從固定互聯(lián)網(wǎng)到移動互聯(lián)網(wǎng)

商用化時代的互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)遇到的第一個嚴(yán)峻挑戰(zhàn)是商業(yè)模型的問題，這直接導(dǎo)致了互聯(lián)網(wǎng)“端到端透明性”遭到嚴(yán)重破壞。上世紀(jì)90年代互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商(ISP)的出現(xiàn)，標(biāo)志著互聯(lián)網(wǎng)商用化的開始。但是互聯(lián)網(wǎng)的開放接口只是IP包轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，而不是高層業(yè)務(wù)和應(yīng)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(yīng)用。因此，最近幾年導(dǎo)致大量ISP的倒閉、破產(chǎn)和兼并，沒有一個純粹意義上的ISP能夠活下來，因為只提供單一的“比特管道”服務(wù)是無法生存的。于是，一些ISP開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，增加一些邊界節(jié)點 (Middlebox，中間結(jié)點)，即所謂的“圍墻花園”模式，但這些邊界節(jié)點的應(yīng)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(shè)備類型。

第二個挑戰(zhàn)是用戶群的變化。互聯(lián)網(wǎng)最初是由具有共同愛好的彼此信任的技術(shù)專家設(shè)計開發(fā)的，只是為了在一個關(guān)系密切的“小城鎮(zhèn)”內(nèi)多臺電腦之間的相互通信設(shè)計的，因此互聯(lián)網(wǎng)的用戶彼此之間相互信任是其非常重要的一個設(shè)計假設(shè)。如今隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模和用戶的日益增加，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)演變成了在一個開放的社區(qū)中任何人相互之間的通信方式，這個社區(qū)從地域上說是全球化的，不存在什么管制規(guī)則，用戶彼此之間不再相互信任。另外，用戶之間的利益也不再是相互一致的了，但假設(shè)用戶相互信任的互聯(lián)網(wǎng)“端到端透明性”設(shè)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(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)用戶已經(jīng)從原來的技術(shù)人員發(fā)展到了可能不懂技術(shù)，用戶希望互聯(lián)網(wǎng)終端像電話終端那么“傻”和容易使用，導(dǎo)致智能性被迫從終端向網(wǎng)絡(luò)中遷移。

第三個挑戰(zhàn)是移動性支持。互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計是基于固定(有線)方式的接入、終端是計算機(jī)的環(huán)境考慮的，未能考慮移動應(yīng)用環(huán)境中的無線網(wǎng)絡(luò)和小型終端可能帶來的問題，這直接體現(xiàn)在WWW/TCP/IP等協(xié)議的設(shè)計上：

1) IP技術(shù)。在設(shè)計任何通信網(wǎng)絡(luò)時，必須首先回答的三個核心問題是：WHO(身份)，對通信中的網(wǎng)絡(luò)和終端節(jié)點做明確的標(biāo)識;WHERE(在哪里)，標(biāo)識一個通信節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的位置;HOW，如何把一個通信節(jié)點的信息傳遞到指定的地方去。為了簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和設(shè)計，在互聯(lián)網(wǎng)中IP地址同時具有定位 (Locator)和身份標(biāo)識(IdenTIty)的作用。而在移動互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下，一個實體連接到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)附著點發(fā)生變化時，意味著位置信息已經(jīng)改變了(路由也就同時需要改變)，但身份信息卻沒法改變，于是IP地址的雙重作用出現(xiàn)了沖突，導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)無法直接支持移動性。

2) TCP技術(shù)。TCP是一種端到端協(xié)議，其設(shè)計也沒有考慮到移動性的支持問題，尤其是無線環(huán)境和有線環(huán)境的巨大差異性。比如，TCP假設(shè)會話建立時兩點之間的帶寬是固定的，流量控制只是由于多個應(yīng)用共享資源時流量變化引起的，這在移動環(huán)境下顯然存在問題，因為這時兩點之間的寬帶不一定是固定的。另外，TCP 假設(shè)丟包是由于“擁塞””引起的，但在無線環(huán)境下兩個TCP端點之間的帶寬可能是變化的，信號強(qiáng)弱和距離都會影響到帶寬資源，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(yīng)用的設(shè)計，都假設(shè)終端是PC方式的，因此在設(shè)計時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有考慮在內(nèi)，導(dǎo)致目前多數(shù)移動終端無法直接訪問互聯(lián)網(wǎng)上上千億的、豐富的網(wǎng)頁和內(nèi)容。另外，移動終端新帶來的位置和身份信息等有價值的信息，目前的WWW技術(shù)和很多移動應(yīng)用也還沒能夠充分加以利用，也缺乏有效保護(hù)。

3 移動性支持方法

互聯(lián)網(wǎng)對移動性的支持方案，都是后來打補(bǔ)丁實現(xiàn)的，主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。

3.1 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層對移動性支持的工作，直接體現(xiàn)在移動IP技術(shù)上，間接反映在身份與位置分離等技術(shù)上。移動IP是一種在互聯(lián)網(wǎng)中提供移動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節(jié)點去，并且上層TCP連接不會感知到IP地址的改變。相比而言，移動IPv6更具有一些優(yōu)勢，克服了移動 IPv4的三角路由和源地址過濾等問題。但自1996年推出移動IP技術(shù)以來，一直沒能得到成功應(yīng)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(yīng)用需求和商業(yè)模式。

另外一個對移動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剛開始標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)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)對移動性的支持。而基于終端的主機(jī)身份協(xié)議(HIP)，在協(xié)議棧中增加了“名字”層，也可以改善移動性支持。但目前無論是LISP和HIP，還都停留在理論和實驗階段。

3.2 傳輸層

業(yè)界針對無線網(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。第一類是利用本地?zé)o線鏈路層的重傳機(jī)制做一些性能優(yōu)化，如基站參與探測TCP包、引入時間戳和利用IP頭中的信息等。這種方式容易出現(xiàn)單點故障，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)通過設(shè)置中間代理結(jié)點，將性能差異巨大的無線和有線部分分開處理，如Indirect-TCP。這種方法的缺點是破壞了TCP端到端的屬性，基站等中間代理結(jié)點必須保留TCP通信中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，移動終端中的相關(guān)應(yīng)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(yīng)用層

除了通過無線接入?yún)f(xié)議(WAP)和.mobi等方式，為移動終端設(shè)計專門的網(wǎng)頁和內(nèi)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)頁和內(nèi)容適配到移動終端上。移動適配技術(shù)通過在網(wǎng)絡(luò)上的不同位置(服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)和終端三種)部署專門的網(wǎng)關(guān)或代理服務(wù)器，對網(wǎng)頁和多媒體資源進(jìn)行轉(zhuǎn)換以適應(yīng)移動終端的特征，確保正常使用并改善用戶體驗。