第1章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論

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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程

羅少彬編著

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第1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論

羅少彬編著

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解

了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展

握

掌J

V計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義

握

掌

<二計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)型

握

掌

J

V計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類方法

了典型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

了A

M公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的發(fā)展

了

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的主要領(lǐng)域

了A

M計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用帶來(lái)的社會(huì)問(wèn)題

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1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展

1?1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展階段的劃分

K第一階段：20世紀(jì)50年代

數(shù)據(jù)通信技術(shù)的研究與發(fā)展

K第二階段：20世紀(jì)60年代

ARPANET與分組交換技術(shù)的研究與發(fā)展

K第三階段：20世紀(jì)70年代

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的研究

廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)與公用分組交換網(wǎng)的研究與應(yīng)用

K第四階段：20世紀(jì)90年代

Internet技術(shù)的廣泛應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)的研究與發(fā)展

寬帶城域網(wǎng)與接入網(wǎng)技術(shù)的研究與發(fā)展

網(wǎng)絡(luò)與信息安全技術(shù)的研究與發(fā)展

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1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成

K1946年世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC誕生時(shí)，

計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)并沒(méi)有直接的聯(lián)系；

620世紀(jì)50年代初，由于美國(guó)軍方的需要，美國(guó)半自動(dòng)

地面防空系統(tǒng)（SAGE）的研究開(kāi)始了計(jì)算機(jī)技術(shù)與通

信技術(shù)相結(jié)合的嘗試；

匕隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，出現(xiàn)多臺(tái)計(jì)算機(jī)互連的需求，

網(wǎng)絡(luò)用戶希望通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)資源共享的目的；

K典型的研究成果是ARPA網(wǎng)。

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1.1.3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的研究

K一些大的計(jì)算機(jī)公司紛紛提出了各種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；

K國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）成立專門委員會(huì)研究網(wǎng)絡(luò)體

系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題；

巴ISO正式制訂了開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型，制訂了一系

列的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；

K在1969年ARPANET的實(shí)驗(yàn)性階段，研究人員就開(kāi)始

了TCP/IP協(xié)議雛形的研究；

KTCP/IP協(xié)議的成功促進(jìn)了Internet的發(fā)展，Internet的

發(fā)展又進(jìn)一步擴(kuò)大了TCP/IP協(xié)議的影響。

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1?1.4Internet的應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)發(fā)展

￡Internet的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了電子商務(wù)、電子政務(wù)、遠(yuǎn)程

教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、分布式計(jì)算與視頻點(diǎn)播的發(fā)展；

K高速局網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，F(xiàn)astEthernetGigabit

Ethernet已開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段，速率為lOGbps的

Ethernet網(wǎng)正在研究之中；

K基于光纖與IP技術(shù)的寬帶城域網(wǎng)與寬帶接入網(wǎng)技術(shù)已

經(jīng)成為研究、應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)問(wèn)題之一；

K網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)已經(jīng)成為重要的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與研究領(lǐng)域。

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1.1.5寬帶網(wǎng)絡(luò)與全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與發(fā)展

匕很多國(guó)家的政府與企業(yè)投入巨額資金，把寬帶網(wǎng)絡(luò)作

為戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)來(lái)發(fā)展；

n寬帶網(wǎng)絡(luò)在基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、信息服務(wù)等多個(gè)層

面上提供了巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，為新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)運(yùn)營(yíng)商

提供了發(fā)展的空間，從而也帶動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)

整；

K寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的兩個(gè)關(guān)鍵是寬帶骨干網(wǎng)技術(shù)和寬帶接

入網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展；

￡全光網(wǎng)會(huì)給未來(lái)通信網(wǎng)的寬帶、容量帶來(lái)更大地發(fā)展

空間。

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1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義

121計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義的基本內(nèi)容

資源共享觀點(diǎn)的定義：以能夠相互共享資源的方式互

連起來(lái)的自治計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合。

n網(wǎng)絡(luò)建立的主要目的是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)資源的共享；

K互連的計(jì)算機(jī)是分布在不同地理位置的多臺(tái)獨(dú)立的

“自治計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”；

K連網(wǎng)計(jì)算機(jī)在通信過(guò)程中必須遵循相同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

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122計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的區(qū)別

￡分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中“存在著一個(gè)能為用戶自動(dòng)管理

資源的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，由它調(diào)用完成用戶任務(wù)所需要

的資源，而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)像一個(gè)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣對(duì)用

戶是透明的?！?/p>

K計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為分布式系統(tǒng)的研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)，而

分布式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的高級(jí)階段。

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123現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

K早期計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：從邏輯功能上可以分為資源子網(wǎng)和通信子

網(wǎng)等兩個(gè)部分。

0?

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現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化

巴隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，大量的微型計(jì)算機(jī)是通

過(guò)局域網(wǎng)連入廣域網(wǎng)，而局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)、廣域網(wǎng)與

廣域網(wǎng)的互連是通過(guò)路由器實(shí)現(xiàn)的；

巴在Internet中，用戶計(jì)算機(jī)需要通過(guò)校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)或

ISP聯(lián)入地區(qū)主干網(wǎng)，地區(qū)主干網(wǎng)通過(guò)國(guó)家主干網(wǎng)聯(lián)入

國(guó)家間的高速主干網(wǎng)，這樣就形成一種由路由器互聯(lián)

的大型、層次結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

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Internet結(jié)構(gòu)示意圖

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1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)型

1.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞亩x

K拓?fù)鋵W(xué)是幾何學(xué)的一個(gè)分支，是從圖論演變而來(lái)。拓

撲學(xué)首先把實(shí)體抽象成與其大小、形狀無(wú)關(guān)的點(diǎn)，將

連接實(shí)體的線路抽象成線，進(jìn)而研究了點(diǎn)、線、面之

間的關(guān)系；

K計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫峭ㄟ^(guò)網(wǎng)中結(jié)點(diǎn)與通信線路之間的幾

何關(guān)系表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，反映出網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體間的結(jié)構(gòu)

吳系；

K計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲饕侵竿ㄐ抛泳W(wǎng)的拓?fù)錁?gòu)型；

K拓?fù)湓O(shè)計(jì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能、系統(tǒng)可靠性與通信費(fèi)用都有重

大影響。

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1.3.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆诸?/p>

6網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞椒?根據(jù)通信子網(wǎng)中通信信道類型分類；

￡通信信道類型:廣播信道與點(diǎn)■點(diǎn)線路；

巴在采用廣播信道通信子網(wǎng)中，一個(gè)公共的通信信道被

多個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)共享；

n廣播信道通信子網(wǎng)的基本拓?fù)錁?gòu)型:

總線型

樹(shù)型

環(huán)型

無(wú)線通信與衛(wèi)星通信型

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匕在采用點(diǎn).點(diǎn)線路的通信子網(wǎng)中，每條物理線路連接一

對(duì)結(jié)點(diǎn)；

n點(diǎn)-點(diǎn)線路的通信子網(wǎng)基本拓?fù)錁?gòu)型有:

星型

環(huán)型

樹(shù)型

網(wǎng)狀型

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1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類方法主要的是以下兩種:

n根據(jù)網(wǎng)絡(luò)所使用的傳輸技術(shù)分類

K根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍與規(guī)模分類

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141根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)進(jìn)行分類

K通信信道的類型有兩類:

廣播通信信道

點(diǎn)■點(diǎn)通信信道

K相應(yīng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也可以分為兩類:

廣播式網(wǎng)絡(luò)(BroadcastNetworks)

點(diǎn)-點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)(Point-to-PointNetworks)

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142根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍進(jìn)行分類

按覆蓋的地理范圍分類，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以分為三類:

匕局域網(wǎng)(LAN,LocalAreaNetwork)

F!城域網(wǎng)(MAN,MetropolitanAreaNetwork)

匕廣域網(wǎng)(WAN,WideAreaNetwork)

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局域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)

匕覆蓋有限的地理范圍，它適用于公司、機(jī)關(guān)、校園、

工廠等有限范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)、終端與各類信息處理設(shè)

備連網(wǎng)的需求；

K提供高數(shù)據(jù)傳輸速率(10Mbps~lOGbps)、低誤碼

率的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境；

巴一般屬于一個(gè)單位所有，易于建立、維護(hù)與擴(kuò)展；

巴從介質(zhì)訪問(wèn)控制方法的角度，局域網(wǎng)可分為共享介質(zhì)

式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)兩類。

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城域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)

K城域網(wǎng)是介于廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的一種高速網(wǎng)絡(luò)；

K城域網(wǎng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是要滿足幾十公里范圍內(nèi)的大量企

業(yè)、機(jī)關(guān)、公司的多個(gè)局域網(wǎng)互連的需求；

K實(shí)現(xiàn)大量用戶之間的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖形與視頻等多種

信息的傳輸功能；

K城域網(wǎng)在技術(shù)上與局域網(wǎng)相似。

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廣域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)

K廣域網(wǎng)也稱為遠(yuǎn)程網(wǎng)；

K覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里；

匕覆蓋一個(gè)國(guó)家、地區(qū)，或橫跨幾個(gè)洲，形成國(guó)際性的

遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)；

K通信子網(wǎng)主要使用分組交換技術(shù)；

K它將分布在不同地區(qū)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來(lái)，達(dá)到資

源共享的目的。

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1.5典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

151ARPANET

K1969年11月,實(shí)驗(yàn)性的ARPANET開(kāi)通；

61975年，ARPANET已經(jīng)連入了100多臺(tái)主機(jī)，并且結(jié)

束了網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)階段，移交美國(guó)國(guó)防部國(guó)防通信局正式

運(yùn)行；

K1983年1月，ARPANET向TCP/IP的轉(zhuǎn)換結(jié)束；

680年代中期，ARPANET成為Intemet的主干網(wǎng)；

K1990年，ARPANET退役。

ARPANET對(duì)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展起了重要的影響。

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1.5.2NSFNET

K1984年，NSF決定組建NSFNET;

￡NSFNET采取的是一種層次型結(jié)構(gòu)，分為主干網(wǎng)、地

區(qū)網(wǎng)與校園網(wǎng)；

K1990年，NSFNET主干網(wǎng)的傳輸速率為44.746Mbps;

K1995年4月1日,NSF和MCI合作創(chuàng)建了NvBS(very

high-speedbackboneservice);

KvBNS主干網(wǎng)運(yùn)行的速率范圍是從622Mb(OC12)

至U4.8Gbps(OC48)o

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1.5.3Internet

K80年代中期人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到Internet的重要作用；

K90年代是Intemet歷史上發(fā)展的最快的時(shí)期；

￡Internet應(yīng)用主要有E-mail、WWW、Telnet.FTP與

Usenet等，隨著Internet規(guī)模和用戶的不斷增長(zhǎng)，

Internet上的應(yīng)用領(lǐng)域也進(jìn)一步得到開(kāi)拓；

K從用戶的角度來(lái)看，Internet是一個(gè)全球范圍的信息資

源網(wǎng)；

￡從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)角度看，Internet是一個(gè)由路由器互聯(lián)起來(lái)

的大型網(wǎng)際網(wǎng)。

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1.5.4Internet2

K由于Internet的商業(yè)化與業(yè)務(wù)量增多，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)整體性

能降低；

￡1996年10月，一些大學(xué)申請(qǐng)建立Internet2,為其成員

組織服務(wù)，初始運(yùn)行速率可達(dá)lOGbps;

￡Internet2可以用于多媒體虛擬圖書館、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)

程教學(xué)、視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播、天氣預(yù)報(bào)等領(lǐng)域；

KInternet2在網(wǎng)絡(luò)層運(yùn)行的是IPv4,同時(shí)也支持IPv6業(yè)

務(wù)，希望形成下一代Internet的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)。

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1.6公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的發(fā)展

n公共數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN的建設(shè)為組建廣域網(wǎng)打下了基礎(chǔ);

n研究公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換技術(shù)需要了解：

X.25網(wǎng)

幀中繼

B-ISDN

ATM

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161X.25網(wǎng)

￡X.25網(wǎng)是一種典型的公用分組交換網(wǎng)，它是CCITT為

廣域網(wǎng)制定的一個(gè)公用分組交換網(wǎng)；

K制定X.25標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)是傳輸速率低、誤碼率高的通信

線路，為了克服通信線路數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量較差的缺點(diǎn)，

X.25標(biāo)準(zhǔn)采用了復(fù)雜的差錯(cuò)控制、流量控制與擁塞控

制機(jī)制，協(xié)議復(fù)雜，工作效率不高；

KX.25網(wǎng)的傳輸速率一般為64Kbps;

KX.25標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)大型機(jī)與終端連網(wǎng)。

羅少彬編著

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L6.2幀中繼

K幀中繼主要考慮如何減少數(shù)據(jù)幀在通信子網(wǎng)中的開(kāi)銷,

沒(méi)有采用流量控制與差錯(cuò)控制機(jī)制，通信子網(wǎng)中的差

錯(cuò)控制由主機(jī)的高層來(lái)保證；

K數(shù)據(jù)幀通過(guò)幀中繼網(wǎng)的處理時(shí)間可以比通過(guò)X.25網(wǎng)降

低一個(gè)數(shù)量級(jí)，而吞吐量要比X.25網(wǎng)絡(luò)提高一個(gè)數(shù)量

級(jí)以上；

K目前幀中繼網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為l.5Mbps;

K幀中繼網(wǎng)主要用于局域網(wǎng)之間的互連。

羅少彬編著

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1.6.3綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)

ACCITT提出將語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務(wù)綜合在ISDN一

個(gè)網(wǎng)絡(luò)之中；

KB-ISDN的目標(biāo)是將語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)圖像傳輸,

以及N-ISDN提供的所有服務(wù)綜合在一個(gè)通信網(wǎng)中，覆

蓋從低傳輸速率、非實(shí)時(shí)傳輸要求，到高傳輸速率、

實(shí)時(shí)突發(fā)性等各類傳輸要求；

KB-ISDN采用異步傳輸模式ATM技術(shù)。

羅少彬編著

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從傳統(tǒng)的電信網(wǎng)

向ISDN的發(fā)展

羅少彬編著

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1.6.4異步傳輸模式

KATM是一種面向連接的技術(shù)；

匕采用小的、固定長(zhǎng)度的信元作為數(shù)據(jù)傳輸單元；

￡能夠支持?jǐn)?shù)字、語(yǔ)音、圖像、視頻等多媒體通信；

￡ATM以統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用方式動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，網(wǎng)

絡(luò)傳輸延時(shí)小，適應(yīng)實(shí)時(shí)通信的要求；

￡ATM沒(méi)有鏈路級(jí)糾錯(cuò)與流量控制，協(xié)議簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)交

換效率高；

￡ATM采用兩級(jí)虛電路機(jī)制，增加了虛電路分配的靈活

性；

KATM的數(shù)據(jù)傳輸速率可以在155Mbps?2.4Gbpso

羅少彬編著

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1.7計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

1.7.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在單位信息管理中的應(yīng)用

K計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)資源的共享；

n計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以提高信息系統(tǒng)的可靠性；

n計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以節(jié)約資金；

K計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以增強(qiáng)信息系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

羅少彬編著

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L7.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在個(gè)人信息服務(wù)中的應(yīng)用

K遠(yuǎn)程信息訪問(wèn)

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