要求的 100 Mbps。第四代手机使用LTE（长期演进）技术或WiMAX技术，两者都能提高移动网络的容量和速度。 这两种技术彼此不兼容，具体取决于您使用的手机运营商。目前，Sprint 正在使用 4G WiMAX，而 Verizon 和 AT&T 正在使用 4G LTE。 这是当今世界的一个必要条件，因为越来越多人购买移动智能手机，并需要大量的手机数据传输。这些技术使用 OFDM（正交频分复用），而不是 TDMA（时分多址）或 CDMA（码分多址）。这种技术变化是手机市场接受的第三代和第四代手机之间的差异，因为 OFDM 速度更快、效率更高，尽管它不如原始规范快。 第四代手机的另一个优势是它们仍然可以访问许多消费者渴望的宽带互联网内容。希望在不久的将来，科技公司能够真正为手机用户提供速度高达100 Mbps的手机。随着技术的不断发展和扩展，它将把我们带到哪里？第五代技术将带给我们什么样的技术奇迹？

无线打印机

一台普通的打印机

Wi-Fi是最流行的网络标准之一，它使用无线局域网。某些设备具有Wi-Fi功能，有些可以连接到无线网络。当今应用最广泛的设备之一是无线打印机。然而，并非所有打印机都可以使用。现在的特殊打印机内置了Wi-Fi收发器，用于定位可用的网络。主要优点是多台电脑可以打印到您想要的任何位置的打印机。另一个很大的优势是，您可以避免使用USB线连接到电脑的所有设备时产生的令人讨厌的电线缠绕。与使用USB线手动下载软件并连接相比，电脑通过Wi-Fi连接到打印机的速度要快得多。不过，需要注意的是，窗户和门可能会影响信号强度。安全性也是需要考虑的因素。一些打印机包含WPA（Wi-Fi受保护访问）加密，如果他们激活了类似功能，则只允许特定的电脑连接。 令人难以置信的是，与市场上其他类型的电子产品相比，这些类型的打印机实际上价格合理。

网络硬件

网络适配器偏好

网络适配器或“网络接口卡”（NIC）用于将电脑连接到高速网络。最近制造的主板已经内置了它们。否则，可以将NIC安装到主板上的开放式PCI扩展槽中。

调制解调器能够将电脑的数字数据转换为可以通过电话线发送的模拟数据，并将传入的模拟数据转换为电脑可以处理的数字数据。质量更好的调制解调器能够直接在卡上完成工作。众所周知，它们比廉价调制解调器更快、更有效，想得通！

思科 EPC3010 型号

调制解调器一词是调制解调器（modulator/demodulator）的缩写。调制解调器用于连接互联网服务提供商。它们在互联网服务提供商和电脑之间传输数据。有几种不同类型的调制解调器。模拟调制解调器可用于拨号连接。数字用户线路或DSL和有线调制解调器用于高速宽带连接。综合业务数字网络或ISDN调制解调器用于更高速的连接。

近年来，无线路由器发生了翻天覆地的变化。曾经只是将互联网信号广播到家庭或办公室的简单工具，如今许多无线路由器拥有了更多功能和能力。它们可以提供多种频率，以帮助避免干扰。它们可以设置成允许访客访问网络。有些甚至允许进行高级安全设置，并提供增强功能，例如家长控制，以限制对某些网站的访问。另一个方便的功能是向设备添加存储功能。一些路由器允许连接外部存储设备，而另一些则内置存储。许多路由器还具有用于控制它们的移动应用程序。在平板电脑和智能手机的时代，能够通过移动设备控制网络设置至关重要。

连接设备和网络的硬件

无线路由器

在连接设备到网络以及连接网络到其他网络时，使用不同的配置。家庭网络配置的一个例子是星形拓扑结构，其中有一个中央设备为其他设备提供连接。这个中央设备，或称为集线器，在连接到集线器的设备（特别是计算机）之间，带宽的可用性方面效率不高。更准确地说，**集线器**会导致不必要的流量积压，因为它将接收到的所有内容都转发到其他设备。这可能是也可能不是问题，取决于网络的大小。小型网络在使用集线器作为中央设备时不会遇到太多问题，但对于其他较大的网络，可能需要使用其他设备。**交换机**更适合大型网络。与集线器类似，交换机允许设备相互通信。然而，交换机包含为单个设备分配的端口，这使得为整体设备更有效地分配带宽。

**路由器**用于连接不同的网络。 由于它们在称为路由表的存储中维护配置信息，因此路由器可以过滤传入或传出的流量。 **无线接入点**是允许设备访问网络的设备。这与交换机一起可以在**无线路由器**中找到。这些路由器将有线和无线设备连接到网络，然后将该网络连接到互联网。另一个设备是**网桥**，它只是连接两个局域网段。一个例子是将游戏机连接到家庭网络。

中继器、范围扩展器和天线

卫星天线

网络中继器再生传入的电气、无线或光学信号。如今，大多数数据传输依赖于以太网或 Wi-Fi，这两者都只能跨越有限的距离，之后信号质量就会下降。中继器的目标是帮助在长距离上传输可接受的信号，而以太网或 Wi-Fi 等示例却难以做到。 虽然有线和无线网络都有中继器，但无线网络的中继器被称为范围扩展器。范围扩展器通常在家中使用，以消除“死区”，即正常网络无法覆盖的区域。范围扩展器通常会无线连接到网络，然后重复无线信号。增加网络范围最可靠和最流行的方法之一是使用天线。天线非常有效，因为它们能够将射频转换成交流电，反之亦然。最常见的天线类型是碟形天线，用于卫星通信。一个天线使用示例可以在日常家庭屋顶上看到，那里经常使用碟形天线来接收电视信号

回顾

回顾定义

**模拟信号**：一种信号类型，其中数据由连续波表示。

**蓝牙**：一种用于超短距离无线连接的网络标准；设备在进入允许范围后会自动连接。

**总线网络**：一个网络，由一根中央电缆构成，所有网络设备都连接到该电缆。

**同轴电缆**：一种网络电缆，由一根中心导线构成，位于一个接地的圆柱形屏蔽层内，能够高速传输数据。

**以太网 (802.3)**：一种广泛使用的有线局域网网络标准。

**外联网**：一个至少部分可供授权的外部人员访问的内部网。

**光纤电缆**：一种网络电缆，利用数百根细小的透明纤维，激光在这些纤维上以光的形式传输数据。

**内部网**：一个私有网络，其设置类似于互联网，可以通过网页浏览器访问。

**局域网 (LAN)**：一个网络，连接位于小地理区域（例如建筑物内）的设备。

**网状网络**：一个网络，其中网络上的设备之间存在多个连接，因此消息可以沿着任何几个可能的路径传输。

**调制解调器**：一种使计算机能够通过模拟网络介质进行通信的设备，例如通过电话线连接到互联网。

**个人区域网 (PAN)**：一个用于互连以个人工作空间为中心的设备的计算机网络。

**并行传输**：一种数据传输类型，其中数据字节一次传输，字节中的每个位都走不同的路径。

**路由器**：一种将多个网络连接在一起的设备；将数据包路由到它们在网络中的下一个位置，以有效地到达目的地。

**串行传输**：一种数据传输类型，其中字节中的位一个接一个地沿着同一条路径传输。

**虚拟专用网络 (VPN)**：互联网上的一个私有、安全的路径，为授权用户提供通过互联网安全访问私有网络的方式。

**广域网**：一个计算机网络，其中连接的计算机可能相距很远，通常半英里或更远的半径。

**无线网络**：一个网络，其中计算机和其他设备通过物理电缆连接到网络；数据通常通过无线电波发送。

回顾问题

1.) 第三代计算机比早期的计算机世代更小、更可靠，通过利用_________，在一个小的硅芯片上集成了多个晶体管和电子电路。

2.) 一家小型企业需要一台计算机，可以充当多个个人电脑的服务器，并处理运行不同应用程序的多个用户。最适合其需求的计算机类别是_________。

3.) 用于执行特定任务或应用程序（例如计算银行账户利息、准备账单或创建信件）的程序包含在_________中。

4.) 系统软件的一个例子是_________。

5.) PC 兼容机和 Mac 是两种主要的个人计算机_________。

6.) 计算机网络的目的是允许计算机_________。

7.) 计算机以及我们每天使用的传统设备（如电话、电视和家用娱乐系统）已经开始合并成具有多种功能的单个单元；这种趋势被称为_________。

8.) 对计算机及其用途的基本了解被称为_________。

9.) 计算机的四个主要操作是输入、输出、存储和_________。

10.) 一种基于移动电话的移动设备，可用于无线访问网络和电子邮件，以及其他功能，例如拍摄数码照片，通常被称为_________。

回顾答案

答案 1.) 集成电路 2.) 中端服务器 3.) 应用软件 4.) Windows、Osx 和 Linux 5.) 平台 6.) 相互通信、共享软件和共享硬件 7.) 融合 8.) 计算机素养 9.) 处理 10.) 智能手机