移动互联网关键技术..

第二章移动互联网技术基础1第二章移动互联网技术基础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云计算技术第二章移动互联网技术基础22.1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。第二章移动互联网技术基础32.1.1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天的互联网。第二章移动互联网技术基础4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(TransmissionControlProtocol，TCP；InternetProtocol，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IP是给网络上每一台电脑规定一个地址。1974年12月，第二章移动互联网技术基础5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。第二章移动互联网技术基础61983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。第二章移动互联网技术基础72.1.2ISO/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(OpenSystemInterconnectionReferenceModel，OSI/RM)，它由国际标准化组织(InternationalStandardOrganization，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。第二章移动互联网技术基础8OSI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。第二章移动互联网技术基础9图2-1OSI参考模型第二章移动互联网技术基础10(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。(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。第二章移动互联网技术基础112．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(ApplicationHeader，AH)，形成应用层协议数据单元(ProtocolDataUnit，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(PresentationHeader，PH)。然后递交到下层会话层。第二章移动互联网技术基础12图2-2OSI参考模型中的数据封装过程第二章移动互联网技术基础13以此类推，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(SessionHeader，SH)、传输层报头(TransportHeader，TH)、网络层报头(NetworkHeader，NH)和数据链路层报头(DatalinkHeader，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(DatalinkTermination，DT)形成最终的一帧数据。第二章移动互联网技术基础14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。第二章移动互联网技术基础153．各分层的功能(1)物理层(PhysicalLayer)。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/TIARS-232、EIA/TIARS-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。第二章移动互联网技术基础16(2)数据链路层(DataLinkLayer)。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。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(ErrorDetection)和差错控制(Errorcontrol)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、IEEE802.2、帧中继、HDLC等。第二章移动互联网技术基础17(3)网络层(NetworkLayer)。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。第二章移动互联网技术基础18(4)传输层(TransportLayer)。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(SessionLayer)。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。第二章移动互联网技术基础19(6)表示层(PresentationLayer)。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(ApplicationLayer)。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。应用层协议的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。第二章移动互联网技术基础202.1.3TCP/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。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。第二章移动互联网技术基础21图2-3TCP/IP与OSI模型的对比第二章移动互联网技术基础22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。(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。第二章移动互联网技术基础23图2-4TCP/IP模型层次结构第二章移动互联网技术基础24(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。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。第二章移动互联网技术基础25(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)。TCP协议是一个面向连接的、可靠的协议。它将一台主机发出的字节流无差错地发往互联网上的其他主机。在发送端，它负责把上层传送下来的字节流分成报文段并传递给下层；在接收端，它负责把收到的报文进行重组后递交给上层。TCP协议还要处理端到端的流量控制，以避免缓慢接收的接收方没有足够的缓冲区接收发送方发送的大量数据。UDP协议是一个不可靠的、无连接协议，主要适用于不需要对报文进行排序和流量控制的场合。第二章移动互联网技术基础26(4)应用层。TCP/IP模型将O