相应地,移动装置在办公室的有线局域网和无线广域网间自由切换,而在此过程中,已建立的连接仍将继续而不发生中断,当然,这种类型的机动性需要有移动IP地址(Mobile IP [RFC2002])。
1.2 无线连接的设想(Assumptions about the Radio Link)
上面提到的系统结构大多数是假设基于一个无线连接(也可能多于一个无线级),因而并不足以体现无线连接的特性。另外还有如下的考虑:
- 什么是无线媒介的缺欠呢?由于突发错误和断线,使得无线连接的BER比有线网络更高。下面的技术通常没有列出全部类型的错误,相应的,完美的解决方案应当综合所有建议中的精华。但在本文中,我们将更关注大多数典型的案例,并提供解决的建议,这些案例是:
(1) 由于随机错误而导致的更高的‘位错率’(BER)。这些随机错误意味着链路层错误纠正及中继会产生更长且不定的延迟。
(2) 由于系统转换(handoff)或断开而产生的服务中断。
其中后者同样重要,在本调查中,我们也包括了对应的建议。
- 无线服务是基于数据报的还是基于虚电路(virtual circuit)呢?目前,通过虚电路切换还用得比较普遍,但是信息包式网络也开始出现,例如,Metricom的Starmode [CB96], CDPD [CDPD]、综合信息无线服务,即GPRS(General Packet Radio Service)及GSM中的[BW97]。
- 无线连接能提供什么样可靠性呢?无线服务的特色在于它会对信息包(packet)或帧(frame)进行中继,直至其被目的地接收为止。当然,这种特性是可以被关闭的。例如,GSM允许关闭RLP[RLP](即Radio Link Protocol,无线连接协议)协议。Metricom有类似的“轻型(lightweight)”模式。在GSM的RLP中,在达到中继最大数量(协议参数)之前,帧可被中继。当到达此极限之后,会发生什么事情则完全由电信操作员来决定:或者断开物理连接,或者对序列数字重新同步的地方进行强制性复位,而且由于传递和接收缓冲区被清空还会导致数据丢失。一些无线服务,如CDMA IS95-RLP [CDMA, Karn93],为限制无线连接的延迟时间,规定只能对帧中继两次。这种做法有效地降低残余的错帧率,但是并没有提供完全可靠的连接服务。
Montenegro, et al. Informational [Page 6]
- 移动设备能同时进行数据的发送和接收吗?要做到这一点肯定会增加移动设备的电子成本。当然,这并非主要原因。在本文中,我们假定移动设备不同时进行数据的发送和接收。
- 移动设备能直接对无线连接上的多个点进行寻址吗?通过无线方式发往不同地点的信息包所走的路径是各自分开的,因此,和每个点相连的路径也会表现出不同的特性。其实非常普通,在任何给定的时间地点,移动设备只能与一个点(中间节点)相连。当然,随着科技的发展,殊如Channel-State Dependent Packet Scheduling应用以后,这些问题都可迎刃而解(见后面的"Packet Scheduling"节)。
2 它应不应该算IP协议?(Should it be IP or Not?)
第一个结论,是否用IP协议作为基础的网络协议。特别是由无线电话发展而来的一些数据协议并不总是(可能有时会)位于IP [MOWGLI, WAP]层的上部,这些建议源于在无线及有线部分间提供适应服务的代理的观念。
对移动设备来说,总是通过代理进行通信是合理的模式。然而,我们期望许多无线移动设备能在条件允许时尽可能地利用有线网络。这种模式很贴近膝上型电脑的使用方式:设备可以利用局域网(LANs),而在出办公室后,只能采取拨号方式上网。
对这些移动设备来说,采用IP架构是最好的方式,因为该方式要求不通过中间节点(指重连到W-LAN或办公室的10M网络)进行通信。
2.1 潜在的网络错误特征(Underlying Network Error Characteristics)
使用基于IP的网络协议需要有健壮的底层连接支持,这也是无线连接所关注的情况。
IP协议、可传输IP包的其它协议,从头到尾都是通过校验和(checksums)来保证的,这种机制已经落后了,而且在某种情况下也是可选的(见[Stevens94,Paxson97])。对于大多数Internet应用来说,校验和机制基本能满足要求;而在无线环境,raw方式的无线连接比其它端对端通道更为脆弱。因而对于无线连接来说,象这些通道那样一味依赖端对端机制来检测或纠正传输错误,是不可想象的。对此,应当通过本地连接机制来补足。
Montenegro, et al. Informational [Page 7]
另外,损坏的IP包仍会在网络上传播,直至到达目的主机才被丢弃。例如,中间的路由器需要校验IP包的检验和,但不管UDP或TCP的校验和。相应的,当IP包中的有效负载损坏了,直到该包到达最终目的地才会被发现。
为了提高无线连接的特性,以为IP提供更可靠的服务,一个较好的办法是使用连接层机制(link-layer mechanisms),如FEC、中继等。这种方法已被CDPD、 Ricochet 和CDMA所采用。
该方法大体上类似于成功配置后的点对点协议(Point-to-Point Protocol ,PPP),有健壮的组帧及16位校验,在有线网络上可替代串线接口协议(Serial Line Interface Protocol ,SLIP),采用单字节组帧,不设校验。
[AGS98]建议在卫星环境下使用FEC。
注意,连接层可以调整其尺寸以防止位错率(BER),它可以自行对包进行分解及组装,这样,IP仍可容纳足够大的MTU(最大传输单元)尺寸[LS98]。
用IP来传输的主要问题是它的头太大了,目前一些基本连接层协议如PPP[RFC1661],位于IP层上面,可以允许对头进行压缩配置[IPHC, IPHC-RTP, IPHC-PPP],从而极大程度缓解了此类问题。
2.2 非IP选择(Non-IP Alternatives)
针对无线环境,提出来许多非IP方式的选择,下面是个有代表性的建议:
2.2.1 WAP
无线应用协议(Wireless Application Protocol ,WAP)指定了应用架构以及无线设备(移动电话、寻呼机、PDA)的网络协议[WAP]。该体系需要在移动设备及服务器之间架设代理。WAP协议堆栈层在数据报传输服务层上面。大多数无线网络都提供这种数据报服务,例如:IS-136, GSM SMS/USSD,IP网络中的UDP(如CDPD)及GSM的GPRS。
Montenegro, et al. Informational [Page 8]
WAP协议的核心是带有附加特性的二进制的HTTP/1.1协议。附加特性是指在请求之间缓冲报头、在客户和服务器之间共享状态等等。
2.2.2 配置非IP选择(Deploying Non-IP Alternatives)
IP在Internet上可谓是根深蒂固,非IP方式要想推广会面临着巨大阻碍,仅仅因为它们不是基于IP构架的。任何非IP方式要提供网关服务就必须实现IP地址与非IP地址之间的对应,必须在网关处就终止IP级的安全,而且在网关处不能采用基于IP发明的协议(如动态主机配置协议-Dynamic Host Configuration Protocol,域名服务器- Domain Name Services,轻型目录访问协议- Lightweight Directory Access Protocol,服务定位协议- Service Location Protocol等等)进行转换。
更为复杂的情况是设备同时支持无线操作和有线操作。如果设备使用IP来进行无线操作,当切换到有线网络时,操作过程不中断――使用移动IP还是可能实现的。但如果使用了非IP的方式,这种转换就比较难于实现了。
非IP方式面临这样一个责任,就是它必须能提供证据来证明IP无法适应无线环境,从而确定IP在无线环境不可行。
2.3 基于IP的考虑(IP-based Considerations)
看看IP在全球范围内的应用,很显然,它可以成为网络技术的基础协议。优化技术的实现使得传统Internet应用协议,包括IP或UDP上层的新协议因此得益。
2.3.1 选择最大传输单元(Choosing the MTU) [Stevens94, RFC1144]
在慢速网络中,传输允许范围内的最大包所用时间是相当大的。交互回应时间应当不会超过人为因素极限-100到200毫秒。该时间应当被考虑到最大时间预算中:
(1) 发送包;
(2) 得到回应。在大多数网络堆栈的实现中,(1)对最大传输单元(maximum transmission unit,MTU)的依赖程度较高。在最坏情况下,交互式应用中,一个小包在被发送前可能要等待一个批量传输应用的大包。因此,比较好的规则是选择MTU,看看它的传输时间是不是比200毫秒小(如果只是大一点也行)。
Montenegro, et al. Informational [Page 9]
当然,采用压缩技术和服务类型排队(交互式数据包被赋予更高的优先级)可缓解此问题。特别是后者可以减少等待时间,大约节省1/2个MTU传输时间。
2.3.2 MTU通道发明( Path MTU Discovery) [RFC1191]
MTU通道发明使得基于IP的任何协议因此得益。它允许发送者来决定向给定目的发送的最大端对端传输单元。没有MTU通道发明,缺省的Ipv4的MTU尺寸是576。使用更大的MTU的好处是:
- 小的报头数据开销率(Smaller ratio of header overhead to data)
- 在段的单元增加时,允许TCP能迅速增大窗口。
当然,对于给定的位错率(BER)来说,MTU越大,相应指定段出错的概率也越大。但如果使用更底层的技术,如FEC和链路层中继,BER是可能降低的。由于额外的中继而引发的延迟已经成为一个难题,实际中,带有大MTU的包传输时间要相对长一些。
建议:推荐采用通道MTU发明。[AGS98]建议将其应用到卫星环境。
2.3.3 非基于TCP协议的建议(Non-TCP Proposals)
其它的协议都假定基于IP数据报服务,要么在IP层上[NETBLT],要么在UDP层上[MNCP],实现一种优化的传输方式。还可以用不依赖TCP协议的方式来实现,与之相关的研发也积累了许多宝贵的经验。然而,Internet体系没有崩塌,相反,由于它的主要协议(TCP)在使用网络时非常谨慎,将所有因网路堵塞等情况产生的问题都看作是黑匣,即不透明的,从而避免了进一步的堵塞。
然而,在无线媒介层,因高位错率(BER)或信号衰减等导致的讹误会引发丢包。可选择的协议有:
- NETBLT [NETBLT, RFC1986, RFC1030]
- MNCP [MNCP]
Montenegro, et al. Informational [Page 10]