2.4 计算机网络平台

计算机网络是数据通信技术与计算机系统相结合的产物。自20世纪60年代末诞生以来，它在短短40多年的时间里发展速度异常迅猛，已经成为人类社会新文明的代表，政治、经济、军事、科学及人类生活等各个领域都已经离不开计算机网络。计算机网络的主要功能包括如下几个方面。

(1)信息传递。现代社会海量的信息可以数据的形式通过计算机网络在全世界范围内迅速安全地传递，数据的类型也从最初的电子邮件等文本数据扩展到视频、音频等实时多媒体数据。传统的电话网、电视网和计算机网络正在逐步融合，形成一个覆盖范围更广、信息内容更丰富的综合业务网络。

(2)资源共享。在计算机网络中，许多价格昂贵的资源 (例如，并不是每一用户都拥有的大型数据库、巨型计算机等)都可以实现共享。资源共享既包括硬件资源的共享 (如打印机、大容量磁盘等)，也包括软件资源的共享 (如程序、数据等)。资源共享的结果是避免重复投资和劳动，从而提高资源的利用率，使系统的整体性价比得到改善。

(3)增加可靠性。在一个系统内，单个部件或计算机的暂时失效必须通过替换资源的办法来维持系统的继续运行。但在计算机网络中，每种资源 (尤其是程序和数据)可以存放在多个地点，而用户可以通过多种途径来访问网内的某个资源，从而避免了单点失效对用户产生的影响。

(4)提高系统处理能力。单机的处理能力总是有限的，且由于种种原因 (例如时差)，计算机之间的忙闲程度是不同的。从理论上讲，在同一网内的多台计算机可以通过协同操作和并行处理来提高整个系统的处理能力，并使网内各计算机负载均衡。

2.4.1 计算机网络的体系结构

计算机网络系统是一个非常庞大而复杂的精密系统，相互通信的计算机必须高度协调地工作。为了降低网络设计的复杂性，在网络发展的初期，设计者们就提出了层次模型的概念。通过分层设计的方法，将庞大而复杂的问题转化为若干较小且容易处理的子问题。各大公司 (如 IBM、DEC 等)纷纷根据分层的思想研制出了自己的计算机系统网络体系结构。

有了网络体系结构，一个公司所生产的各种机器和网络设备可以非常容易地连接起来。但由于各个公司的网络体系结构各不相同，因此不同公司之间的网络产品和设备还不能互联互通。针对上述情况，国际标准化组织 (ISO)于1 9 7 7年设立专门的机构研究解决上述问题，并于不久后提出了一个使各种计算机能够互连的标准框架——开放式系统互联参考模型 (Open System Interconnection/Reference Model, OSI/RM)，简称OSI模型。OSI模型是一个开放体系结构，它垂直地将网络分为七层，每一层完成独立的功能，设计者可以根据每一层特定的功能进行软硬件的开发(如图2—1 0所示)。OSI模型的出现，标志着网络的发展走上了标准化的道路。

图2—10 OSI的七层参考模型

2.4.2 网络协议

在任何两台计算机之间要进行通信，必须使它们采用相同的信息交换规则。我们把在计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一系列规则称为网络协议 (network protocol)。网络协议是计算机网络设计、开发、运行的基础。网络协议同样基于分层的思想，将通信问题划分为许多个小问题，然后为每个小问题设计一个单独的协议方法。这样做使得每个协议的设计、分析、编码和测试都比较容易。网络协议有以下三个关键要素。

● 语法。定义协议中所使用数据块的格式。

● 语义。规定各数据块格式的作用。

● 定时。规定数据块的交换顺序和定时器的使用。

常见的IP, TCP, UDP协议等都是网络协议。

2.4.3 计算机网络的分类

计算机网络的分类标准有很多。比如按拓扑结构可分为总线网、环形网和星形网等；按传输媒体可分为有线网和无线网；按交换方式可分为电路交换网和分组交换网；按数据传输率可分为高速网和低速网；等等。但这些分类标准只给出了网络某一方面的特征，并不能反映网络技术的本质。事实上，确实存在一种能反映网络技术本质的网络划分标准，那就是计算机网络的覆盖范围。按网络覆盖范围的大小，我们将计算机网络分为局域网 (LAN)、城域网 (MAN)、广域网 (WAN)和互联网，分类情况如表2—3所示。

表2—3 计算机网络按覆盖范围的分类

网络覆盖的地理范围是网络分类的一个非常重要的度量参数，因为不同规模的网络将采用不同的技术。下面简要介绍上述几种网络。

1．局域网

局域网 (local area network, LAN)是指距离在几十米到几公里的办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络。计算机局域网被广泛应用于连接校园、工厂以及机关的个人计算机或工作站以及各种外围设备，以利于个人计算机或工作站之间的资源共享 (如打印机、服务器)和数据通信。局域网与其他网络的区别主要体现在以下三个方面。

● 网络所覆盖的物理范围；

● 网络所使用的传输技术；

● 网络的拓扑结构。

局域网中最常使用的是共享信道，即所有的机器都接在同一条传输线路上。传统局域网具有高数据传输率 (10 Mbps 或100 Mbps)、低延迟和低误码率的特点。新型局域网的数据传输率可达每秒千兆位甚至更高。局域网主要有总线结构和环状结构两种拓扑结构 (如图2—11所示)。

图2—11 局域网的总线结构和环状结构

目前市场上最常见的以太网 (IEEE 802.3)属于总线结构，而 IBM公司的令牌环网 (IEEE 802.5)属于环状结构。此外，无线局域网 (IEEE 802.1 1)正在逐步取代有线局域网，以满足人们对移动、布局变动和自组网络的需求。

2．城域网

城域网 (metropolitan area network, MAN)所采用的技术基本上与局域网相类似，只是规模更大。城域网既可以覆盖相距不远的几栋办公楼，也可以覆盖一个城市；既可以是私人网，也可以是公用网；既可以支持数据和话音传输，也可以与有线电视相连。城域网一般只包含一两根电缆，以总线形式存在，没有交换设备，因而其设计比较简单，其标准已由 IEEE 802.6协议所规定，工作距离一般是160km，数据传输率为44.736 Mbps。

3．广域网

广域网 (wide area network, WAN)通常跨接很大的物理范围，如一个或几个国家。与局域网的共享方式不同，广域网采用交换技术，通过若干相互连接的交换节点 (称之为通信子网)，将分布在各地的主机或局域网连接起来。图2—12显示的就是广域网的模型。数据的交换是广域网最为关心的问题，主要的交换技术有X.2 5、帧中继和ATM等。而担任交换节点的设备通常是路由器或交换机，在这些节点上，能够根据不同协议要求实现数据交换、路由、流量控制、拥塞控制等各种管理功能。

图2—12 广域网模型

4．互联网

将世界各地的局域网、广域网通过一定的方式连接起来，使得海量的信息能在更广阔的范围里传播，就构成了互联网 (internet)，最常见形式是多个局域网通过广域网连接起来。而不同厂家生产的网络产品，由于物理结构、协议和标准都各不相同，所以必须将这些不兼容的网络通过称为“网关”(gateway)的网络设备连接起来，并由网关完成相应的转换功能。我们目前所使用的因特网就是最常用的互联网形式。

2.4.4 TCP/IP协议体系

因特网已经为全球上亿人所熟知和使用，人们的生活以及工作都已经越来越离不开因特网。因特网发展的基础框架就是：传输控制协议/网际协议(TCP/IP)的协议簇。TCP/IP是一组协议，并根据其中最重要的两个协议——传输控制协议 (transmission control protocol)和网际协议 (internet protocol)而命名。

TCP/IP的目的是为异构的物理网络提供统一的数据通信服务，使在不同网络上相距很远的主机相互通信成为可能。与大多数网络软件一样，TCP/IP 基于分层思想来给网络建模，包括应用层、传输层、网络层和网络接口层四个层次。TCP/IP的结构及各层所包含的主要协议如图2—1 3所示。

图2—13 TCP/IP协议层次

1．应用层

这是对面向用户的通信应用程序的统称。TCP/IP 协议簇在这一层面有很多协议来支持不同的应用，许多大家所熟悉的基于因特网应用的实现就离不开这些协议。如我们进行网页浏览用到的 HTTP 协议、文件传输用到的 FTP 协议、电子邮件发送用到的SMTP协议、远程登录用到的 Telnet 协议等，都属于 TCP/IP 应用层；对用户而言，看到的是由一个个软件所构筑的大多为图形的操作界面，而实际后台运行的便是上述协议。

2．传输层

提供了端到端的数据传输，把数据从一个应用传输到它的远程对等实体。最常用的传输层协议是传输控制协议 (transmission control protocol, TCP)，它提供了面向连接的可靠数据传送、流量控制以及拥塞控制。另一种传输协议是用户数据报协议 (user datagram protocol, UDP)，它提供了一种无连接、不可靠的、尽力而为的传输方式。

3．网络层

解决的是网际通信问题，而不是同一网段内部的事。网络层的主要功能就是提供路由，即选择到达目标主机的最佳路径，并沿该路径传送数据包。除此之外，网络层还要能够消除网络拥挤，具有流量控制和拥塞控制的能力。网际协议(internet protocol, IP)是这一层中最重要的协议，为每个网络中的计算机定义了能唯一识别的IP地址，从而使得不同应用类型的数据在因特网上通畅地传输。网络层还包括ARP, RARP, ICMP等协议。

4．网络接口层

也叫数据链路层，将网络层的 IP 数据报变成独立的网络信息传输单元 (称为帧)，负责帧在物理线路上的发送与接收。TCP/IP协议的网络接口层支持多种接口协议，如IEEE 802.2, Token-ring, FDDI, X.25, ATM等。

2.4.5 IP协议

1.IP地址

IP协议是 TCP/IP协议簇网络层的核心，是因特网能够有效运行的基础。IP协议最基本的功能是实现 IP 编址。就像每个人必须有独一无二的邮政地址以保证安全可靠地收寄信件一样，基于 TCP/IP 的网络上每台设备的每个网络接口都必须有唯一的 IP地址，这样才能保证数据的准确传输。如果没有 IP 地址，数据不可能在网络和设备间流动。有的网络节点 (如路由器)有多个网络接口，则每一个网络接口分配一个 IP地址。传统的 IP地址 (IPv4)表示为一个3 2位的无符号二进制数，通常用以圆点连接的四个十进制数表示，如129.2.7.9就是一个合法的 IP地址，如果用二进制格式可以表示为：10000000 00000010 00000111 00001001。

IP层给每个要在互联网中传输的数据包标记出源IP地址和目的IP地址，经过路由选择可以发送到通信的目的地。每个地址包含两部分：网络号和主机号，就像我们的电话号码由区号和本地号码两部分组成一样。对于某网络上的所有节点而言，网络地址部分是相同的，每个设备的主机部分地址则各不相同。

根据网络地址和主机地址的不同分配方法，所有的IP地址被分为五类。

(1)A类IP地址。一个A类IP地址由第一个字节所表示的网络地址和后3个字节所表示的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”，即第一个十进制数范围为1~127。每个A类地址可连接16 777 214台主机，因特网中共有126个 A 类地址。A类IP地址资源很少，只用于大型网络。

(2)B类IP地址。一个B类IP地址由前2个字节所表示的网络地址和后2个字节所表示的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，即第一个十进制数范围为128~191。每个 B类地址可连接65 534台主机，因特网中共有16 382个 B类地址。B类IP地址主要用于中型网络。

(3)C类IP地址。一个C类IP地址是由前3个字节所表示的网络地址和后1个字节所表示的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”，即第一个十进制数范围为192~223。每个C类地址可连接254台主机，因特网有2 097 150个 C 类地址。C类IP地址用于小规模网络。

(4)D类IP 地址。第一个字节以“1110”开始，第一个字节的数字范围为224~239，是多点播送地址，用于多目的地信息的传输和作为备用。

(5)E类IP地址。以“11110”开始，即第一段数字范围为240~254。E 类地址保留，仅用于实验和开发。

根据用途和安全性级别的不同，IP 地址还可以大致分为公共地址和私有地址两类。公共地址在因特网中使用，可以在因特网中随意访问。私有地址只能在内部网络中使用，必须通过代理服务器才能与因特网通信。一个机构网络要连入因特网，必须申请公共IP地址。但是考虑到网络安全和节省IP地址资源等因素，在 IP地址中专门保留了三个区域作为私有地址，其地址范围如下：

10.0.0.0~10.255.255.255

172.16.0.0~172.31.255.255

192.168.0.0~192.168.255.255

使用保留地址的网络只能在内部进行通信，而不能与其他网络互连。但是这些使用保留地址的网络可以通过将本网络内的保留地址翻译转换成公共地址的方式实现与外部网络的互连。因此，家庭、学校、企业中的小规模局域网，可以利用支持地址转换功能的路由器，在只获取一个公共 IP 地址的情况下，实现网内所有主机的上网功能。

2.IP路由

IP路由是IP协议所规定的另一项重要功能，IP路由 (routing)是指在不同网络间的数据收发选择路径连接，如同人们出行要选择一条合适的道路到达目的地一样。完成这种功能的设备称为IP路由器 (router)。

当一个数据要被发送到远程目的主机时，发送端首先把数据包传递到一个本地路由器。路由器根据数据包所携带的目的 IP 地址信息，再根据相应的规则，将数据包传输到与之相连的另一个路由器，称为下一跳；这样直到数据包到达与目的主机所在网段相连的路由器。路由器根据 IP 路由表在网段之间转发数据包，这个表包含了与路由器相连的网络配置信息，如接口带宽、链路延迟时间、相邻路由器地址等。路由表的建立和管理是由路由算法实现的，在网络拓扑结构发生变化时，能够动态更新路由表信息。

路由算法分为静态路由和动态路由，静态路由由网络管理员人工实现，所有路由设备中通过的路径由人工编程的方式预先定义。静态路由一经配置就不再变动，不能动态适应网路的当前运行状态，只适用于简单的网络环境。动态路由允许路由器自动地发现和维护网络的路径，当前许多路由协议都属于动态路由，如路由信息协议 (RIP)和开放式最短路径优先协议 (OSPF)。

3.IP协议的版本

随着电子技术及网络技术的发展，计算机网络将更加深入人们的日常生活，越来越多的设备有必要也有可能被接入因特网，如各种家用电器、传感器、交通工具等。而目前采用的 IP 协议版本 IPv4的最大问题是网络地址资源有限，从理论上讲，IPv4技术可使用的IP地址有43亿个，目前已经使用了绝大部分，而且地址分配不均，其中北美占有3/4，约30亿个，世界其他国家和地区只占1/4。为了解决这一问题，新的IP协议版本IPv6由互联网工程任务组 (Internet Engineering Task Force, IETF)设计提出，用于替代现行的IPv4。

IPv6中IP地址的长度为128位，能够提供2128-1个地址，这是一个极其巨大的数字，如果说IPv4大约能为地球上每个人提供一个IP地址的话，IPv6则能给地球上每一个生物提供一个IP 地址。同时，IPv6还具有更优良的性能，如使用更小的路由表，提高了路由器转发数据包的速度；增加了增强的组播功能支持及流控机制 (flow control)，为多媒体应用控制提供了良好的网络平台；加入了对自动配置(auto configuration)的支持，使得网络 (尤其是局域网)的管理更加方便和快捷；使用IPv6网络用户可以对网络层的数据进行加密，并对 IP 报文进行校验，极大地增强了网络的安全性。

IPv6在世界各国正处在不断发展和完善的过程中，我国的 IPv6网络的研究和开发工作在世界上处于领先的地位，并已经建立起了基于 IPv6的骨干网络——中国第二代教育骨干网 (CERNET2)。

2.4.6 TCP与UDP

1．面向连接或面向非连接

TCP/IP协议体系的传输层包括两个重要的协议：TCP 和 UDP。在讨论这两个协议之前，首先要弄清“面向连接”和“面向非连接”这两个概念，它们的关系可以形象地用打电话和写信来比喻。两个人如果要通话，首先要建立连接 (打电话时的拨号)，等待响应后 (接听电话后)，才能相互传递信息，最后还要断开连接(挂电话)。而写信就比较简单，填写好收信人的地址后将信投入邮筒，发信人的工作就完成了。

从以上的分析可以看出，面向连接是先在需要通信的双方之间建立一个传递信息的通道，再由发送方发送请求连接信息，当接收方响应后才开始传递信息。由于信息是在一个通道中传送的，接收方能比较完整地收到发送方发出的信息，因此这种方式传递信息的可靠性比较高。但也正因为需要先建立连接，所以资源的成本较高。在建立连接前必须等待接收方响应，传输信息过程中必须确认信息是否传到及断开连接时是否已发出相应的信号。因为是独占一个通道，所以在断开连接前不能建立另一个连接，就像不允许第三方打进电话一样。

面向非连接是一开始就发送信息 (严格地说，这里没有开始、结束的区分)，只是一次性的传递，事先不需要接收方的响应，因而在一定程度上也无法保证信息传递的可靠性，就像写信一样，我们只是将信寄出去，却不能保证收信人一定可以收到。

2.TCP与UDP的区别

TCP协议是面向连接的传输协议，而且提供的是可靠的传输服务，即在传输数据发生丢失时可以重新传递该数据，适用于要求比较高的业务，如电子邮件、网页浏览、文件传输等，这些业务都要求在通信时保证数据的完整。而 UDP 是面向非连接的，没有差错重传机制，适用于对速率要求高但能容忍部分数据丢失的业务，如视频会议、在线播放等实时多媒体业务。

3．端口

在研究TCP和UDP传输协议时，端口 (port)也是必须解释的概念。在网络技术中，端口概念有两种含义：第一种是指主机、集线器、交换机、路由器与其他网络设备相连的接口，如 RJ-4 5端口、Serial 端口等，是物理意义上的端口；另一种特指TCP/IP协议中逻辑意义上的端口，与 TCP/IP 协议簇中的应用层协议紧密联系，是区分不同应用类型的标识号。一个端口对应一个特定的因特网应用或服务，由端口号加以区分。如传输文件服务 FTP 的端口号是2 1，远程登录服务Telnet 的端口号是23，网页浏览服务 http 的端口号是80，端口号的范围是0~65 535的整数。

2.4.7 常用的TCP/IP命令

基于TCP/IP协议的网络是当前普遍使用的网络形式，当个人网络出现故障时，如果会使用基于TCP/IP网络的一些基本工具，一些小故障将迎刃而解。下面主要简单介绍TCP/IP的诊断实用程序。

1.ping命令

这是命令环境中最常用的诊断工具，主要用来测试本机到指定主机的网络是否联通。测试命令的格式分为几种。

(1)ping hostname。hostname为主机名，通过此命令可以获得名为 hostname计算机的IP地址。比如执行ping www.sina.com.cn命令，可以查看能否与新浪网连接，同时获得新浪网服务器的IP地址202.108.33.32。

(2)ping—a ×.×.×.×. (已知的 IP 地址)。如果知道对方计算机的 IP 地址，执行此命令可得知对方计算机的主机名。

(3)ping 127.0.0.1。127.0.0.1称为回调地址，执行此命令主要是为了测试计算机上协议是否安装正确。

2.hostname命令

执行此命令可以获得计算机的主机名。

3.ipconfig命令

最常用的命令就是ipconfig/all，通过此参数几乎可以看出计算机上关于 TCP/IP网络的所有配置。其中一个重要信息就是“physical address”，这就是网卡的MAC地址，每块网卡在出厂时都被指定了唯一的 MAC 地址。此外，还可以看出WINS, DHCP, DNS和网关等有关信息。可以说，ipconfig命令是最强大的 TCP/IP诊断工具。

4.netstat命令

此命令用于显示所有的协议状态和当前基于 TCP/IP 的网络连接。执行命令netstat—a可以查看连接到当前计算机的所有其他计算机。

5.route命令

Windows操作系统中包含了路由的功能，因此，不论在真正的路由器设备还是在一般的网络计算机上，都可以用此命令查看、删除和添加保存的路由表。

6.tracert命令

这是维护路由器时使用的工具，可以查看访问远程计算机时要经过的路由器或网关。

7.arp命令

这是地址转换命令，用于把主机名转换为IP地址。

2.4.8 物联网与云计算

互联网是20世纪最为重大的科技发明之一，它的发展和普及引发了前所未有的信息革命和产业升级，已经成为经济发展的重要引擎。尤其是进入21世纪以后，互联网技术的发展日新月异，一大批新思想和新技术不断地涌现出来，并逐渐发展为成熟的商业模式，其中以物联网和云计算最具代表性。

1．物联网

(1)物联网简介。物联网 (Internet of things)是通过传感器、射频识别(RFID)技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，并按照一定的协议，将各种物品与互联网连接起来进行信息交换和通信，以实现对物品进行识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络形式。简单地说，物联网就是“物物相连”的互联网。汽车、家用电器、日用百货、农副产品等，都可以成为物联网中的元素。要实现“物物相连”的目的，物联网中的“物”要相连必须满足一定的条件；

● 具有信息接收和发送器件；

● 具有一定的存储功能；

● 具有中央处理器；

● 具有操作系统；

● 有可被识别的唯一标号；

● 遵循物联网的通信协议。

(2)物联网与互联网。物联网是互联网的拓展和延伸，其技术的基础和核心仍然是互联网，因此物联网必须能支持现有互联网中的基本协议。此外，物联网的另一个重要特征是纳入物联网的“物”(即物联网中的结点)必须具有智能处理能力，能够对物品实施智能控制，并分析、加工和处理由各种传感设备采集到的海量信息。

(3)物联网的发展。物联网的实践最早可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机，而“物联网”的概念是1999年在美国召开的移动计算和网络国际会议上首次提出的，其最初的思想是通过射频识别技术 (RFID)和无线数据通信技术，构造一个实现全球商品信息实时共享的实物互联网。在21世纪的第一个十年，物联网技术飞速发展，其定义和范围都发生了变化。2005年国际电信联盟 (ITU)发布的年度互联网报告指出，物联网技术信息产业的一次革命性创新，是各种感知技术、网络技术和人工智能与自动化技术的集成应用。

在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间、任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物、物与物之间的沟通连接。世界各国对于物联网给予了极大的重视，美国将物联网与新能源并列为振兴其经济的两大重点；在我国，物联网于2009年作为国家五大新兴战略性产业之一正式写入政府工作报告。

(4)物联网的层次构架。物联网在技术构架上可分为三层：感知层、网络层和应用层。

1)感知层。由各种传感器以及其数据处理设备构成，主要包括各种温度传感器、浓度传感器、湿度传感器、二维码标签及其读写器、RFID 标签及其读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用主要有两个：采集各种有用信息，对物体进行识别和标记。

2)网络层。由能实现信息处理和通信，并能进行网络连接和管理的软硬件构成。网络层将感知层获取的信息转化成能在各种私有网络或互联网上传送的数据格式，并遵循一定的网络协议，保证数据能准确地到达指定的目的地。

3)应用层。提供物联网和用户之间的接口，将各行业对物联网的需求转化为具体的应用。

(5)物联网的用途。物联网的技术特点决定了其在食品安全、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通、邮政物流和环境监测等各个行业均有广阔的应用前景。例如，在蔬菜、肉类等农产品上打上 RFID标签，能够记录每一件农产品在种植 (养殖)、加工、保存、运输过程中的各种信息，有助于加强对食品安全的管理；在煤矿生产中，工人们佩戴安装有物联网设备的头盔下井工作，能够在井下形成一个自组网络，采集瓦斯浓度、温度、工人位置等各种安全数据，实时传输回地面的监控中心，对于预防事故和在事故发生后有效救援有着重要的意义；在城市交通中，道路上行驶的车辆可以组成一个巨大的物联网，每辆车实时地采集并发送自己的位置，同时接收其他车辆的位置信息，可以计算出当前道路的拥堵情况，并能得到去往目的地的最佳动态路径；等等。总之，物联网的推广和使用将使人们的生活更方便、更安全、更高效。

2．云计算

(1)云计算的定义。云计算 (cloud computing)是一种基于因特网的超级计算模式，它是分布式处理 (distributed computing)、并行处理 (parallel computing)和网格计算 (grid computing)等计算机技术的发展和商业化的产物。云计算的原理是将大量由互联网连接的计算资源进行统一的管理和调度，构成一个计算资源池，根据用户的需求提供服务。

提供资源的网络被称为“云”，通常由大量的计算机和服务器构成。用户只需要配备价格低廉的个人电脑，就可以通过互联网从“云”中获取强大的运算和存储能力，就像每个家庭无须安装发电机，只需要从电力公司购买日常生活所需的电力资源一样。在未来云计算的世界里，由谷歌、IBM这样的巨型的、专业的网络公司来搭建计算机存储和运算的“云”，任何一个用户通过台式机、笔记本、手机等各种终端就可以很方便地访问，获取“云”所提供的各种应用和存储服务。

过去，像经济数据的统计计算、大型工程的模拟实验、气象信息的处理预测这样的需要强大运算能力的应用，需要很高的投入来配备高性能计算机及其附属设备。有了云计算以后，普通的个人用户都可以随时随地通过“云”来实现这样的应用。

(2)云计算的特点。云计算作为一种新的互联网的应用和服务模式，与传统的应用模式比，主要有以下特点：

1)虚拟化技术。云计算平台利用软件技术来实现硬件资源的虚拟化管理、分配和应用。用户在分享云计算所提供的网络资源、计算资源、数据库资源、硬件资源和存储资源时，就像在操作自己本地的计算机一样。从总体的角度看，云计算的虚拟化技术可以大大降低整个社会对信息设备的维护成本，提高资源的利用率。

2)安全性和可靠性。云计算服务器提供了最可靠、最安全的数据存储中心，并由专业的技术团队进行信息的维护和管理，严格的安全策略和技术手段使用户不用再担心数据丢失、病毒破坏等安全问题的发生。另一方面，用户数据被复制在云端的多个服务器节点上，即使意外删除或硬件崩溃也不会影响数据的完整和可靠。

3)灵活方便的获取服务。在云计算时代，用户可以根据自己的需要和喜好来定制相应的服务、应用和资源。云计算作为一个通用的平台，可以按照用户的需求部署和分配相应的资源、计算能力、服务及应用。用户不必关心资源在哪里，需要哪些配置，只需要把自己的需求告诉云，就可由云来完成后面的工作。

4)高性价比。用户可以随时随地地利用各种设备登录到云中进行计算服务，用户端的硬件设备要求很低，软件也不需要购买和升级，只需要向云提出定制需求即可，而获得的是由成千上万台服务器组成的集群所提供的海量的存储空间和运算能力。

(3)云计算与科技创新。云计算模式非常适合中小型高科技企业和众多的创业者，他们常常拥有新技术或进行自主创业，却苦于资金短缺，无法支付高额的IT硬件和软件费用。云计算可以以很低的成本让他们拥有大企业级的 IT 技术资源的支持，从而极大促进了高科技中小企业和创业者的发展，鼓励了更多的创新。

(4)云计算服务模式。目前，云计算的商业应用正在全球范围内迅速发展，许多世界著名的 IT 企业都推出了自己的云计算产品和服务，如微软、IBM、谷歌、亚马逊、中国移动、浪潮等，主要的云计算服务模式有三种：

1)基础设施服务 (Infrastructure-as-a-Service, IaaS)。用户通过因特网获得所需要的计算机基础设施服务，如存储空间和运算能力。

2)平台服务 (Platform-as-a-Service, PaaS)。将软件研发的平台作为一种服务，通过云让多个用户共享。

3)软件服务 (Software-as-a-Service, SaaS)。由云计算的运营商提供软件应用，用户无须自己购买软件，而是通过因特网租用基于 Web 的软件，来实现数据库管理、数据处理、科学计算、游戏娱乐等各种服务。