從固定互聯(lián)網(wǎng)到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)

商用化時(shí)代的互聯(lián)網(wǎng)體系架構遇到的第一個(gè)嚴峻挑戰是商業(yè)模型的問(wèn)題，這直接導致了互聯(lián)網(wǎng)“端到端透明性”遭到嚴重破壞。上世紀90年代互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商(ISP)的出現，標志著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)商用化的開(kāi)始。但是互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)放接口只是IP包轉發(fā)服務(wù)，而不是高層業(yè)務(wù)和應用的接口，因此ISP只能提供所謂的 “比特管道”業(yè)務(wù)，很難提供可盈利的高層業(yè)務(wù)和應用。因此，最近幾年導致大量ISP的倒閉、破產(chǎn)和兼并，沒(méi)有一個(gè)純粹意義上的ISP能夠活下來(lái)，因為只提供單一的“比特管道”服務(wù)是無(wú)法生存的。于是，一些ISP開(kāi)始想辦法利用自己的“比特管道”提供一些增值服務(wù)，把他們的IP網(wǎng)絡(luò )圈起來(lái)，增加一些邊界節點(diǎn) (Middlebox，中間結點(diǎn))，即所謂的“圍墻花園”模式，但這些邊界節點(diǎn)的應用明顯違反了互聯(lián)網(wǎng)端到端透明性的理念。典型的“中間體”包括緩存、防火墻和網(wǎng)絡(luò )地址翻譯(NAT)等設備類(lèi)型。

第二個(gè)挑戰是用戶(hù)群的變化?；ヂ?lián)網(wǎng)最初是由具有共同愛(ài)好的彼此信任的技術(shù)專(zhuān)家設計開(kāi)發(fā)的，只是為了在一個(gè)關(guān)系密切的“小城鎮”內多臺電腦之間的相互通信設計的，因此互聯(lián)網(wǎng)的用戶(hù)彼此之間相互信任是其非常重要的一個(gè)設計假設。如今隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)規模和用戶(hù)的日益增加，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)演變成了在一個(gè)開(kāi)放的社區中任何人相互之間的通信方式，這個(gè)社區從地域上說(shuō)是全球化的，不存在什么管制規則，用戶(hù)彼此之間不再相互信任。另外，用戶(hù)之間的利益也不再是相互一致的了，但假設用戶(hù)相互信任的互聯(lián)網(wǎng)“端到端透明性”設計原則方便了安全攻擊、病毒和其他有害信息的傳播。最后，現在的互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)已經(jīng)從原來(lái)的技術(shù)人員發(fā)展到了可能不懂技術(shù)，用戶(hù)希望互聯(lián)網(wǎng)終端像電話(huà)終端那么“傻”和容易使用，導致智能性被迫從終端向網(wǎng)絡(luò )中遷移。

第三個(gè)挑戰是移動(dòng)性支持?；ヂ?lián)網(wǎng)的設計是基于固定(有線(xiàn))方式的接入、終端是計算機的環(huán)境考慮的，未能考慮移動(dòng)應用環(huán)境中的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和小型終端可能帶來(lái)的問(wèn)題，這直接體現在WWW/TCP/IP等協(xié)議的設計上：

1) IP技術(shù)。在設計任何通信網(wǎng)絡(luò )時(shí)，必須首先回答的三個(gè)核心問(wèn)題是：WHO(身份)，對通信中的網(wǎng)絡(luò )和終端節點(diǎn)做明確的標識;WHERE(在哪里)，標識一個(gè)通信節點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò )中的位置;HOW，如何把一個(gè)通信節點(diǎn)的信息傳遞到指定的地方去。為了簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )架構和設計，在互聯(lián)網(wǎng)中IP地址同時(shí)具有定位 (Locator)和身份標識(IdenTIty)的作用。而在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下，一個(gè)實(shí)體連接到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )附著(zhù)點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)，意味著(zhù)位置信息已經(jīng)改變了(路由也就同時(shí)需要改變)，但身份信息卻沒(méi)法改變，于是IP地址的雙重作用出現了沖突，導致互聯(lián)網(wǎng)無(wú)法直接支持移動(dòng)性。

2) TCP技術(shù)。TCP是一種端到端協(xié)議，其設計也沒(méi)有考慮到移動(dòng)性的支持問(wèn)題，尤其是無(wú)線(xiàn)環(huán)境和有線(xiàn)環(huán)境的巨大差異性。比如，TCP假設會(huì )話(huà)建立時(shí)兩點(diǎn)之間的帶寬是固定的，流量控制只是由于多個(gè)應用共享資源時(shí)流量變化引起的，這在移動(dòng)環(huán)境下顯然存在問(wèn)題，因為這時(shí)兩點(diǎn)之間的寬帶不一定是固定的。另外，TCP 假設丟包是由于“擁塞””引起的，但在無(wú)線(xiàn)環(huán)境下兩個(gè)TCP端點(diǎn)之間的帶寬可能是變化的，信號強弱和距離都會(huì )影響到帶寬資源，丟包很可能不是網(wǎng)絡(luò )擁塞而是電磁干擾造成的比特錯誤引起的。

3) WWW技術(shù)。WWW相關(guān)技術(shù)和應用的設計，都假設終端是PC方式的，因此在設計時(shí)對終端的信息輸入能力、顯示能力、計算能力、存儲能力和能耗等沒(méi)有考慮在內，導致目前多數移動(dòng)終端無(wú)法直接訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)上上千億的、豐富的網(wǎng)頁(yè)和內容。另外，移動(dòng)終端新帶來(lái)的位置和身份信息等有價(jià)值的信息，目前的WWW技術(shù)和很多移動(dòng)應用也還沒(méi)能夠充分加以利用，也缺乏有效保護。

3 移動(dòng)性支持方法

互聯(lián)網(wǎng)對移動(dòng)性的支持方案，都是后來(lái)打補丁實(shí)現的，主要體現在網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層和應用層。

3.1 網(wǎng)絡(luò )層

網(wǎng)絡(luò )層對移動(dòng)性支持的工作，直接體現在移動(dòng)IP技術(shù)上，間接反映在身份與位置分離等技術(shù)上。移動(dòng)IP是一種在互聯(lián)網(wǎng)中提供移動(dòng)性支持的特殊路由協(xié)議，可以將IP包路由到不斷改變位置的移動(dòng)節點(diǎn)去，并且上層TCP連接不會(huì )感知到IP地址的改變。相比而言，移動(dòng)IPv6更具有一些優(yōu)勢，克服了移動(dòng) IPv4的三角路由和源地址過(guò)濾等問(wèn)題。但自1996年推出移動(dòng)IP技術(shù)以來(lái)，一直沒(méi)能得到成功應用，原因不僅是技術(shù)方面的(比如切換速度慢)，更重要的是缺乏明確清晰的應用需求和商業(yè)模式。

另外一個(gè)對移動(dòng)性支持有明顯好處的就是身份與位置技術(shù)，包括基于網(wǎng)絡(luò )的和基于終端的兩種。比如IETF剛開(kāi)始標準化的基于網(wǎng)絡(luò )的位置身份分離協(xié)議(LISP)，邏輯上是把企業(yè)通過(guò)其邊緣路由器向全球互聯(lián)網(wǎng)播出的IP地址塊分為兩部分，分別用于識別使用的IP地址和這些系統在什么地方連接到互聯(lián)網(wǎng)，旨在減少保存在ISP核心路由器的路由表項，也可以改善互聯(lián)網(wǎng)對移動(dòng)性的支持。而基于終端的主機身份協(xié)議(HIP)，在協(xié)議棧中增加了“名字”層，也可以改善移動(dòng)性支持。但目前無(wú)論是LISP和HIP，還都停留在理論和實(shí)驗階段。

3.2 傳輸層

業(yè)界針對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，對TCP技術(shù)也已經(jīng)做了一些改進(jìn)，大致可以分為三類(lèi)。第一類(lèi)是利用本地無(wú)線(xiàn)鏈路層的重傳機制做一些性能優(yōu)化，如基站參與探測TCP包、引入時(shí)間戳和利用IP頭中的信息等。這種方式容易出現單點(diǎn)故障，并且要求IP/TCP載荷是直接封裝在鏈路層幀中的，并且不能加密。第二種技術(shù)通過(guò)設置中間代理結點(diǎn)，將性能差異巨大的無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)部分分開(kāi)處理，如Indirect-TCP。這種方法的缺點(diǎn)是破壞了TCP端到端的屬性，基站等中間代理結點(diǎn)必須保留TCP通信中的數據和狀態(tài)信息，移動(dòng)終端中的相關(guān)應用也必須二次建立連接。第三種方式是增加和利用TCP協(xié)議等的一些消息字段，顯式通知真正的丟包原因。如利用網(wǎng)際差錯消息協(xié)議(ICMP)，顯式丟包通知和局部通知等。

3.3 應用層

除了通過(guò)無(wú)線(xiàn)接入協(xié)議(WAP)和.mobi等方式，為移動(dòng)終端設計專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)頁(yè)和內容的方法外，另外一種典型做法是把(固定)互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)頁(yè)和內容適配到移動(dòng)終端上。移動(dòng)適配技術(shù)通過(guò)在網(wǎng)絡(luò )上的不同位置(服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)和終端三種)部署專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)關(guān)或代理服務(wù)器，對網(wǎng)頁(yè)和多媒體資源進(jìn)行轉換以適應移動(dòng)終端的特征，確保正常使用并改善用戶(hù)體驗。