从固定互联网到移动互联网

商用化时代的互联网体系架构遇到的第一个严峻挑战是商业模型的问题，这直接导致了互联网“端到端透明性”遭到严重破坏。上世纪90年代互联网服务提供商(ISP)的出现，标志着互联网商用化的开始。但是互联网的开放接口只是IP包转发服务，而不是高层业务和应用的接口，因此ISP只能提供所谓的 “比特管道”业务，很难提供可盈利的高层业务和应用。因此，最近几年导致大量ISP的倒闭、破产和兼并，没有一个纯粹意义上的ISP能够活下来，因为只提供单一的“比特管道”服务是无法生存的。于是，一些ISP开始想办法利用自己的“比特管道”提供一些增值服务，把他们的IP网络圈起来，增加一些边界节点 (Middlebox，中间结点)，即所谓的“围墙花园”模式，但这些边界节点的应用明显违反了互联网端到端透明性的理念。典型的“中间体”包括缓存、防火墙和网络地址翻译(NAT)等设备类型。

第二个挑战是用户群的变化。互联网最初是由具有共同爱好的彼此信任的技术专家设计开发的，只是为了在一个关系密切的“小城镇”内多台电脑之间的相互通信设计的，因此互联网的用户彼此之间相互信任是其非常重要的一个设计假设。如今随着互联网规模和用户的日益增加，互联网已经演变成了在一个开放的社区中任何人相互之间的通信方式，这个社区从地域上说是全球化的，不存在什么管制规则，用户彼此之间不再相互信任。另外，用户之间的利益也不再是相互一致的了，但假设用户相互信任的互联网“端到端透明性”设计原则方便了安全攻击、病毒和其他有害信息的传播。最后，现在的互联网用户已经从原来的技术人员发展到了可能不懂技术，用户希望互联网终端像电话终端那么“傻”和容易使用，导致智能性被迫从终端向网络中迁移。

第三个挑战是移动性支持。互联网的设计是基于固定(有线)方式的接入、终端是计算机的环境考虑的，未能考虑移动应用环境中的无线网络和小型终端可能带来的问题，这直接体现在WWW/TCP/IP等协议的设计上：

1) IP技术。在设计任何通信网络时，必须首先回答的三个核心问题是：WHO(身份)，对通信中的网络和终端节点做明确的标识;WHERE(在哪里)，标识一个通信节点在网络中的位置;HOW，如何把一个通信节点的信息传递到指定的地方去。为了简化网络架构和设计，在互联网中IP地址同时具有定位 (Locator)和身份标识(IdenTIty)的作用。而在移动互联网的环境下，一个实体连接到互联网的网络附着点发生变化时，意味着位置信息已经改变了(路由也就同时需要改变)，但身份信息却没法改变，于是IP地址的双重作用出现了冲突，导致互联网无法直接支持移动性。

2) TCP技术。TCP是一种端到端协议，其设计也没有考虑到移动性的支持问题，尤其是无线环境和有线环境的巨大差异性。比如，TCP假设会话建立时两点之间的带宽是固定的，流量控制只是由于多个应用共享资源时流量变化引起的，这在移动环境下显然存在问题，因为这时两点之间的宽带不一定是固定的。另外，TCP 假设丢包是由于“拥塞””引起的，但在无线环境下两个TCP端点之间的带宽可能是变化的，信号强弱和距离都会影响到带宽资源，丢包很可能不是网络拥塞而是电磁干扰造成的比特错误引起的。

3) WWW技术。WWW相关技术和应用的设计，都假设终端是PC方式的，因此在设计时对终端的信息输入能力、显示能力、计算能力、存储能力和能耗等没有考虑在内，导致目前多数移动终端无法直接访问互联网上上千亿的、丰富的网页和内容。另外，移动终端新带来的位置和身份信息等有价值的信息，目前的WWW技术和很多移动应用也还没能够充分加以利用，也缺乏有效保护。

3 移动性支持方法

互联网对移动性的支持方案，都是后来打补丁实现的，主要体现在网络层、传输层和应用层。

3.1 网络层

网络层对移动性支持的工作，直接体现在移动IP技术上，间接反映在身份与位置分离等技术上。移动IP是一种在互联网中提供移动性支持的特殊路由协议，可以将IP包路由到不断改变位置的移动节点去，并且上层TCP连接不会感知到IP地址的改变。相比而言，移动IPv6更具有一些优势，克服了移动 IPv4的三角路由和源地址过滤等问题。但自1996年推出移动IP技术以来，一直没能得到成功应用，原因不仅是技术方面的(比如切换速度慢)，更重要的是缺乏明确清晰的应用需求和商业模式。

另外一个对移动性支持有明显好处的就是身份与位置技术，包括基于网络的和基于终端的两种。比如IETF刚开始标准化的基于网络的位置身份分离协议(LISP)，逻辑上是把企业通过其边缘路由器向全球互联网播出的IP地址块分为两部分，分别用于识别使用的IP地址和这些系统在什么地方连接到互联网，旨在减少保存在ISP核心路由器的路由表项，也可以改善互联网对移动性的支持。而基于终端的主机身份协议(HIP)，在协议栈中增加了“名字”层，也可以改善移动性支持。但目前无论是LISP和HIP，还都停留在理论和实验阶段。

3.2 传输层

业界针对无线网络环境，对TCP技术也已经做了一些改进，大致可以分为三类。第一类是利用本地无线链路层的重传机制做一些性能优化，如基站参与探测TCP包、引入时间戳和利用IP头中的信息等。这种方式容易出现单点故障，并且要求IP/TCP载荷是直接封装在链路层帧中的，并且不能加密。第二种技术通过设置中间代理结点，将性能差异巨大的无线和有线部分分开处理，如Indirect-TCP。这种方法的缺点是破坏了TCP端到端的属性，基站等中间代理结点必须保留TCP通信中的数据和状态信息，移动终端中的相关应用也必须二次建立连接。第三种方式是增加和利用TCP协议等的一些消息字段，显式通知真正的丢包原因。如利用网际差错消息协议(ICMP)，显式丢包通知和局部通知等。

3.3 应用层

除了通过无线接入协议(WAP)和.mobi等方式，为移动终端设计专门的网页和内容的方法外，另外一种典型做法是把(固定)互联网上的网页和内容适配到移动终端上。移动适配技术通过在网络上的不同位置(服务器、网关和终端三种)部署专门的网关或代理服务器，对网页和多媒体资源进行转换以适应移动终端的特征，确保正常使用并改善用户体验。