1 生活在以网络为中心的世界里.docx
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1生活在以网络为中心的世界里
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CCNAExploration-网络基础知识
1生活在以网络为中心的世界里
1.0本章简介
1.0.1本章简介
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目前,我们正处于利用技术延伸和加强以人为本的网络的关键转折时期。
Internet的全球化速度已超乎所有人的想象。
社会、商业、政治以及人际交往的方式正紧随这一全球性网络的发展而快速演变。
在下一个开发阶段中,革新者们将以Internet作为努力的起点,创造旨在利用网络功能的新产品和新服务。
随着开发人员不断地挑战极限,Internet的网络互联功能亦将在这些产品和服务中扮演越来越重要的角色。
本章将介绍我们的社会关系和业务关系越来越倚重的数据网络平台。
教材主要讲解一些基本原理,目的是让网络工程师们了解在设计、构建和维护现代网络的过程中可能遇到的各种服务、技术和问题。
在本章中,您将学会:
∙描述网络如何影响我们的日常生活。
∙描述数据网络在以人为本的网络中的角色。
∙确定任意数据网络的关键组件。
∙确定融合网络所带来的机遇和挑战。
∙描述网络体系结构的特征:
容错能力、可扩展性、服务质量以及安全性。
∙安装和使用IRC客户端和维基服务器。
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1.1在以网络为中心的世界里相互通信
1.1.1网络支撑着我们的生活方式
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人类生活的所有基本要素中,与他人交流的需求仅次于维持生命的需求。
对于我们来说,通信几乎就像空气、水、食物和住所一样重要。
人们分享思想和信息的方法在不停地发展和变化。
以人为本的网络曾经局限于面对面谈话,但随着介质(media)领域的一次次重大技术突破,我们的通信范围正在不断扩大。
从印刷机到电视机,每一种新生事物都改善和增强了人们之间的通信。
与通信技术的每次进步一样,稳定的数据网络的创建和互连技术也正在深刻地影响着我们的生活。
早期的数据网络局限于在相连的计算机系统之间交换基于字符的信息。
如今的网络已演变为在多种不同类型的设备之间传送语音、视频流、文本和图片。
以前各自为政的各种不同通信形式现在都整合到了同一个公共平台中。
这个平台提供了大量新的可选通信方法,使人们可以即时进行直接互动。
Internet通信的即时性促成了全球社区的形成。
而这些社区又进一步推动了不同地域或时区的人们之间的社会互动。
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全球社区
技术可能是当今世界最重要的变革动因,有了它的帮助,国界、地理距离以及自然限制变得越来越无关紧要,障碍也越来越少。
用来交流思想和信息的网上社区的形成可能会提高全球的生产力。
Internet将各地的人们连接到一起并让他们无拘无束地彼此通信,人们可以利用它提供的平台开展业务、处理紧急事务、向个人传达信息以及支持教育、科研以及政府事务。
单击“播放”观看Internet及其底层技术为世界各地生活或工作的人们带来的机遇。
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Internet正以令人难以置信的速度成为我们日常生活中不可或缺的一部分。
对于将网络视为个人生活重要一部分的数百万用户而言,构成网络的各种电子设备和介质之间的复杂互连是透明的。
过去,数据网络只是用于在企业之间传输信息,如今已转化为改善世界各地人们的生活质量。
一天当中,Internet提供的资源可帮助人们:
∙在线查看当前天气状况来决定穿着。
∙查找通往目的地的最畅通路线,同时显示来自网络摄像机的天气和交通视频。
∙在线查看银行帐户余额和支付帐单。
∙享用午餐时通过网吧接收和发送电子邮件或拨打IP电话。
∙从世界各地的专家那里获取保健信息和营养建议,并发布到论坛上和别人分享相关的保健或治疗信息。
∙下载新的烹饪食谱和烹饪方法来烹制一顿丰盛的晚餐。
∙发布您的照片、家庭视频和各种经历和体验,与朋友或世界各地的人们分享。
就在几年前,许多Internet用途尚难以想象。
下面我们列举一个发布家庭音乐视频的例子:
“我的目标是制作自己的电影。
有天,我和朋友Adi一起制作了一个视频,她想作为生日礼物送给她的男朋友,给他一个惊喜。
我们选了一首歌,一边对口型假唱一边跳来跳去,并把过程拍摄了下来。
后来,我们决定把它发布出去。
结果反响非常大。
迄今为止,查看它的人数已超过900万,电影导演KevinSmith还曾经对其进行过一次小小的恶搞。
我不知道这个视频的什么地方吸引人。
也许是因为它简单朴素,也许是因为那首歌曲。
又或许是因为它无拘无束而且幽默有趣,让人感觉舒服。
我不确定。
但是,我能确定的是我可以做我喜欢做的事情,并把它发布到网上与世界各地数百万人分享。
而完成这一切只需要计算机、数码摄像机和一些软件就行了。
真是太有意思了。
”
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实验练习
利用通过Internet获取的卫星图像研究地球。
请单击实验室图标了解详细信息。
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1.1.2当今最常用的几例通信工具
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随着Internet的出现和广泛使用,许多新的通信形式也应运而生,它们使个人能够创建全球各地的人们都可以访问的信息。
即时消息
即时消息(IM)是两人或多人之间通过键入文本进行实时通信的一种形式。
文本是借助通过私有内部网络或公共网络(如Internet)连接的计算机传输。
即时消息以先前的Internet中继聊天(IRC)服务为基础,同时合并了多个其他功能(如文件传输、语音和视频通信)。
与电子邮件类似,即时消息也是发送书面通信记录。
只不过,电子邮件消息的传输有时会延迟,而即时消息却会即刻收到。
即时消息采用的通信形式就称为实时通信。
网络日志(博客)
网络日志是可轻松更新和编辑的网页。
博客与专业的通信专家制作的商业网站的不同之处在于,博客提供了一种途径,使任何人都可以通过它向全球读者传达其思想,而且无需具备网络设计技术知识。
博客主题几乎涉及人类思想的方方面面,并且常常会围绕受欢迎的博客作者形成一个社区人群。
维基
维基指的是人群可以共同编辑和查看的网页。
博客很大程度上是个人的私人日记,维基却是一个集体作品。
因此,它会经过更为全面的审核和编辑。
与博客类似,维基可由任何人分阶段创建,无需大型商业企业的资助。
有一个叫做维基百科的公共维基,它正在成为一个包罗万象的资源(网络百科全书),各个主题都是公众投稿。
私人组织和个人也可构建自己的维基来收集关于某个特定主题的知识。
许多企业将维基用作内部协作工具。
通过全球性的Internet,各行各业的人们可参与维基并将自己的观点和知识添加到共享资源中。
播客
播客是一种基于音频的介质(medium),它最初的设计目的是使人们可记录音频并将其转换来用于iPod(一种由Apple公司制造的用于音频播放的小型便捷式设备)。
记录音频并将其保存到计算机文件的功能并不新颖。
然而,播客允许人们将录制品提供给广大读者。
音频文件被放置到某个网站(或博客或维基)上,其他人可下载它并在自己的计算机、笔记本电脑和iPod上播放该录制品。
协作工具
协作工具使人们有机会同时使用共享文档。
没有地域或时区的限制后,连接到共享系统的每个人都可以彼此通话、共享文本和图片以及共同编辑文档。
由于协作工具始终可用,各组织可快速地共享信息和追求目标。
数据网络的广泛分布意味着偏远地方的人们可以与位于人口众多的中心区域的人们一样平等工作。
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1.1.3网络支撑着我们的学习方式
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通信、协作和参与是教育的基本构成单位。
教育机构正在不断努力强化这些过程,以便在最大范围内最大限度地传播知识。
稳定且可靠的网络能支持并丰富学生的学习体验。
这些网络提供各种格式的学习资料。
学习资料具体包括交互式练习、考试和反馈。
通过网络或Internet资源提供的课程通常称为在线学习或电子教学。
电子教学课件使学生可用的资源增加了许多倍。
传统的学习方法主要通过课本和教师为学生提供专业知识。
但这两种知识来源的表现形式和时间安排都非常有限。
而在线课程可以包含语音、数据和视频,并且可供学生随时随地使用。
学生可通过链接访问各类参考资料以及主题专家,从而强化自身的学习体验。
在线讨论组和留言板使学生可与教师、同班的其他学生或世界各地的学生合作交流。
混合课程可将教师指导的课程与在线课件组合在一起,同时发挥这两种授课方法的长处。
远程在线学习消除了地理障碍并增加了学生的学习机会,使学生不必居住在高质量教学机构的附近,就能接受这些机构的教学。
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提供本课程的CiscoNetworkingAcademy便是全球在线学习的一例应用典范。
教师提供课程提纲并制定完成此课程内容的初始进度表。
Academy项目通过交互式课程提供多种形式的学习体验,补充和丰富了教师传授的专业知识。
该计划还提供文本、图片、动画以及名为PacketTracer的模拟网络环境工具。
PacketTracer提供了构建虚拟的网络结构的方法并模拟了多种网络设备功能。
学生们可通过各种在线工具,如电子邮件、电子公告板/讨论板、聊天室和即时消息与教师和同学互相交流,也可以通过链接访问课件以外的学习资源。
混合电子教学则兼备教师上课和计算机教学两种教学方式的优点。
学生们可以根据自身的进度和专业水平进行在线学习,同时又可以与教师交流以及使用其实际资源。
网络除了有益于学生之外,还改善了课程的管理和经营。
这些在线功能包括入学注册、举办考试和发放成绩册。
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利用网络来提供高效且经济的员工培训,已越来越受到商业界的认可。
在线学习可以减少耗时费钱的奔波之苦,同时又能确保所有员工都经过适当培训,可以安全高效地完成本职工作。
在线课件及其使用可以为企业带来了许多好处。
其中包括:
∙最新最准的培训资料。
厂商、设备制造商与培训提供商之间的协作可确保课件与最新流程和程序步调一致。
发现并纠正教材中存在的错误后,所有员工均可立即使用新课件。
∙适用对象范围广泛。
在线培训与出差计划、教师资源或实际开班的规模无关。
企业可以为员工指定必须完成培训的最终期限,然后员工可在方便的时间访问课件。
∙教学质量一致稳定。
教学质量不会像教师亲身教授课程那样,随教员变化而产生差异。
在线课程提供一致的核心教学内容,教师可以在此基础之上增加专业知识。
∙成本降低。
除了降低耗在路途上的费用和时间外,在线培训还可为企业带来其它削减成本的机会。
修订和更新在线课件的成本通常低于更新纸质教材的成本。
而且还可以减少和免除教员培训用的设施。
许多企业还提供在线的客户培训。
这些课件可帮助客户以最正确的方式使用企业提供的产品和服务,从而减少了求助热线或客户服务中心的电话量。
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1.1.4网络支撑着我们的工作方式
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最初,数据网络的用途是在企业内部记录和管理财务信息、客户信息和员工薪酬系统。
后来,这些企业网络逐渐演变为可传输多种不同类型的信息服务(包括电子邮件、视频、消息以及电话)。
内部网是只供本公司使用的私有网络,企业可通过它们的内部网在全球员工和分支机构地址之间通信和进行事务处理。
外联网也称扩展网际网络,是各个公司用来给供应商、厂商和客户提供访问公司数据的有限权限,供他们检查订单状态、库存和部件列表。
现在,网络已使组织和相关职能之间的一体化达到了前所未有的程度。
请想象以下业务场景:
∙澳大利亚的麦农使用配有全球定位系统(GPS)的笔记本电脑来精确且高效地种植农作物。
在收割时节,农夫可根据粮食运输机和仓储设施的忙闲度调整收割时间。
通过移动无线技术,粮食运输机可监控在运车辆以保持最高的燃料效率和安全运行。
状态变化可以立即传递到车辆驾驶员处。
∙远程员工(称为网络上班族或电子通勤族)可在家里或旅途中使用安全的远程访问服务。
数据网络使他们的远程工作就像在现场一样,可以访问平常工作要使用的基于网络的所有工具,可以召开远程人员可以参加的虚拟会议。
网络提供了音频和视频功能,因此所有与会者均可看到对方并相互交谈。
会议信息还可以记录为维基或博客。
最新的议程和会议纪要可在创建后立即共享。
展示通过创新方法利用网络取得成功的故事有很多,您可以访问Cisco网站了解其中几例,网址为
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1.1.5网络支撑着我们的娱乐方式
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娱乐和旅游业广泛使用Internet,使人们进一步摆脱了地域限制,能够享受多种形式的娱乐消遣。
人们可以通过交互方式探访以前只能在梦中游览的地方,也可以在旅行之前先预览一下目的地实景。
这些旅程的详细信息和照片还可以发布到网上,供其他人查看。
Internet也可用于传统的娱乐形式。
我们可以收听歌曲、预观或欣赏电影、阅读书籍以及下载资料以便将来脱机访问;我们可以观看体育赛事和音乐会的直播、录像和进行点播。
网络促进了各种新娱乐形式(如在线游戏)的出现。
玩家们参与游戏设计者们设计的各种网上游戏角逐。
我们使用相同的方式和世界各地位于同一游戏室内的朋友并肩作战对抗强敌。
甚至利用网络协作服务增强离线活动。
全球的兴趣社区发展非常迅速。
我们与周围邻居、城市或地区以外的人们分享共同的经历和业余爱好。
球迷们可相互分享他们喜爱的一些球队的情况并发表自己的观点。
收藏家们可相互展示获奖的收藏品以及获取专家对于它们的反馈。
网上商城和拍卖网站提供了购买、销售和交易所有类型商品的机会。
无论我们在以人为本的网络中享受的是何种娱乐,网络都在改善着我们的体验。
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1.2通信-生活中不可或缺的一部分
1.2.1何谓通信?
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在日常生活中,沟通的形式有很多种,存在于各种环境中。
我们对于沟通抱有不同的期望,具体取决于我们所处的场合是Internet聊天还是在参加求职面试。
每种场合都有相应的预期行为和风格。
建立规则
在开始彼此通信前,我们会建立规则或协议来管理会话。
必须遵守这些规则(即协议),才能成功传递和理解消息。
管理成功的人际沟通所应遵守的协议包括:
∙标识出发送方和接收方
∙双方一致同意的通信方法(面对面、电话、信件、照片)
∙通用语言和语法
∙传递的速度和时间
∙证实或确认要求
通信规则可能因环境而异。
如果消息传达了一个重要的事实或概念,必须确认已经收到并理解该消息。
不太重要的消息则可能不需要收件人的确认。
网络通信中使用的技术与人们对话的基本原则是相通的。
由于人类的很多沟通协议都是隐含的,或者根植于我们的文化当中,因此有些规则是假定的。
但在建立数据网络时,通信方式和判断通信成功的方法必须更加明确。
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1.2.2通信质量
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如果收件人理解的消息意思符合发送方意欲表达的意思,就认为个人之间的通信成功。
对于数据网络,我们使用相同的基本标准来判定通信是否成功。
但是,通过网络传递消息时,可能有多种因素阻止消息到达收件人处或扭曲其原有意思。
这些因素可能来自外部,也可能来自内部。
外部因素
影响通信的外部因素与网络复杂程度以及在消息路由至最终目的地时必须通过的设备数量有关。
影响通信成功与否的外部因素包括:
∙发送方与收件人之间路径的质量
∙消息必须变更形式的次数
∙消息必须重定向或重新分配地址的次数
∙通信网络中同时传输的其他消息的数量
∙指定给成功通信的时间
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内部因素
干扰网络通信的内部因素与消息自身的性质有关。
不同类型消息的复杂程度和重要性可能不同。
清晰简洁的消息通常比复杂的消息更易于理解。
重要的通信需要特别关注,以确保其已发送并被收件人理解。
影响网络通信的成功与否的内部因素包括:
∙消息的大小
∙消息的复杂程度
∙消息的重要程度
较大的消息可能在网络内的不同点发生中断或延迟。
如果网络出现过载,重要性或优先级较低的消息可能会被丢弃。
必须预期并控制好影响消息接收的内部因素和外部因素,以便成功实现网络通信。
同时,网络中硬件和软件新技术的实施,确保了网络通信的质量和可靠性。
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1.3作为平台的网络
1.3.1通过网络通信
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对于个人和企业来说,能与身处任意地域的任何人进行可靠通信正变得越来越重要。
为了即时传输全世界人们交换的数百万条消息,我们需要依靠很多数据和信息网络互连而成的一张大网。
虽然这些数据或信息网络的大小和功能各异,但所有网络都有四个共同的基本要素:
∙用于管理消息如何发送、定向、接收和解释的规则或协议
∙将会从一个设备传送到另一设备的消息或信息单位
∙互联这些设备的工具,也就是可以将消息从一个设备传输到另一设备的介质
∙彼此之间要交换消息的设备
通过标准化各种网络要素,不同公司制造的设备和装置可以一起工作。
不同技术领域的专家都可以针对如何开发一个高效网络提出自己的看法,而不必考虑设备的品牌或制造商。
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1.3.2网络要素
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右图显示了一个典型网络的各个要素,包括设备、介质和服务,它们通过规则结合在一起,共同作用来发送消息。
我们使用消息一词来概括网页、电子邮件、即时消息、电话和其它形式的Internet通信。
在本课程中,我们将了解各种消息、设备、介质以及允许这些消息通信的服务。
我们还将了解将这些网络要素维系在一起的规则,即协议。
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在本课程中,我们将讨论多种网络设备。
人们一般用图形来描述网络,常用各种图标来代表网络设备。
右图左侧显示了一些常见设备,它们常常发出各种通信消息。
这些设备包括各种计算机(图中显示了PC和笔记本电脑图标)、服务器和IP电话。
在局域网中,一般通过LAN介质(有线或无线)来连接这些设备。
该图右侧显示了一些用于定向和管理网络消息的最常见中间设备以及其它常见网络符号。
各通用符号分别代表:
∙交换机—用于互连局域网的最常见设备
∙防火墙—为网络提供安全保障
∙路由器—当消息在网络中传输时,帮助定向消息
∙无线路由器—家庭网络中常用的一种路由器
∙网云—用于概述一组网络设备,其详细信息对于后续讨论可能并不重要
∙串行链路—一种WAN互连形式,用闪电形状的线条表示
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要使网络正常工作,各设备必须相互连接。
网络连接可为有线连接,也可为无线连接。
在有线连接中,介质可为铜缆(传送电信号)或光缆(传送光信号)。
在无线连接中,介质为地球的大气(即太空),而信号为微波。
铜介质包括各种电缆,如双绞线电话线、同轴电缆或最常见的5类非屏蔽双绞线(UTP)的电缆。
网络介质的另一种形式是光纤,它是传送光信号的玻璃或塑料细丝。
无线介质可能包括无线路由器与无线网卡计算机之间的家庭无线连接、两个地面站之间的地面无线连接以及地球设备与卫星之间的通信。
在典型的Internet传输过程中,消息可能会经过多种介质。
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人们通常希望通过计算机应用程序来发送和接收各种消息;而这些应用程序需要用到网络提供的各种服务。
这类服务包括万维网、电子邮件、即时消息和IP电话等等。
通过介质互连来提供服务的设备必须接受规则(即协议)的管理。
在右侧图表中,列出了一些常见服务和与该服务最直接相关的协议。
协议是网络设备用于彼此通信的规则。
现在,联网的行业标准是TCP/IP(传输控制协议/Internet协议)协议族。
TCP/IP协议用于家庭网络和企业网络,是Internet的主要协议。
TCP/IP协议指定了格式、编址和路由(routing)机制,从而确保消息可传递到正确的收件人。
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接下来,我们将通过一个示例来结束本节内容,该示例将展示如何通过规则将各网络要素组织在一起来发送消息。
人们一般只会想到抽象意义上的网络。
我们创建和发送文本消息后,它几乎立即显示在目的设备上。
尽管我们知道在发送设备与接收设备之间存在一个传输消息的网络,但却很少去想构成该基础架构的所有部件和片段。
消息
从计算机传输到目的设备的第一步,就是将即时消息转换成可在网络中传输的格式。
在发送到目的设备之前,所有类型的消息均必须转换成比特(位),即二进制编码的数字信号。
无论原始消息格式是文本、视频、语音还是计算机数据,都这样处理。
一旦即时消息转换为比特,便可开始将它发送到网络中进行传送。
设备
要了解组成Internet的各互连网络的稳定程度和复杂程度,就必须先从基础知识入手。
我们现以利用计算机上的即时消息程序发送文本消息为例。
在提及使用网络服务时,我们通常都想到利用计算机来访问它们。
但是,计算机只是可以通过网络发送和接收消息的众多设备中的一种。
许多其它类型的设备也可以连接到网络参与网络服务。
这类设备包括电话、摄像头、音乐系统、打印机和游戏控制台。
除计算机外,还有许多其它组件的共同作用,才使得即时消息可以从源设备经过数英里线缆、地下电缆、电波以及卫星站中传输到和目的设备。
无论网络规模大小,其中都要包括一个关键组件,那就是路由器。
路由器的作用是连接两个或多个网络(如家庭网络和Internet),并将信息从一个网络传递到另一个网络。
在网络中使用路由器的目的是确保消息能以最快最有效的方式到达目的设备。
介质
为将即时消息发送到目的地,计算机必须连接到有线或无线本地网络。
本地网络可安装在家中或企业中,以使计算机和其它设备可彼此共享信息并使用一个到Internet的公用连接。
通过无线网络,可在办公室或家中甚至室外的任何位置使用网络设备。
在办公室或家庭之外,在许多公共热点(如咖啡厅、企业、宾馆房间和机场)均提供有无线联网服务。
许多已安装的网络均通过线路来提供连接。
以太网是现在最常见的有线联网技术。
所谓的有线就是指是通过电缆连接计算机和构成网络的其它设备。
有线网络最适用于高速传输大量数据,如支持专业品质的多媒体。
服务
网络服务是支持以人为本的网络的计算机程序。
这些服务分布在整个网络的各个设备中,提供在线通信工具,如电子邮件、电子公告板/讨论板、聊天室和即时消息。
例如,如果是传送即时消息,则消息的发送者和接收者必须都能够访问到由网云中设备所提供的即时消息服务。
规则
网络中最重要的因素既非设备也非介质,而是规则或协议。
这些规则是用于指定如何发送消息、如何在网络中传输消息以及在目的设备如何解释消息的标准和协议。
例如,如果是Jabber即时消息,XMPP、TCP和IP协议就是实现通信的所有重要规则集。
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1.3.3融合网络
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多项服务—多个网络
传统的电话、广播、电视和计算机数据网络都各自拥有单独的四个基本网络要素。
在过去,每种服务都需要不同的技术来传输特定的通信信号。
而且,每个服务还有自己的一套规
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