2 移動(dòng)性帶來的挑戰(zhàn)

　　端到端透明性具有很多優(yōu)點(diǎn)，為后來互聯(lián)網(wǎng)從實(shí)驗(yàn)室走向社會(huì)，商用化的蓬勃發(fā)展起到了決定性的作用。但這種設(shè)計(jì)有兩個(gè)基本假設(shè)：第一，互聯(lián)網(wǎng)最初是由具有共同愛好的技術(shù)專家設(shè)計(jì)開發(fā)的，他們之間相互信任;第二，互聯(lián)網(wǎng)是由科研團(tuán)體或政府研究機(jī)構(gòu)管理下的非商用網(wǎng)絡(luò)。這兩個(gè)假設(shè)滲透到了互聯(lián)網(wǎng)初期的設(shè)計(jì)中，尤其是用戶之間的相互信任機(jī)制。互聯(lián)網(wǎng)由教育科研的應(yīng)用環(huán)境向社會(huì)化應(yīng)用場(chǎng)景的發(fā)展過程中，出現(xiàn)了很多與體系架構(gòu)密切相關(guān)的問題，使得原來理想化的“端到端透明性”的互聯(lián)網(wǎng)核心設(shè)計(jì)思想遇到了極大的挑戰(zhàn)。

　　商用化時(shí)代的互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)遇到的第一個(gè)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(gè)純粹意義上的ISP能夠活下來，因?yàn)橹惶峁﹩我坏摹氨忍毓艿馈狈?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(diǎn) （Middlebox，中間結(jié)點(diǎn)），即所謂的“圍墻花園”模式，但這些邊界節(jié)點(diǎn)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(gè)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(jì)開發(fā)的，只是為了在一個(gè)關(guān)系密切的“小城鎮(zhèn)”內(nèi)多臺(tái)電腦之間的相互通信設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)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(gè)開放的社區(qū)中任何人相互之間的通信方式，這個(gè)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(jì)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(gè)挑戰(zhàn)是移動(dòng)性支持。互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)是基于固定（有線）方式的接入、終端是計(jì)算機(jī)的環(huán)境考慮的，未能考慮移動(dòng)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(jì)上：

　　1） IP技術(shù)。在設(shè)計(jì)任何通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須首先回答的三個(gè)核心問題是：WHO（身份），對(duì)通信中的網(wǎng)絡(luò)和終端節(jié)點(diǎn)做明確的標(biāo)識(shí);WHERE（在哪里），標(biāo)識(shí)一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的位置;HOW，如何把一個(gè)通信節(jié)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(gòu)和設(shè)計(jì)，在互聯(lián)網(wǎng)中IP地址同時(shí)具有定位 （Locator）和身份標(biāo)識(shí)（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)附著點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)，意味著位置信息已經(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(dòng)性。

　　2） TCP技術(shù)。TCP是一種端到端協(xié)議，其設(shè)計(jì)也沒有考慮到移動(dòng)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(huì)話建立時(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(yīng)用共享資源時(shí)流量變化引起的，這在移動(dòng)環(huán)境下顯然存在問題，因?yàn)檫@時(shí)兩點(diǎn)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(gè)TCP端點(diǎn)之間的帶寬可能是變化的，信號(hào)強(qiáng)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(cuò)誤引起的。

　　3） WWW技術(shù)。WWW相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用的設(shè)計(jì)，都假設(shè)終端是PC方式的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)終端的信息輸入能力、顯示能力、計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和能耗等沒有考慮在內(nèi)，導(dǎo)致目前多數(shù)移動(dòng)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(dòng)終端新帶來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(yīng)用也還沒能夠充分加以利用，也缺乏有效保護(hù)。

　　3 移動(dòng)性支持方法

　　互聯(lián)網(wǎng)對(duì)移動(dòng)性的支持方案，都是后來打補(bǔ)丁實(shí)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(duì)移動(dòng)性支持的工作，直接體現(xiàn)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(jié)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(shì)，克服了移動(dòng) IPv4的三角路由和源地址過濾等問題。但自1996年推出移動(dòng)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(gè)對(duì)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(shí)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(xiàng)，也可以改善互聯(lián)網(wǎng)對(duì)移動(dòng)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(dòng)性支持。但目前無論是LISP和HIP，還都停留在理論和實(shí)驗(yàn)階段。

　　3.2 傳輸層

　　業(yè)界針對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，對(duì)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(cè)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(xiàn)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)通過設(shè)置中間代理結(jié)點(diǎn)，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(diǎn)是破壞了TCP端到端的屬性，基站等中間代理結(jié)點(diǎn)必須保留TCP通信中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，移動(dòng)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(cuò)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(dòng)終端設(shè)計(jì)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(dòng)終端上。移動(dòng)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(duì)網(wǎng)頁和多媒體資源進(jìn)行轉(zhuǎn)換以適應(yīng)移動(dòng)終端的特征，確保正常使用并改善用戶體驗(yàn)。

　　從內(nèi)容上來看，移動(dòng)內(nèi)容適配涉及WEB頁面內(nèi)容和音視頻內(nèi)容兩大類。WEB頁面內(nèi)容適配技術(shù)目前已經(jīng)有一些實(shí)際案例，如與Opera公司提供的與Opera Mini瀏覽器配合的Web適配系統(tǒng)，Bytemobile公司提供由運(yùn)營(yíng)商部署的Web Fidelity系統(tǒng)等。W3C正在制定更長(zhǎng)期的WEB內(nèi)容適配的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，包括WEB內(nèi)容適配需求（Content TransformaTIon Landscape 1.0）、WEB內(nèi)容轉(zhuǎn)換代理指南（Guidelines for Web Content Transformation Proxies）以及設(shè)備描述容器API（Device Description Repository Simple API）等。

　　音視頻內(nèi)容的適配技術(shù)則復(fù)雜得多，目前還沒有成熟的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。音視頻內(nèi)容適配需要解決編解碼格式兼容問題，需要進(jìn)行分辨率適配。同時(shí)，音視頻內(nèi)容視頻的實(shí)時(shí)性、服務(wù)質(zhì)量要求很高。這些都增加了適配技術(shù)的難度。