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  第2题      
  知识点:   Internet技术及应用   编码   信息传输
  章/节:   计算机网络技术       

 
()不是由信息传输模型中的编码器完成的。
 
 
  A.  数模转换器
 
  B.  利用密码学的知识对信息加密
 
  C.  将无限个可能的抽样值变成有限可能取值
 
  D.  增加冗余编码
 
 
 

 
  第1题    2022年上半年  
   86%
基于香农提出的信息量度量方式,假如雨量等级定义为1到16级,明天下雨这一事情的信息()。
  第10题    2018年上半年  
   55%
随着用户需求的增加,IP地址从IPv4版本升级到IPv6版本,IPv6由 ()位二进制数组成。
  第11题    2019年上半年  
   77%
在0SI参考模型中,( )是指四层交换,并对端口进行变更。
   知识点讲解    
   · Internet技术及应用    · 编码    · 信息传输
 
       Internet技术及应用
        Internet又称互联网、网间网,是一个囊括全球数十亿电脑和移动终端的巨大的计算机网络体系,它把全球数百万计算机网络和大型主机连接起来进行交互。Internet是一个不受政府管理和控制的、包括成千上万相互协作的组织和网络的集合体。Internet有如下特点:
        .TCP/IP协议是Internet的核心。
        .Internet实现了与公用电话交换网的互连。
        .Internet是一个用户自己的网络。
        .由众多的计算机网络互联组成,是一个世界性的网络。
        .采用分组交换技术。
        .由众多的路由器连接而成。
        .是一个信息资源网。
        如何解决庞大数量的终端之间互联互通呢?Internet采用了TCP/IP和标识技术。
        (1)TCP/IP技术。TCP/IP是Internet的核心,利用TCP/IP协议可以方便地实现多个网络的无缝连接。通常所谓某台主机在Internet上,就是指该主机具有一个Internet地址(即IP地址),并运行TCP/IP协议,可以向Internet上的所有其他主机发送IP分组。
        TCP/IP的层次模型分为4层,其最高层相当于OSI的5~7层,该层中包括了所有的高层协议,如常见的文件传输协议FTP、电子邮件协议SMTP、域名系统DNS、网络管理协议SNMP、访问WWW的超文本传输协议HTTP等。
        TCP/IP的次高层相当于OSI的传输层,该层负责在源主机和目的主机之间提供端-端的数据传输服务。这一层上主要定义了两个协议:面向连接的传输控制协议TCP和无连接的用户数据报协议UDP。
        TCP/IP的第2层相当于OSI的网络层,该层负责将分组独立地从信源传送到信宿,主要解决路由选择、阻塞控制及网际互联问题。这一层上定义了互联网协议IP、地址转换协议ARP、反向地址转换协议队RP和互联网控制报文协议ICMP等协议。
        TCP/IP的最底层为网络接口层,该层负责将IP分组封装成适合在物理网络上传输的帧格式并发送出去,或将从物理网络接收到的帧卸装并取出IP分组递交给高层。这一层与物理网络的具体实现有关,自身并无专用的协议。事实上,任何能传输IP分组的协议都可以运行。虽然该层一般不需要专门的TCP/IP协议,各物理网络可使用自己的数据链路层协议和物理层协议,但使用串行线路进行连接时仍需要运行SLIP或PPP协议。
        (2)标识技术。
        ①主机IP地址。为了确保通信时能相互识别,在Internet上的每台主机都必须有一个唯一的标识,即主机的IP地址。IP协议就是根据IP地址实现信息传递的。
        IP地址分为IPv4和IPv6两个版本。IPv4由32位(即4字节)二进制数组成,将每个字节作为一段并以十进制数来表示,每段间用“.”分隔。例如,202.96.209.5就是一个合法的IP地址。IP地址由网络标识和主机标识两部分组成。常用的IP地址有A、B、C三类,每类均规定了网络标识和主机标识在32位中所占的位数。
        A类地址一般分配给具有大量主机的网络使用,B类地址通常分配给规模中等的网络使用,C类地址通常分配给小型局域网使用。为了确保唯一性,IP地址由世界各大地区的权威机构InterNIC(Internet Network Information Center)管理和分配。
        在IP地址的某个网络标识中,可以包含大量的主机(如A类地址的主机标识域为24位、B类地址的主机标识域为16位),而在实际应用中不可能将这么多的主机连接到单一的网络中,这将给网络寻址和管理带来不便。为解决这个问题,可以在网络中引入“子网”的概念。将主机标识域进一步划分为子网标识和子网主机标识,通过灵活定义子网标识域的位数,可以控制每个子网的规模。将一个大型网络划分为若干个既相对独立又相互联系的子网后,网络内部各子网便可独立寻址和管理,各子网间通过跨子网的路由器连接,这样也提高了网络的安全性。利用子网掩码可以判断两台主机是否在同一子网中。子网掩码与IP地址一样也是32位二进制数,不同的是它的子网主机标识部分为全“.”。若两台主机的IP地址分别与它们的子网掩码相“与”后的结果相同,则说明这两台主机在同一子网中。
        IPv6也被称作下一代互联网协议,它是由IETF小组(Internet Engineering Task Force, Internet工程任务组)设计的用来替代现行的IPv4(现行的IP)协议的一种新的IP协议。
        我们知道,Internet的主机都有一个唯一的IP地址,IP地址用一个32位二进制的数表示一个主机号码,但32位地址资源有限,已经不能满足用户的需求了,因此Internet研究组织发布新的主机标识方法,即IPv6。在RFC1884中(RFC是Request for Comments document的缩写。RFC实际上就是Internet有关服务的一些标准说明文档),规定的标准语法建议把IPv6地址的128位(16个字节)写成8个16位的无符号整数,每个整数用4个十六进制位表示,这些数之间用英文冒号(:)分开,例如:3ffe:3201:1401:1280:c8ff:fe4d:db39。IPv6具有以下显著优点:
        .提供更大的地址空间,能够实现plug and play和灵活的重新编址。
        .更简单的头信息,能够使路由器提供更有效率的路由转发。
        .与mobile ip和ip sec保持兼容的移动性和安全性。
        .提供丰富的从IPv4到IPv6的转换和互操作的方法,ipsec在IPv6中是强制性的。
        ②域名系统和统一资源定位器。32位二进制数的IP地址对计算机来说十分有效,但用户使用和记忆都很不方便。为此,Internet引进了字符形式的IP地址,即域名。域名采用层次结构的基于“域”的命名方案,每一层由一个子域名组成,子域名间用“.”分隔,其格式为:机器名.网络名.机构名.最高域名。
        Internet上的域名由域名系统DNS(Domain Nam System)统一管理。DNS是一个分布式数据库系统,由域名空间、域名服务器和地址转换请求程序3部分组成。有了DNS,凡域名空间中有定义的域名都可以有效地转换为对应的IP地址,同样,IP地址也可通过DNS转换成域名。
        WWW上的每一个网页都有一个独立的地址,这些地址称为统一资源定位器(URL),只要知道某网页的URL,便可直接打开该网页。
        ③用户E-mail地址。用户E-mail地址的格式为:用户名@主机域名。其中用户名是用户在邮件服务器上的信箱名,通常为用户的注册名、姓名或其他代号,主机域名则是邮件服务器的域名。用户名和主机域名之间用“@”分隔。例如,tmchang@online-sh.cn即表示域名为“online-s11.cn”的邮件服务。由于主机域名在Internet上的唯一性,所以只要E-mail地址中的用户名在该邮件服务器中是唯一的,则这个E-mail地址在整个Internet上也是唯一的。
        Internet技术在生产和生活中有着广泛的应用,如:
        .电子商务:B2B、B2C、C2C。
        .电子政务:政府信息化应用。
        .互联网金融:P2P。
        .网络教育:e-Learning。
        .网络传媒:网媒、综合门户、富媒体等。
        .产业应用:在线行业应用。
        .个人应用:地区门户、论坛、搜索引擎、SNS等。
        .主题应用:各细分主题网站,比如旅游等。
        随着移动终端(手机、平板电脑、穿戴设备)的不断普及,Internet又衍生出了移动互联网这一丰富应用的分支。
 
       编码
               编码过程
               在给定了软件设计规格说明书后,下一步的工作就是编写代码。一般来说,编码工作可以分为四个步骤:
               (1)确定源程序的标准格式,制订编程规范。
               (2)准备编程环境,包括软硬件平台的选择,包括操作系统、编程语言、集成开发环境等。
               (3)编写代码。
               (4)进行代码审查,以提高编码质量。为提高审查的效率,在代码审查前需要准备一份检查清单,并设定此次审查须找到的bug数量。在审查时,要检查软件规格说明书与编码内容是否一致;代码对硬件和操作系统资源的访问是否正确;中断控制模块是否正确等。
               编码准则
               在嵌入式系统中,由于资源有限,且实时性和可靠性要求较高,因此,在开发嵌入式软件时,要注意对执行时间、存储空间和开发/维护时间这三种资源的使用进行优化。也就是说,代码的执行速度要越快越好,系统占用的存储空间要越小越好,软件开发和维护的时间要越少越好。
               具体来说,在编写代码时,需要做到以下几点:
               .保持函数短小精悍。一个函数应该只实现一个功能,如果函数的代码过于复杂,将多个功能混杂在一起,就很难具备可靠性和可维护性。另外,要限制函数的长度,一般来说,一个函数的长度最好不要超过100行。
               .封装代码。将数据以及对其进行操作的代码封装在一个实体中,其他代码不能直接访问这些数据。例如,全局变量必须在使用该变量的函数或模块内定义。对代码进行封装的结果就是消除了代码之间的依赖性,提高了对象的内聚性,使封装后的代码对其他行为的依赖性较小。
               .消除冗余代码。例如,将一个变量赋给它自己,初始化或设置一个变量后却从不使用它,等等。研究表明,即使是无害的冗余也往往和程序的缺陷高度关联。
               .减少实时代码。实时代码不但容易出错、编写成本较高,而且调试成本可能更高。如果可能,最好将对执行时间要求严格的代码转移到一个单独的任务或者程序段中。
               .编写优雅流畅的代码。
               .遵守代码编写标准并借助检查工具。用自动检验工具寻找缺陷比人工调试便宜,而且能捕捉到通过传统测试检查不到的各种问题。
               编码技术
                      编程规范
                      在嵌入式软件开发过程中,遵守编程规范,养成良好的编程习惯,这是非常重要的,将直接影响到所编写代码的质量。
                      编程规范主要涉及的三方面内容:
                      .命名规则。从编译器的角度,一个合法的变量名由字母、数字和下画线三种字符组成,且第一个字符必须为字母或下画线。但是从程序员的角度,一个好的名字不仅要合法,还要载有足够的信息,做到“见名知意”,并且在语意清晰、不含歧义的前提下,尽可能地简短。
                      .编码格式。在程序布局时,要使用缩进规则,例如变量的定义和可执行语句要缩进一级,当函数的参数过长时,也要缩进。另外,括弧的使用要整齐配对,要善于使用空格和空行来美化代码。例如,在二元运算符与其运算对象之间,要留有空格;在变量定义和代码之间要留有空行;在不同功能的代码段之间也要用空行隔开。
                      .注释的书写。注释的典型内容包括:函数的功能描述;设计过程中的决策,如数据结构和算法的选择;错误的处理方式;复杂代码的设计思想等。在书写注释时要注意,注释的内容应该与相应的代码保持一致,同时要避免不必要的注释,过犹不及。
                      性能优化
                      由于嵌入式系统对实时性的要求较高,因此一般要求对代码的性能进行优化,使代码的执行速度越快越好。以算术运算为例,在编写代码时,需要仔细地选择和使用算术运算符。一般来说,整数的算术运算最快,其次是带有硬件支持的浮点运算,而用软件来实现的浮点运算是非常慢的。因此,在编码时要遵守以下准则:
                      .尽量使用整数(char、short、int和long)的加法和减法。
                      .如果没有硬件支持,尽量避免使用乘法。
                      .尽量避免使用除法。
                      .如果没有硬件支持,尽量避免使用浮点数。
                      下图是一个例子,其中两段代码的功能完全一样,都是对一个结构体数组的各个元素进行初始化,但采用两种不同的方法来实现。下图(a)采用数组下标的方法,在定位第i个数组元素时,需要将i乘以结构体元素的大小,再加上数组的起始地址。下图(b)采用的是指针访问的方法,先把指针fp初始化为数组的起始地址,然后每访问完一个数组元素,就把fp加1,指向下一个元素。在一个奔腾4的PC上,将这两段代码分别重复10 700次,右边这段代码需要1ms,而左边这段代码需要2.13ms。
                      
                      算术运算性能优化的例子
 
       信息传输
        信息传输是为了满足人们对信息的需求,实现信息有目的的流动,体现信息的价值。特别是在市场经济环境下,信息已经成为重要的、具有价值的一种商品。如何从海量信息中收集有用的信息,并对其进行研究与分析,作为企业决策的依据,使信息真正为企业的决策带来增值效应。
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第2题    在手机中做本题