前言

　　移動互聯網是移動通信網和（固定）互聯網相互融合的產物。移動通信網絡和互聯網原來各自在其領域，都取得了巨大的成功，但從商業模型到技術架構，從終端、網絡到應用都存在很多的差異性。二者不同的文化背景和資源優勢，導致以移動電話公司為代表的、以移動話音為主業的移動通信業，與以互聯網和計算機廠家為代表的、以數據通信為中心的互聯網業對移動互聯網的理解在諸多方面有所不同。加之最近兩年，隨著美國蘋果公司以終端為中心在iPhone、 iTouch、App Store等商業和技術方面創新所取得的巨大成功，使得對移動互聯網的理解出現了“三足鼎立”的局面。

　　1） 以移動網為中心的定義

　　采用智能手機/手持數字助理、筆記本電腦和上網本等移動終端，通過移動網接入開放互聯網、無線接入協議（WAP）、IP多媒體協議（IMS）等互聯網業務。這個理解主要來自移動通信業，認為移動互聯網是“移動網”的發展，只是所提供的服務從傳統移動通信業務發展到了“互聯網業務”，終端從手機發展到了多種智能終端。這種定義試圖在與3GPP等提出的“移動分組網”加以區別的同時，引入了兩個含糊不清的概念：“移動網”和“互聯網業務”。廣義的講，移動網可以是鏈路層或網絡層，甚至是應用層和內容層的，而這里似乎僅指蜂窩移動網。另外，把IMS等也納入到“互聯網業務”，而IMS是對應用實現的技術性描述，與“互聯網業務”不是一個層面的事情。

　　2） WEB為中心的定義

　　通過移動設備（如PDA、手機）或其他便攜設備（如上網本等）連接到公眾網絡上，訪問萬維網（WWW）。這種理解來自互聯網界，認為移動互聯網是互聯網的發展，只突出強調了手持終端在WEB層面帶來的差異性。當然這里的差異性可以是限制性的（如接入速率慢、終端屏幕小等），也可以是優勢性的（更好的便攜性、具有位置信息等）。雖然目前互聯網上絕大多數的應用類型是WEB方式的，但也有一些應用不是（如需要下載客戶端軟件），因此該定義不能涵蓋一些非WEB方式的移動互聯網應用（如部分短消息，地圖等移動應用）。另外，手持終端和無線接入鏈路對移動互聯網的傳輸層和網絡層的影響也未考慮在內。

　　3） 以終端為中心的定義

　　以移動終端為中心（注意，不是以手機為中心），通過用戶界面、開發工具、硬件、分布式處理以及3G+WLAN等無線接入能力，對互聯網和移動產業生態系統進行優化，提供了全新的用戶體驗和定價方式。1990年微軟針對個人電腦推出Windows 3.0的創新，徹底改變了PC時代;1995年網景瀏覽器（及其首次公開募股）針對互聯網的創新，讓（固定）互聯網出現了爆炸式增長;蘋果公司從2007 年開始的基于移動終端的創新

　　（iPhone 、iTouch和App Store），引領了移動互聯網的新時代。

　　本文從固定互聯網開始，介紹了互聯網的體系架構及所面臨的移動性支持等挑戰，闡述了為應對移動性的挑戰，互聯網目前所做的一些工作以及存在的問題等。文章的最后認為從互聯網的外部看，移動互聯網仍然采用的是互聯網的體系架構，只是在網絡層、傳輸層和應用層等增加了一些移動性支持功能而已。而從互聯網的內部看，移動互聯網增加的這些功能，雖然對互聯網架構都是演進性改變，但因為終端的便攜性和網絡的廣覆蓋等，這些變化將對上層應用產生“革命性”的影響，傳導后對整個人類社會將產生重大影響。

　　1 互聯網的體系架構

　　與移動通信網集中控制、層次化路由的體系架構不同，互聯網倡導的是一種建立在“自律”基礎之上的“開放”、“平等”和“創新”，讓人人都可以參與建設和發展的精神理念。在這一精神理念的指導下，互聯網工程界提出了“端到端透明性”的核心設計理念。RFC3439等所描述的“端到端透明性”是互聯網少有的、一直堅持的體系架構的核心設計原則。所謂“端到端透明性”，就是在互聯網協議（TCP/IP）的設計中，將互聯網系統中與通信相關的部分（IP網絡）與高層應用（端點）分離，最大限度地簡化網絡的設計，將盡可能多的復雜性和控制放在用戶終端上。有些文獻也稱其為“沙漏”模型，如圖1。今天所看到互聯網的所有特征（包括移動方面外部和內部的優點及問題），幾乎都與其“端到端透明性”的核心設計理念有關。

　　這一核心設計理念后來隨著互聯網的發展得到了延伸，被擴展為：TCP/IP協議設計中應盡可能地將狀態信息維護在端點上，網絡內部不維護與特定應用相關的任何狀態信息，因為只有這樣，才可能在網絡中的某部分發生故障時不會中斷通信，除非通信端點自身出現故障。根據這一擴展后的理念，出現了下面大家熟知的推論：

　　1） （無連接的）分組交換技術優于傳統的電路交換網絡，因為分組交換網絡中不維護狀態信息，因此只有通信終端發生故障時才會中斷通信;

　　2） 業務與承載分離，IP網絡中不保存與業務和應用相關的信息，終端智能化而網絡傻瓜化。

　　互聯網的這一核心設計思想，很明顯是基于固定網絡的：

　　1） “端到端透明”，意味著互聯網認為無論是有線的還是無線的，無論鏈路層屬性差異如何巨大，網絡層都會“盡力而為”地提供服務，即端到端通信的服務能力很可能是受限于最差性能段的那段無線鏈路;

　　2） 希望把復雜性放在終端上，意味著終端必須具有很強的計算和存儲能力，網絡傳輸這種計算任務的能力也要相對較強;

　　3） 網絡中最大限度地不保留狀態信息，意味著網絡認為移動性支持不是必須的功能，不屬于體系架構要考慮的問題，而是“增值”服務。

　　2 移動性帶來的挑戰

　　端到端透明性具有很多優點，為后來互聯網從實驗室走向社會，商用化的蓬勃發展起到了決定性的作用。但這種設計有兩個基本假設：第一，互聯網最初是由具有共同愛好的技術專家設計開發的，他們之間相互信任;第二，互聯網是由科研團體或政府研究機構管理下的非商用網絡。這兩個假設滲透到了互聯網初期的設計中，尤其是用戶之間的相互信任機制。互聯網由教育科研的應用環境向社會化應用場景的發展過程中，出現了很多與體系架構密切相關的問題，使得原來理想化的“端到端透明性”的互聯網核心設計思想遇到了極大的挑戰。

　　商用化時代的互聯網體系架構遇到的第一個嚴峻挑戰是商業模型的問題，這直接導致了互聯網“端到端透明性”遭到嚴重破壞。上世紀90年代互聯網服務提供商（ISP）的出現，標志著互聯網商用化的開始。但是互聯網的開放接口只是IP包轉發服務，而不是高層業務和應用的接口，因此ISP只能提供所謂的 “比特管道”業務，很難提供可盈利的高層業務和應用。因此，最近幾年導致大量ISP的倒閉、破產和兼并，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，把他們的IP網絡圈起來，增加一些邊界節點 （Middlebox，中間結點），即所謂的“圍墻花園”模式，但這些邊界節點的應用明顯違反了互聯網端到端透明性的理念。典型的“中間體”包括緩存、防火墻和網絡地址翻譯（NAT）等設備類型。

　　第二個挑戰是用戶群的變化。互聯網最初是由具有共同愛好的彼此信任的技術專家設計開發的，只是為了在一個關系密切的“小城鎮”內多臺電腦之間的相互通信設計的，因此互聯網的用戶彼此之間相互信任是其非常重要的一個設計假設。如今隨著互聯網規模和用戶的日益增加，互聯網已經演變成了在一個開放的社區中任何人相互之間的通信方式，這個社區從地域上說是全球化的，不存在什么管制規則，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，但假設用戶相互信任的互聯網“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，現在的互聯網用戶已經從原來的技術人員發展到了可能不懂技術，用戶希望互聯網終端像電話終端那么“傻”和容易使用，導致智能性被迫從終端向網絡中遷移。

　　第三個挑戰是移動性支持。互聯網的設計是基于固定（有線）方式的接入、終端是計算機的環境考慮的，未能考慮移動應用環境中的無線網絡和小型終端可能帶來的問題，這直接體現在WWW/TCP/IP等協議的設計上：

　　1） IP技術。在設計任何通信網絡時，必須首先回答的三個核心問題是：WHO（身份），對通信中的網絡和終端節點做明確的標識;WHERE（在哪里），標識一個通信節點在網絡中的位置;HOW，如何把一個通信節點的信息傳遞到指定的地方去。為了簡化網絡架構和設計，在互聯網中IP地址同時具有定位 （Locator）和身份標識（IdenTIty）的作用。而在移動互聯網的環境下，一個實體連接到互聯網的網絡附著點發生變化時，意味著位置信息已經改變了（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了沖突，導致互聯網無法直接支持移動性。

　　2） TCP技術。TCP是一種端到端協議，其設計也沒有考慮到移動性的支持問題，尤其是無線環境和有線環境的巨大差異性。比如，TCP假設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用共享資源時流量變化引起的，這在移動環境下顯然存在問題，因為這時兩點之間的寬帶不一定是固定的。另外，TCP 假設丟包是由于“擁塞””引起的，但在無線環境下兩個TCP端點之間的帶寬可能是變化的，信號強弱和距離都會影響到帶寬資源，丟包很可能不是網絡擁塞而是電磁干擾造成的比特錯誤引起的。

　　3） WWW技術。WWW相關技術和應用的設計，都假設終端是PC方式的，因此在設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，導致目前多數移動終端無法直接訪問互聯網上上千億的、豐富的網頁和內容。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技術和很多移動應用也還沒能夠充分加以利用，也缺乏有效保護。

　　3 移動性支持方法

　　互聯網對移動性的支持方案，都是后來打補丁實現的，主要體現在網絡層、傳輸層和應用層。

　　3.1 網絡層

　　網絡層對移動性支持的工作，直接體現在移動IP技術上，間接反映在身份與位置分離等技術上。移動IP是一種在互聯網中提供移動性支持的特殊路由協議，可以將IP包路由到不斷改變位置的移動節點去，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技術以來，一直沒能得到成功應用，原因不僅是技術方面的（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，包括基于網絡的和基于終端的兩種。比如IETF剛開始標準化的基于網絡的位置身份分離協議（LISP），邏輯上是把企業通過其邊緣路由器向全球互聯網播出的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網，旨在減少保存在ISP核心路由器的路由表項，也可以改善互聯網對移動性的支持。而基于終端的主機身份協議（HIP），在協議棧中增加了“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

　　業界針對無線網絡環境，對TCP技術也已經做了一些改進，大致可以分為三類。第一類是利用本地無線鏈路層的重傳機制做一些性能優化，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。第二種技術通過設置中間代理結點，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，基站等中間代理結點必須保留TCP通信中的數據和狀態信息，移動終端中的相關應用也必須二次建立連接。第三種方式是增加和利用TCP協議等的一些消息字段，顯式通知真正的丟包原因。如利用網際差錯消息協議（ICMP），顯式丟包通知和局部通知等。

　　3.3 應用層

　　除了通過無線接入協議（WAP）和.mobi等方式，為移動終端設計專門的網頁和內容的方法外，另外一種典型做法是把（固定）互聯網上的網頁和內容適配到移動終端上。移動適配技術通過在網絡上的不同位置（服務器、網關和終端三種）部署專門的網關或代理服務器，對網頁和多媒體資源進行轉換以適應移動終端的特征，確保正常使用并改善用戶體驗。

　　從內容上來看，移動內容適配涉及WEB頁面內容和音視頻內容兩大類。WEB頁面內容適配技術目前已經有一些實際案例，如與Opera公司提供的與Opera Mini瀏覽器配合的Web適配系統，Bytemobile公司提供由運營商部署的Web Fidelity系統等。W3C正在制定更長期的WEB內容適配的相關標準，包括WEB內容適配需求（Content TransformaTIon Landscape 1.0）、WEB內容轉換代理指南（Guidelines for Web Content Transformation Proxies）以及設備描述容器API（Device Description Repository Simple API）等。

　　音視頻內容的適配技術則復雜得多，目前還沒有成熟的技術和標準。音視頻內容適配需要解決編解碼格式兼容問題，需要進行分辨率適配。同時，音視頻內容視頻的實時性、服務質量要求很高。這些都增加了適配技術的難度。