Posted on 2018-05-11 13:19
Jack Jiang 閱讀(595)
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本系列文章引用了騰訊技術(shù)專家樊華恒《海量之道系列文章之弱聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化》的部分章節(jié)，感謝原作者。
1、前言
隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，移動端IM以移動網(wǎng)絡(luò)作為物理通信載體早已深入人心，這其中的成功者就包括微信、手機(jī)QQ、支付寶（從即時通訊產(chǎn)品的角度來看，支付寶已經(jīng)算的上是半個IM了）等等，也為移動端即時通訊開發(fā)者帶來了各種可以參考的標(biāo)桿功能和理念：語音對講、具有移動端體驗(yàn)特性的圖片消息、全時在線的概念、真正突破物理體驗(yàn)的實(shí)時通知等。上述IM產(chǎn)品、功能和概念，在開發(fā)者間討論時，無一例外都會被打上“移動端”這個特性，從網(wǎng)絡(luò)通信的角度來說，這個特性的本質(zhì)可以認(rèn)為就是移動網(wǎng)絡(luò)的特性。以文件發(fā)送為例，傳統(tǒng)的PC端IM（可以簡單地理解為傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)上的IM）可以直接實(shí)時點(diǎn)對點(diǎn)發(fā)送（理論上無需經(jīng)過服務(wù)器中轉(zhuǎn)）。但在移動端IM里我們并不能這么干，原因是：- 1）3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)下P2P成功率并沒有那么高（因?yàn)槭菍ΨQ型NAT，詳見《通俗易懂：快速理解P2P技術(shù)中的NAT穿透原理》）；
- 2）移動網(wǎng)絡(luò)的信號跳變、抖動很難預(yù)測（甚至在你轉(zhuǎn)身的瞬間，信號可能會立馬由強(qiáng)變?nèi)酰?/li>
- 3）移動網(wǎng)絡(luò)的延遲、丟包、重傳等導(dǎo)致通信體驗(yàn)很差（就像從國內(nèi)訪問國外的網(wǎng)站那種“慢”，體驗(yàn)上是相似的）；
- 4）延遲、丟包、重傳帶來的另一個后果就是電量消耗、流量消耗過大，這些都是不可接受的；
- 5）智能手機(jī)（主要是Android、iOS）的系統(tǒng)省電策略，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)可能被阻斷，甚至進(jìn)程被殺死，功能沒辦法在后臺繼續(xù)工作。
所以，正是移動網(wǎng)絡(luò)的這些特性，使得原本在傳統(tǒng)PC端再普通不過的功能（比如上面說的文件發(fā)送），在移動端IM中卻不得不另想辦法：以文件發(fā)送為例——主流的移動端IM現(xiàn)在都是使用服務(wù)器中轉(zhuǎn)來搞定的
。使用類似技術(shù)實(shí)現(xiàn)的功能，還有移動端IM里語音短消息的AMR音頻小文件、圖片消息的圖片文件等。那么回歸到本文的正題：移動網(wǎng)絡(luò)為什么會存在“弱”和“慢”這樣的特性？
這個問題網(wǎng)絡(luò)工程師來回答最為合適，對但于應(yīng)用層的程序員來說，有關(guān)移動網(wǎng)絡(luò)的理論太生澀枯燥，太難理解了。而對于網(wǎng)絡(luò)工程師來說，他們也不理解“你們這些程序員到底在糾結(jié)移動網(wǎng)絡(luò)的什么鬼？”。就像黃品源的那首《那么愛你為什么》的歌曲里面莫文蔚的一段念白：“我講又講不清，你聽又聽不懂......
”。這大概是應(yīng)用層程序員很難能找到通俗易懂的有關(guān)移動網(wǎng)絡(luò)資料的原因吧。所以本文的目的，就是希望以通俗易懂的語言，幫助移動端IM開發(fā)者更好地理解移動網(wǎng)絡(luò)的各種特性，使得開發(fā)出的功能能更好地適應(yīng)移動網(wǎng)絡(luò)，給用戶帶來更好的使用體驗(yàn)。另外，《現(xiàn)代移動端網(wǎng)絡(luò)短連接的優(yōu)化手段總結(jié)：請求速度、弱網(wǎng)適應(yīng)、安全保障》這篇文章也提到了本文所闡述的相關(guān)內(nèi)容，強(qiáng)烈建議閱讀。
學(xué)習(xí)交流：
- 即時通訊開發(fā)交流3群：185926912[推薦]
- 移動端IM開發(fā)入門文章：《新手入門一篇就夠：從零開發(fā)移動端IM》
（本文同步發(fā)布于：http://www.52im.net/thread-1587-1-1.html）
2、系列文章
▼ 本文是《移動端IM開發(fā)者必讀》系列文章的第1篇：如果您是IM開發(fā)初學(xué)者，強(qiáng)烈建議首先閱讀《新手入門一篇就夠：從零開發(fā)移動端IM》。3、相關(guān)文章
1）關(guān)于網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)文章：2）涉及移動端網(wǎng)絡(luò)特性的文章：4、正文引言
移動互聯(lián)網(wǎng)顛覆著我們的生活方式，這個每時每刻伴隨著我們的網(wǎng)絡(luò)到底有哪些特點(diǎn)，又是如何影響我們接入信息世界的體驗(yàn)?zāi)亍?/span>
以下場景如似曾相識，敬請對號入座：
1）上班路上收到朋友分享的一張美女圖片，縮略圖目測衣服用料相當(dāng)節(jié)儉，立馬興奮點(diǎn)開欲詳細(xì)鉆研，卻發(fā)現(xiàn)怎么脫也脫不下來，不對，是“拖”不是“脫”，仰望蒼天，欲哭無淚。
2）進(jìn)電梯前收到女友一條消息：“你到底愛不愛我！”，當(dāng)然馬上回復(fù)“必須的必！”，電梯門關(guān)閉了，北風(fēng)那個吹，菊花那個轉(zhuǎn)，等到春暖梯開，滿屏都是女友的問候“在嗎！”、“這都要想那么久！”、“跟哪個MM聊天呢！”、“我生氣了！”、“你是好人，再見！”，看著自己的回復(fù)剛剛發(fā)送成功，停在最后一行，整個互動信息一氣呵成，都是眼淚。
3）和朋友聚餐，菜端上先拍照分享，再大快朵頤，明明坐在對面，偏偏還得用手機(jī)聊天，世界最遠(yuǎn)的距離，莫過于我們坐在一起，卻只能用手指切磋。
有因有果，有道有術(shù)，不入虎穴焉得虎子，不扯了，進(jìn)入正題。
5、移動網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)
理論上說，我們看到移動網(wǎng)絡(luò)有如下三個典型特點(diǎn)：
- 1）移動狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)信號不穩(wěn)定，高時延、易抖動丟包、通道狹窄；
- 2）移動狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)接入類型和接入點(diǎn)變化頻繁；
- 3）移動狀態(tài)用戶使用高頻化、碎片化、非WIFI流量敏感。
為什么？
參考【圖一 無線網(wǎng)絡(luò)鏈路示意】，我們嘗試從物理上追根溯源：
▲ 圖一：無線網(wǎng)絡(luò)鏈路示意
根據(jù)“圖一：無線網(wǎng)絡(luò)鏈路示意”所示內(nèi)容，我們可以得到以下信息。
第一、直觀印象是通訊鏈路長而復(fù)雜：從（移動）終端設(shè)備到應(yīng)用服務(wù)器之間，相較有線互聯(lián)網(wǎng)，要多經(jīng)過基站、核心網(wǎng)、WAP網(wǎng)關(guān)（好消息是WAP網(wǎng)關(guān)正在被依法取締）等環(huán)節(jié)，這就像送快遞，中間環(huán)節(jié)越多就越慢，每個中轉(zhuǎn)站的服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)效率不一，每次傳遞都要重新交接入庫和分派調(diào)度，一不小心還能把包裹給弄丟了。
第二、這是個資源受限網(wǎng)絡(luò)：移動設(shè)備接入基站空中信道數(shù)量非常有限，信道調(diào)度更是相當(dāng)復(fù)雜，如何復(fù)雜就不展開了，莫文蔚那首歌詞用在這里正合適：“我講又講不清，你聽又聽不懂......”，最最重要的是分配的業(yè)務(wù)信道單元如果1秒鐘不傳數(shù)據(jù)就會立馬被釋放回收，六親不認(rèn)童叟無欺。
第三、這個鏈條前端（無線端）是高時延（除某些WIFI場景外）、低帶寬（除某些WIFI場景外）、易抖動的網(wǎng)絡(luò)：無線各種制式網(wǎng)絡(luò)帶寬上限都比較低而傳輸時延比較大（參見【表一 運(yùn)營商移動信號制式帶寬標(biāo)準(zhǔn)】），并且，沒事就能丟個包裹玩玩，最最重要的是，距離基站的遠(yuǎn)近，把玩手機(jī)的角度、地下室的深度等等都能影響無線信號的質(zhì)量，讓包裹在空中飛一會，再飛一會......。這些因素也造成了移動互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量穩(wěn)定性差、接入變化頻繁，與有線互聯(lián)網(wǎng)對比更是天上人間的差別，從【圖二 有線互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差異】中可以有更直觀的感受。
▲ 圖二：有線互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差異
【表一 運(yùn)營商移動信號制式帶寬標(biāo)準(zhǔn)】數(shù)據(jù)來自互聯(lián)網(wǎng)各種百科，定性不定量，僅供參考；
【表一-運(yùn)營商移動信號制式帶寬標(biāo)準(zhǔn)】-清晰圖.rar (252.64 KB , 下載次數(shù): 0 )
第四、這是個局部封閉網(wǎng)絡(luò)：空中信道接入后要做鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)等預(yù)處理，WAP網(wǎng)絡(luò)甚至還要做數(shù)據(jù)過濾后再轉(zhuǎn)發(fā)，在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)有效流動前太多中間代理人求參與，效率可想而知。產(chǎn)品研發(fā)為什么又慢又亂，廣大程序猿心里明鏡似的；最最重要的是，不同運(yùn)營商之間跨網(wǎng)傳輸既貴且慢又有諸多限制，聰明的運(yùn)營商便也用上了緩存技術(shù)，催生了所謂網(wǎng)絡(luò)“劫持”的現(xiàn)象。
如果我們再結(jié)合用戶在移動狀態(tài)下2G/3G/4G/WIFI的基站/AP之間，或者不同網(wǎng)絡(luò)制式之間頻繁的切換，情況就更加復(fù)雜了。
6、移動網(wǎng)絡(luò)為什么“慢”
我們在移動網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)介紹中，很容易的得到了三個關(guān)鍵字：
這些物理上的約束確實(shí)限制了我們移動沖浪時的速度體驗(yàn)，那么，還有別的因素嗎。
當(dāng)然有，汗牛充棟、罄竹難書：
- 1）DNS解析，這個在有線互聯(lián)網(wǎng)上司空見慣的服務(wù)，在移動互聯(lián)網(wǎng)上變成了一種負(fù)擔(dān)，一個往復(fù)最少1s，還別提遇到移動運(yùn)營商DNS故障時的尷尬；
- 2）鏈路建立成本暨TCP三次握手，在一個高時延易抖動的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并且大部分業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互限于一個HTTP的往返，建鏈成本尤其顯著；
- 3）TCP協(xié)議層慢啟動、擁塞控制、超時重傳等機(jī)制在移動網(wǎng)絡(luò)下參數(shù)設(shè)定的不適宜；
- 4）不好的產(chǎn)品需求規(guī)定或粗放的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，使得不受控的大數(shù)據(jù)包、頻繁的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交互等，在移動網(wǎng)絡(luò)側(cè)TCP鏈路上傳輸引起的負(fù)荷；
- 5）不好的協(xié)議格式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得協(xié)議封裝和解析計(jì)算耗時、耗內(nèi)存、耗帶寬，甚至協(xié)議格式臃腫冗余，使得網(wǎng)絡(luò)傳輸效能低下；
- 6）不好的緩存設(shè)計(jì)，使得數(shù)據(jù)的加載和渲染計(jì)算耗時、耗內(nèi)存、耗帶寬。
現(xiàn)在終于知道時間都去哪了，太浪費(fèi)太奢侈，還讓不讓人愉快的玩手機(jī)了。天下武功，唯快不破，我們一起踏上“快”的探索之路吧。
更多有關(guān)TCP的基礎(chǔ)理論性文章，可以看看下面的文章：
7、針對移動網(wǎng)絡(luò)“弱”和“慢”的特點(diǎn)，有優(yōu)化辦法嗎？
答案是：有。
在移動互聯(lián)網(wǎng)時代，對我們的產(chǎn)品和技術(shù)追求提出了更高的挑戰(zhàn)，如何從容和優(yōu)雅的面對，需要先從精神上做好充分的準(zhǔn)備，用一套統(tǒng)一的思考和行動準(zhǔn)則武裝到牙齒。
從來就沒有什么救世主，只有程序猿征服一切技術(shù)問題的夢想在空中飄蕩。屢敗屢戰(zhàn)，把過往實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)出來，共同研討。針對移動網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，我們總結(jié)一些實(shí)用方法，請看下篇《移動端IM開發(fā)者必讀(二)：針對移動弱網(wǎng)絡(luò)特性的優(yōu)化方法總結(jié)》。
（意猶未盡？請看下篇：《移動端IM開發(fā)者必讀(二)：史上最全移動弱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法總結(jié)》 ）
附錄：更多計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面的資料
《TCP/IP詳解 - 第11章·UDP：用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議》
《TCP/IP詳解 - 第17章·TCP：傳輸控制協(xié)議》
《TCP/IP詳解 - 第18章·TCP連接的建立與終止》
《TCP/IP詳解 - 第21章·TCP的超時與重傳》
《技術(shù)往事：改變世界的TCP/IP協(xié)議（珍貴多圖、手機(jī)慎點(diǎn)）》
《通俗易懂-深入理解TCP協(xié)議（上）：理論基礎(chǔ)》
《通俗易懂-深入理解TCP協(xié)議（下）：RTT、滑動窗口、擁塞處理》
《理論經(jīng)典：TCP協(xié)議的3次握手與4次揮手過程詳解》
《理論聯(lián)系實(shí)際：Wireshark抓包分析TCP 3次握手、4次揮手過程》
《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議關(guān)系圖（中文珍藏版）》
《UDP中一個包的大小最大能多大？》
《P2P技術(shù)詳解(一)：NAT詳解——詳細(xì)原理、P2P簡介》
《P2P技術(shù)詳解(二)：P2P中的NAT穿越(打洞)方案詳解》
《P2P技術(shù)詳解(三)：P2P技術(shù)之STUN、TURN、ICE詳解》
《通俗易懂：快速理解P2P技術(shù)中的NAT穿透原理》
《高性能網(wǎng)絡(luò)編程(一)：單臺服務(wù)器并發(fā)TCP連接數(shù)到底可以有多少》
《高性能網(wǎng)絡(luò)編程(二)：上一個10年，著名的C10K并發(fā)連接問題》
《高性能網(wǎng)絡(luò)編程(三)：下一個10年，是時候考慮C10M并發(fā)問題了》
《高性能網(wǎng)絡(luò)編程(四)：從C10K到C10M高性能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的理論探索》
《不為人知的網(wǎng)絡(luò)編程(一)：淺析TCP協(xié)議中的疑難雜癥(上篇)》
《不為人知的網(wǎng)絡(luò)編程(二)：淺析TCP協(xié)議中的疑難雜癥(下篇)》
《不為人知的網(wǎng)絡(luò)編程(三)：關(guān)閉TCP連接時為什么會TIME_WAIT、CLOSE_WAIT》
《不為人知的網(wǎng)絡(luò)編程(四)：深入研究分析TCP的異常關(guān)閉》
《不為人知的網(wǎng)絡(luò)編程(五)：UDP的連接性和負(fù)載均衡》
《不為人知的網(wǎng)絡(luò)編程(六)：深入地理解UDP協(xié)議并用好它》
《不為人知的網(wǎng)絡(luò)編程(七)：如何讓不可靠的UDP變的可靠？》
《網(wǎng)絡(luò)編程懶人入門(一)：快速理解網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（上篇）》
《網(wǎng)絡(luò)編程懶人入門(二)：快速理解網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（下篇）》
《網(wǎng)絡(luò)編程懶人入門(三)：快速理解TCP協(xié)議一篇就夠》
《網(wǎng)絡(luò)編程懶人入門(四)：快速理解TCP和UDP的差異》
《網(wǎng)絡(luò)編程懶人入門(五)：快速理解為什么說UDP有時比TCP更有優(yōu)勢》
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《讓互聯(lián)網(wǎng)更快：新一代QUIC協(xié)議在騰訊的技術(shù)實(shí)踐分享》
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