美國怕5G顛覆互聯網協議？我與網友有次對話-科工力量
【文/科工力量專欄作者 程小康】
前幾天在風聞《吳基傳：5G的重點不是取代4G而在工業互聯網》文章下面，有網友給出熱評，他認為“5G的最大意義是把當前基於ip尋址的互聯網世界，擴展成IP-5GID尋址模式。這樣一來，過去的IP協議網絡在很多領域（典型就是物聯網）可能都會被架空。這將意味基於TCP/IP網絡的各種信息管理手段都將被迭代…….。”
（網友的風聞熱評）
看到評論的時候筆者就有點疑惑，因為5G説白了，就是4G的一種升級，從2G只能手機打電話，升級到3G、4G能手機聊QQ、聽音樂、看電影，而5G不僅能幹前面的事情，而且更快，電影幾秒加載完畢，不再卡頓。5G它是一種通信協議，主要是通過物理層面的改進，提升網絡的性能，採用更高的頻率，不再有信道的重疊，採用毫米波等一些列物理技術手段，提升性能，未來為了能讓廠家能生產出標準的5G設備，就需要根據這些升級的技術，制定一系列規範的標準，也就是5G通信協議，這樣商家就能生產出標準的5G通信設備。
與5G通信協議不同，TCP/IP所代表的是互聯網協議，是為互聯網上數據傳輸制定的一種規則。打個簡單比喻，5G就好像高速公路，通信協議就是為高速公路制定的規則。而互聯網協議就是快遞公司制定郵寄包裹規則，例如，包裹（數據）打包、包裹（數據）目的地址，包裹（數據）郵遞路線等。利用5G高速公路，數據包裹根據協議快速的運到目的地。
弄明白了5G通信協議和TCP/IP網絡協議的關係，可以理解網友的意思，他的意思是，如果以後採用5G這條高速公路，很可能就不會用到TCP/IP網絡協議，也就是數據郵遞規則（包括傳統的IP尋址模式）在很多領域可能被改寫或者迭代。
為此，筆者也特別聯繫了這位熱評網友，很幸運與他取得了聯繫，他是一名物聯網工程師，與他交流的過程中，他給出了自己的觀點認為，目前的各種技術還是基於4G平台和TCP/IP網絡協議，與娛樂數據的數據量大，可靠性要求低不同，5G時代的工業控制數據，實時性和可靠性要求都相當高，一個指令的傳遞，晚了半秒或者錯了1bit，就極有可能造成災難性的後果。這和娛樂性通信完全不同，需要大膽假設，當條件具備的時候，TCP/IP網絡很有可能被架起來，這個架起來的意思是IP網絡可能只是覆蓋廣大的PC類終端以及骨幹網絡。而所有的新的應用產生的數據，比如手機或物聯網終端，他們的數據極有可能不再必須依賴IP網絡。
他舉了一個簡單的例子，3G時代，兩台手機之間QQ，甲方發消息，首先是在手機網絡上傳輸，然後通過網關（手機網絡和IP網絡之間節點），通過網關進入IP網絡，然後進入另外一個網關，在發往乙方的手機網絡，最後到達乙方手機，4G時代，基本還是這種架構。但5G時代，支持終端機之間的信息傳遞，這就意味着5G網絡有自己的即時尋址方案，也就是説甲方發送消息給乙方，可以完全不用再走到IP網絡那一層，直接在手機網絡領域就完成整個過程，大家都成了內線通話，運營商怎麼收費。
與這位網友交流的過程中，筆者也“漲姿勢”不少，確實目前的TCP/IP協議非常複雜，而在未來物聯網的世界裏，裝在實際物體上的採集信息的傳感器不適合採用這樣複雜的網絡協議進行數據傳輸，例如在車輛網上，採用複雜的協議時，傳輸數據消耗的時間增加，滿足不了實時性要求，可能導致車禍。不過就目前而言，TCP/IP協議退出歷史舞台，可能性還很小，因為在傳統的互聯網領域，這份協議已經深深紮根。物聯網作為互聯網的一種升級，對互聯網是兼容的，馬上將TCP/IP協議剔除，可能無法做到。實際物體採集的數據，傳到互聯網上進行綜合處理，還是需要TCP/IP協議。而在以後，物聯網終端很強大，根據終端之間聯繫的需要，建立新的協議，可能不走IP網絡，對於這樣的構想可能在一個內部生態系統中實現，但是跨區域的遠距離數據傳輸，擺脱IP網絡還是難以實現。
為將5G、物聯網、TCP/IP講清楚，下面將從TCP/IP到底是什麼，5G和TCP/IP模型的關係，以及5G物聯網與TCP/IP網絡聯繫三個方面進行説明。
TCP/IP協議到底是什麼
這裏反覆説道TCP/IP協議，它具體在互聯網上起到什麼作用呢？瞭解互聯網知識的小夥伴，一定知道經典的OSI（Open System interconnection）七層模型，這是國際標準化組織制定的一個用於計算機或通信系統互聯的標準體系，它是一個七層抽象的模型體，既包括抽象的術語和概念，又包括具體的協議。TCP/IP協議就是其中重要的組成部分。
（通信體系中的七層參考模型）
七層參考模型中 ，第一層是物理層。兩個硬件之間如何通信，一台發比特流，另一台要能夠接收到，於是有了物理層。其關心的是接口、信號和介質，如：接口的形狀、尺寸，接口規定信號的電壓、電流、阻抗、速率等特性，數據流傳輸方式（全雙工、半雙工）。
第二層是數據鏈路層，鏈路層能控制對物理介質的訪問，通過電線能發數據流，也能通過無線電波傳送數據。該層定義瞭如何讓格式化的數據進行傳輸，保證傳輸的比特流正確，並且有糾正錯誤功能。
鏈路層數據單位是幀，負責MAC地址（硬件地址或物理地址）。一台智能手機，無論走到哪裏，它的MAC地址不會改變，但IP地址隨着連接到的網絡的改變而改變，當然他們之間可以進行轉換，每台主機或路由器裏面有個ARP（地址解析協議）表，這張表包含了IP地址到MAC地址的映射關係。
第三層是網絡層，主要是IP協議，在一個城市裏有很多台計算機，為了要找到要訪問的目標計算機，要通過IP地址尋找，經過好多路由節點，才能找到。
第四層是傳輸層，比特流通過IP地址能正確的傳送到另一台電腦上，但大量數據傳輸時，如何保證正確傳送，網絡中斷怎麼辦，這就需要傳輸層，比如TCP協議，發送大量的數據包，如果有部分數據包丟失，TCP協議保證繼續發送缺失的數據，直到數據完整被接受。當然還有UDP協議，它只管發送數據，不管你是否接收到。
第五層是會話層，解決一個會話的開始和結束。現在能夠給指定的計算機發送正確的封裝信息，但我們不能每次自己調用TCP打包，然後調用IP協議去找路由，要建立一個自動收發包，自動尋址的功能，於是有了會話層，建立和管理應用程序之間的通信。
第六層是表示層， 雖然前面能保證應用程序的自動收發包和自動尋址，但像Linux和Windows不同的計算機體系結構使用的數據表示法不同，IBM主機使用EBCDIC編碼，大部分PC機使用ASCII編碼，這種情況下，便需要表示層來完成轉換。
應用層是參考模型的最高層，也就是第七層，是直接面向用户的程序或服務，包括系統程序和用户程序，比如文件傳輸協議FTP、電子郵件傳輸協議SMTP、域名系統服務DNS、網絡新聞傳輸協議HTTP等。
5G與TCP/IP四層網絡模型
國際標準化組織制定的七層參考模型實際是一個理論模型，但是這種參考模型過於龐雜，複雜招致了許多批評，沒有成熟的產品，實際開發過程中，由技術人員開發的TCP/IP協議棧獲得了更廣泛的應用。
TCP/IP協議棧分為4層，網絡接口（物理層+數據鏈路層）、網絡層（網絡層）、傳輸層（傳輸層）、應用層（會話層+表示層+應用層）。
（TCP/IP四層網絡模型與OSI參考模型對比）
以朋友之間發送微信為例，其實就經歷上述過程。微信所在的是應用層，它按照規定的格式將要發送的數據打包好，寫上收發雙方的地址，並且標記這是微信發送的，然後傳到傳輸層，傳輸層TCP協議會把文件切成更小的碎片，並保證數據包能夠安全傳輸。之後網絡層通過IP協議找到最佳的路徑，最後這個消息通過光纖、WiFi、4G等網絡發送出去，到達目的地後，被打散的數據重組成完整的信息，再通過之前的標記，在接收方的微信上顯示消息。
利用設備在以太網、WiFi、4G等網絡上網時，這些網絡主要是針對的TCP/IP模型中的第一層（網絡接口），實際上這一層沒有真正描述，只是要能夠給其上層（IP網絡層）提供一個訪問接口，以便在其下傳遞IP分組，這一層未被定義，具體實現方法將隨着網絡類型的不同而不同。
拿以太網來説，它是一種局域網技術，規定了包括物理層的連線、電子信號與介質訪問層等通信協議，商家可以據此製造通信設備。所以以太網、WiFi、4G網絡是與TCP、IP協議相輔相成，兩者關係密不可分，前者提供物理上的連接，是一種高速通道，TCP/IP工作是在上層，是通道上包裹傳遞規則。
實際上5G網絡提供的是一種更高速的通道，與TCP/IP是互相協作的關係，包裹的郵遞規則原則上可以改變，改變後的規則也可以在5G這條高速公路上傳輸，但是郵遞規則改變，將花費很大成本。
5G比4G傳輸速度快，肯定得靠硬核技術才能真正提高了，採用毫米波，提升頻帶寬度，採用更先進的波束賦形，提升信噪比，採用超大規模天線、全雙工無線，提升頻帶寬度和信噪比。具體的技術內容，還得由專業人士解釋了。
5G的傳輸延遲低，需要儘可能減小數據在核心網和接入網的傳播時間，一方面降低信令，如採用全雙工技術減少信道估計時間、格式化設計毫米波基站等。另一方面壓縮網絡處理流程，針對的是手機到基站的無線空口時延，當然核心網上也可以改造一下，配合低延遲，甚至有些公司直接將服務器放在基站下面，降低時延。
5G時代，採用多天線技術，不但手機裏塞好多天線，基站上就更不用説了，多根天線發送，多根天線接收，從而實現海量機器通信。
再加上5G引入NFV（Network function virtualization）虛擬化技術和SDN（Software Defined Network）軟件定義網絡技術，使得5G實現各個模塊的統一管理和資源切分，也就是網絡切片，提供按需定製的網絡。這一系列優勢也是5G物聯網成為可能，物聯網中“萬物”互聯，那是否就能直接拋棄既有的IP互聯網絡，直接實現端到端的連接呢？
5G物聯網與TCP/IP網絡
物聯網的概念在上個實際上世紀90年代，就已經有人提出來了，但是由於技術原因受到限制，在4G時代，像智能家居之類的物聯網實驗，已經有所應用。但是針對理想中的“萬物互聯”實現還存在困難，一方面目前在IPV4基礎上，給每個有電實物或者無電實物上的傳感器分配一個IP地址已經不可能，因為IPV4的地址前幾年已經分配完了。另一方面，在一些物聯網的場景下，需要提供低延遲、速度快、海量通信的無線連接，但是目前的4G難以做到，所以利用5G技術，未來可能做到“萬物互聯”，將實物信息實時地傳遞到互聯網上。
像5G網絡、4G網絡需要與骨幹網絡連接，構成互聯網，物聯網再將互聯網進行進一步延伸到各種實體，使得“萬物”的信息都可以傳遞到互聯網上。
（5G網絡、4G網絡接入IP城域骨幹網）
現有的互聯網是實際上是人與人之間的聯繫，是虛擬的世界，人們將信息整理好，放在互聯網上，與其他人共享（有時要付費）。但是物聯網實際上是互聯網的升級，兼容互聯網，現實生活中的實物信息，通過傳感器之類的手段，採集實時信息，傳遞到互聯網上，實現人與物，物與物之間的溝通聯繫。
在物聯網中需要給每個實物一個地址，這也是目前推動IPV6的原因之一，IPV6號稱可以給地球上每一粒沙子提供一個IP地址。IPV6是IPV4的升級，IP地址的表示形式發生變化，以前是32位表示地址，現在128位表示地址。不過，數據在網路上傳輸還是基於TCP/IP網絡模型進行傳遞。
物聯網終端的採集到的數據，通過5G技術，由基站傳遞到互聯網上，再傳到所需的公司服務器裏進行儲存或者處理，還需按照既有的路由規則，進行傳遞。數據的打包還是基於TCP等協議，數據的尋址還是基於IP。
關於IP尋址，這裏想要説的一點就是，美國雖然有一個根服務器，但我們進行域名解析時，不用每次都去美國尋找。這就好像美國有一張全球地圖，中國沒有，但對於想去東方明珠的遊客，不用千里迢迢的去美國查地圖，下虹橋機場，找個書店，買張上海的地圖就行。
當然，也存在另一種尋址構想，是否可以不走IP網絡，直接實現物聯網端到端的信息傳遞。但任何一種協議都無法完全架空TCP/IP，除非這是一個內部生態系統。比如説在一個工廠內，可以像組建微信羣一樣，將所需通信設備地址納入一個組內，可以設計新的輕量級的通訊協議，不走IP網絡，實行局部互聯與交流。
但是遠距離信息傳遞時，就有點麻煩，從上海到紐約的通信，難以通過手機終端連接手機終端，一直連接到紐約，畢竟太平洋上沒有手機。而且這樣的連接方式，延時得多高，上海這邊説一句話，紐約那邊什麼時候才能聽到。而且每個手機節點都在不斷移動，那麼怎麼選擇路由的路徑。
（IP網絡路由尋址）
就算克服上面所有困難，那運營商也不樂意，直接繞過互聯網，他怎麼贏利。而且如果世界形成一張網，沒有了牆，隨意連接任何地址，不受約束，感覺也好像不太可能實現，因為不受約束的世界太可怕。
為了兼容IP體系，很多協議發展成了XXX over IP，就是在自己的協議層之外包裹了一個IP頭。這樣做法兼容了IP，雖然提高了傳輸效率，但是無法解決低延時問題。事實上，目前網絡上絕大部分數據傳輸仍然是基於TCP/IP，新出現的5G不是革命性的東西，沒有改變整個網絡生態，只是特別的對於高質量低延時的環境下才可能採用特殊協議，但是這些協議沒有進行大規模商業應用，可靠性未知。不過，就未來發展而言，5G要想提供低延時高質量服務必然要採用非TCP/IP協議。
但當前，從5G物聯網的遠距離（非內部獨立生態）數據傳輸角度來看，數據傳輸還是得走TCP/IP這套流程，畢竟已經用了很長時間了，在互聯網裏已經形成強大的根基，技術也很成熟，不可能將現有的路由器等通信設備全部更換。而且物聯網也不能扔掉互聯網獨立發展，這不現實。還有一點就是，就算5G網絡獨立組網還是要連接到骨幹網絡上，其數據的傳遞，目前還是得基於TCP/IP網絡。
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