网络-物联网-云计算-大数据-人工智能-区块链

网络物联网云计算大数据人工智能区块链计算机应用基础普通高等教育规划教材任务6.1认识网络--任务描述当今是互联网飞速发展的时期，随着计算机网络的发展和宽带的普及，计算机网络早已渗透到普通百姓的日常工作和生活之中。各级政府也建立网站，并在网站公开政府信息、提供行政办事服务和便民服务，开展网上互动交流。了解和学习计算机网络知识不仅是工作所需，同时也是生活必备。6.1.1计算机网络的定义和功能计算机网络：指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路

连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，

实现资源共享和信息传递的计算机系统。主要功能：

硬件资源共享、软件资源共享和用户间信息交换。6.1.2计算机网络协议TCP/IP是互联网中的一组基本通信协议，其命名源于其中两项重要的协议：传输控制协议（TransmissionControlProtocol，TCP）和网际协议（InternetProtocol，IP）。TCP/IP是Internet最基本的协议，是Internet国际互联网络的基础，简单地说，就是由网络层的IP和传输层的TCP组成的。通信协议有层次特性，大多数的网络都按层或级的方式来组织，在下一层的基础上建立上一层，每一层的目的都是向其上一层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽。网络协议确定交换数据格式以及有关的同步问题，对普通用户而言，并不需要了解网络协议的整个结构即可与世界各地进行网络通信。1.IP地址IP地址能唯一标识该计算机在网上的位置，其作用与身份证号码类似，是网上计算机的唯一标识。目前使用的IP地址分为IPv4和IPv6两个版本。(1)IPv4:IPv4使用32位二进制地址，因此最多有232个地址，Internet号码分配局（InternetAssignedNumbersAuthority，IANA）将IPv4地址分为A、B、C、D、E5类。IPv4地址一般的书写方法为4个用小数点分开的十进制数（称为点分十进制），每个十进制数的取值范围是0～255，例如5。6.1.3与互联网相关的几个概念(2)IPv6:IPv6采用128位二进制地址，因此支持2128（约3.4×1038）台终端访问网络。IPv6地址一般的书写方法为8组、每组为4个十六进制数、中间用冒号分隔的形式（称为冒分十六进制），例如CECD:910A:222C:5B98:8D75:11E1:39F0:2A20。2.域名系统Internet的域名系统（DomainNameSystem，DNS）是为方便解释机器的IP地址而设立的。域名系统采用层次结构，按地理域或机构域进行分层。在机构性域名中，最右端的末尾都是3个字母的最高域字段，机构性域名的含义如表所示。6.1.3与互联网相关的几个概念2.域名系统6.1.3与互联网相关的几个概念机构性域名的含义机构性域名表示的机构或组织类型机构性域名表示的机构或组织类型com营利性的商业实体net网络资源或组织edu教育机构或设施org非营利性组织机构gov非军事性政府或组织web和WWW有关的实体int国际性机构arc消遣性娱乐mil军事机构或设施nom个人2.域名系统6.1.3与互联网相关的几个概念地理域名的含义地理性域名表示的国家和地区地理性域名表示的国家和地区CN中国DE德国JP日本FR法国CA加拿大…………3.网址统一资源定位器（UniformResourceLocator，URL）用来描述网页的地址，它完整描述Internet任意一个网页的地址（即网址）。采用URL可以用一种统一的格式来描述各种信息资源，包括文件、服务器的地址和目录等。URL的格式为“协议名称://主机名称（有时也包括端口号）/路径/文件名”。URL的格式中，协议名称和主机名称是不可缺少的，端口号、路径、文件名有时可以省略。6.1.3与互联网相关的几个概念4.互联网设备（1）调制解调器调制解调器是Modulator（调制器）与Demodulator（解调器）的总称，简称为Modem。主要功能是在模拟信号和数字信号之间相互“翻译”。（2）网卡网卡（NIC）又称作网络适配器，它是连接计算机与网络的硬件设备。无论是双绞线连接、同轴电缆连接还是光纤连接，都必须借助网卡才能实现数据通信。6.1.3与互联网相关的几个概念6.1.4计算机网络的分类1.按地理范围划分将计算机网络分为3类：广域网、城域网和局域网。2.按拓扑结构划分拓扑结构就是网络的物理连接形式。以局域网为例，其拓扑结构主要有星形、总线型和环形3种。对应的网络称为星形网、总线型网和环网。3．按传输介质分类网络传输介质就是通信线路。目前常用同轴电缆、双绞线、光纤、卫星、微波等有线或无线传输介质，相应的网络就分别称为同轴电缆网、双绞线网、光纤网、卫星网、无线网等。6.1.5远程登录服务的设置1．远程登录服务设置step1同时按住键盘上的“Windows”键+“R”键，调出“运行”对话框，输入“gpedit.msc”，单击“确定”按钮。step2在打开的“本地组策略编辑器”窗口左侧的导航窗格中双击“计算机配置”将其展开。step3双击“Windows设置”将其展开，继续展开“安全设置”“本地策略”和“用户权限分配”。6.1.5远程登录服务的设置1．远程登录服务设置step4双击“用户权限分配”中的“允许通过远程桌面服务登录”策略，打开其属性对话框。step5单击“添加用户或组”按钮，打开“选择用户或组”对话框，输入要添加的用户名后单击“确定”按钮。6.1.5远程登录服务的设置1．连接到远程桌面step1同时按住键盘上的“Windows”键+“R”键，调出“运行”对话框，输入“mstsc”，单击“确定”按钮。step2在打开的“远程桌面连接”对话框的“计算机”下拉列表框中选择或输入要远程连接的计算机名称，单击“连接”按钮，即可查询到要连接的计算机，输入认证凭证即可连接。任务6.2畅游InterNet--任务描述随着Internet技术的发展与普及，任何人都能够在Internet上浏览网站或网页。现在制定一份去河南省济源市旅游的计划书，计划书中主要包括搜索济源市的景区介绍和风景图片，制定旅游线路。通过介绍这个任务，读者将学会利用Internet来搜索信息，并将这些信息保存到自己的计算机中。6.2.1浏览网页1.认识网页浏览器常用的浏览器有谷歌浏览器、360极速浏览器、火狐浏览器、MicrosoftEdge浏览器等，它们的图标分别如下图所示。谷歌浏览器360极速浏览器火狐浏览器MicrosoftEdge浏览器6.2.1浏览网页2.浏览网页的方法（1）使用地址栏直接输入地址浏览网页。（2）使用历史记录功能浏览网页。（3）使用超链接浏览网页。（4）使用搜索引擎搜索网页。6.2.2保存网页中的信息1.将当前网页保存成HTML格式使用以下方法可将当前网页保存成HTML格式。①单击MicrosoftEdge浏览器右上角的“设置及其他”按钮，在打开的菜单中选择“更多工具”中的“将页面另存为”命令。②在网页上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“另存为”命令。③按“Ctrl+S”组合键。6.2.2保存网页中的信息2.将网页保存成XPS或PDF文档①单击MicrosoftEdge浏览器右上角“设置及其他”按钮，在打开的菜单中选择“打印”命令，打开“打印”对话框，如图6-21所示。单击“打印机”下拉列表框右侧的下拉按钮，选择“MicrosoftXPSDocumentWriter”或“MicrosoftPrinttoPDF”，如图6-22所示，单击“打印”按钮，打开“将打印输出另存为”对话框，选择保存位置，输入文件名即可完成。②在“打印”对话框中单击“打印机”下拉列表框右侧的下拉按钮，选择“另存为PDF”，单击“打印”按钮，可以打开“另存为”对话框，将网页保存为PDF文档。6.2.2保存网页中的信息3.保存网页中的文字如果只想保存网页中的文字，先选中文字信息，在选中的文字上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“复制”命令，可将文字信息复制到剪贴板，然后可以粘贴到需要的文件中。4.保存网页中的图片如果要保存网页中的图片，在网页中的图片上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“将图像另存为”命令，在打开的“保存图片”对话框中选择一个存放的路径，在“文件名”下拉列表框中输入图片的名称，单击“保存”按钮即可完成操作。另外，MicrosoftEdge浏览器还增加了“复制链接”“将链接另存为”“复制图像”“复制图像链接”等功能。收藏夹”可用来收藏网址。“收藏夹”不仅可以保存网页信息，还可以让用户在脱机状态下浏览这些网页，既省时又方便。1.将网址添加到收藏夹单击“收藏夹”菜单下的“将当前标签页添加到收藏夹”按钮，输入名称后即可将当前网页添加到收藏夹默认位置。或者直接单击当前网页地址栏右边的“将当前页面添加到收藏夹”按钮。如果希望将当前网页收藏到指定文件夹中，则在指定文件夹中单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“将当前标签页添加到文件夹”命令，输入名称后即可收藏当前网页。6.2.3收藏网页2.管理收藏夹在MicrosoftEdge浏览器中，如果收藏了很多网页，就需要对收藏夹进行管理。管理收藏夹的方法是：在“收藏夹”对话框中单击“…”按钮，在打开的菜单中选择“管理收藏夹”命令，即可新建一个“收藏夹”标签页，在此可对“收藏夹”进行多项管理，如添加文件夹、删除标签和编辑标签、移动标签和导入/导出收藏夹等。6.2.3收藏网页搜索引擎就是在Internet上提供搜索信息的站点，它们有自己的数据库，并保存了Web上很多网页的检索信息，这些信息数据库是不断更新的。在搜索引擎的主页上的搜索框中输入需要查找信息的关键字，通过检索数据库，列出一些指向检索信息的超链接网页，通过选择超链接可以找到有关查找信息关键字的内容。1．简单搜索只要在搜索框中输入关键词，并单击“百度一下”按钮，百度就会自动找出相关的网站和资料，并把最相关的网站或资料排在前列。6.2.4搜索引擎的使用2．输入多个关键词搜索输入多个关键词搜索，可以获得更精确、更丰富的搜索结果。例如，搜索“北京暂住证”，可以找到几万篇资料。而搜索“北京暂住证”，则只有严格含有“北京暂住证”连续5个字的网页才能被找出来，不但找到的资料少，而且准确性也比前者差。因此，当用户查找的关键词较为冗长时，建议将它拆成几个关键词来搜索，词与词之间用空格隔开。多数情况下，输入两个关键词搜索，就可以得到很好的搜索结果了。3．并行搜索使用“A|B”来搜索或者包含关键词“A”、或者包含关键词“B”的网页。例如，查询“图片”或“写真”相关资料，无须分两次查询，只要输入“图片|写真”搜索即可。百度会提供“|”与前后任何关键词相关的网站和资料。6.2.4搜索引擎的使用任务7.1触摸物联网--任务描述物联网的发展促进了社会的进步，改善了人们的生活和工作方式。物联网作为一种新兴的信息技术，其应用正在迅速向各个领域蔓延，从家居、医疗、物流、交通、零售、金融，从工业到农业，物联网的应用无处不在。了解和学习物联网知识不仅是工作所需，也是生活必需。7.1.1物联网概述物联网的概念是由美国麻省理工学院Auto-ID实验室于1999年提出的。当时，该实验室基于互联网、RFID技术、EPC标准，在计算机互联网的基础上，利用RFID技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网。1．物联网的概念物联网是利用射频识别（RadioFrequencyIDentification，RFID）、传感器、全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。7.1.1物联网概述当每个物品能够被唯一标识后，利用识别、通信和计算等技术，在互联网基础上，构建的连接各种物品的网络，就是人们常说的物联网。物联网中的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围。①有相应信息的接收器。②有数据传输通道。③有一定的存储功能。④有CPU。⑤有操作系统。⑥有专门的应用程序。⑦有数据发送器。⑧遵循物联网的通信协议。⑨在世界网络中有可被唯一识别的编号。7.1.1物联网概述2．物联网的特点物联网具有以下3大特点。①全面感知。利用RFID技术、传感器、二维码等随时随地获取和采集物体的信息。②可靠传递。通过无线网络与互联网的融合，将物体的信息实时、准确地传递给用户。③智能处理。利用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。7.1.1物联网概述3．物联网的体系架构物联网共分为3层，分别是感知层、网络层和应用层。物联网的层次结构如图7-1所示。①感知层实现对物理世界的智能识别、信息采集处理和自动控制，并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层。感知层的主要作用是识别物体，采集信息。②网络层主要实现信息的传递、路由和控制。网络层可以依托公众电信网和互联网，也可以依托行业专用通信网络。网络层的主要作用是沟通感知层和应用层。7.1.1物联网概述③应用层将物联网技术与专业技术相互融合，利用分析处理的感知数据为用户提供丰富的特定服务，与行业需求结合，实现行业智能化。物联网的应用可分为控制型、查询型、管理型和扫描型等，可通过现有的手机、计算机等终端实现广泛的智能化应用解决方案。图7-1物联网层次结构7.1.2物联网技术物联网所涉及的核心技术包括IPv6技术、云计算技术、传感技术、RFID技术、无线通信技术等。因此，从技术角度讲，物联网主要涉及的专业有计算机科学与工程、电子与电气工程、电子信息工程、通信工程、自动控制、遥感与遥测、精密仪器、电子商务等。欧盟于2009年9月发布的《欧盟物联网研究战略路线图》中列出了13类关键技术，包括标识技术、物联网体系结构技术、通信与网络技术、数据和信号处理技术、软件和算法、发现与搜索引擎技术、电源和能量存储技术等。7.1.2物联网技术1．物联网感知层关键技术（1）RFID技术RFID又称无线射频识别，是一种非接触式的自动识别技术，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID技术通过射频信号自动识别对象并获取相关数据，完成信息的采集工作，是物联网中最关键的一种技术，它为物体贴上电子标签，实现了高效灵活管理。RFID技术由标签和读写器两部分组成，每个标签具有唯一的电子编码，读写器是读取（有时还可以写入）标签信息的设备，例如ETC不停车电子收费系统、地铁卡等都是RFID技术的典型应用。（2）条形码技术条形码是由一组规则排列的条、空及对应的字符组成的标记，“条”指对光线反射率较低的部分，“空”指对光线反射率较高的部分，这些条和空组成的数据表达一定的信息，并能够用特定的设备识读，转换成与计算机兼容的二进制和十进制信息。条形码是一种信息的图形化表示方法，可以将信息制作成条形码，然后通过相应的扫描设备将其中的信息输入计算机中。条形码分为一维条形码和二维条形码。一维条形码是将宽度不等的多个黑条和空按一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符；二维条形码是在二维空间水平和竖直方向存储信息的条形码。超市条形码属于一维条形码，手机上的二维码属于二维条形码。7.1.2物联网技术7.1.2物联网技术（3）传感器技术传感器是指能感知预定的被测指标，并按照一定规律转换成可用信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测到的信息按一定规律转换为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。例如，楼道里的声控灯用到了光学传感器和声音传感器，空调的温度调节用到了温度传感器，自动门用到了红外传感器，电子秤利用力学传感器来测量物体质量，手机背光亮度的自动调节用到了手机正前方的环境光传感器。7.1.2物联网技术物联网中，在传感器基础上增加了协同、计算、通信功能，构成了具有感知、计算和通信能力的传感器节点。智能化是传感器的重要特点，嵌入式智能技术是实现传感器智能化的重要手段。（4）无线传感器网络无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统。无线传感器网络是传感器、网络通信和微电子等技术结合的产物。随机分布的大量的传感器节点以无线自组织的方式构成网络，通过节点中内置的各种类型的传感器，对网络分布区域内的各种环境对象信息进行探测、感知，并通过多跳路由的方式，将采集到的数据传输到数据处理中心，将逻辑上的信息世界和真实世界融合在一起，改变人与自然的交互方式。7.1.2物联网技术2．物联网网络层关键技术（1）ZigBeeZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术。其名称来源于蜜蜂的八字舞，蜜蜂是靠飞翔和“嗡嗡”地抖动翅膀的“舞蹈”来传递花粉所在方位信息给同伴的，也就是说，蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ZigBee网络的主要特点是功耗低、成本低、时延短、网络容量大、可靠、安全，主要适用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。一个ZigBee网络由一个协调器节点、多个路由器和多个终端设备节点组成。7.1.2物联网技术（2）Wi-FiWi-Fi是一种无线网络通信技术，由Wi-Fi联盟负责运营和维护，其目的是改善基于EEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性。IEEE802.11是电气电子工程师学会最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取。Wi-Fi是一种可以将计算机、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi具有无线电波的覆盖范围广、传输速度快、厂商进入该领域的门槛比较低等优势。7.1.2物联网技术（3）蓝牙蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10米以内）的无线电技术，能够在移动电话、掌上电脑、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙技术的优势是稳定、全球可用、设备范围广、易于使用、采用了通用规格。（4）卫星导航系统卫星导航系统是利用定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统。全球四大卫星导航系统包括美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的“格洛纳斯”系统（GLONASS）、欧洲的“伽利略”系统（GSNS）和中国的“北斗”系统（BDS）。7.1.2物联网技术3．物联网应用层关键技术物联网应用层关键技术主要包含云计算所涉及的关键技术，主要分为最底层的基础设施即服务（IaaS）、中间层的平台即服务（PaaS）和最顶层的软件即服务（SaaS）。①基础设施即服务位于最底层，该层提供的是最基本的计算和存储能力，其中，自动化和虚拟化是核心技术。②平台即服务位于3层服务的中间，该层涉及两个关键技术：基于云的软件开发、测试及运行技术和大规模分布式应用运行环境。③软件即服务位于最顶层，该层涉及的关键技术有Web中的Mashup、应用多租户、应用虚拟化等。7.1.3物联网主流应用场景物联网最初的研发方向主要是条形码、RFID等技术在商业零售、物流领域的应用。随着RFID、传感器、远程通信以及计算技术等的发展，近年来其研发、应用开始拓展到环境监测、生物医疗、智能基础设施等领域。物联网的应用领域主要包括交通管理、智能工农业、医疗健康、能源电力、家居建筑等。（1）智能家居物联网在智能家居中的应用包括家居控制、防盗报警等，如图所示。例如，利用物联网技术将家中的空调、电视、冰箱、洗衣机、电灯、窗户和窗帘等设备和设施连接在一起（需要为相关设备和设施安装传感器、智能插座并连接到互联网），然后通过智能手机远程查看、关闭或开启这些设备和设施。7.1.3物联网主流应用场景此外，还可以在设备之间或人和设备之间形成智能联动。例如，客厅门打开时，客厅灯自动开启；人离开客厅10分钟后，客厅灯自动关闭。7.1.3物联网主流应用场景（2）智能医疗物联网在智能医疗中的应用包括运程监控、家庭医疗、健康咨询管理等，如图所示。例如，通过在病人身上安装医疗传感设备，医生可以通过手机、平板计算机等实时掌握病人的各项生理指标数据，从而更科学、合理地制订诊疗方案或者进行远程诊疗。此外，我们在医院看病时利用就诊卡挂号、分诊、付费、取化验单、取药等，也是利用物联网技术（就诊卡中内嵌有电子标签芯片）实现的。7.1.3物联网主流应用场景7.1.3物联网主流应用场景（3）智能物流物联网在智能物流中的应用包括库存监控、物品识别、配送管理、运输管理、包装管理、装卸管理、安全追查等。例如，利用GPS、RFID、传感器等物联网技术和设备，在物流过程中实现实时对车辆定位、运输物品监控、配送跟踪、在线调度的可视化管理。（4）智能交通物联网在智能交通中的应用包括车辆定位与调度、交通状况感知、交通智能化管控、停车管理等。例如，可以通过检测设备（如摄像头）自动检测道路拥堵情况，并利用人工智能技术自动调配红绿灯，或者向车主实时通报拥堵路段、规划并推荐最佳行驶路线。7.1.3物联网主流应用场景（5）智能工业物联网在智能工业中的应用包括生产过程控制、供应链跟踪、生产环境监测、产品质量检测等。例如，钢铁企业利用传感器和通信网络，在生产过程中对产品的宽度、厚度、温度等进行实时监控，可以提高产品质量，优化生产流程。（6）智能农业物联网在智能农业中的应用包括自动灌溉、自动施肥、自动喷药、异地监控、环境监测等，如图所示。例如，利用温度传感器、湿度传感器和光线传感器等，实时获得大棚内农作物的生长环境信息，然后通过手机等设备远程操控遮光板、通风口等设备的开启或关闭，让农作物始终处于最优的生长环境，从而提高农作物的产量和品质。7.1.3物联网主流应用场景智能农业7.1.45G与物联网物联网技术是以互联网技术为基础及核心的，其信息交换和通信过程也是基于互联网技术完成的。通信技术与物联网的关系紧密，物联网中海量终端连接、实时控制等技术离不开高速率的通信技术。5G刺激物联网的发展，而物联网刺激大数据的发展。物联网是5G商用的前奏和基础，发展5G的目的是给我们的生产和生活带来便利，而物联网为5G提供了一个大展拳脚的舞台。在这个舞台上，5G可以通过众多的物联网应用（如智慧农业、智慧物流、智能家居、车联网、智慧城市等）真正地落到实处，发挥出自己的强大的作用。7.1.35G与物联网在未来，SG技术将运用到物联网中大部分的场景，包括无人驾驶、VR技术、智能化城市建设等。未来物联网的需求将会不断增长，海量的连接和毫秒级别的时延是支持物联网发展的核心，现在的4G网络达不到这样的标准。5G通信技术由于时延低、覆盖广、超密集组网等技术特点能满足物联网的需求。任务7.2走进云计算时代--任务描述云计算作为一种基于泛在互联网的新技术，正成为产业革命、经济发展和社会进步的重要基础能力，本任务将详细介绍云计算的定义、云计算的基本特征、云计算的服务模式、云计算的部署模型，以及云计算的关键技术和相应的行业应用场景。7.2.1云计算概述云计算（CloudComputing）最初的目的是实现对资源的灵活管理，它是基于互联网的相关服务的使用和交付模式，通常通过互联网来提供动态、易扩展且经常是虚拟化的资源。1．云计算的概念现阶段对云计算的定义有多种，其中最广为人们所接受的是美国国家标准与技术研究院（NationalInstituteofStandardsandTechnology，NIST）给出的定义：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络、服务器、存储、应用软件、服务），这些资源能够被快速提供，只需要投入管理工作或与服务供应商进行很少的交互。7.2.1云计算概述“云”是网络、互联网的一种比喻说法，即互联网与建立互联网所需要的底层基础设施的抽象体；“计算”当然不是指一般的数值计算，而是指一台足够强大的计算机提供的计算服务（包括各种功能、资源、存储）。“云计算”可以理解为网络上足够强大的计算机为用户提供的服务，这种服务是按用户的使用量进行收费的。目前，国内外知名的云计算服务商有阿里云、华为云、腾讯云、百度云、亚马逊AWS、微软Azure、谷歌Cloud等。7.2.1云计算概述2．云计算的特点①超大规模。一般云计算都具有超大规模的计算机集群。例如，亚马逊AWS、微软Azure、阿里云、谷歌云、百度云等均拥有几十万台以上的服务器，云计算通过整合这些数目庞大的计算机集群，赋予用户前所未有的计算和存储能力。②虚拟化。云计算对用户来说是一个虚拟的存在，没有具体的位置，看不到、摸不着，但在需要时，却可以在任何时间和地点，利用计算机或手机等终端设备，通过互联网按需获取其提供的各种服务。7.2.1云计算概述③高可靠性。“云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机可靠。④通用性。云计算不针对特定的应用，同一片“云”可以同时支撑不同的应用。⑤高可扩展性。云计算的规模和计算能力可以根据应用需要弹性地伸缩。⑥按需服务。云计算是一个庞大的资源池，用户可以按需购买并随时调整其提供的资源，并像自来水、电和煤气那样按使用量计费。7.2.1云计算概述⑦价格低。作为云计算服务商来说，云计算的公用性和通用性使资源的使用率大幅提升，从而降低了成本，可以用较低的价格提供云计算服务；作为使用云计算的企业来说，不必再负担高昂的软硬件购买和管理成本，即可享受超额的云计算服务。⑧潜在危险性。云计算服务除了提供计算服务外，还提供了存储服务。但是云计算服务当前垄断在私人机构（企业）手中，其安全性存在潜在风险。另一方面，云计算中的数据对于数据所有者以外的其他用户是保密的，但是对提供云计算的商业机构而言确毫无秘密可言。7.2.1云计算概述3．云计算的服务模式云计算有3种服务模式，分别是基础设施即服务（InfrastructureasaService，IaaS）、平台即服务（PlatformasaService，PaaS）、软件即服务（SoftwareasaService，SaaS）。（1）基础设施即服务（IaaS）基础设施即服务简称IaaS，它是一种将服务器、存储器、网络设备等IT基础设施虚拟化，并通过Internet租给用户的云计算服务模型，如图7-5所示。IaaS云服务的主要对象是需要硬件资源的用户，其关键技术是虚拟化技术。7.2.1云计算概述IaaS的优点是用户按需租用计算能力和存储能力，实现时间灵活性，即想什么时候要就什么时候要，以及空间灵活性，即想要多少就要多少。目前，微软、亚马逊、网易等公司提供基于硬件基础的IaaS。

IaaS模式7.2.1云计算概述（2）平台即服务（PaaS）平台即服务简称PaaS，它是指将应用的开发管理和运行环境集成并打包为按需付费的服务后，通过Internet租给用户的云计算服务模型，如图所示。PaaS云服务的主要对象是应用程序开发人员，其关键技术是分布式技术。PaaS模式目前，PaaS的典型实例有微软的WindowsAzure平台、Facebook的开发平台等。7.2.1云计算概述（3）软件即服务（SaaS）软件即服务简称SaaS，它是指将开发好的软件系统作为按需付费的服务，并通过Internet提供给用户的云计算服务模型，如图所示。SaaS云服务的主要对象是需要软件服务的企业、组织或个人，其关键技术是Web技术。SaaS的典型应用包括网络会议、在线杀毒等工具型服务，在线项目管理、在线人力资源系统等管理型服务，以及网络游戏、在线视频等娱乐型服务。SaaS是软件业的未来发展趋势，微软、用友、金蝶等公司都推出了SaaS。

SaaS模式7.2.1云计算概述4．云计算的部署模型云计算有4种部署模型，每一种都具备独特的功能，可以满足用户的不同要求。①私有云。指组织机构建设或托管的专供自己使用的云平台。云端资源只给一个单位组织内的用户使用，这是私有云的核心特征。而云端的所有权、日常管理和操作的主体到底属于谁并没有严格的规定，可能是本单位，也可能是第三方机构，还有可能是二者的联合。云端位于本单位内部，也可能托管在其他地方。7.2.1云计算概述②社区云。指一个特定范围的群体共享一套基础设施，它既不是一个单位内部的服务，也不是一个完全公开的服务，而是介于两者之间。社区云具有很强的区域性或行业性。云端资源专门给固定的几个单位内的用户使用，而这些单位对云端具有相同诉求（如安全要求、云端使命、规章制度、合规性要求等）。云端的所有权、日常管理和操作的主体可能是本社区内的一个或多个单位，也可能是社区外的第三方机构，还可能是二者的联合。云端可能部署在本地，也可能部署于他处。7.2.1云计算概述③公有云。它是一种对公众开放的云服务，由云服务提供商建设与运营，为最终用户提供各种IT资源，可以支持大量用户的并发请求；其可以按流量或服务时长计费。云端的所有权、日常管理和操作的主体可以是一个商业组织、学术机构、政府部门或者它们其中的几个联合。云端可能部署在本地，也可能部署于其他地方，例如，郑州市民公有云的云端可能就建在郑州，也可能建在洛阳。7.2.1云计算概述④混合云。混合云由两个或两个以上不同类型的云（私有云、社区云、公有云）组成，它们各自独立，但用标准的或专有的技术将它们组合起来，而这些技术能实现云之间的数据和应用程序的平滑流转。将多个相同类型的云组合在一起属于多云，例如两个私有云组合在一起，多云属于混合云的一种。由私有云和公有云构成的混合云是目前最流行的模式。当私有云资源短暂性需求过大时，云资源自动租赁公有云来平抑私有云资源的需求峰值。例如，网站在节假日期间点击量巨大，这时就会临时使用公共云资源来应急。混合云部署模型如图所示。7.2.1云计算概述混合云部署模型7.2.2云计算关键技术1．虚拟化技术虚拟化技术是云计算基础架构的基石，是指将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机，在这台计算机上同时运行多台逻辑计算机，每台逻辑计算机可运行不同的操作系统，应用程序都可以在独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。虚拟化的资源可以是硬件（如服务器、磁盘和网络），也可以是软件。以服务器虚拟化为例，它将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器，让CPU、内存、磁盘等硬件变成可以动态管理的“资源池”，从而提高资源的利用率，简化系统管理，实现服务器整合，对业务的变化更具适应力。7.2.2云计算关键技术Hyper-V、VMware、KVM、VitualBx、Xen、Qemu等都是典型的虚拟化技术。Hyper-V是微软公司的一款虚拟化产品，旨在为用户提供性价比更高的虚拟化基础设施软件，从而为用户降低运作成本，提高硬件利用率，优化基础设施，提高服务器的可用性。VMware是全球桌面到数据中心虚拟化解决方案的领导厂商。7.2.2云计算关键技术2．分布式存储技术在数据爆炸的时代，集中式存储已经无法满足海量数据的存储需求，分布式存储应运而生。目前最具有代表性的分布式文件系统是谷歌文件系统（GoogleFileSystem，GFS）和Hadoop分布式文件系统（HadoopDistributedFiledSystem，HDFS）。GFS可以满足大型、分布式、对大量数据进行访问的应用的需求。GFS具有很好的硬件容错性，可以把数据存储到成百上千台服务器上面，并在硬件出错的情况下也能尽量保证数据的完整性。GFS还支持GB或者TB级别超大文件的存储，一个大文件会被分成许多块，分散存储在数百台机器组成的集群里。HDFS是对GFS的开源实现，它采用了更加简单的“一次写入，多次读取”文件模型，文件一旦创建、写入并关闭，就只能对它执行读取操作。7.2.2云计算关键技术3．分布式并行计算分布式并行计算包含分布式计算和并行计算两个层面的内容。（1）分布式计算分布式计算是一种计算方法，是与集中式计算相对的概念。它可以将大任务拆分成许多小任务，然后把这些任务派发给多台计算机进行计算，最后将所有的计算结果进行汇总，以得到最终结果。分解后的任务之间互相独立，计算结果之间互不影响，且对实时性要求不高。7.2.2云计算关键技术（2）并行计算并行计算又称平行计算，是相对于串行计算来说的。它是一种允许多条指令以平行的方式同时进行计算的模式，存在时间并行和空间并行两种方式。其中，时间并行可理解为利用多条流水线同时作业，而空间并行可理解为使用多种计算资源（如多个处理器）执行并发计算，从而减少解决复杂问题所花费的时间。不过，对大多数开发人员而言，并行计算是复杂而陌生的，至于分布式计算，直接进行编程就更加困难了。而MapReduce的出现恰好解决了分布式并行计算的难题。7.2.2云计算关键技术面对海量的数据，传统的单指令单数据流顺序执行的方式，已经无法满足快速数据处理要求，在这样的背景下，谷歌公司提出了并行编程模型MapReduce，让任何人都可以在短时间内迅速获得海量计算能力，它使开发者在不具备并行开发经验的情况下也能够开发出分布式的并行程序，并让其同时运行在数百台机器上，在短时间内完成海量数据的计算。MapReduce将复杂的、运行于大规模集群上的并行计算过程抽象为两个函数Map()和Reduce()，并把一个大数据集切分成多个小的数据集，分布到不同的机器上进行并行处理，极大提高了数据处理速度，可以有效满足许多应用对海量数据的批量处理需求。Hadoop开源实现了MapReduce编程框架，被广泛应用于分布式计算。7.2.2云计算关键技术4．多租户多租户技术的目的在于使大量用户能够共享同堆栈的软硬件资源，每个用户按需使用资源，对软件服务进行客户化配置，而不影响其他用户的使用。多租户技术的核心包括数据隔离、客户化配置、架构扩展和性能定制。7.2.3云计算应用云计算在电子政务、医疗、卫生、教育、企业等领域的应用不断深化，对提高政府服务水平、促进产业转型升级和培育发展新兴产业等方面都起到了关键的作用。（1）政务云政务云上可以部署公共安全管理、容灾备份、城市管理、应急管理、智能交通、社会保障等应用，通过集约化建设、管理和运行，政府可以实现信息资源整合和政务资源共享，推动政务管理创新，加快向服务型政府转型。（2）教育云教育云可以有效整合幼儿教育、中小学教育、高等教育，以及继续教育等优质教育资源，逐步实现教育信息共享、教育资源共享及教育资源深度挖掘等目标。7.2.3云计算应用（3）中小企业云中小企业云能够让企业以低廉的成本建立财务、供应链、客户关系等管理应用系统，大大降低企业信息化门槛，迅速提升企业信息化水平，增强企业市场竞争力。（4）医疗云医疗云可以推动医院与医院、医院与社区、医院与急救中心、医院与家庭之间的服务共享，并形成一套全新的医疗健康服务系统，从而有效地提高医疗保健服务质量。7.2.3云计算应用（5）金融云金融云是利用云计算的模型构成原理，将金融产品、信息、服务分散到庞大分支机构所构成的云网络中，提高金融机构迅速发现并解决问题的能力，提升整体工作效率，改善流程，降低运营成本。（6）制造云制造云是云计算向制造业信息化领域延伸与发展后的落地与实现，用户通过网络和终端就能随时按需获取制造资源与能力服务，进而智慧地完成其制造全生命周期的各类活动。7.2.3云计算应用（7）云游戏云游戏是以云计算为基础的游戏方式，在云游戏的运行模式下，所有游戏都在服务器端运行，并将渲染完毕的游戏画面压缩后通过网络传输给用户。（8）云会议云会议是基于云计算技术的一种高效、便捷、低成本的会议形式。使用者只需要通过互联网界面进行简单的操作，便可快速、高效地与全球各地团队及客户同步分享语音、数据文件及视频等会议资料。7.2.3云计算应用（9）云社交云社交是一种物联网、云计算和移动互联网交互应用的虚拟社交应用模式，以建立著名的“资源分享关系图谱”为目的，进而开展网络社交。（10）云存储云存储是指通过集群应用、网格技术和分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问服务的一个系统。（11）云交通云交通是指在云计算中整合现有资源，并能够针对未来的交通行业发展整合将来需要的各种硬件、软件、数据，进而为交通平台提供服务的一个系统。任务7.3拥抱大数据技术--任务描述21世纪是数据信息大发展的时代，移动互联、社交网络、电子商务等极大拓展了互联网的边界和应用范围，各种数据正在迅速变多，本任务将详细介绍大数据的概念、大数据的基本特征、大数据的处理技术和相应的行业应用场景7.3.1大数据概述大数据是人类认知世界的技术理念，是在信息技术支撑下，利用全新的数据分析处理方法，在海量、复杂、散乱的数据集合中提取有价值信息的技术处理过程，其核心是对数据进行智能化的信息挖掘，并发挥其作用。1．大数据的概念大数据也称海量数据或巨量资料，指无法用现有的软件工具提取、存储、搜索、共享、分析和处理的海量的、复杂的数据集合，需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。7.3.1大数据概述2．大数据的特征大数据具有海量的数据规模、处理速度快、数据类型多和价值密度低四大特征，简称4V。①海量的数据规模。大数据具有当前任何一种单体设备难以直接存储、管理和使用的数据量，大数据中所说的“大”也包括数据的全面性。当前，从大数据数据源的角度来看，它主要集中在互联网、物联网和传统信息系统3个渠道。当前物联网数据的比例相对较大，相信在5G时代，物联网仍将是大数据的主要数据源。7.3.1大数据概述②处理速度快。数据会随着时间和环境发生变化。数据增长速度快，获取数据的速度快处理速度也快。③数据类型多。刻画特定事物特征或规律的数据是以多种形式存在的。大数据的数据类型非常复杂，包括结构化数据、非结构化数据和半结构化数据，这对传统数据分析技术提出了巨大挑战。 ④价值密度低。数据就是资源，许多看似杂乱无章的数据，蕴含着巨大的价值，数据的价值是由不同的应用目的而体现的。从海量的数据中挑出一小部分数据需要巨大的工作量，与传统信息系统相比，大数据中的数据价值密度相对较低，这就需要以更快、更方便的方式来完成数据值的提取，这也是当前大数据平台所关注的核心竞争力之一。7.3.2大数据处理技术大数据处理技术就是从各种类型的大量数据中快速获得有价值信息的技术，包含数据采集、数据存储、数据分析和数据保护，其中结合了传统方法和新的解决途径。（1）数据采集ETL（Extract-Transform-Load，提取-转换-加载）的发展过程伴随数据挖掘至今，相关技术已非常成熟。ETL负责将分散的、异构数据源中的数据（如关系数据、平面数据文件等）抽取到临时中间云，进行清洗、转换、集成，最后加载到数据仓库或数据集市中，供联机分析处理，为数据挖掘提供决策支持。7.3.2大数据处理技术（2）数据存储利用关系数据库、非关系数据库、数据仓库、分布式文件系统等，实现对结构化数据、半结构化数据和非结构化数据的存储管理。（3）数据分析除了传统的数据挖掘和机器学习算法，大数据挖掘还面临一些新的挑战。例如，通过分布式计算、内存计算和列存储等技术来处理大数据的计算问题，并对分析计算结果进行可视化呈现，以帮助使用者更好地理解数据、应用数据。7.3.2大数据处理技术（4）数据保护在大数据时代，用户的个人隐私数据可能会在不经意间被泄露，如密码泄露、用户个人信息泄露等，从法律的角度，必须健全大数据隐私和安全方面的法律法规，从技术角度，需要构建隐私数据保护体系和安全体系，有效保护个人隐私和数据安全。7.3.3大数据应用大数据无处不在，包括金融、汽车、餐饮、卫生、电信、能源、体育和娱乐在内的各行各业都已经被大数据改变。（1）医疗行业2009年，谷歌通过分析5000万条美国人最频繁检索的词汇，将之与美国疾病中心在2003年到2008年间季节性流感传播时期的数据进行比较，建立了一个特定的数学模型，最终谷歌成功预测了美国2009冬季流感的传播，甚至可以具体到特定的地区和州。在加拿大多伦多的一家医院，针对保温箱中的早产婴儿，每秒有超过3000次的数据读取。通过分析这些数据，医院能够提前知道哪些早产儿会出现健康问题并有针对性地采取措施，避免早产婴儿夭折。7.3.3大数据应用（2）快餐公司某快餐公司利用视频分析等候队列的长度，并根据分析结果自动变换电子菜单显示的内容。如果队列较长，则显示可以快速供给的食物；如果队列较短，则显示那些利润较高但准备时间相对长的食物。7.3.3大数据应用（3）体育比赛专业篮球队会搜集大量数据来分析赛事情况，然而，整理数据和判断数据的意义并不容易。通过分析这些数据，可以帮助运动员找到制胜法宝，或者至少保证球队获得高分。KrossOver公司致力于分析比赛视频，每场比赛过后，教练只需要上传比赛视频，来自KrossOver团队的大学生就会对其进行处理。等到第二天教练再看昨晚的比赛时，他可以直接调出任何他想要的数据，例如比赛中的个人表现、比赛反应等。（4）能源行业维斯塔斯风力系统依靠Biglnsights软件和IBM超级计算机对气象数据进行分析，找出安装风力涡轮机的最佳地点。以往需要花费数周的分析工作，现在利用大数据不到1小时便可完成。（5）保险行业今天的汽车保险公司只能凭借少量的车主信息对客户进行简单的类别划分，并根据客户的汽车出险次数给予相应的保费优惠方案，客户选择哪家保险公司并没有太大的差别。随着车联网的出现，“汽车大数据”将会深刻改变汽车保险业的商业模式，如果某家商业保险公司能够获取客户车辆的相关细节信息，并利用事先构建的数学模型对客户等级进行更加细致的判定，提供更加个性化的“一对一”优惠方案，那么毫无疑问，这家保险公司将具备明显的市场竞争优势，获得更多客户的青睐。7.3.3大数据应用7.3.3大数据应用（6）舆情分析政府部门可以把大数据技术用于“舆情分析”，通过对论坛、微博、微信、社区等多种来源的数据进行综合分析，弄清信息中本质的事实和趋势，揭示信息含有的隐性情报内容，对事物发展做出预测，从而有效应对各种突发事件。任务7.4揭开人工智能的神秘面纱--任务描述普通公众对人工智能发展应用的认知始于2016年初的AlphaGo（阿尔法狗）与李世石九段的围棋对决，人工智能的时代已经到来，其应用已经走进了千家万户，只是大多数人还没有完全意识到它的存在。当今社会，人工智能已不仅出现在电影中，更实实在在地出现在人们的日常生活中，“人工智能”的概念逐渐被大众熟知和关注。人工智能逐渐发展成一门学科，这也是当下最热门、最具有发展前景的研究方向之一。人工智能，简称AI（ArtificialIntelligence），是一个模拟人类能力和智慧行为的跨领域学科，它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。7.4.1人工智能概述7.4.2人工智能技术运用数理逻辑和计算机的成果，提供关于形式化计算和处理的理论，模拟人类某些智能行为的基本方法和技术1956年达特茅斯学会用人工智能作为学科的名称，定义为制造智能机器的科学与工程约翰·麦卡锡7.4.2人工智能技术在1956年的达特茅斯会议之后，人工智能迎来了属于它的第一个发展高潮，之后七十年代进入低潮期。约翰·麦卡锡马文·明斯基ELIZA聊天机器人7.4.2人工智能技术专家系统、神经网络的应用带来了人工智能的第二繁荣期7.4.2人工智能技术Cleverbot教育编程机器人IBM的计算机深蓝与人类世界象棋冠军卡斯帕罗夫之战人工智能稳健发展的时代7.4.2人工智能技术人工智能稳健发展的时代2009华裔科学家李飞飞让人工智能程序完全自主的识别图形中的内容2012吴恩达应用一个超强的神经网络，进行自主学习实现了小猫的识别7.4.2人工智能技术人工智能稳健发展的时代波士顿四足机器狗波士顿机器人7.4.3人工智能的应用领域人脸识别技术7.4.3人工智能的应用领域人脸识别应用7.4.3人工智能的应用领域新闻、购物、电影、音乐推荐1.根据个人的历史记录推荐新闻、电影音乐；2.根据个人的喜好进行广告推送；7.4.3人工智能的应用领域客服服务-聊天机器人许多网站都提供用户与客服在线聊天的窗口，但并不是每个网站都有一个真人提供实时服务，在很多情况下，和