作者：廖继旺
出版社：人民邮电出版社有限公司
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
计算机网络技术(移动互联基础)试读：
前言
FOREWORD近年来，随着新技术的迅猛发展和人们需求的不断提升，移动通信和互联网快速发展。
移动互联网是互联网产业与移动通信产业融合发展背景下的产物，它融合了互联网的连接功能、无线通信的移动性以及智能移动终端的计算功能，并呈现出数字化和IP化的发展特点。数字化提供了统一的数字表述格式，IP化则提供了统一的数据联通格式。以此为前提，网络的通信和信息的共享都变得相对简单，这是信息产业带给社会的重要变革。产业技术融合将给用户一种全新的“超媒体”体验，即个人计算、个人通信和个人控制，从而带给用户一种全新的生活方式和工作方式。
移动互联网是电信业最有发展潜力的领域之一，是未来的蓝海，它将有力地推动电信行业的创新与转型，也将推动我国信息化的发展。学校在新一轮的教学改革和专业群建设中，整合计算机工程学院的所有专业为移动互联网专业群，在专业群建设中，“移动互联基础”作为专业群的专业基础课，在各个专业中开设。而目前国内针对移动互联网络技术的教材较少，为了让广大读者熟悉、了解移动互联网及其相关技术，我们编写了本书。
本书共5章，第1章总体介绍移动互联网概念，由廖继旺编写；第2章主要介绍计算机网络体系结构，由孙洪淋编写；第3章主要介绍无线网络和移动网络，由刘思夏编写；第4章主要介绍网络互联技术，由王红军编写；第5章主要介绍移动网络安全，由胡柳编写。
在本书编写过程中，彭顺生根据专业群建设的要求，对本书的编写提出了许多宝贵意见，并对全书进行了审阅，邓桂林同学帮助绘制了全书的插图 ，计算机工程学院的领导和老师们也给予了大力支持，在此向他们一并表示感谢。
本书中可能存在疏漏和不当之处，恳请广大读者给予批评指正，我们将不胜感激！您提出的宝贵建议将帮助我们对本书做进一步的修订和完善。编者2019年5月第1章 计算机网络技术绪论
本章将从互联网、移动互联网、移动互联网的体系结构、移动通信技术和移动互联网的发展历程与趋势5个方面来论述，旨在使读者对移动互联网的产生、发展以及运行体系有初步的认识及了解。1.1 网络的基本概念
计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，它的诞生使计算机的体系结构发生了巨大变化。在当今社会发展中，计算机网络起着非常重要的作用，并对人类社会的进步做出了巨大贡献。
现在，计算机网络的应用遍布全世界及各个领域，并已成为人们社会生活中不可缺少的重要组成部分。从某种意义上讲，计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术的水平，也是衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。1.1.1 什么是计算机网络
什么是计算机网络？多年来一直没有一个严格的定义，并且随着计算机技术和通信技术的发展而具有不同的内涵。目前一些较为权威的看法认为：
所谓计算机网络，就是通过线路互连起来的、自治的计算机集合，确切地讲，就是将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。网络资源共享，就是通过连在网络上的工作站（个人计算机）让用户可以使用网络系统的所有硬件和软件（通常根据需要被适当授予使用权），这种功能称为网络系统中的资源共享。
首先，计算机网络是计算机的一个群体，是由多台计算机组成的；其次，它们之间是互连的，即它们之间能彼此交换信息。其基本思想是：通过网络环境实现计算机相互之间的通信和资源共享（包括硬件资源、软件资源和数据信息资源）。所谓自治，是指每台计算机的工作是独立的，任何一台计算机都不能干预其他计算机的工作（例如，计算机启动、关闭或控制其运行等），任何两台计算机之间没有主从关系。概括起来说，一个计算机网络必须具备以下3个基本要素：
①至少有两个具有独立操作系统的计算机，且它们之间有相互共享某种资源的需求。
②两个独立的计算机之间必须有某种通信手段将其连接。
③网络中的各个独立的计算机之间要能相互通信，必须制定相互可确认的规范标准或协议。
以上3条是组成一个网络的必要条件，三者缺一不可。在计算机网络中，能够提供信息和服务能力的计算机是网络的资源，而索取信息和请求服务的计算机则是网络的用户。由于网络资源与网络用户之间的连接方式、服务类型及连接范围的不同，从而形成了不同的网络结构及网络系统。
随着计算机通信网络的广泛应用和网络技术的发展，计算机用户对网络提出了更高的要求，既希望共享网内的计算机系统资源，又希望调用网内几个计算机系统共同完成某项任务。这就要求用户对计算机网络的资源像使用自己的主机系统资源一样方便。为了实现这个目的，除了要有可靠的、有效的计算机和通信系统外，还要求制定一套全网一致遵守的通信规则，以及用来控制、协调资源共享的网络操作系统。1.1.2 计算机网络的功能和应用
1.计算机网络的功能
计算机网络技术使计算机的作用范围和其自身的功能有了突破性的发展。计算机网络虽然各种各样，但作为计算机网络都应具有如下功能。（1）数据通信
数据通信是计算机网络最基本的功能之一，利用这一功能，分散在不同地理位置的计算机就可以相互传输信息。该功能是计算机网络实现其他功能的基础。（2）计算机系统的资源共享
对于用户所在站点的计算机而言，无论硬件还是软件，性能总是有限的。一台个人计算机用户，可以通过使用网中的某一台高性能的计算机来处理自己提交的某个大型复杂的问题，还可以像使用自己的个人计算机一样，使用网上的一台高速打印机打印报表、文档等。更重要的资源是计算机软件和各种各样的数据库。用户可以使用网上的大容量磁盘存储器存放自己采集、加工的信息，特别是可以使用网上已有的软件来解决某个问题。各种各样的数据库更是取之不尽。随着计算机网络覆盖区域的扩大，信息交流已愈来愈不受地理位置、时间的限制，使得人类对资源可以互通有无，大大提高了资源的利用率和信息的处理能力。（3）进行数据信息的集中和综合处理
将分散在各地计算机中的数据资料适时集中或分级管理，并经综合处理后形成各种报表，提供给管理者或决策者分析和参考，如自动订票系统、政府部门的计划统计系统、银行财政及各种金融系统、数据的收集和处理系统、地震资料收集与处理系统、地质资料采集与处理系统等。（4）均衡负载，相互协作
当某一个计算中心的任务很重时，可通过网络将此任务传递给空闲的计算机去处理，以调节忙闲不均现象。此外，地球上不同区域的时差也为计算机网络带来很大的灵活性，一般计算机在白天负荷较重，在晚上则负荷较轻，地球时差正好为我们提供了半个地球的调节余地。（5）提高系统的可靠性和可用性
当网中的某一处理机发生故障时，可由别的路径传输信息或转到别的系统中代为处理，以保证用户的正常操作，不因局部故障而导致系统的瘫痪。又如某一数据库中的数据因处理机发生故障而消失或遭到破坏时，可从另一台计算机的备份数据库中调来进行处理，并恢复遭破坏的数据库，从而提高系统的可靠性和可用性。（6）进行分布式处理
对于综合性的大型问题可采用合适的算法，将任务分散到网中不同的计算机上进行分布式处理。特别是对当前流行的局域网更有意义，利用网络技术将微机连成高性能的分布式计算机系统，使它具有解决复杂问题的能力。
以上只是列举了一些计算机网络的常用功能，随着计算机技术的不断发展，计算机网络的功能和提供的服务将会不断增加。
2.计算机网络的应用
随着现代信息社会进程的推进以及通信和计算机技术的迅猛发展，计算机网络的应用日益多元化，打破了空间和时间的限制，几乎深入到社会的各个领域。可以在一套系统上提供集成的信息服务，包括来自政治、经济等方面的信息资源，同时还提供多媒体信息，如图像、语音、动画等。在多元化发展的趋势下，许多网络应用的新形式不断出现，如电子邮件、IP电话、视频点播、网上交易、视频会议等。其应用可归纳为以下几个方面。（1）方便的信息检索
计算机网络使我们的信息检索变得更加高效、快捷，通过网上搜索、WWW浏览、FTP下载，我们可以非常方便地从网络上获得所需的信息和资料。网上图书馆更以其信息容量大、检索方便的优势赢得了人们的青睐。（2）现代化的通信方式
网络上使用最为广泛的电子邮件目前已经成为一种最为快捷、廉价的通信手段。人们在几分钟，甚至几秒钟内就可以把信息发给对方，信息的表达形式不仅可以是文本，还可以是声音和图片。其低廉的通信费用更是其他通信方式（如信件、电话、传真等）所不能比拟的。同时，利用网络可以实现IP电话，将语音和数据网络进行集成，利用IP作为传输协议，通过网络将语音集成到IP网络上来，在基于IP的网络上进行语音通信，节省长途电话费用。（3）办公自动化
通过将一个企业或机关的办公计算机及其外部设备连成网络，既可以节约购买多个外部设备的成本，又可以共享许多办公数据，并且可对信息进行计算机综合处理与统计，避免了许多单调重复性的劳动。（4）电子商务与电子政务
计算机网络还推动了电子商务与电子政务的发展。企业与企业之间、企业与个人之间可以通过网络来实现贸易、购物；政府部门则可以通过电子政务工程实施政务公开化，审批程序标准化，提高了政府的办事效率并使之更好地为企业或个人服务。（5）企业的信息化
通过在企业中实施基于网络的管理信息系统（Management Information System，MIS）和资源制造计划（Enterprise Resource Planning，ERP），可以实现企业的生产、销售、管理和服务的全面信息化，从而有效地提高生产率。医院管理信息系统、民航及铁路的购票系统、学校的学生管理信息系统等都是管理信息系统的实例。（6）远程教育与E-Learning
网络提供了新的实现自我教育和终身教育的渠道。基于网络的远程教育、网络学习使得我们可以突破时间、空间和身份的限制，方便地获取网络上的教育资源并接受教育。（7）丰富的娱乐和消遣
网络不仅改变了我们的工作与学习方式，也给我们带来了新的丰富多彩的娱乐和消遣方式，如网上聊天、网络游戏、网上电影院、视频点播等。（8）军事指挥自动化
基于计算机辅助信息系统（Computing Aided Information，CAI）的网络应用系统，把军事情报采集、目标定位、武器控制、战地通信和指挥员决策等环节在计算机网络基础上联系起来，形成各种高速高效的指挥自动化系统，是现代战争和军队现代化不可缺少的技术支柱，这种系统在公安武警、交警、火警等指挥调度系统中也有广泛应用。
以上列出的计算机网络应用在发达国家已有较长的历史，是很成熟的技术。在我国，随着改革开放和经济的快速发展，计算机网络在以上几方面的应用也发展很快。目前，我国实行的金字头工程，就是计算机网络的具体应用。可以预言，计算机网络具有广阔的发展前景。1.2 网络的发展
我们知道，21世纪的一个重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代，从20世纪90年代开始，计算机网络得到了飞速发展。1.2.1 计算机网络的产生
计算机网络是通信技术和计算机技术相结合的产物，它是信息社会最重要的基础设施，并将构筑成人类社会的信息高速公路。（1）通信技术的发展
通信技术的发展经历了一个漫长的过程，1835年莫尔斯发明了电报，1876年贝尔发明了电话，从此开辟了近代通信技术发展的历史。通信技术在人类生活和两次世界大战中都发挥了极其重要的作用。（2）计算机网络的产生
1946年诞生了世界上第一台电子数字计算机，从而开创了向信息社会迈进的新纪元。20世纪50年代，美国利用计算机技术建立了半自动化的地面防空系统（Semi-Automatic Ground Environment，SAGE），它将雷达信息和其他信号经远程通信线路送至计算机进行处理，第一次利用计算机网络实现远程集中控制，这是计算机网络的雏形。
1969年美国国防部的高级研究计划局（Defense Advanced Research Project Agency， DARPA）建立了世界上第一个分组交换网——ARPANET，即Internet的前身，这是一个只有4个节点的存储转发方式的分组交换广域网，1972 年在首届国际计算机通信会议（International Conference on Computer Communications，ICCC）上首次公开展示了ARPANET的远程分组交换技术。
1976年美国Xerox公司开发了基于载波监听多路访问/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，CSMA/CD）原理的、用同轴电缆连接多台计算机的局域网，取名以太网。计算机网络是半导体技术、计算机技术、数据通信技术和网络技术相互渗透、相互促进的产物。数据通信的任务是利用通信介质传输信息。通信网为计算机网络提供了便利而广泛的信息传输通道，而计算机和计算机网络技术的发展也促进了通信技术的发展。1.2.2 计算机网络的发展
随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机网络也经历了从简单到复杂，从单机到多机的发展过程，其发展过程大致可分为以下5个阶段。（1）具有通信功能的单机系统
该系统又称终端—计算机网络，是早期计算机网络的主要形式。它是将一台计算机经通信线路与若干终端直接相连，如图1-1所示。（2）具有通信功能的多机系统
在简单的“终端—通信线路—计算机”这样的单机系统中，主计算机负担较重，既要进行数据处理，又要承担通信功能。为了减轻主计算机负担，20世纪60年代出现了在主计算机和通信线路之间设置通信控制处理机（或称为前端处理机，简称前端机）的方案，前端机专门负责通信控制的功能。此外，在终端聚集处设置多路器（或称集中器），组成终端群—低速通信线路—集中器—高速通信线路—前端机—主计算机结构，如图1-2所示。（3）以共享资源为主要目的计算机网络阶段（计算机—计算机网络）
计算机—计算机网络是20世纪60年代中期发展起来的，它是由若干台计算机相互连接起来的系统，即利用通信线路将多台计算机连接起来，实现了计算机与计算机之间的通信，如图1-3所示。图1-1 终端—计算机网络模型图1-2 具有通信功能的多机系统模型图1-3 计算机—计算机网络模型
20世纪60年代至70年代，美国和前苏联两个超级大国一直处于相互对立的冷战阶段，美国国防部为了保证不会因其军事指挥系统中的主计算机遭受来自前苏联的核打击而使整个系统瘫痪，委托其所属的高级研究计划局于 1969 年成功研制了世界上第一个计算机网络—ARPANET，该网络是一个典型的以实现资源共享为目的的计算机—计算机网络，它为计算机网络的发展奠定了基础。这一阶段结构上的主要特点是：以通信子网为中心，多主机多终端。（4）标准、开放的计算机网络阶段
局域网是继远程网之后发展起来的小型计算机网络，它继承了远程网的分组交换技术和计算机的I/O（Input/Output，输入/输出）总线结构技术，并具有结构简单、经济实用、功能强大和方便灵活等特点，是随着微型计算机的广泛应用而发展起来的。
20世纪70年代末到80年代初，微型计算机得到了广泛的应用，各机关和企事业单位为了适应办公自动化的需要，迫切要求将自己拥有的为数众多的微机、工作站、小型机等连接起来，以达到资源共享和相互传递信息的目的，而且迫切要求降低连网费用，提高数据传输效率。为此，有力地推动了计算机局域网的发展。另一方面，局域网的发展也导致了计算机模式的变革。早期的计算机网络是以主计算机为中心的，主要强调对计算机资源的共享，主计算机在计算机网络系统中处于绝对的支配地位，计算机网络的控制和管理功能都是集中式的，也称为集中式计算模式。由于微机是构成局域网的基础，特别是随着个人计算机（Personal Computer，PC）功能的增强，用户个人就可以在微机上处理所需要的作业，PC方式呈现出的计算能力已发展成为独立的平台，从而导致了一种新的计算结构——分布式计算模式的诞生。这个时期，虽然不断出现的各种网络极大地推动了计算机网络的应用，但是众多不同的专用网络体系标准给不同网络间的互连带来了很大的不便。鉴于这种情况，国际标准化组织（International Organization Standardization，ISO）于1977年成立了专门的机构从事“开放系统互连”问题的研究，目的是设计一个标准的网络体系模型。1984年ISO颁布了“开放系统互连基本参考模型（Open Systems Interconnection Reference Model，OSI/RM）”，这个模型通常简称作OSI。只有标准的才是开放的，OSI参考模型的提出引导着计算机网络走向开放的、标准化的道路，同时也标志着计算机网络的发展步入了成熟的阶段。（5）高速、智能的计算机网络阶段
近年来，随着通信技术，尤其是光纤通信技术的发展，计算机网络技术得到了迅猛的发展。光纤作为一种高速率、高带宽、高可靠性的传输介质，在各国的信息基础建设中使用越来越广泛，这为建立高速的网络奠定了基础。千兆位乃至万兆位传输速率的以太网已经被越来越多地用于局域网和城域网中，而基于光纤的广域网链路的主干带宽也已达到10 Gbit/s数量级。网络带宽的不断提高，更加刺激了网络应用的多样化和复杂化，多媒体应用在计算机网络中所占的份额越来越高。同时，用户不仅对网络的传输带宽提出越来越高的要求，对网络的可靠性、安全性和可用性等也提出了新的要求。为了向用户提供更高的网络服务质量，网络管理也逐渐进入了智能化阶段，包括网络的配置管理、故障管理、计费管理、性能管理和安全管理等在内的网络管理任务都可以通过智能化程度很高的网络管理软件来实现。计算机网络已经进入了高速、智能化的发展阶段。1.3 移动互联网的基本概念
早在20世纪末，移动通信的迅速发展就大有取代固定通信之势。与此同时，互联网技术的完善和进步将信息时代不断往纵深推进。移动互联网就是在这样的背景下孕育、产生并发展起来的。移动互联网通过无线接入设备访问互联网，能够实现移动终端之间的数据交换，是计算机领域继大型机、小型机、个人计算机、桌面互联网之后的第五个技术发展周期。作为移动通信与传统互联网技术的有机融合体，移动互联网被视为未来网络发展的核心和最重要的趋势之一。统计数据显示：在过去的五年里全球移动网民数量年增长率超过20%，到2017年底全球移动网民人数将达到30.7亿，截至2017年三季度，中国移动互联网用户规模已高达12.3亿。2012年以来，全球移动智能终端出货量年均增长率超过50%，2017年出货量超过10亿部，同比增长51.6%；移动数据流量在主要互联网平台超过50 %，每月达到885PB。未来移动互联网仍将保持长期快速发展。
前摩根士丹利互联网分析师，KPCB合伙人Mary Meeker在年度互联网趋势报告中指出：中国移动互联网用户目前达到中国互联网用户总数的约80%，中国的移动互联网用户已达到“关键的大多数”，因此将主导移动商务的革命。她还大胆预计，2020年移动互联网将达到一百亿个设备的量级。
由中国本土第三方应用商店、苹果商店和未正式进入中国的谷歌商店构成面向中国消费者的主流移动应用市场。目前移动互联网业务组织的主要形式是应用程序商店，应用程序商店改变了传统业务的组织和营销模式，基于移动应用商店的软件数目急剧增长。截至2017年第二季度，中国消费市场中活跃移动应用的数量已超过575万款，苹果应用商店的应用数量达170万款，下载累计超过400亿次，我国本土第三方应用商店聚合的应用数量超过232万款，下载数量超过6000亿次。1.3.1 移动互联网的定义及功能特性
尽管移动互联网是目前IT领域最热门的概念之一，然而业界并未就其定义达成共识。这里介绍几种有代表性的移动互联网的定义。
百度百科中指出：移动互联网（Mobile Internet，MI）是一种通过智能移动终端，采用移动无线通信方式获取业务和服务的新兴业态，包含终端、软件和应用3个层面。终端层包括智能手机、平板电脑、电子书、MID（Mobile Internet Device，移动互联网设备）等；软件包括操作系统、中间件、数据库和安全软件等；应用层包括休闲娱乐类、工具媒体类、商务财经类等不同应用与服务。
独立电信研究机构 WAP 论坛认为：移动互联网是通过手机、PDA（Personal Digital Assistant，掌上电脑）或其他手持终端通过各种无线网络进行数据交换。中兴通讯则从通信设备制造商的角度给出了定义：狭义的移动互联网是指用户能够通过手机、PDA或其他手持终端通过无线通信网络接入互联网；广义的定义是指用户能够通过手机、PDA或其他手持终端以无线的方式通过各种网络（WLAN、BWLL、GSM、CDMA等）来接入互联网。可以看到，对于通信设备制造商来说，网络是其在移动互联网领域的主要切入点。
MBA智库同样认为移动互联网的定义有广义和狭义之分。广义的移动互联网是指用户可以使用手机、笔记本电脑等移动终端通过协议接入互联网，狭义的移动互联网则是指用户使用手机终端通过无线通信的方式访问采用WAP的网站。
Information Technology论坛认为：移动互联网是指通过无线智能终端，如智能手机、平板电脑等使用互联网提供的应用和服务，包括电子邮件、电子商务、即时通信等，保证随时随地的无缝连接的业务模式。
认可度比较高的定义是中国工业和信息化部电信研究院在2011年的《移动互联网白皮书》中给出的：“移动互联网是以移动网络作为接入网络的互联网及服务，包括3个要素：移动终端、移动网络和应用服务”，该定义将移动互联网涉及的内容主要囊括为3个层面，分别是：①移动终端，包括手机、专用移动互联网终端和数据卡方式的便携电脑；②移动通信网络接入，包括2G、3G、4G甚至5G等；③公众互联网服务，包括Web、WAP方式。移动终端是移动互联网的前提，接入网络是移动互联网的基础，而应用服务则成为移动互联网的核心。
上述定义给出了移动互联网两方面的含义：一方面，移动互联网是移动通信网络与互联网的融合，用户以移动终端接入无线移动通信网络（2G网络、3G网络、4G网络、WLAN、Wi Max等）的方式访问互联网；另一方面，移动互联网还产生了大量新型的应用，这些应用与终端的可移动、可定位和随身携带等特点相结合，为用户提供个性化的、位置相关的服务。
综合以上观点，我们也提出一个参考性定义：“移动互联网是指以各种类型的移动终端作为接入设备，使用各种移动网络作为接入网络，从而实现包括传统移动通信、传统互联网及其各种融合创新服务的新型业务模式。”
移动互联网的基本特点如下。（1）终端移动性：通过移动终端接入移动互联网的用户一般都处于移动之中。（2）业务及时性：用户使用移动互联网能够随时随地获取自身或其他终端的信息，及时获取所需的服务和数据。（3）服务便利性：由于移动终端的限制，移动互联网服务要求操作简便，响应时间短。（4）业务/终端/网络的强关联性：实现移动互联网服务需要同时具备移动终端、接入网络和运营商提供的业务三项基本条件。
移动互联网相比传统固定互联网的优势在于：实现了随时随地的通信和服务获取；具有安全、可靠的认证机制；能够及时获取用户及终端信息；业务端到端流程可控等。劣势主要包括：无线频谱资源的稀缺性；用户数据安全和隐私性；移动终端硬软件缺乏统一标准，业务互通性差等。
移动互联网业务是多种传统业务的综合体，而不是简单的互联网业务的延伸，因而产生了创新性的产品和商业模式。（1）创新的技术与产品：例如，通过手机摄像头扫描商品条码并进行比价搜索，通过重力感应器和陀螺仪确定目前的方向和位置等，内嵌在手机中的各种传感器能够帮助开发商开发出各种超越原有用户体验的产品。（2）创新的商业模式：如风靡全球的App Store+终端营销的商业模式，以及将传统的位置服务与SNS、游戏、广告等元素结合起来的应用系统等。1.3.2 移动互联网的架构
1.移动互联网的技术架构
移动互联网的出现带来了移动网和互联网融合发展的新时代，移动网和互联网的融合也会是在应用、网络和终端多层面的融合。为了能满足移动互联网的特点和业务模式需求，在移动互联网技术架构中要具有接入控制、内容适配、业务管控、资源调度、终端适配等功能。构建这样的架构需要从终端技术、承载网络技术、业务网络技术各方面综合考虑。
图1-4所示为移动互联网的典型体系架构模型。图1-4 移动互联网的体系架构（1）业务应用模块：提供给移动终端的互联网应用，这些应用中包括典型的互联网应用，如网页浏览、在线视频、内容共享与下载、电子邮件等，也包括基于移动网络特有的应用，如定位服务、移动业务搜索以及移动通信业务，如短信、彩信、铃音、微信等。（2）移动终端模块：从上至下包括终端软件架构和终端硬件架构。
终端软件架构：包括应用App、用户UI、支持底层硬件的驱动、存储和多线程内核等。
终端硬件架构：包括终端中实现各种功能的部件。（3）网络与业务模块：从上至下包括业务应用平台和公共接入网络。
业务应用平台：包括业务模块、管理与计费系统、安全评估系统等。
公共接入网络：包括核心网络、承载网络和接入网络等。
从移动互联网中端到端的应用角度出发，又可以绘制出图1-5所示的业务模型。从该图可以看出移动互联网的业务模型分为5层。图1-5 移动互联网端到端的技术架构（1）移动终端：支持实现用户UI、接入互联网、实现业务互操作。终端具有智能化和较强的处理能力，可以在应用平台和终端上进行更多的业务逻辑处理，尽量减少空中接口的数据信息传递压力。（2）移动网络：包括各种将移动终端接入无线核心网的设施，如无线路由器、交换机、BSC、MSC等。（3）网络接入：网络接入网关提供移动网络中的业务执行环境，识别上下行的业务信息、服务质量要求等，并可基于这些信息提供按业务、内容区分的资源控制和计费策略。网络接入网关根据业务的签约信息，动态进行网络资源调度，最大程度地满足业务的Qo S要求。（4）业务接入：业务接入网关向第三方应用开放移动网络能力API（Application Programming Interface，应用程序编程接口）和业务生成环境，使第三方互联网应用可以方便地调用移动网络开放的API，提供具有移动网络特点的应用。同时，实现对业务接入移动网络的认证，实现对互联网内容的整合和适配，使内容更适合移动终端对其的识别和展示。（5）移动网络应用：提供各类移动通信、互联网以及移动互联网特有的服务。
2.移动互联网的业务体系
移动互联网作为传统互联网与传统移动通信的融合体，其服务体系也是脱胎于上述二者。移动互联网的业务模型如图1-6所示。图1-6 移动互联网业务模型图
移动互联网的业务主要包括如下三大类。（1）固定互联网业务向移动终端的复制：实现移动互联网与固定互联网相似的业务体验，这是移动互联网业务发展的基础。（2）移动通信业务的互联网化：使移动通信原有业务互联网化，目前此类业务并不太多，如意大利的“3公司”与“Skype公司”合作推出的移动Vo IP业务。（3）融合移动通信与互联网特点而进行的业务创新：将移动通信的网络能力与互联网的网络与应用能力进行聚合，从而创新出适合移动终端的互联网业务，如移动Web 2.0业务、移动位置类互联网业务等，这也是移动互联网有别于固定互联网的发展方向。1.4 移动通信网络1.4.1 移动通信的发展史
1897年，马可尼（见图1-7）在陆地和一只拖船上完成无线通信实验，标志着无线通信的开始。图1-7 马可尼
1928 年，美国警用车辆的车载无线电系统标志着移动通信开始进入实用阶段。
1946年，Bell实验室在圣路易斯建立第一个公用汽车电话网，标志着专用的移动通信系统应用到了公用系统上。
1974年，Bell实验室提出蜂窝移动通信的概念。
20世纪80年代，第一代蜂窝移动通信系统开始应用。第一代移动通信技术（The First Generation，1G）是指以模拟技术为基础的蜂窝无线电话系统，提出于20世纪80年代，完成于20世纪90年代。它主要采用的是模拟技术和频分多址（Frequency Division Multiple Access， FDMA）技术，由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。如1983年美国的AMPS，1980年北欧的NMT，1979年日本的NAMTS，1985年英国的TACS。在中国的代表是所谓的“大哥大”。
20世纪90年代，第二代移动通信GSM（Global System for Mobile Communication，全球移动通信系统）面世。我国应用的第二代蜂窝系统为欧洲的GSM系统以及北美的窄带CDMA系统。GSM系统具有标准化程度高、接口开放的特点，强大的联网能力推动了国际漫游业务；用户识别卡的应用，真正实现了个人移动性和终端移动性。窄带CDMA也称为IS-95，是由高通（Qualcomm）公司发起的第一个基于CDMA的数字蜂窝标准。基于IS-95的第一个品牌是cdma One。
21世纪开始，第三代移动通信（The Third Generation，3G）技术推出。相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、TDMA等数字手机（2G），第三代手机一般是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信相结合的新一代移动通信系统。
第三代手机能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说，在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2MB/s、384KB/s以及144KB/s的传输速度。
2010年开始进入4G（The Fourth Generation）时代，随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第四代移动通信开始兴起。2013年12月18日，中国移动在广州宣布，将建成全球最大的4G网络。2013年年底，北京、上海、广州、深圳等16个城市可享受4G服务；到2017年年底，中国4G基站数量达到315万个，城区实现4G网络完全覆盖，行政村4G网络覆盖比例也超过92%，地铁、高铁、高速公路、景区等4G网络覆盖远超很多发达国家。
4G移动通信系统采用新的调制技术，如多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等调制方式，以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。4G移动通信系统采用更高级的信道编码方案（如Turbo码、级连码和LDPC等）、自动重发请求（Automatic Repeat-re Quest，ARQ）技术和分集接收技术等。4G移动通信系统可称为广带（Broadband）接入和分布网络，具有非对称的超过2Mbit/s的数据传输能力，数据率超过UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统），是支持高速数据率（2～20Mbit/s）连接的理想模式，上网速度从2Mbit/s提高到100Mbit/s。
4G意味着更多参与方，更多技术、行业、应用的融合，不再局限于电信行业，还可以应用于金融、医疗、教育、交通等行业；通信终端能做更多的事情，如除语音通信之外的多媒体通信、远端控制等；或许局域网、互联网、电信网、广播网、卫星网等能够融为一体组成一个通播网，无论使用什么终端，都可以享受高品质的信息服务，向宽带无线化和无线宽带化演进，使 4G渗透到生活的方方面面。从用户需求的角度看，4G 能为用户提供更快的速度并满足用户更多的需求。
移动通信之所以从模拟到数字、从2G到4G并向将来的x G演进，最根本的推动力是用户需求由无线语音服务向无线多媒体服务的转变，这种转变激发了运营商为了提高ARPU（Average Revenue Per User，每用户平均收入），开拓新的频段以支持用户数量的持续增长，实现更有效的频谱利用率以及更低的运营成本，而不得不进行变革转型。
移动通信网络技术发展至今，2G、3G和4G，每一代都有一个十年的发展周期。尽管移动通信技术经历了30年的发展与更新，比起第一代移动通信系统，其数据传输速率已经大大提高，可是目前在这个数据传输大爆炸的21世纪，移动通信服务仍然面临着巨大挑战。因此，研究有关于5G移动通信的关键技术已是目前的发展趋势，而5G也将在不久的将来代替3G、4G变成新一代的移动通信技术。我国也对 5G 通信今后的发展与研究投入了很大的热情与关注， IMT-2020（5G）推进组在国家的支持下规划了有关于5G研发试验的各个阶段。1.4.2 4G通信系统的关键技术
4G移动通信系统网络结构分为物理网络层、中间环境层、应用环境层3层，如图1-8所示。物理网络层提供网络接入和网络路由选择功能，中间环境层提供Qo S机制、地址转换和安全管理等功能，应用环境层提供各种应用编程接口。图1-8 4G网络体系结构图
由于不同业务和不同用户之间业务量的不均匀、节点移动引起的网络结构变化以及不同网络之间的无缝漫游等原因，使得第四代移动通信系统需要采用更为先进的无线传输技术，主要的关键技术如下。（1）先进的信号处理及传输技术
在无线通信中，高速移动会产生较大的多普勒频移，导致严重的频率选择性衰落。新的调制技术如多载波正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）调制技术可以有效地对抗频率选择性衰落，同时还具有很高的频谱效率。
从技术层面来看，第三代移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，第四代移动通信系统技术则以OFDM最受瞩目，OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，这样，尽管总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，并且在每个子信道上进行窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落或窄带干扰。在OFDM系统中，各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。OFDM有如下优点：抗多径干扰与窄带干扰能力较单载波系统强；高的频谱利用率；能充分利用信噪比比较高的子信道；抗频率选择性衰落能力强；可与其他多址方式相结合，灵活支持多种业务。
自适应无线传输技术也是第四代移动通信系统基带信号处理的核心技术。自适应无线传输技术是指移动通信设备能够根据无线网络的不同情况选取不同的传输方式来获得最佳的无线传输效果。基于新一代的移动通信系统，这种自适应无线传输技术将得到广泛的应用，其中信源信道联合编码技术、OFDM子载波自适应调制技术就是自适应技术的很好体现。OFDM自适应调制机制允许各个子载波根据信道状况的不同采用动态的调制方式：在信道条件比较好的时候采用高效的调制方案；信道状况比较差的时候采用效率较低而性能较好的调制方案。
迭代接收技术是提高接收系统可靠性的主要手段之一。迭代接收是指在接收端通过多次循环迭代使得接收机的检测和解码性能达到最佳。一般而言迭代次数越多，接收机的解码性能越好，但系统复杂度也相应增加。迭代技术从1993年提出的Turbo码迭代译码技术发展而来，Turbo迭代信道估计和解码、波束形成和解码的联合迭代接收、面向MIMO的迭代接收技术都是迭代接收技术具体应用的体现。随着硬件器件和数字信号处理技术的飞速发展，这些迭代技术将会在下一代通信技术中得到广泛应用。
除此之外，高性能的前向纠错编码（如Turbo编码、LDPC编码技术等）、自动重发请求（ARQ）和分集接收技术也是下一代移动通信网络信号处理使用的主要技术。（2）多入多出技术
MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多入多出）技术已经成为无线通信领域的关键技术之一。MIMO技术利用发送端和接收端的多个天线来对抗无线信道衰落，从而在不增加系统带宽和天线发射功率的情况下可以有效地提高无线系统的容量，其本质是一种基于空域和时域联合分集的通信信号处理方法。理论和计算机仿真表明：在信道状态已知的情况下，基于MIMO的无线系统信道容量可随着收、发端天线的增加而线性增大，因此具有广泛的应用价值。MIMO技术领域的一个研究热点就是空时编码，常见的编码方法主要有空时分组码、空时格码和BLAST码。MIMO系统有以下优点：降低了码间干扰（Inter Symbol Interference，ISI）；提高了空间分集增益；提高了无线信道容量和频谱利用率。
MIMO技术已经成为无线通信领域的关键技术之一，通过近几年的持续发展，MIMO技术越来越多地应用于各种无线通信系统。在无线宽带移动通信系统方面，第三代移动通信合作计划组织已经在标准中加入了MIMO技术相关的内容，在3G和4G的系统中也广泛应用了MIMO相关技术，大规模MIMO技术通过增加基站天线数大幅提高系统频谱效率和能量效率，必将成为未来5G通信系统的关键技术之一。
在无线宽带接入系统中，IEEE协会制订的802.16e、802.11n和802.20等无线宽带接入标准也采用了MIMO技术。在其他无线通信系统研究中，如超宽带（Ultra Wide Band，UWB）系统、认知无线电系统（Cognitive Radio System，CR），也都使用了MIMO技术。（3）智能天线技术
智能天线（Adaptive Antenna Array，AAA）是一种基于自适应天线原理的移动通信技术，具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量，其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的接收和发射，同时，通过基带数字信号处理器，对各个天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。在移动通信中，智能天线在消除干扰、扩大小区半径、降低系统成本、提高系统容量等方面具有不可比拟的优越性。这种技术的优点主要在于可以改善信号质量和增加传输容量，同时又能扩大覆盖区域、降低系统建设成本，因此将在4G系统中得到广泛应用。（4）软件无线电技术
软件无线电（Software Defined Radio，SDR）是利用数字信号处理技术，在一个通用、可编程控制的硬件平台上，将无线电的标准化、模块化硬件功能单元利用软件加载方式来实现的一种具有开放式结构的技术。各功能模块如基带处理、高频、中频还有控制协议等全部由软件来完成，即通过下载不同的软件程序，在硬件平台上实现不同的功能，它是解决移动终端在不同系统中工作的关键技术。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带 A/D （Analog/Digital，模拟/数字）和D/A（Digital Analog，数字/模拟）变换器，并尽可能多地用软件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件实现，其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件等。（5）网络结构与协议
第四代移动通信系统的网络体系结构包括了适用于IP分组传输的空中接口、位置寄存、基站网络配置、无线Qo S控制、网络配置和集成式3G-WLAN无缝业务控制等功能模块。在处理多媒体业务时，智能无线资源管理是关键技术，无线系统资源（频率和发射功率）是有限的且易受阻塞的困扰，因此，有必要采用无线Qo S资源控制，以保证业务质量和支持各种级别的应用。由4G系统支持的应用业务将依据业务的特点进行分类（如分为实时和非实时），无线Qo S资源控制方式要既能支持实时性应用，又能支持非实时性应用。无线资源管理者首先检查可用资源、前/后向链路质量、应用类别以及Qo S业务用户级别，然后指配适当的前/后向链路速率和发射功率。4G系统中基于IP技术的网络结构可以处理IP包，方便地提供全向功能，关键是选路/切换和鉴权策略。在第四代移动通信系统中，核心网侧的交换应是一个基于全IP的交换系统，这和固网的发展趋势是相同的，即传统的电路交换和现行的分组交换网络将会被IP分组交换网络所取代，因此射频、线性放大器与信道的控制均是相当重要的组件。在硬件的实现上，第三代移动通信基础架构均是交换层架构，而第四代移动通信不仅要考虑到交换层级技术，还必须涵盖不同类型的通信接口，因此第四代移动通信主要是基于路由技术的网络架构。1.5 我国移动互联网的发展历史及趋势1.5.1 我国移动互联网的发展历史
移动通信与网络技术的发展带来了中国移动互联网的快速发展，移动互联网服务模式和商业模式得到了大规模创新。移动互联网的发展大致可以分为萌芽期、培育成长期、高速发展期和全面发展期4个阶段。
第一阶段——萌芽期（2000年—2007年），WAP（Wireless Application Protocol）应用是移动互联网应用的主要模式。这一时期由于受限于移动2G网速和手机智能化程度，中国移动互联网发展处在一个简单WAP应用期。利用手机自带的支持WAP协议的浏览器访问企业WAP门户网站是当时移动互联网发展的主要形式。
第二阶段——培育成长期（2008年—2011年），3G移动网络建设掀开了中国移动互联网发展新篇章。随着3G移动网络的部署和智能手机的出现，移动网速大幅提升初步破解了手机上网带宽瓶颈，简单应用软件安装功能的移动智能终端让移动上网功能得到大大增强，中国移动互联网掀开了新的发展篇章。在此期间，各大互联网公司都在摸索如何抢占移动互联网入口，百度、腾讯、奇虎360等一些大型互联网公司企图推出手机浏览器来抢占移动互联网入口，新浪、优酷等其他一些互联网公司则是通过与手机制造商合作，在智能手机出厂的时候，就把企业服务应用（如微博、视频播放器等）预安装在手机中。
第三阶段——高速发展期（2012年—2013年），智能手机规模化应用促进移动互联网快速发展。具有触摸屏功能的智能手机的大规模普及应用解决了传统键盘机上网的众多不便，苹果、安卓等智能手机操作系统的普遍安装和手机应用程序商店的出现极大地丰富了手机上网功能，移动互联网应用呈现了爆发式增长。
第四阶段——全面发展期（2014年至今），4G网络建设将中国移动互联网发展推上快车道。随着4G网络的部署，移动上网网速得到极大提高，上网网速瓶颈限制得到基本破除，移动应用场景得到极大丰富。截至2017年6月底，全球4G用户已经达到23.6亿人，每4个移动用户中就有1个4G用户。同时，根据CNNIC数据显示，截至2016年6月底，中国移动互联网用户已经达到了6.56亿人。移动互联网成为各行各业开展业务的重要驱动，应用场景层出不穷。1.5.2 我国移动互联网的发展趋势
一是移动互联网产业呈现快速增长趋势，整体规模将实现跃升。移动互联网正在成为我国主动适应经济新常态、推动经济发展提质增效升级的新驱动力。当前，国内经济疲软，规模效应不明显导致经济增速减缓。移动互联网行业却逆流而上，以创新驱动变革，以生产要素综合利用和经济主体高效协同实现内生式增长，发展势头强劲。我国移动互联网市场规模迎来高峰发展期，总体规模超过1万亿元，移动购物、移动游戏、移动广告、移动支付等细分领域都获得较快增长。其中，移动购物成为拉动市场增长的主要驱动力。受市场期待和政策红利的双重驱动，移动购物、移动搜索、移动支付、移动医疗、车网互联、产业互联网等领域的蓝海价值正在显现。未来，移动互联网经济整体规模将持续走高，移动互联网平台服务、信息服务等领域不断涌现的业态创新将推动移动互联网产业走向应用和服务深化发展阶段。
二是移动互联网向传统产业加速渗透，产业互联网将开启互联网企业新征程。大数据、云计算、物联网、移动互联技术的创新演进正在拓宽企业的组织边界，推动移动互联网应用服务向企业级消费延伸。传统制造企业正在积极拥抱移动互联网，深化移动互联网在企业各环节的应用，着力推动企业互联网化转型升级。面向传统产业服务的互联网新兴业态将不断涌现。新兴信息网络技术已经渗透和扩散到生产性服务业的各个环节，重构传统企业的移动端业务模式，催生出各种基于产业发展的服务新业态，加快了对医疗、教育、旅游、交通、传媒、金融等领域的业务改造。移动互联网发展不断引领传统生产方式变革，产业互联网开启新征程。移动互联网利用智能化手段，将线上线下紧密结合，实现信息交互、网络协同，有效改善和整合企业的研发设计、生产控制、供应链管理等环节，加快生产流程创新与突破，推动企业生产向个性化、网络化和柔性化制造模式转变，推动了产业互联网的智能化、协同化、互动化变革，实现了大规模工业生产过程、产品和用户的数据感知、交互和分析，以及企业在资源配置、研发、制造、物流等环节的实时化、协同化、虚拟化。
三是移动互联网应用创新和商业模式创新交相辉映，新业态将拓展互联网产业增长新空间。随着移动互联网的崛起，一批新型的有别于传统行业的新生企业开始成长并壮大，也给整个市场带来全新的概念与发展模式，打破了固有的市场格局。互联网思维受到热捧，各行各业开始了在移动互联网领域的各种“创新”“突破”之举，以求实现真正的突破。在传统工业经济向互联网经济转型过程中，旧有的社会经济规律、行业市场格局、企业经营模式等不断被改写，不可思议地叠加出新的格局。在制造业领域，工业智能化、网络化成为热点；在服务业领域，个性化成为新的方向；在农业领域，出现“新农人”现象。
四是移动互联网正在催生出新的业态、新的经济增长点、新的产业。当前企业越来越重视引入移动互联网用户思维，挖掘市场长尾需求，指导生产，探索企业增值新空间。移动支付、可穿戴设备、移动视频、滴滴专车、人人快递等新的应用创新和商业模式创新不断涌现，引发传统行业生态的深刻变革。从零售、餐饮、家政、金融、医疗健康到电信、教育、农业，移动互联网在各行业跑马圈地，改变原有行业的运行方式和盈利模式，移动互联网利用碎片化的时间，为用户提供“指尖上”的服务，促成了用户与企业的频繁交互，实现了用户需求与产品的高度契合，继而加大了用户对应用服务的深度依赖，构建形成“需求—应用—服务—更多服务—拉动更大需求”的良性循环。随着企业“以用户定产品”意识的提升、移动互联网用户黏性的增强和参与热情的高涨，未来，移动互联网应用创新和商业模式创新将持续火热，加速推动各行各业进入全民创造时代。本章重要概念
●计算机网络就是通过线路互连起来的、自治的计算机集合，确切地讲，就是将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。
●计算机网络都应具有如下功能：数据通信；计算机系统的资源共享；进行数据信息的集中和综合处理；均衡负载，相互协作；提高系统的可靠性和可用性；进行分布式处理。
●计算机网的发展过程大致分为以下5个阶段：具有通信功能的单机系统，具有通信功能的多机系统，以共享资源为主要目的的计算机网络阶段，标准、开放的计算机网络阶段，高速、智能的计算机网络阶段。
●移动互联网是以移动网络作为接入网络的互联网及服务，包括3个要素：移动终端、移动网络和应用服务。
●移动互联网相比传统固定互联网的优势在于：实现了随时随地的通信和服务获取；具有安全、可靠的认证机制；能够及时获取用户及终端信息；业务端到端流程可控等。
●移动互联网技术架构中要具有接入控制、内容适配、业务管控、资源调度、终端适配等功能。构建这样的架构需要从终端技术、承载
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]