5G时代已经到来，TCP/IP已经过时，你还能吃吗？

来源：即时通讯网 2020-07-01 17:02:03

1.介绍

对于经常阅读我的文章的即时消息开发人员来说，今天要讨论的话题似乎有点无关紧要。

是的，自从我整理了一系列的文章“即时消息开发人员零基通信技术简介”之后，我对网络编程的理解开始变得模糊。

让我们回到正题。现在，5G技术越来越接近我们的生活。它被称为5G，网络延迟为1毫秒，下行速度为10 GB/s。在如此糟糕的网络性能指标下，旧的传输控制协议/协议还能保持吗？有了这个想法，就有了这篇文章的内容。

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▲5G网络速度有多快？看着图片感受它(来自“零基础，历史上最强的5G技术素养”的图片)

本文已在“即时通讯技术圈”公开发表，欢迎关注:

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▲本文关于公开号码的链接是:https://mp.weixin.qq.com/s/kOCyzhxyFyo4tja21JpRlA

2.学好TCP/IP就足够了吗？

对于即时通讯技术的开发者来说，从技术层面来说，最常见的聊天信息的传递必须涉及网络编程技术，而网络编程的核心是TCP/IP协议(确切地说，是TCP/IP协议簇，详见TCP/IP)。毫无疑问，有必要对TCP/IP协议进行深入研究。

基本上，对于普通的即时消息或消息推送系统的开发，熟悉与TCP/IP相关的计算机网络基础就足够了。

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▲很多人都读过这本书

3.移动网络问题只能取决于我的坏代码？

写了即时通信网络通信层的学生非常清楚，在移动网络(我具体指的是2g/3g/4g/5g的运营商)中，由于无线通信媒体和技术实现的特殊性，存在许多传统有线互联网从未有过的网络通信问题。

以移动脆弱网络中的各种即时消息问题为例，大多数开发人员并不确信他们自己的网络层代码写得不好，是的，在许多情况下确实如此。

我收集了以下讨论过的材料。如果你感兴趣，你可以阅读它们:

现代移动网络短连接优化方法综述:请求速度、弱网络适应和安全保障

“百度APP移动网络深度优化实践分享(3):移动弱网络优化”

微信移动应对网络弱势的探索与实践

移动弱网络环境下YY直播深度优化实践共享(视频+PPT)[附件下载]

事实上，很少有人会想到，在现代移动网络发明50年后，TCP/IP协议是否仍能很好地工作。以薄弱的网络问题为例，是不是因为我的即时消息总是丢失消息和断开连接，我的代码太糟糕了？

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没错，这不仅仅是应用层代码编写的问题，它可能涉及到TCP/IP的设计限制，甚至移动网络的底层设计也不完美。

以下两篇关于弱网络问题的文章已经深入到运营商的通信技术中，强烈建议阅读它们:

“移动即时消息开发人员必须阅读(1):易于理解，理解移动网络的“弱”和“慢”

移动即时消息开发者必须阅读(2):历史上最全面的移动弱网络优化方法总结

如果您的认知已经开始对底层网络通信技术感到困惑，那么下面的文章适合您:

即时通讯开发者零基通信技术介绍(六):“基站”技术作为移动终端的连接器

即时通讯开发者零基通信技术介绍(七):移动终端的最大化——“电磁波”

即时消息开发者零基通信技术介绍(8):零基，历史上最强的“天线”原则素养

即时消息开发者零基通信技术介绍(九):“核心网”，无线通信网络的中心

即时通讯开发者零基通讯技术介绍(10):零基，历史上最强的5G技术素养

即时通讯开发者零基通信技术介绍(XI):为什么无线信号不好？一句话就明白了！》

即时消息开发者零基通信技术介绍(12):互联网接入？网络中断了吗？一句话就明白了！》

即时通讯开发者零基通信技术介绍(十三):为什么手机信号不好？一句话就明白了！》

即时通讯开发者零基通信技术介绍(14):在高速铁路上无线上网有多难？一句话就明白了！》

4.简要回顾协议/协议

从字面上看，有些人可能认为TCP/IP指的是TCP和IP。在现实生活中，有时它真的指这两种协议。

但是，在许多情况下，它只是协议套件的通用名称，在使用IP进行通信时必须使用。

具体来说，网际协议或网际协议协议、网际协议或网际协议协议、网际协议或网际协议协议、网际协议或网际协议协议以及网际协议协议都属于网际协议/网际协议协议。它们与TCP或IP密切相关，是互联网不可或缺的一部分。网络协议通常指的是这些协议，因此，网络协议有时被称为互联网协议套件。

在互联网上通信时，需要相应的网络协议。TCP/IP最初是为使用互联网而开发的协议套件。因此，互联网协议是TCP/IP，而TCP/IP是互联网协议。

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▲上图反映了TCP/IP协议族的关系(该图引自《计算机网络通信协议图》)

5.协议/协议可能太旧

对于现代移动网络来说，TCP/IP可能太旧了。让我们简单了解一下TCP/IP协议的生成过程。

1973年，卡恩和约瑟夫开发了两个核心的协议:TCP和IP。

1974年:卡恩和约瑟夫正式公布了TCP/IP协议并详细解释了它。同时，为了验证TCP/IP协议的可用性，数据包从一端发送，经过近100，000公里的路程到达服务器。在这次传输中，数据包没有丢失一个字节，这充分证明了TCP/IP协议的成功。

1983年，TCP/IP协议正式取代了网络控制协议，从那时起，TCP/IP已经成为大多数互联网的一种通用网络规则。

1984年:TCP/IP协议被美国国防部确认，并成为大多数计算机的通用标准。

是的，你没有弄错。协议是50年前设计的！

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▲罗伯特·卡恩(左)和温特·约瑟夫(右)(图片引自“技术的过去:TCP/IP协议改变世界”)

6.TCP/IP最初是为固定网络设计的

虽然TCP/IP自20世纪70年代就被发明了，但它连接了无数台计算机，促进了互联网的蓬勃发展。

但不可避免的现实是，基于TCP/IP的互联网最初是为固定网络和网络互联而设计的，今天我们已经发展到了移动互联网时代。

回顾过去，在未来，5G将面临各种应用和使用情形，如增强现实/虚拟现实、超高清视频、物联网、汽车联网等。此外，网络安全的紧迫性日益突出，而TCP/IP可能难以适应未来。

7.网际协议可能不适合移动网络

7.1在TCP/IP设计之初，高速移动网络的时代是无法预见的

在TCP/IP刚刚设计出来的时代，也就是传统固定互联网的第一年，主机是固定的，用于寻址的IP也是固定的，世界是平的。

然而，随着应用和芯片技术的蓬勃发展，设备越来越小，应用也越来越丰富。当你感到不知所措时，移动互联网时代已经到来。

然而，传统的TCP/IP协议不适用于移动网络。对于TCP/IP协议套件中最常用的TCP协议，传统的TCP协议是基于TCP/IP协议报头字段中的五元组，标识设备的IP地址只标识设备位置，而不标识设备本身(事实上，无论什么年代，IP地址都不应该标识设备本身，它就是位置！问题是，TCP不应该用标识位置的元素来标识设备。

对于移动互联网，一旦移动设备(如智能手机)改变其位置(通信基站被切换)，其IP地址也将改变，然后所有现有的TCP连接将被中断。

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▲运营商基站有覆盖，覆盖范围不大

了解底层移动网络通信技术的开发人员可能知道，移动电话的通信是由固定的基站来代表的。换句话说，当您移动到下一个基站时，移动电话将自动切换到新的基站，然后再次与运营商的无线系统执行一系列连接建立过程。

这在日常生活中不是问题，但在时速350公里的复兴高速铁路上用手机上网会导致严重的问题。因为基站的信号覆盖范围有限，当移动电话以如此快的速度移动时，基站的切换将如此频繁，以至于网络工程师会崩溃(如果你感兴趣，你可以阅读即时消息开发者的零基通信技术简介(XIV):在高速铁路上无线上网有多难？一句话就明白了！).

TCP/IP和网络之间的关系可以做一个有趣的类比。

假设互联网是一条高速公路，TCP/IP是这条高速公路上的一组交通规则。在制定这套规则时，可能只考虑市场上的普通道路(最多高速公路使用)，但在当前的5G时代，它就像一条时速350公里的高速铁路。想象一下普通的城市交通规则被应用到高速铁路上，那不是一场灾难吗？

普通城市的交通速度不会很快，制定各种规则的误差和余地会比较大。然而，在高速铁路上，当速度非常快并且交通信号控制非常精确时，这套规则对于驾驶高速铁路的司机来说肯定是可怕的。TCP/IP就像旧的5G流量规则一样。用它来控制如此快速的5G特快列车是不是很疯狂？

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7.2TCP/IP不同于电信网络的基因

基于TCP/IP的互联网最初是为固定网络和网络之间的互连而设计的，而运营商的移动网络则是为移动连接而诞生的。互联网连接是分布式的，而移动通信网络是集中控制的。

两者的技术基因确实非常不同。在移动网络网络性能缓慢的早期，两者之间的矛盾似乎并不突出。

实际上，在传统的电信网络(即最常用的电话和短信网络)和信息技术互联网中，两个人有他们自己的游戏(电信网络由3GPP标准化组织代表，互联网由IETF标准化组织代表)。

在移动网络不发达的时代，这两个群体玩他们自己的游戏，每个人都不必鸟任何人。

随着人们对移动互联网需求的不断增长，从事电信网络的人们只能找到接入传统互联网的方式，这在当时一定是太强大了，移动网络的应用场景还处于探索阶段。为了快速解决移动互联网的问题，困扰IETF的人是不好的，所有的痛苦都是默默承受的——虽然在移动网络上实施TCP/IP协议并不合适，但他们只能想办法制定移动网络的标准。

就像，传输控制协议/IP已经建立。对于那些从事移动网络的人来说，你可以建造一条普通的道路(2G)，一条高速的公司道路(3G)，或目前的高速铁路(5G)。不管怎样，你只能靠这辆车过活。本来，你应该在什么路上跑什么车，但是现在不管你走什么路，你都只能跑这辆车。反正车跑不好，所以不要怪车，要怪路。。。

奇妙的逻辑，就像TCP/IP和移动网络之间的关系。

因此，在5G时代，甚至在未来的6G和7G时代，这种“不情愿”的结合将不可避免地带来诸如网络效率低和基础设施成本高的问题。

8.移动运营商已经意识到了这个问题

是的，老板们已经意识到问题的严重性，并正在努力解决它。

2020年4月初，欧洲电信标准协会(ETSI)成立了一个新的行业标准工作组“非IP网络”(ISGNIN)，以解决新服务(尤其是5G服务)面临的旧网络协议中存在的问题。

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▲详细新闻内容“点击此处查看”

该工作组的目标是为5G网络研究开发新的网络协议，以取代TCP/IP。

是的，这些移动运营商已经发现在4G甚至5G网络中使用的基于TCP/IP的技术存在一些问题。

由于TCP/IP协议最初是为互联网而设计的，而不是为移动通信网络而设计的，因此当TCP/IP协议引入移动通信网络时，增加了移动性、安全性、服务质量等功能，使得网络更加复杂，频谱利用率较低。为了解决这些问题，随后的修理和替换导致成本、延迟和功耗的增加。

老大哥终于承认，对于一些5G的高级服务来说，传输控制协议/网际协议并不被认为是最好的。

9.未来移动网络会发生什么？

尽管TCP/IP可能越来越难以适应移动网络的发展，但不可否认的是，TCP/IP在短期内是不可替代的。

毫无疑问，基于TCP/IP的传统互联网所构建的软件和硬件世界(尤其是硬件)不是一次性的事件，而是需要根据成本和各方利益反复权衡和发挥的事情。

一个很好的例子是IPv4和IPv6。虽然每个人都知道IPv4的困境，但IPv6已经被人们呼唤了这么多年，现在它仍然很遥远。我们必须知道IPv6已经被使用了10年了。因为这个小小的IP地址几乎涉及到互联网的所有环节，从硬到软，并且有很大的影响力。

对于即时消息开发者来说，由于移动网络的特殊性，技术改变王朝并不罕见。

例如，著名的XMPP协议在设计之初也是雄心勃勃的——“让即时消息变得像打开网页一样简单！”。事实上，XMPP在数据结构的肉眼可读性和优雅性方面都非常优秀，但是不幸的是，设计者从来没有想到移动网络会发展到这种情况，或者说设计者从来没有考虑过在移动网络下使用XMPP。因此，下面的故事对每个人来说都很清楚——每个人都抱怨XMPP的臃肿和多余(是的，我在这里收集了很多这样的文章)，这是一个典型的将优势转化为劣势的例子。

也许，在未来的某一天，移动网络最终会属于为自己定制的网络协议标准。对于从事网络通信的程序员来说，如果这个新标准能让基于移动网络的代码编写变得更加愉快，那将是非常感激的！

10.参考

[1]传输控制协议/协议完成？继新知识产权之后，另一个非知识产权出现了

[2] 5G:再见

[3]重新设计TCP/IP协议栈以支持设备移动性

[4]5g会放弃TCP/IP吗？

[5] ETSI推出新的非IP网络组，致力于5G新服务

附录:网络编程的更多基本信息

TCP/IP的详细说明-第11章UDP:用户数据报协议

TCP/IP的详细说明-第17章TCP:传输控制协议

TCP/IP的详细说明-第18章TCP连接的建立和终止

TCP/IP的详细说明-第21章TCP的超时和重传

技术过去:TCP/IP协议改变世界(珍贵的多画面，手机注意)

易于理解——对TCP协议的深刻理解(一):理论基础

易于理解——对TCP协议的深刻理解(ⅱ): RTT，滑动窗口，拥塞处理

理论经典:三次握手和四波TCP协议详解

理论与实践相结合:无线鲨鱼对TCP三握手四波的数据包捕获分析

计算机网络通信协议图(中文版)

UDP中数据包的最大大小是多少？》

P2P技术的详细说明(一):网络地址转换的详细说明——P2P的详细原理和介绍

P2P技术详解(二):P2P中的网络地址转换穿越(打洞)方案详解(基本原理)

P2P技术详解(3):P2P中的网络地址转换穿越(打洞)方案详解(高级分析)

P2P技术详细说明(4):P2P技术的STUN、TURN和ICE的详细说明

易于理解:快速理解P2P技术中的NAT穿透原理

高性能网络编程(一):一台服务器可以有多少个并发的TCP连接

高性能网络编程(二):十年来著名的C10K并发连接问题

高性能网络编程(3):在未来10年，是时候考虑C10M的并发问题了

高性能网络编程(四):从C10K到C10M的高性能网络应用的理论探索

高性能网络编程(5):读取高性能网络编程中的输入输出模型

高性能网络编程(ⅵ):阅读高性能网络编程中的线程模型

Java的BIO和NIO很难理解？练习用代码给你看，不明白我的职业变化！》

未知网络编程(一):TCP协议中的疑难问题分析(上)

未知网络编程(二):TCP协议中的疑难问题分析(下)

未知的网络编程(3):为什么在关闭TCP连接时要等待时间和关闭等待时间

未知网络编程(4):深入研究和分析TCP异常关机

未知网络编程(5): UDP连接和负载平衡

未知网络编程(ⅵ):深入理解UDP协议并充分利用它

未知网络编程(七):如何使不可靠的UDP可靠？》

未知网络编程(8):从数据传输层深度解密HTTP

未知网络编程(九):理论联系实际，全方位理解域名系统

惰性网络编程导论(一):网络通信协议的快速理解(上)

惰性网络编程导论(二):网络通信协议的快速理解(下)

网络编程中的懒人介绍(3):快速理解TCP协议就足够了

网络编程中的懒人介绍(4):快速理解TCP和UDP的区别

网络编程中的懒人入门(5):快速理解为什么UDP有时优于TCP

网络编程中的懒人介绍(6):历史上最流行的集线器、交换机和路由器的功能原理介绍

网络编程中的懒人介绍(7):用简单的方式理解HTTP协议

网络编程中的懒人介绍(8):教你写基于TCP的套接字长连接。

网络编程中的懒人介绍(9):通俗的解释，当你有IP地址的时候为什么要用MAC地址？》

网络编程中的懒人入门(10):泡在尿里的时候，快速理解quic协议

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