移动互联网关键技术

第二章 移动互联网技术基础
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OSI模型采用分层结构，如图2-1所示，它把通信过程所 要完成的工作分成多个层面，每一层完成某个层次的工作内
容，如物理层实现物理信号的收发，网络层实现联网等。
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图2-1 OSI参考模型
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(1) 每一层都为其上一层提供服务，并为其上一层提供 一个访问接口或界面。
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(6) 表示层(Presentation Layer)。表示层对上层数据或信 息进行变换以保证一个主机应用层信息可以被另一个主机的
应用程序理解。表示层的数据转换包括数据的加密、压缩、 格式转换等。表示层协议的代表包括：ASCII、ASN.1、 JPEG、MPEG等。
(7) 应用层(Application Layer)。应用层为操作系统或网 络应用程序提供访问网络服务的接口，提供用户接口。应用
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图2-2 OSI参考模型中的数据封装过程
第二章推，会话层、传输层、网络层、数据链路层也都 要分别给上层递交下来的数据加上自己的报头，分别是会话
层报头(Session Header，SH)、传输层报头(Transport Header， TH)、网络层报头(Network Header，NH)和数据链路层报头 (Data link Header，DH)。其中，数据链路层还要给网络层数 据加上数据链路层报尾(Data link Termination，DT)形成最终 的一帧数据。
层协议的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。
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2.1.3 TCP/IP模型 1．TCP/IP模型层次结构 OSI模型的提出本来是为了解决不同厂商、不同结构的
网络产品之间互连时遇到的不兼容性问题，但是该模型过于 复杂，阻碍了其在计算机网络领域的实际应用。相比之下， 由技术人员自己开发的TCP/IP协议则获得了更为广泛的应用。 成为当前通信领域的主要标准。
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(4) 传输层(Transport Layer)。传输层负责将上层数据分 段并提供端到端的、可靠或不可靠的传输，处理端到端的差
错控制和流量控制。传输层数据的单位称为数据段(segment)， 典型的传输层协议有：TCP、UDP、SPX、NetBIOS等。
(5) 会话层(Session Layer)。会话层管理主机之间的会话 进程，即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层还 利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。
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当一帧数据通过物理层传送到目标主机的物理层时，该 主机的物理层把它递交到上层数据链路层。数据链路层负责
去掉数据帧的帧头部DH和尾部DT(同时还进行数据校验)。 如果数据没有出错，则递交到上层网络层。同样，网络层、 传输层、会话层、表示层、应用层也要做类似的工作。最终， 原始数据被递交到目标主机的具体应用程序中。
TCP/IP模型也是层次结构，分为四个层次：应用层、传 输层、网络互连层和网络接口层。图2-3是TCP/IP模型与OSI 模型的对比。
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图2-3 TCP/IP与OSI模型的对比
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在TCP/IP模型中，去掉了OSI模型中的会话层和表示层， 这两层的功能被合并到应用层实现，同时将OSI模型中的数 据链路层和物理层合并为网络接口层。当前在用的部分协议 在TCP/IP模型中的位置如图2-4所示。
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2．OSI模型数据封装 数据要在网络上传输，必须要有一定格式，使通信双方
能够识别其首尾，并能对其有效控制。把数据包装成这种格 式的过程就叫数据封装。OSI模型中的数据封装过程如图2-2 所示。
当一台主机需要传送用户数据时，数据首先需通过应用 层接口进入应用层。在应用层，用户数据被加上应用层报头
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3．各分层的功能 (1) 物理层(Physical Layer)。物理层规定了激活、维持、 关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过 程特性，如指定电压大小、线路速率和电缆的引脚数。简单 的说，物理层确保原始数据可以在各种物理媒体上传输。该 层为上层协议提供了一个传输数据的物理媒体。在这一层， 数据的单位称为比特(bit)。属于物理层定义的典型规范代表 包括：EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45等； 物理层的设备包括：RJ-45、各种电缆、串口、并口、接线 设备、网络接口卡(NIC)等；物理层也可以包括低层网络软 件定义如何将串行比特流分解成数据包。
网络互连层定义了分组格式和协议，即IP协议。TCP/IP 协议中的网络互连层功能由IP协议规定和实现，故又称为IP 层。这一层的协议还包括：ICMP网际控制报文协议、ARP 地址解析协议、RARP反向地址解析协议、RIP协议等。这 一层典型的设备有路由器、三层交换机等。
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IP是给网络上每一台电脑规定一个地址。 1974年12月，
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卡恩和瑟夫的第一份TCP协议详细说明正式发表。当时美国 国防部与三个科学家小组签定了完成TCP/IP的协议，结果由 瑟夫领衔的小组率先完成，首先制订出了具有详细定义的 TCP/IP协议标准。当时还做了一个试验，将信息包通过点对 点的卫星网络，再通过陆地电缆，接下来通过卫星网络，最 后由地面传输，贯串欧洲和美国，经过各种电脑系统，全程 9.4万公里竟然没有丢失一个数据位，远距离的可靠数据传 输证明了TCP/IP协议的成功。
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1983年1月1日，已经运行了较长时期且曾被人们习惯了 的NCP被停止使用，TCP/IP协议作为互联网上所有主机间的 共同协议。TCP/IP协议的产生和推广是互联网发展历史上具 有重大革命性意义的事件，从此，互联网才真正进入了大规 模发展时期。
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2.1 互联网技术 2.2 移动通信技术 2.3 移动互联网 2.4 移动智能终端与操作系统 2.5 云计算技术
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2.1 互 联 网 技 术
互联网(Internet，早期音译为因特网)在今天已经非常普 及，很多人每天都要花一定时间上网，阅读新闻，淘宝购物， 或者从事其他活动。互联网是由全世界千千万万台计算机通 过TCP/IP协议相互连接而成的世界上最大的网络。这个网络 在不断扩大，不仅新的计算机在持续接入，而且新的技术也 在不断融入。移动互联网的产生和发展正是以这个现有互联 网实体为基础而不断发展的，它又反过来推动这一网络延伸 到人们的手机终端。
(Application Header，AH)，形成应用层协议数据单元 (Protocol Data Unit，PDU)，然后被递交到下一层表示层。 表示层并不关心应用层数据内容，而是把整个应用层数据包
看成是一个整体进行封装，即加上表示层的报头 (Presentation Header，PH)。然后递交到下层会话层。
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(2) 数据链路层(Data Link Layer)。数据链路层在不可靠的物 理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数 据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。在这一层，数据的 单位称为帧(frame)，数据链路层协议的代表包括：SDLC、HDLC、 PPP、STP、帧中继等。
(3) 传输层。在TCP/IP模型中，传输层的功能是使源主 机和目标主机上的对等实体可以进行会话。在传输层定义了
两种服务质量不同的协议，即TCP(传输控制协议)和UDP(用 户数据报协议)。
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2.1.2 ISO/OSI模型 1．OSI模型框架 要理解TCP/IP协议，必须先理解OSI模型。OSI模型的
全称是开放系统互连参考模型(Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM)，它由国际标准化组织 (International Standard Organization，ISO)提出，用于网络系 统互连，所以又被称为ISO/OSI模型。OSI参考模型发布后， 并没有形成实际的产品，但是它成为包括TCP/IP协议在内的 很多重要通信协议的思想基础，对于理解TCP/IP的运作机制 有很大帮助。
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(3) 网络层(Network Layer)。网络层为传输层的数据传 输提供建立、维护和终止网络连接的手段，它把上层来的数
据组织成数据包在节点之间进行交换传送，并且负责路由控 制和拥塞控制。提供它还能逻辑寻址，以便进行路由选择。 网络层提供的路由和寻址功能，使两个终端系统能够互连， 并且具有一定的拥塞控制和流量控制的能力。在这一层，数 据的单位称为数据包(packet)。典型的网络层协议的代表包 括：IP、IPX、RIP、OSPF等。
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2.1.1 互联网的起源与发展 互联网源于1969年美军牵头组建的ARPA网，它起初把 美国加利福尼亚大学洛杉矶分校、斯坦福大学研究学院、加 利福尼亚大学和犹他州大学的四台主要计算机连接起来，后 来美国其他一些高校和科研机构也陆续加入进来。1983年， 美国国防部将阿帕网分为军网和民网，于是，越来越多的学 校和公司加入到民网当中，渐渐的，这个民用网络发展为今
(2) 不同主机之间的相同层次称为对等层。如主机A中 的表示层和主机B中的表示层互为对等层，主机A中的会话 层和主机B中的会话层互为对等层。
(3) 对等层之间互相通信需要遵守一定的规则，如通信 的内容、通信的方式等，称之为协议。
OSI参考模型通过将协议划分为不同的层次，简化了问 题分析、处理过程以及网络系统设计的复杂性。在OSI参考 模型中，从下至上，每一层完成不同的、目标明确的功能。
数据链路层将数据包组合为字节，字节组合为帧，使用MAC 地址提供对介质的访问。其主要功能包括：在两个网络实体之间 提供数据链路连接的建立、维持和释放管理；构成数据链路数据 单元(帧)，并对帧定界、同步、收发顺序的控制；在传输过程中 进行流量控制，包括差错检测(Error Detection)和差错控制(Error control)等方面，它只提供导线的一端到另一端的数据传输。数据 链路层典型的协议有：ATM、IEEE 802.2、帧中继、HDLC等。
(1) 网络接口层。实际上，TCP/IP模型没有真正描述这 一层如何实现，只是要求能够提供给其上层网络互连层一个 访问接口，以便在其上传递IP分组。由于这一层次未被定义， 所以其具体的实现方法随着网络类型的不同而不同。
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图2-4 TCP/IP模型层次结构
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天的互联网。
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在ARPA网产生之初，通过接口信号处理机实现互联的 电脑并不多，大部分电脑相互之间不兼容，不同类型的电脑
联网存在很多困难。建立一种大家共同都必须遵守的标准， 让不同类型电脑能够实现资源共享，成为当时科学家的当务 之急。
1973年，卡恩和瑟夫以包切换理论为基础，开始研究一 种对各种操作系统普适的协议，这个协议即TCP/IP协议 (Transmission Control Protocol，TCP；Internet Protocol，IP)。 通俗而言，TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号， 要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而
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(2) 网络互连层。网络互连层是整个TCP/IP协议的核心。 其功能是把分组发往目标网络或主机。同时，为了尽快发送
分组，可能需要沿不同的路径同时进行分组传递，因此，分 组到达的顺序和发送的顺序可能不同，这就需要上层必须对 分组进行排序。网络互连层除了需要完成路由的功能外，也 可以实现不同类型的网络(异构网)互连的任务。