《計(jì)算機(jī)高級(jí)應(yīng)用教程》課件-第7章

第7章移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)7.1互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)7.2移動(dòng)通信技術(shù)

7.3移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)7.4移動(dòng)智能終端與操作系統(tǒng)課后習(xí)題七

7.1互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

7.1.1互聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)源于美軍在1969年?duì)款^組建的ARPA網(wǎng)，它把美國(guó)加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校、斯坦福大學(xué)研究學(xué)院、加利福尼亞大學(xué)和猶他州大學(xué)的四臺(tái)主要計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，后來(lái)美國(guó)其他一些高校和科研機(jī)構(gòu)也陸續(xù)加入進(jìn)來(lái)。1983年，美國(guó)國(guó)防部將ARPA網(wǎng)分為軍網(wǎng)和民網(wǎng)。于是，越來(lái)越多的學(xué)校和公司加入民網(wǎng)，使其漸漸擴(kuò)大為今天的互聯(lián)網(wǎng)。

在ARPA網(wǎng)產(chǎn)生之初，通過(guò)接口信號(hào)處理機(jī)實(shí)現(xiàn)互連的計(jì)算機(jī)并不多，大部分計(jì)算機(jī)相互之間不兼容，不同類(lèi)型的計(jì)算機(jī)連網(wǎng)存在很多困難。建立一種大家都必須遵守的標(biāo)準(zhǔn)，讓不同類(lèi)型的計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享，成為當(dāng)時(shí)科學(xué)家的當(dāng)務(wù)之急。

7.1.2ISO/OSI模型

1.OSI模型框架

要理解TCP/IP協(xié)議，必須先理解OSI模型。OSI模型的全稱(chēng)是開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型(OpenSystemInterconnectionReferenceModel，OSIRM)，它由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(InternationalStandardOrganization，ISO)提出，用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互連，所以又稱(chēng)為ISO/OSI模型。OSI參考模型自發(fā)布后，并沒(méi)有形成實(shí)際的產(chǎn)品，但是它成為了包括TCP/IP協(xié)議在內(nèi)的很多重要通信協(xié)議的思想基礎(chǔ)。

理解TCP/IP的運(yùn)作機(jī)制對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)工作人員而言是必需的。OSI模型采用分層結(jié)構(gòu)，它把通信過(guò)程所要完成的工作分成多個(gè)層面，稱(chēng)為層。每個(gè)層都完成某個(gè)層次的工作內(nèi)容，如物理層實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)的收發(fā)，網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)連網(wǎng)等。OSI參考模型如圖7-1所示。

圖7-1OSI參考模型

OSI模型的主要特點(diǎn)如下：

(1)每一層都為其上一層提供服務(wù)，并為其上一層提供一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)接口或界面。

(2)不同主機(jī)之間的相同層次稱(chēng)為對(duì)等層。如主機(jī)A中的表示層和主機(jī)B中的表示層互為對(duì)等層，主機(jī)A中的會(huì)話(huà)層和主機(jī)B中的會(huì)話(huà)層互為對(duì)等層。

(3)對(duì)等層之間互相通信需要遵守一定的規(guī)則，如通信的格式、通信的方式等，這些規(guī)則稱(chēng)為協(xié)議。

(4)OSI參考模型通過(guò)將協(xié)議劃分為不同的層次，簡(jiǎn)化了分析、處理問(wèn)題的過(guò)程以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。在OSI參考模型中，從下至上每一層完成不同的、目標(biāo)明確的功能。

2.OSI模型數(shù)據(jù)封裝

數(shù)據(jù)要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸必須有一定的格式，使通信雙方能夠識(shí)別其首尾并能進(jìn)行有效控制。把數(shù)據(jù)包裝成這種格式的過(guò)程就叫做數(shù)據(jù)封裝。OSI參考模型中的數(shù)據(jù)封裝過(guò)程如圖7-2所示。

圖7-2OSI參考模型中的數(shù)據(jù)封裝過(guò)程

當(dāng)一幀數(shù)據(jù)通過(guò)物理層傳送到目標(biāo)主機(jī)的物理層時(shí)，目標(biāo)主機(jī)的物理層會(huì)把它遞交到上層數(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)去掉數(shù)據(jù)幀的幀頭部DH和尾部DT，同時(shí)還進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。如果數(shù)據(jù)沒(méi)有出錯(cuò)，則遞交到上層——網(wǎng)絡(luò)層。同樣，網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話(huà)層、表示層、應(yīng)用層也要做類(lèi)似的工作。最終，原始數(shù)據(jù)被遞交到目標(biāo)主機(jī)的具體應(yīng)用程序中。

3.各分層的功能

1)物理層(PhysicalLayer)

物理層規(guī)定了激活、維持、關(guān)閉通信端點(diǎn)之間的機(jī)械特性、電氣特性、功能特性以及過(guò)程特性，如指定電壓大小、線(xiàn)路速率和電纜的引腳數(shù)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，物理層確保原始數(shù)據(jù)可以在各種物理媒體上傳輸。該層為上層協(xié)議提供了一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)的物理媒體。在這一層，數(shù)據(jù)的單位稱(chēng)為比特(bit)。屬于物理層定義的典型規(guī)范包括EIA/TIARS-232、EIA/TIARS-449、V.35、RJ-45等。

2)數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)

數(shù)據(jù)鏈路層在不可靠的物理介質(zhì)上提供可靠的傳輸。該層的作用包括物理地址尋址、數(shù)據(jù)的成幀、流量控制、數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)、數(shù)據(jù)的重發(fā)等。在這一層，數(shù)據(jù)的單位稱(chēng)為幀(frame)，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的代表包括SDLC、HDLC、PPP、STP、幀中繼等。

數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)包組合為字節(jié)，再將字節(jié)組合為幀，使用MAC地址提供對(duì)介質(zhì)的訪(fǎng)問(wèn)。其主要功能包括：在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間提供數(shù)據(jù)鏈路連接的建立、維持和釋放管理；構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)單元(幀)，并對(duì)幀定界、同步、收發(fā)順序進(jìn)行控制；在傳輸過(guò)程中，進(jìn)行流量控制、差錯(cuò)檢測(cè)(ErrorDetection)和差錯(cuò)控制(ErrorControl)等，它只提供導(dǎo)線(xiàn)的一端到另一端的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層典型的協(xié)議有ATM、IEEE802.2、幀中繼、HDLC等。

3)網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer)

網(wǎng)絡(luò)層為傳輸層的數(shù)據(jù)傳輸提供建立、維護(hù)和終止網(wǎng)絡(luò)連接的手段，它把從上層來(lái)的數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)包在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行交換傳送，并負(fù)責(zé)路由控制和擁塞控制。它還提供邏輯尋址，以便進(jìn)行路由選擇。網(wǎng)絡(luò)層提供路由和尋址功能，使兩個(gè)終端系統(tǒng)能夠互連，并具有一定的擁塞控制和流量控制的能力。在這一層，數(shù)據(jù)的單位稱(chēng)為數(shù)據(jù)包(packet)。典型的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包括IP、IPX、RIP、OSPF等。

4)傳輸層(TransportLayer)

傳輸層負(fù)責(zé)將上層數(shù)據(jù)分段并提供端到端的可靠或不可靠的傳輸，處理端到端的差錯(cuò)控制和流量控制。傳輸層數(shù)據(jù)的單位稱(chēng)為數(shù)據(jù)段(segment)，典型的傳輸層協(xié)議有TCP、UDP、SPX、NetBIOS等。

5)會(huì)話(huà)層(SessionLayer)

會(huì)話(huà)層管理主機(jī)之間的會(huì)話(huà)進(jìn)程，即負(fù)責(zé)建立、管理和終止進(jìn)程之間的會(huì)話(huà)。會(huì)話(huà)層還利用在數(shù)據(jù)中插入校驗(yàn)點(diǎn)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步。

6)表示層(PresentationLayer)

表示層對(duì)上層數(shù)據(jù)或信息進(jìn)行變換，以保證一個(gè)主機(jī)應(yīng)用層信息可以被另一個(gè)主機(jī)的應(yīng)用程序理解。表示層的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包括數(shù)據(jù)的加密、壓縮、格式轉(zhuǎn)換等。表示層協(xié)議的代表包括ASCII、ASN.1、JPEG、MPEG等。

7)應(yīng)用層(ApplicationLayer)

應(yīng)用層為操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的接口和用戶(hù)接口。應(yīng)用層協(xié)議的代表包括Telnet、FTP(FileTransferProtocol)、HTTP(HyperTextTransferProtocol)、SNMP等。

7.1.3TCP/IP模型

1.TCP/IP模型層次結(jié)構(gòu)

OSI模型的提出本是為解決不同廠(chǎng)商、不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間互連時(shí)遇到的不兼容性問(wèn)題，但是該模型過(guò)于復(fù)雜，阻礙了其在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。相比之下，由技術(shù)人員自己開(kāi)發(fā)的TCP/IP協(xié)議則獲得了更為廣泛的應(yīng)用，成為當(dāng)前通信領(lǐng)域的主要標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP模型也是層次結(jié)構(gòu)模型，分為四個(gè)層次：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層和網(wǎng)絡(luò)接口層。如圖7-3所示是TCP/IP模型與OSI模型的對(duì)比。圖7-3TCP/IP與OSI模型的對(duì)比

TCP/IP模型去掉了OSI模型中的會(huì)話(huà)層和表示層，這兩層的功能被合并到應(yīng)用層，同時(shí)將OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層合并為網(wǎng)絡(luò)接口層。當(dāng)前在用的部分協(xié)議在TCP/IP模型中的位置如圖7-4所示。圖7-4TCP/IP模型層次結(jié)構(gòu)

1)網(wǎng)絡(luò)接口層

實(shí)際上，TCP/IP模型沒(méi)有真正描述這一層如何實(shí)現(xiàn)，只是要求提供給其上層網(wǎng)絡(luò)一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)接口，以便在其上傳遞IP分組。由于這一層未被定義，所以其具體的實(shí)現(xiàn)方法隨著網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型的不同而不同。

2)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層是整個(gè)TCP/IP協(xié)議的核心，其功能是把分組發(fā)往目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)。同時(shí)，為了盡快發(fā)送分組，可能需要沿不同的路徑同時(shí)進(jìn)行分組傳遞。因此，分組到達(dá)的順序和發(fā)送的順序可能不同，這就需要上層對(duì)分組進(jìn)行排序。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層除了需要完成路由的功能外，也需要完成不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)(異構(gòu)網(wǎng))互聯(lián)的任務(wù)。

3)傳輸層

在TCP/IP模型中，傳輸層的功能是使源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)上的對(duì)等實(shí)體可以進(jìn)行會(huì)話(huà)。傳輸層定義了兩種服務(wù)質(zhì)量不同的協(xié)議，即TCP(傳輸控制協(xié)議)和UDP(用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)。

TCP協(xié)議是一個(gè)面向連接的、可靠的協(xié)議。它將一臺(tái)主機(jī)發(fā)出的字節(jié)流無(wú)差錯(cuò)地發(fā)往互聯(lián)網(wǎng)上的其他主機(jī)。在發(fā)送端，它負(fù)責(zé)把上層傳送下來(lái)的字節(jié)流分成報(bào)文段并傳遞給下層。在接收端，它負(fù)責(zé)對(duì)收到的報(bào)文進(jìn)行重組，然后遞交給上層。TCP協(xié)議還要處理端到端的流量控制，以避免緩慢接收的接收方?jīng)]有足夠的緩沖區(qū)接收發(fā)送方發(fā)送的大量數(shù)據(jù)。UDP協(xié)議是一個(gè)不可靠的、無(wú)連接協(xié)議，主要適用于不需要對(duì)報(bào)文進(jìn)行排序和流量控制的場(chǎng)合。

4)應(yīng)用層

TCP/IP模型將OSI參考模型中的會(huì)話(huà)層和表示層的功能合并到應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用層面向不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用引入了不同的應(yīng)用層協(xié)議。其中，有基于TCP協(xié)議的應(yīng)用層協(xié)議，如文件傳輸協(xié)議(FTP)、虛擬終端協(xié)議(Telnet)、超文本鏈接協(xié)議(HTTP)，也有基于UDP協(xié)議的應(yīng)用層協(xié)議。

2.IP報(bào)文格式

IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族中的核心協(xié)議，所有的TCP、UDP、ICMP、IGMP數(shù)據(jù)都被封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中傳送，如圖7-5所示。圖7-5IP報(bào)文封裝

IP報(bào)頭格式如圖7-6所示。各字段的長(zhǎng)度和內(nèi)容分別為：圖7-6IP頭部格式

各字段的長(zhǎng)度和內(nèi)容分別為：

(1)版本字段：字段長(zhǎng)度為4bit，用以表明IP協(xié)議的版本號(hào)，當(dāng)前一般為IPv4，即0100。版本號(hào)IPv6為1100。

(2)報(bào)頭長(zhǎng)度字段：指首部占32bit字的數(shù)目，包括任何選項(xiàng)。由于它是一個(gè)4bit字段，因此首部最長(zhǎng)為60Byte，即15×32/8=60Byte。IP首部始終是32bit的整數(shù)倍。IP數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭的最小長(zhǎng)度為20Byte(不含填充字段和IP選項(xiàng)字段的IP報(bào)頭是最常見(jiàn)的IP報(bào)頭，為20個(gè)Byte)。

(3)服務(wù)類(lèi)型字段：字段長(zhǎng)度為8bit，用于指定數(shù)據(jù)報(bào)所要求的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。

(4)總長(zhǎng)度字段：指整個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度，以Byte為單位。由于該字段長(zhǎng)16bit，所以IP數(shù)據(jù)報(bào)最長(zhǎng)可達(dá)65535Byte?？傞L(zhǎng)度字段是IP首部中必要的內(nèi)容(數(shù)據(jù)長(zhǎng)度=總長(zhǎng)-報(bào)頭長(zhǎng)度)。

(5)標(biāo)識(shí)字段：字段長(zhǎng)度為16bit，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)都必須由唯一的標(biāo)識(shí)符來(lái)標(biāo)識(shí)，以便使接收主機(jī)能重裝被分段的數(shù)據(jù)報(bào)。

(6)標(biāo)志位字段：字段長(zhǎng)度為3bit，用于分段控制，其中第0位為預(yù)留位。

(7)段偏移量字段：字段長(zhǎng)度為13bit。如果一份數(shù)據(jù)報(bào)要求分段，則此字段應(yīng)指明該段距原始數(shù)據(jù)報(bào)起始位置的偏移量。

(8)生存期(TimetoLive，TTL)字段：字段長(zhǎng)度為8bit，用來(lái)設(shè)置數(shù)據(jù)報(bào)最多可以經(jīng)過(guò)的路由器數(shù)，由發(fā)送數(shù)據(jù)的源主機(jī)設(shè)置，通常為32、64、128等。每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器，其值減1，當(dāng)減到0時(shí)，該數(shù)據(jù)報(bào)被丟棄。

(9)協(xié)議字段：字段長(zhǎng)度為8bit，指明IP層所封裝的上層協(xié)議類(lèi)型，如ICMP(1)、IGMP(2)、TCP(6)、UDP(17)等。

(10)頭部校驗(yàn)和字段：字段長(zhǎng)度為16bit，內(nèi)容是根據(jù)IP頭部計(jì)算得到的校驗(yàn)和碼。計(jì)算方法是：對(duì)頭部中每個(gè)16bit進(jìn)行二進(jìn)制反碼求和(與ICMP、IGMP、TCP、UDP不同，IP不對(duì)頭部后的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn))。

(11)源IP地址、目標(biāo)IP地址字段：字段長(zhǎng)度為32bit，分別用來(lái)標(biāo)明發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)文的源主機(jī)地址和接收IP報(bào)文的目標(biāo)主機(jī)地址。

(12)可選項(xiàng)字段：字段長(zhǎng)度為32bit，用來(lái)定義一些任選項(xiàng)，如記錄路徑、時(shí)間戳等。這些選項(xiàng)很少被使用，并不是所有主機(jī)和路由器都支持這些選項(xiàng)?？蛇x項(xiàng)字段的長(zhǎng)度必須是32bit的整數(shù)倍，如果不足，必須填充0以達(dá)到此長(zhǎng)度要求。

3.TCP數(shù)據(jù)段格式

(1)源、目標(biāo)端口號(hào)字段：字段長(zhǎng)度均為16bit。TCP協(xié)議通過(guò)使用所謂“端口”來(lái)標(biāo)識(shí)源端和目標(biāo)端的應(yīng)用進(jìn)程。端口號(hào)可以使用0～65535的任何數(shù)字。在收到服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，操作系統(tǒng)動(dòng)態(tài)地為客戶(hù)端的應(yīng)用程序分配端口號(hào)。在服務(wù)器端，每種服務(wù)在特定端口為用戶(hù)提供服務(wù)，比如Web服務(wù)默認(rèn)端口為80，F(xiàn)TP服務(wù)默認(rèn)端口為21。

(2)順序號(hào)字段：字段長(zhǎng)度為32bit，用來(lái)標(biāo)識(shí)從TCP源端向TCP目標(biāo)端發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)流，它表示在這個(gè)報(bào)文段中的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。

(3)確認(rèn)號(hào)字段：字段長(zhǎng)度為32bit，只有ACK標(biāo)志為1時(shí)，確認(rèn)號(hào)字段才有效。它包含目標(biāo)端所期望收到源端的下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。

(4)頭部長(zhǎng)度字段：字段長(zhǎng)度為4bit，給出頭部占32bit的數(shù)目，沒(méi)有任何選項(xiàng)字段的TCP頭部長(zhǎng)度為20Byte，最多可以有60Byte的TCP頭部。

(5)標(biāo)志位字段：字段長(zhǎng)度為6bit，其中每個(gè)比特的含義分別為：URG(緊急指針有效)、ACK(確認(rèn)序號(hào)有效)、PSH(接收方應(yīng)該盡快將這個(gè)報(bào)文段交給應(yīng)用層)、RST(重建連接)、SYN(發(fā)起一個(gè)連接)和FIN(釋放一個(gè)連接)。

(6)窗口大小字段：字段長(zhǎng)度為16bit，用來(lái)進(jìn)行流量控制。單位為字節(jié)，這個(gè)值是本機(jī)期望一次接收的字節(jié)數(shù)。

(7)TCP校驗(yàn)和字段：字段長(zhǎng)度為16bit。該字段對(duì)整個(gè)TCP報(bào)文段進(jìn)行校驗(yàn)和計(jì)算，并由目標(biāo)端進(jìn)行驗(yàn)證。

(8)緊急指針字段：字段長(zhǎng)度為16bit。它是一個(gè)偏移量，和序號(hào)字段中的值相加表示緊急數(shù)據(jù)最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。

(9)選項(xiàng)字段：字段長(zhǎng)度為32bit，可能包括“窗口擴(kuò)大因子”“時(shí)間戳”等選項(xiàng)。

4.UDP數(shù)據(jù)段格式

UDP是一種不可靠的、無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。源主機(jī)在傳送數(shù)據(jù)前不需要和目標(biāo)主機(jī)建立連接。數(shù)據(jù)被冠以源、目標(biāo)端口號(hào)等UDP報(bào)頭字段后直接發(fā)往目的主機(jī)。這時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)段的可靠性依靠上層協(xié)議來(lái)保證。在傳送數(shù)據(jù)較少、較小的情況下，UDP比TCP更加高效。

(1)源、目標(biāo)端口號(hào)字段：字段長(zhǎng)度為16bit，用來(lái)標(biāo)識(shí)源端和目標(biāo)端的應(yīng)用進(jìn)程。

(2)長(zhǎng)度字段：字段長(zhǎng)度為16bit，用來(lái)表示UDP頭部和UDP數(shù)據(jù)的總長(zhǎng)度字節(jié)。

(3)校驗(yàn)和字段：字段長(zhǎng)度為16bit，用來(lái)對(duì)UDP頭部和UDP數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。與TCP不同的是，UDP的字段是可選項(xiàng)，而TCP數(shù)據(jù)段中的校驗(yàn)和字段是必須存在的。

5.套接字

在每個(gè)TCP、UDP數(shù)據(jù)段中都包含源端口和目標(biāo)端口字段。通常把一個(gè)IP地址和一個(gè)端口號(hào)合稱(chēng)為一個(gè)套接字(Socket)，而3個(gè)套接字對(duì)(SocketPair)可以唯一地確定互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)連接的雙方(客戶(hù)IP地址+客戶(hù)端口號(hào)、服務(wù)器IP地址+服務(wù)器端口號(hào))。需要注意的是，不同的應(yīng)用層協(xié)議可能基于不同的傳輸層協(xié)議，如FTP、Telnet、SMTP協(xié)議基于可靠的TCP協(xié)議，而TFTP、SNMP、RIP基于不可靠的UDP協(xié)議。

6.TCP連接建立、釋放時(shí)的握手過(guò)程

理解TCP連接建立、釋放時(shí)的握手過(guò)程，對(duì)于開(kāi)發(fā)基于TCP/IP協(xié)議的通信程序是十分重要的。一個(gè)TCP連接的建立需要三次握手過(guò)程，三次握手的目標(biāo)是使數(shù)據(jù)段的發(fā)送和接收同步，同時(shí)也向其他主機(jī)表明其一次可接收的數(shù)據(jù)量(即窗口大小)并建立邏輯連接。這三次握手的過(guò)程分別為：

第一次握手：源主機(jī)發(fā)送一個(gè)同步標(biāo)志位(SYN)置1的TCP數(shù)據(jù)段。此段中同時(shí)標(biāo)明初始序號(hào)(ISN)，ISN是一個(gè)隨時(shí)間變化的隨機(jī)值。

第二次握手：目標(biāo)主機(jī)發(fā)回確認(rèn)數(shù)據(jù)段，此段中的同步標(biāo)志位(SYN)同樣被置1，且確認(rèn)標(biāo)志位(ACK)也置1，同時(shí)在確認(rèn)序號(hào)字段表明目標(biāo)主機(jī)期待收到源主機(jī)下一個(gè)數(shù)據(jù)段的序號(hào)(即表明前一個(gè)數(shù)據(jù)段已收到且沒(méi)有錯(cuò)誤)。此外，此段中還包含目標(biāo)主機(jī)的段初始序號(hào)。

第三次握手：源主機(jī)再回送一個(gè)數(shù)據(jù)段，同樣帶有遞增的發(fā)送序號(hào)和確認(rèn)序號(hào)。

這樣，TCP會(huì)話(huà)的三次握手完成。接下來(lái)，源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)可以互相收發(fā)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，通信的雙方都可釋放連接，這個(gè)握手過(guò)程需要四次：

第一次握手：源主機(jī)發(fā)送一個(gè)釋放連接標(biāo)志位“FIN=1，seq=u”給目標(biāo)主機(jī)，表示請(qǐng)求結(jié)束會(huì)話(huà)，等待目標(biāo)主機(jī)確認(rèn)。

第二次握手：目標(biāo)主機(jī)發(fā)送“ACK=1，seq=v”及確認(rèn)號(hào)“ack=u+1”給客戶(hù)，而這個(gè)報(bào)文段自己的序號(hào)為“seq=v”。從源主機(jī)到目標(biāo)主機(jī)這個(gè)方向的連接就釋放了，TCP連接處于半關(guān)閉狀態(tài)，目標(biāo)主機(jī)若發(fā)送數(shù)據(jù)，源主機(jī)仍要接收。

第三次握手：目標(biāo)主機(jī)發(fā)送“FIN=1，ACK=1，seq=w，ack=u+1”給源主機(jī)，表示目標(biāo)主機(jī)已經(jīng)沒(méi)有要向源主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。

第四次握手：源主機(jī)發(fā)送“ACK=1，seq=u+1，ack=w+1”給目標(biāo)主機(jī)，表示收到連接釋放報(bào)文段。

7.1.4IPv4與IPv6

IPv4是第一個(gè)被廣泛使用的IP協(xié)議版本，也是到目前為止互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和應(yīng)用采用的最主要協(xié)議之一。按照TCP/IP協(xié)議，每個(gè)連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)都應(yīng)該有一個(gè)唯一的地址，這個(gè)地址就作為該主機(jī)的標(biāo)志，叫做IP地址。

隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，主機(jī)數(shù)量呈指數(shù)增加，IPv4協(xié)議提供的地址面臨枯竭。由于移動(dòng)終端的互聯(lián)網(wǎng)化和物聯(lián)網(wǎng)的成長(zhǎng)，用戶(hù)對(duì)IP地址的需求更加巨大。為了克服這一困難，IPv6加快了部署的步伐。IPv6是用于替代現(xiàn)行版本IPv4的IP協(xié)議的第六個(gè)版本。與IPv4相比，IPv6具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

(1)IPv6具有更大的地址空間。IPv4中規(guī)定IP地址長(zhǎng)度為32，即有232個(gè)地址，而IPv6中IP地址的長(zhǎng)度為128，即有2128個(gè)地址。

(2)IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一開(kāi)始就遵循聚類(lèi)原則，這使得路由器能在路由表中用一條記錄表示一片子網(wǎng)，大大減小了路由器中路由表的長(zhǎng)度，提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。

(3)IPv6增加了對(duì)流的控制，這使得網(wǎng)絡(luò)上的多媒體應(yīng)用有了長(zhǎng)足發(fā)展的機(jī)會(huì)，為服務(wù)質(zhì)量的提高提供了良好的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

(4)IPv6加入了對(duì)自動(dòng)配置的支持。這是對(duì)DHCP協(xié)議的改進(jìn)和擴(kuò)展，使得網(wǎng)絡(luò)的管理更加方便和快捷。

(5)IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6網(wǎng)絡(luò)時(shí)，用戶(hù)可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并對(duì)IP報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，極大地增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性。

7.1.5C/S模式與B/S模式

1.C/S模式

C/S是Client/Server的縮寫(xiě)，即客戶(hù)/服務(wù)器模式。在C/S模式中，服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)信息資源和計(jì)算的核心，而客戶(hù)機(jī)是網(wǎng)絡(luò)資源的消費(fèi)者，客戶(hù)機(jī)通過(guò)服務(wù)器獲得所需要的網(wǎng)絡(luò)信息資源。這里客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器都是指通信中所涉及的進(jìn)程，是運(yùn)行著的客戶(hù)軟件和服務(wù)器軟件，使用計(jì)算機(jī)的人是計(jì)算機(jī)的“用戶(hù)”，而不是這里所指的“客戶(hù)”。但在國(guó)內(nèi)外很多技術(shù)文獻(xiàn)中，經(jīng)常把運(yùn)行服務(wù)器程序的機(jī)器稱(chēng)為服務(wù)器，實(shí)際中要根據(jù)上下文的內(nèi)容進(jìn)行區(qū)分。

C/S模型的工作過(guò)程如圖7-7所示。圖7-7C/S模型的工作過(guò)程

(1)服務(wù)器進(jìn)程啟動(dòng)后，就一直在偵聽(tīng)某一TCP端口，比如FTP默認(rèn)為21端口，Web默認(rèn)為80端口，接收這一端口的請(qǐng)求信息。

(2)如果客戶(hù)甲需要查詢(xún)某個(gè)學(xué)生的個(gè)人信息，它就向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求(a)，告知這個(gè)學(xué)生的編號(hào)及要查詢(xún)信息的內(nèi)容。

(3)服務(wù)器進(jìn)程偵聽(tīng)到這一請(qǐng)求后，啟動(dòng)一個(gè)線(xiàn)程，該線(xiàn)程從關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)、文件等資源庫(kù)中搜索到該學(xué)生的信息，經(jīng)過(guò)相關(guān)處理后，把結(jié)果(b)返回客戶(hù)甲。

(4)如果客戶(hù)乙、客戶(hù)丙也需要查詢(xún)某個(gè)學(xué)生的個(gè)人信息，那么服務(wù)器分別啟動(dòng)另外兩個(gè)線(xiàn)程，處理這兩個(gè)客戶(hù)的請(qǐng)求。

(5)依次類(lèi)推，如果有N個(gè)客戶(hù)請(qǐng)求，服務(wù)器進(jìn)程就啟動(dòng)N個(gè)線(xiàn)程處理客戶(hù)的請(qǐng)求。由于計(jì)算機(jī)的CPU和內(nèi)存等資源是有限的，因此，N的大小是受到限制的。一般把N叫做該服務(wù)器能夠處理的最大并發(fā)用戶(hù)數(shù)。

2.B/S模式

B/S是Browser/Server的縮寫(xiě)，即瀏覽器/服務(wù)器。它是一種特殊的C/S，它在普通C/S的基礎(chǔ)上，對(duì)服務(wù)器端和客戶(hù)端都進(jìn)行了改造和規(guī)范?？蛻?hù)端就是我們熟知的Web瀏覽器，如IE、Firefox、Opera等，服務(wù)器如IIS、Apache等。任何一種Web瀏覽器都可以訪(fǎng)問(wèn)任何一種服務(wù)器。這種模式統(tǒng)一了客戶(hù)端，將系統(tǒng)核心功能的實(shí)現(xiàn)集中到服務(wù)器上，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用。

3.B/S模式與C/S模式的優(yōu)劣勢(shì)比較

(1)B/S模式比C/S模式維護(hù)和升級(jí)更簡(jiǎn)單。

在C/S模式下，軟件系統(tǒng)的維護(hù)包括服務(wù)器軟件和每一個(gè)客戶(hù)端。由于每個(gè)客戶(hù)端都由不同的人員使用，計(jì)算機(jī)里面一般會(huì)有各種其他的應(yīng)用軟件，同時(shí)，由于使用者的原因，計(jì)算機(jī)經(jīng)常會(huì)被病毒、流氓軟件等侵入，影響客戶(hù)端軟件的運(yùn)行。因?yàn)榭蛻?hù)端軟件是專(zhuān)用的，都需要專(zhuān)門(mén)維護(hù)，系統(tǒng)管理人員就需要在幾百甚至上千部電腦之間來(lái)回奔跑，效率是非常低的，因而維護(hù)工作量很大。

(2)B/S模式比C/S模式成本更低。

在C/S模式下，軟件不具有通用性，無(wú)論是服務(wù)器端軟件還是客戶(hù)端軟件，都需要軟件提供商進(jìn)行全面開(kāi)發(fā)。而在B/S模式下，客戶(hù)端是通用的免費(fèi)軟件，一般無(wú)須開(kāi)發(fā)，個(gè)別情況下只需要安裝一個(gè)插件即可。同時(shí)，服務(wù)器端有成熟的軟件，如IIS、Apache等，基本的通信功能和文件管理功能已經(jīng)非常完善，只需要開(kāi)發(fā)相對(duì)簡(jiǎn)單的網(wǎng)頁(yè)、CGI程序等，因而開(kāi)發(fā)成本要低得多。

(3)B/S模式服務(wù)器負(fù)載更重。

由于B/S模式下絕大多數(shù)任務(wù)都要服務(wù)器端完成，因而服務(wù)器端負(fù)載較重。一旦發(fā)生服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)擁塞以及因CPU或內(nèi)存占用過(guò)度而癱瘓的情況，將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的使用。因此，通常情況下要采取一些措施，如采用雙機(jī)熱備份、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器、服務(wù)器集群等。

(4)B/S模式客戶(hù)端不如C/S模式功能強(qiáng)大。

B/S模式下，客戶(hù)端軟件采用Web瀏覽器帶來(lái)的方便性和低成本，在一定程度上是以犧牲客戶(hù)端的功能為代價(jià)的，雖然在Web瀏覽器上可以運(yùn)行諸如JavaScript、VbScript等腳本程序，但是這些程序?qū)蛻?hù)端資源的訪(fǎng)問(wèn)是受到嚴(yán)格限制的，因此很多和硬件以及本地文件系統(tǒng)資源相關(guān)的功能并不能實(shí)現(xiàn)。

7.1.6手機(jī)網(wǎng)頁(yè)標(biāo)準(zhǔn)

1.HTML

HTML是HyperTextMarkupLanguage的縮寫(xiě)，即超文本標(biāo)記語(yǔ)言，它是用于描述網(wǎng)頁(yè)文檔的一種標(biāo)記語(yǔ)言，它通過(guò)標(biāo)記符號(hào)來(lái)標(biāo)記要顯示的網(wǎng)頁(yè)中的各個(gè)元素。網(wǎng)頁(yè)文件本身是一種文本文件，通過(guò)在文本文件中添加標(biāo)記符，可以告訴瀏覽器如何顯示其中的內(nèi)容，如如何處理文字、如何安排畫(huà)面、如何顯示圖片等。瀏覽器按順序閱讀網(wǎng)頁(yè)文件，然后根據(jù)標(biāo)記符解釋和顯示其標(biāo)記的內(nèi)容。

文件中的“<!doctypehtml>”說(shuō)明該文件的類(lèi)型是HTML，<html>和</html>表示文件的開(kāi)始和結(jié)束。<body>和</body>表示文件正文的開(kāi)始和結(jié)束。這些符號(hào)就是標(biāo)記符號(hào)，用來(lái)代表一定含義。該文件用IE瀏覽器打開(kāi)后的顯示效果如圖7-8所示。圖7-8Test1.html的瀏覽器顯示效果

HTML文檔制作并不復(fù)雜，但HTML的功能強(qiáng)大，支持不同數(shù)據(jù)格式的文件嵌入。其主要特點(diǎn)是：

(1)簡(jiǎn)易性。HTML的版本升級(jí)采用超集方式，即新版本完全包含老版本，因而用老版本編寫(xiě)的網(wǎng)頁(yè)可以被新版本完全接受，版本升級(jí)過(guò)程更加方便平滑。

(2)可擴(kuò)展性。HTML的廣泛應(yīng)用帶來(lái)了增強(qiáng)功能、增加標(biāo)識(shí)符等要求。對(duì)此，HTML采取子類(lèi)元素方式，為系統(tǒng)擴(kuò)展提供了保證。

(3)平臺(tái)無(wú)關(guān)性。雖然計(jì)算機(jī)種類(lèi)很多，如PC、服務(wù)器、筆記本、iPad、智能手機(jī)、不同形態(tài)的嵌入式設(shè)備等，但HTML都可以在這些平臺(tái)上運(yùn)行。

(4)HTML支持以JavaScript、VBScript為代表的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)生成技術(shù)，豐富了網(wǎng)頁(yè)的功能。

2.WML

XML是用于標(biāo)記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)性的標(biāo)記語(yǔ)言，不僅可以用來(lái)標(biāo)記數(shù)據(jù)、定義數(shù)據(jù)類(lèi)型，也是一種允許用戶(hù)對(duì)自己的標(biāo)記語(yǔ)言進(jìn)行定義的源語(yǔ)言。XML與Access、Oracle、SQLServer等數(shù)據(jù)庫(kù)不同，數(shù)據(jù)庫(kù)提供了更強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析能力，如數(shù)據(jù)索引、排序、查找、相關(guān)一致性等，而XML僅僅是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。事實(shí)上，XML與其他數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式最大的不同在于它極其簡(jiǎn)單。這是一個(gè)看上去有點(diǎn)微小的優(yōu)點(diǎn)，但正是這點(diǎn)使XML與眾不同。

XML與HTML的設(shè)計(jì)區(qū)別在于XML的核心是數(shù)據(jù)，其重點(diǎn)是數(shù)據(jù)的內(nèi)容，而HTML被設(shè)計(jì)用來(lái)顯示數(shù)據(jù)，其重點(diǎn)是數(shù)據(jù)的顯示。XML和HTML的語(yǔ)法區(qū)別在于不是所有的HTML標(biāo)記都需要成對(duì)出現(xiàn)，XML則要求所有的標(biāo)記必須成對(duì)出現(xiàn)，HTML標(biāo)記不區(qū)分大小寫(xiě)，XML則大小敏感，即區(qū)分大小寫(xiě)。

3.XHTML

XHTML(theeXtensibleHyperTextMarkupLanguage，可擴(kuò)展標(biāo)識(shí)語(yǔ)言)的出現(xiàn)是HTML不斷演進(jìn)的結(jié)果。隨著Web的日漸普及，HTML用戶(hù)要求控制頁(yè)面的觀感，為此，瀏覽器廠(chǎng)商在HTML2和HTML3中推出了新的特性。這些新特性在帶來(lái)美感的同時(shí)，也使網(wǎng)頁(yè)變得難以理解。復(fù)雜的嵌套表結(jié)構(gòu)成為控制頁(yè)面布局的主要手段，同時(shí)網(wǎng)頁(yè)中充斥著大量font標(biāo)記和color聲明。

XHTMLMobileProfile是WAP論壇為WAP2.0所定義的內(nèi)容編寫(xiě)語(yǔ)言，它是為不支持XHTML的全部特性且資源有限的Web客戶(hù)端所設(shè)計(jì)的。XHTMLMobileProfile以XHTMLBasic為基礎(chǔ)，加入了一些來(lái)自XHTML1.0的元素和屬性。這些內(nèi)容事實(shí)上包括了一些其他表示元素和對(duì)內(nèi)部樣式表的支持。和XHTMLBasic一樣，XHTMLMobileProfile是嚴(yán)格的XHTML1.0子集。

4.HTML5

HTML5是W3C之外的一些重要Web開(kāi)發(fā)人員和主流瀏覽器廠(chǎng)商因?yàn)椴煌釾HTML2的方向而設(shè)計(jì)的。2004年，他們成立了一個(gè)獨(dú)立的工作組，為新的HTML版本提出了一種新的設(shè)計(jì)方向，并以網(wǎng)頁(yè)超文本技術(shù)工作小組(WHATWG)的名義推出了HTML5。HTML5在誕生之后就確立了一個(gè)原則，即所有的技術(shù)必須是開(kāi)放的，不準(zhǔn)有專(zhuān)利限制。

在此期間，Opera提供了CSS技術(shù)，Google提供了視頻格式WebM。目前大部分HTML協(xié)議在眾多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司中達(dá)成共識(shí)，但在視頻格式方面，世界各大互聯(lián)網(wǎng)公司正在為具體標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行爭(zhēng)論。爭(zhēng)論的兩大陣營(yíng)的一方是Opera、火狐、Google等，另一方則由蘋(píng)果公司領(lǐng)銜。而按照爭(zhēng)論的視頻格式，可以分為WebM陣營(yíng)和MPEG陣營(yíng)。WebM陣營(yíng)認(rèn)為，MPEG格式目前是具有專(zhuān)利保護(hù)的，這違背了HTML5所有技術(shù)必須開(kāi)放的原則。MPEG陣營(yíng)堅(jiān)持的原因則更多是因?yàn)樽陨砭驮谑褂眠@種視頻格式。

HTML5技術(shù)族主要包括HTML5、CSS3、JavaScript、WebApplicationAPI、SVG等，具有以下新特性：

(1)豐富的結(jié)構(gòu)化、語(yǔ)義化標(biāo)簽。

HTML5新增加了一些結(jié)構(gòu)化標(biāo)簽，主要包括<header>、<footer>、<nav>、<section>、<article>、<hgroup>、<aside>等，從而使網(wǎng)頁(yè)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔和嚴(yán)謹(jǐn)。新標(biāo)簽語(yǔ)義化更強(qiáng)，便于開(kāi)發(fā)者理解和靈活使用，也利于計(jì)算機(jī)對(duì)語(yǔ)義化的Web應(yīng)用進(jìn)行理解、索引和利用。

(2)面向應(yīng)用的功能增強(qiáng)。

HTML5面向移動(dòng)應(yīng)用不斷進(jìn)行功能增強(qiáng)，包括多線(xiàn)程并發(fā)、離線(xiàn)數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、跨域資源共享等。其中，WebWorkers標(biāo)準(zhǔn)使Web應(yīng)用彌補(bǔ)了以往只能單線(xiàn)程運(yùn)行的短板，能夠支持多線(xiàn)程的Web操作，并能將資源消耗較大的操作放到后臺(tái)執(zhí)行，從而提高了Web應(yīng)用的響應(yīng)速度，降低了終端資源消耗。OfflineAppCache能夠?qū)eb應(yīng)用相關(guān)的資源文件緩存到本地，使用戶(hù)在離線(xiàn)狀態(tài)下也能使用Web應(yīng)用，為開(kāi)發(fā)離線(xiàn)的移動(dòng)Web應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

WebStorage規(guī)范為簡(jiǎn)單的網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供了LocalStorage和SessionStorage兩個(gè)基本方法，而LocalStorage可將數(shù)據(jù)永久保存在本地，SessionStorage可在瀏覽器會(huì)話(huà)保持期間保存數(shù)據(jù)。IndexedDB是HTML5的另一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，能夠幫助Web應(yīng)用存儲(chǔ)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。Cross-OriginResourceSharing使Web應(yīng)用突破以往無(wú)法跨域名訪(fǎng)問(wèn)其他Web應(yīng)用的限制，增強(qiáng)了Web應(yīng)用服務(wù)之間的交互能力。

(3)系統(tǒng)能力調(diào)用。

HTML5納入W3CDAP工作組制定的一系列設(shè)備API，極大提升了Web應(yīng)用對(duì)終端設(shè)備能力的訪(fǎng)問(wèn)和調(diào)用能力。這一系列設(shè)備API主要包括終端系統(tǒng)信息API、日歷API、通訊錄API、觸摸API、通信API、多媒體捕捉API等。同時(shí)，W3C還制定了位置API和視頻通信API。位置API標(biāo)準(zhǔn)使基于位置的Web應(yīng)用能夠訪(fǎng)問(wèn)所持設(shè)備的地理位置信息。位置API與底層位置信息源無(wú)關(guān)，來(lái)源可包括GPS、從網(wǎng)絡(luò)信號(hào)(如IP地址、WiFi、基站號(hào)等)推測(cè)的位置以及用戶(hù)輸入位置。

(4)富媒體支持。

HTML5技術(shù)極大增強(qiáng)了Web應(yīng)用在繪圖、音視頻、字體、數(shù)學(xué)公式、表單等方面的能力。Canvas特性提供2D、3D圖片的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放等常規(guī)操作以及強(qiáng)大的繪圖渲染能力。SVG基于XML描述二維矢量圖形，可根據(jù)用戶(hù)的需求進(jìn)行無(wú)失真縮放，適合移動(dòng)設(shè)備圖片顯示。HTML5標(biāo)準(zhǔn)增加了音視頻標(biāo)簽<audio>和<video>，可在網(wǎng)頁(yè)中直接播放音頻和視頻文件，以取代AdobeFlash、微軟Silverlight、QuickTime等多媒體插件及私有協(xié)議。WOFF通過(guò)樣式庫(kù)為Web應(yīng)用自動(dòng)提供各種字體，同時(shí)能根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整字體的大小。MathML使用戶(hù)能夠在網(wǎng)頁(yè)文本中直接輸入復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式符號(hào)。

(5)連接特性。

WebSockets允許在Web應(yīng)用前端與后端之間通過(guò)指定的端口打開(kāi)一個(gè)持久鏈接，極大提高了Web應(yīng)用的效率，使得基于頁(yè)面的實(shí)時(shí)聊天、更快速的網(wǎng)頁(yè)游戲體驗(yàn)、更優(yōu)化的在線(xiàn)交流得到實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，HTML5擁有更有效的服務(wù)器推送技術(shù)，使得基于推送技術(shù)的應(yīng)用更容易實(shí)現(xiàn)。

7.2移動(dòng)通信技術(shù)

7.2.1移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展歷程第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)(1G)興起于20世紀(jì)70年代末，主要采用模擬技術(shù)和頻分多址(FDMA)技術(shù)。由于受到傳輸帶寬限制，其最致命的缺點(diǎn)是不能進(jìn)行大區(qū)域性漫游。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)(2G)興起于20世紀(jì)90年代初期，主要采用數(shù)字時(shí)分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)技術(shù)，以數(shù)字傳輸方式實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)，完成了模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變。

2008年5月，國(guó)際電信聯(lián)盟正式公布第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)提交的TD-SCDMA正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，與歐洲WCDMA、美國(guó)CDMA2000成為3G時(shí)代最主流的三大技術(shù)。3G提供了前兩代產(chǎn)品所不能提供的各種寬帶信息業(yè)務(wù)，比如無(wú)線(xiàn)高速上網(wǎng)、視頻等。

2010年，海外主流運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始規(guī)模建設(shè)4G。2013年12月4日，工業(yè)與信息化部正式向三大運(yùn)營(yíng)商發(fā)布4G牌照，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通均獲得TD-LTE牌照，標(biāo)志著中國(guó)開(kāi)始全面邁入4G時(shí)代。目前，5G網(wǎng)絡(luò)的商用也正在緊鑼密鼓地推進(jìn)。

7.2.24G移動(dòng)通信技術(shù)

1.4G標(biāo)準(zhǔn)

1)LTE

LTE(LongTermEvolution)項(xiàng)目是3G的演進(jìn)，它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。LTE的主要特點(diǎn)是在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mb/s與上行50Mb/s的峰值速率，相對(duì)于3G網(wǎng)絡(luò)大大提高了小區(qū)的容量，同時(shí)將網(wǎng)絡(luò)延遲大大降低。LTE標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的歷史如下：

GSM:9K→GPRS:42kb/s→EDGE:172kb/s→WCDMA:364kb/s→HSDPA/HSUPA:14.4Mb/s→HSDPA+/HSUPA+:42Mb/s→FDD-LTE:300Mb/s

由于WCDMA網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)版HSPA和HSPA+均能夠演化到FDD-LTE這一狀態(tài)，所以這一4G標(biāo)準(zhǔn)獲得了最大的支持，成為4G標(biāo)準(zhǔn)的主流。TD-SCDMA與TD-LTE實(shí)際上沒(méi)有關(guān)系，不能直接向TD-LTE演進(jìn)。

2)LTE-Advanced

LTE-Advanced的全稱(chēng)為FurtherAdvancementsforE-UTRA，它滿(mǎn)足ITU-R的IMT-Advanced技術(shù)征集需求，是3GPP形成歐洲IMT-Advanced技術(shù)提案的一個(gè)重要來(lái)源。LTE-Advanced完全兼容LTE，所以說(shuō)LTE-Advanced是LTE的演進(jìn)。

3)WiMAX

WiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)即全球微波互聯(lián)接入，其另一個(gè)名字是IEEE802.16。WiMAX的技術(shù)起點(diǎn)較高，WiMAX所能提供的最高接入速度是70Mb/s，這個(gè)速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，這的確是一個(gè)驚人的進(jìn)步。WiMAX逐步實(shí)現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的移動(dòng)化，而3G則實(shí)現(xiàn)移動(dòng)業(yè)務(wù)的寬帶化，兩種網(wǎng)絡(luò)的融合程度會(huì)越來(lái)越高，這也是未來(lái)移動(dòng)世界和固定網(wǎng)絡(luò)的融合趨勢(shì)。

4)WirelessMAN

WirelessMAN-Advanced是WiMAX的升級(jí)版，即IEEE802.16m標(biāo)準(zhǔn)，最高可以提供1Gb/s無(wú)線(xiàn)傳輸速率，還可以兼容4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。

2.4G移動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)

4G移動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。

物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能，它們由無(wú)線(xiàn)和核心網(wǎng)的結(jié)合格式完成。中間環(huán)境層的功能有QoS映射、地址變換、完全性管理等。物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開(kāi)放的，它使發(fā)展和提供新的應(yīng)用及服務(wù)變得更為容易，提供無(wú)縫高數(shù)據(jù)率的無(wú)線(xiàn)服務(wù)，并運(yùn)行于多個(gè)頻帶。

第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)不僅包括信道傳輸、抗干擾性強(qiáng)的高速接入技術(shù)、調(diào)制和信息傳輸技術(shù)，還包括高性能、小型化和低成本的自適應(yīng)陣列智能天線(xiàn)以及大容量、低成本的無(wú)線(xiàn)接口和光接口、系統(tǒng)管理資源、軟件無(wú)線(xiàn)電、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)協(xié)議等。

第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)核心是正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)。OFDM技術(shù)的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高度可擴(kuò)展，具有良好的抗噪聲性能和抗多信道干擾能力，可以提供無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)技術(shù)質(zhì)量更高(速率高、時(shí)延小)的服務(wù)和更好的性能價(jià)格比，能為4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)提供更好的方案。例如，無(wú)線(xiàn)區(qū)域環(huán)路(WLL)、數(shù)字音頻廣播(DAB)等都采用OFDM技術(shù)。

3.國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)

目前，國(guó)內(nèi)三大電信運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的制式如下：

(1)中國(guó)電信：

4G：TD-LTE，F(xiàn)DD-LTE；

3G：CDMA2000；

2G：CDMA。

(2)中國(guó)移動(dòng)：

4G：TD-LTE；

3G：TD-SCDMA；

2G：GSM。

(3)中國(guó)聯(lián)通：

4G：TD-LTE，F(xiàn)DD-LTE；

3G：WCDMA；

2G：GSM。．

7.2.3下一代移動(dòng)通信技術(shù)

1.中國(guó)

IMT-2020(5G)推進(jìn)組于2013年2月由工信部、發(fā)改委和科技部聯(lián)合推動(dòng)成立，目前至少有56家成員單位，涵蓋國(guó)內(nèi)移動(dòng)通信領(lǐng)域產(chǎn)、學(xué)、研、用的主要力量，是推動(dòng)國(guó)內(nèi)5G技術(shù)研究及國(guó)際交流合作的主要平臺(tái)。

2.歐盟

為了保持歐洲在未來(lái)移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)中的領(lǐng)導(dǎo)地位，歐盟在第7期框架計(jì)劃(FP7)中部署METIS、5GNOW、MCN等多個(gè)5G研究項(xiàng)目，后續(xù)在Horizon2020計(jì)劃中設(shè)立5GPPP項(xiàng)目，加大力度支持5G技術(shù)研發(fā)。

3.韓國(guó)

韓國(guó)高度重視5G的戰(zhàn)略地位，發(fā)布“創(chuàng)新5G移動(dòng)戰(zhàn)略”，成立5G論壇，啟動(dòng)GigaKorea等5G科研項(xiàng)目，已在2018年年初韓國(guó)平昌冬奧會(huì)開(kāi)展了5G預(yù)商用試驗(yàn)。

4.日本

日本在全球最早明確將在2020年實(shí)現(xiàn)5G商用，以支持2020年?yáng)|京夏季奧運(yùn)會(huì)及殘奧會(huì)，并將重點(diǎn)解決超高清視頻傳輸?shù)纫苿?dòng)寬帶業(yè)務(wù)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)需求。

5.北美

美國(guó)運(yùn)營(yíng)商積極推進(jìn)5G試驗(yàn)及商用進(jìn)程，Verizon聯(lián)合多個(gè)廠(chǎng)商成立“Verizon5G技術(shù)論壇”，并聯(lián)合日韓運(yùn)營(yíng)商成立5G開(kāi)放試驗(yàn)規(guī)范聯(lián)盟。此外，北美移動(dòng)通信行業(yè)組織4GAmericas也將工作重心轉(zhuǎn)向5G，并更名為5GAmericas。

7.3移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)

7.3.1移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的概念與特點(diǎn)工信部電信研究院認(rèn)為，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是以移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)作為網(wǎng)絡(luò)接入方式的互聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)，它包括三個(gè)要素：移動(dòng)終端、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用服務(wù)。中國(guó)電信認(rèn)為，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)從終端技術(shù)到業(yè)務(wù)全面融合的產(chǎn)物，它可以從廣義和狹義兩個(gè)角度來(lái)理解。從廣義角度理解，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是指用戶(hù)使用手機(jī)、上網(wǎng)本、筆記本電腦等移動(dòng)終端，通過(guò)移動(dòng)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)并使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

1.移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的主要特點(diǎn)

(1)終端移動(dòng)性。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)使得用戶(hù)可以在移動(dòng)狀態(tài)下接入和使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端也就是智能手機(jī)或iPad等，便于用戶(hù)隨身攜帶和隨時(shí)使用，人們可以在任何完整或零碎的時(shí)間使用它。

(2)終端智能感知能力。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端通過(guò)計(jì)算機(jī)軟硬件結(jié)構(gòu)和豐富的傳感外設(shè)，可以定位自己所處的方位，采集周?chē)穆曇?、溫度等信息，因而具備智能感知的能力?/p>

(3)個(gè)性化。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的終端完全為個(gè)人使用，相應(yīng)的操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用也針對(duì)個(gè)人。它采用社會(huì)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、博客等Web2.0技術(shù)與終端個(gè)性化、網(wǎng)絡(luò)個(gè)性化相互結(jié)合，個(gè)性化呈現(xiàn)能力非常強(qiáng)。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)使用者個(gè)人的行為特征、位置信息等能夠精確反映和提取，并與電子地圖等技術(shù)相結(jié)合形成信息。

(4)業(yè)務(wù)私密性。在使用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)時(shí)，所使用的內(nèi)容和服務(wù)更私密，如手機(jī)支付業(yè)務(wù)、保密通信、手機(jī)門(mén)卡、手機(jī)水卡等。

2.移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的局限性

除上述特點(diǎn)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)也受到來(lái)自終端和網(wǎng)絡(luò)的局限，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

(1)終端能力方面。在終端能力方面，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)受到終端屏幕大小、電池容量等的限制。由于屏幕小，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端顯示的內(nèi)容界面必須簡(jiǎn)單緊湊、便于操作。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)頁(yè)面那樣復(fù)雜的頁(yè)面結(jié)構(gòu)、大量的頁(yè)面信息無(wú)法在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端中很好地展示。

由于電池容量有限，移動(dòng)終端不能像桌面PC那樣持續(xù)得到外部供電，長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的本機(jī)處理受到制約，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)要盡可能做到低耗能，盡量避免長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)操作。通過(guò)對(duì)多款智能手機(jī)耗電情況的分析，智能手機(jī)相當(dāng)一部分耗電用于屏幕顯示，這會(huì)給視頻觀看類(lèi)的應(yīng)用帶來(lái)不利影響。

(2)網(wǎng)絡(luò)能力方面。在網(wǎng)絡(luò)能力方面，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)受到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境的影響。比如，高速移動(dòng)狀態(tài)、區(qū)域內(nèi)基站覆蓋率不高等，都將直接影響帶寬穩(wěn)定性，進(jìn)而影響帶寬敏感型應(yīng)用的使用。當(dāng)某個(gè)區(qū)域用戶(hù)數(shù)量過(guò)大，超過(guò)基站容量時(shí)，網(wǎng)絡(luò)將產(chǎn)生擁塞，造成內(nèi)容的延遲和停滯。

7.3.2移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與桌面互聯(lián)網(wǎng)的比較

在過(guò)去的十幾年里，桌面互聯(lián)網(wǎng)以其驚人的發(fā)展速度給人留下了深刻印象，而移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度比桌面互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度更快。桌面互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)以前使用的是以PC方式通過(guò)固定線(xiàn)路上網(wǎng)的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)，其主要特點(diǎn)是大屏幕、匿名、位置固定、包月計(jì)費(fèi)、開(kāi)放、應(yīng)用免費(fèi)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)則綜合了桌面互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)的兩大領(lǐng)域技術(shù)的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)，具有開(kāi)放、應(yīng)用免費(fèi)、小屏幕、便攜性、隱私性、準(zhǔn)確性、可定位、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)。如圖7-9所示展示了這三種通信技術(shù)之間的相互關(guān)系。圖7-9移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與桌面互聯(lián)網(wǎng)及移動(dòng)通信網(wǎng)的關(guān)系

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)相對(duì)于上網(wǎng)地點(diǎn)固定的基于桌面的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)而言，兩者的區(qū)別可以通過(guò)表7-1來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明。

7.3.3移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)三要素與關(guān)鍵技術(shù)

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是融合了電子信息多個(gè)領(lǐng)域豐富成果的一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)形態(tài)。它有三大要素，即網(wǎng)絡(luò)、終端和應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)和終端是應(yīng)用的基礎(chǔ)，并為應(yīng)用提供服務(wù)，而應(yīng)用直接服務(wù)于用戶(hù)，新應(yīng)用的不斷推出激起了人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)和終端不斷升級(jí)的需求。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)三要素得到一個(gè)龐大的技術(shù)體系的支撐，其關(guān)鍵技術(shù)涵蓋信息技術(shù)領(lǐng)域的方方面面，如圖7-10所示。 圖7-10移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

7.4移動(dòng)智能終端與操作系統(tǒng)

7.4.1移動(dòng)智能終端及其核心技術(shù)嚴(yán)格地說(shuō)，移動(dòng)通信終端包括手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦。由于筆記本電腦采用與PC完全相同的操作系統(tǒng)，通常所說(shuō)的移動(dòng)通信終端僅指手機(jī)和平板電腦，而把智能手機(jī)和平板電腦稱(chēng)為移動(dòng)智能終端。

1.移動(dòng)芯片技術(shù)

集成電路是移動(dòng)通信終端的核心器件，傳統(tǒng)終端芯片包含了基帶芯片、射頻芯片、電源管理芯片和存儲(chǔ)芯片。其中，基帶芯片相當(dāng)于傳統(tǒng)手機(jī)的CPU，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)手機(jī)最核心的通信信號(hào)處理功能；射頻芯片負(fù)責(zé)信號(hào)的收發(fā)；存儲(chǔ)芯片負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；電源管理芯片負(fù)責(zé)電力供應(yīng)，通常與基帶芯片同時(shí)設(shè)置。隨著手機(jī)的智能化發(fā)展，支持操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件以及音視頻等功能的應(yīng)用處理芯片的重要性日益提升，它已經(jīng)與基帶芯片一起成為智能手機(jī)的CPU，這兩個(gè)芯片也是當(dāng)今移動(dòng)智能終端芯片平臺(tái)中最重要和發(fā)展最迅速的部分。

2.系統(tǒng)軟件技術(shù)

操作系統(tǒng)是移動(dòng)智能終端軟件平臺(tái)體系的核心，向下適配硬件系統(tǒng)，向上支撐應(yīng)用軟件，決定用戶(hù)最終體驗(yàn)。開(kāi)放成為移動(dòng)智能終端操作系統(tǒng)的主旋律，開(kāi)放模式聚集產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新，打造完備業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)，蘋(píng)果公司正是通過(guò)應(yīng)用商店開(kāi)放運(yùn)作獲得極大的成功的。

3.人機(jī)交互技術(shù)

人機(jī)交互技術(shù)是當(dāng)今移動(dòng)終端技術(shù)體系中發(fā)展最為初級(jí)也最有潛力的技術(shù)。與旨在提升計(jì)算性能的技術(shù)不同，人機(jī)交互技術(shù)旨在讓計(jì)算設(shè)備有更好的用戶(hù)體驗(yàn)。人機(jī)交互技術(shù)包括未來(lái)顯示技術(shù)、多模態(tài)交互技術(shù)、無(wú)處不在的普適交互環(huán)境和支持特殊應(yīng)用的交互技術(shù)。其中，后兩個(gè)部分與智能空間、腦機(jī)交互等學(xué)科相關(guān)性較強(qiáng)，屬于技術(shù)發(fā)展愿景，當(dāng)前商用領(lǐng)域的人機(jī)交互技術(shù)集中體現(xiàn)在前兩個(gè)部分。

4.應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)

通過(guò)API(即應(yīng)用編程接口。運(yùn)行在上層的程序可通過(guò)API獲取下層平臺(tái)擁有的各種能力與信息)面向第三方開(kāi)發(fā)者開(kāi)放終端、網(wǎng)絡(luò)、云服務(wù)的各種能力已成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代應(yīng)用開(kāi)發(fā)的重要趨勢(shì)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)深刻地改變了移動(dòng)智能終端操作系統(tǒng)API的開(kāi)放模式，面向終端廠(chǎng)商通過(guò)預(yù)置引入第三方應(yīng)用的傳統(tǒng)模式淪為配角，面向開(kāi)發(fā)者開(kāi)放API接口并由用戶(hù)自行安裝應(yīng)用的新模式成為主流。應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)通過(guò)協(xié)同創(chuàng)新以較小力量調(diào)動(dòng)和集聚龐大產(chǎn)業(yè)群，形成“我利大家、人人為我”的乘數(shù)效應(yīng)。

7.4.2智能手機(jī)操作系統(tǒng)

智能手機(jī)是一種嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。像其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣，它也需要操作系統(tǒng)的支持。操作系統(tǒng)是智能手機(jī)軟件體系的核心，向下管理硬件系統(tǒng)發(fā)揮其各種功能，向上為各種應(yīng)用軟件提供服務(wù)和支撐，操作系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)一步影響到用戶(hù)的最終體驗(yàn)。

1.Android

Android是Google公司于2007年11月5日頒布的基于Linux平臺(tái)的開(kāi)源手機(jī)操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)、中間件、用戶(hù)界面和應(yīng)用軟件組成。同年，手機(jī)廠(chǎng)商HTC制造出第一款A(yù)ndroid手機(jī)HTCG1。到2010年，Android系統(tǒng)就發(fā)展成為最具潛力的智能操作系統(tǒng)。Android系統(tǒng)架構(gòu)分為四層，從下到上分別是Linux內(nèi)核層、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層、應(yīng)用程序框架層和應(yīng)用程序?qū)印?/p>

1)Linux內(nèi)核層

Android基于Linux2.6內(nèi)核，其核心系統(tǒng)服務(wù)(如安全性、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)路協(xié)議以及驅(qū)動(dòng)模型)都依賴(lài)于Linux內(nèi)核。

2)系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層

系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層可以分成兩部分，分別是系統(tǒng)庫(kù)和AndroidRuntime。

系統(tǒng)庫(kù)是應(yīng)用程序框架的支撐，是連接應(yīng)用程序框架層與Linux內(nèi)核層的重要紐帶，包括SurfaceManager、MediaFramework、SQLite、OpenGLES、FreeType、WebKit、SGL、SSL和