互聯網變革又十年:2008-2018

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互聯網變革又十年:2008-2018

2018-07-27 08:51:32


十年前,我寫了一篇文章,回顧了 1998 年至 2008 年期間互聯網的發展。又過了十年,這是一個很好的時機,再花點時間思考一下哪些是活躍的,哪些是過時的,哪些是在互聯網變革的另一個十年中將被遺忘的。

任何一個技術的進化往往會出現意想不到的迂回轉折。在某些轉折點簡單抽象會由復雜修飾所替代,而其他時候戲劇性的突破會暴露技術的核心概念,同時去除多余的東西。

互聯網的發展看起來也不例外,它有著與這些意想不到的迂回轉折相同的形式。關于互聯網技術這過去的十年,改變了什么,又保留了什么,這似乎是一個復雜的歷程。

現在的互聯網看起來大致與十年前的互聯網類似

很多互聯網的基礎設施頑強地阻止了變革的發生。

  • 我們仍然處于互聯網轉換為IPv6 的進程之中,同十年前一樣;
  • 我們仍然盡力提升互聯網的適應性來對抗各類進攻,同十年前一樣;
  • 我們仍然努力提供明確的網絡中服務質量,同十年前一樣。

1990 年代到 2000 初技術變革的快速步伐似乎已經失去了動力,過去十年互聯網的主導活動似乎是整合,而不是持續的技術演變。或許這種對變革阻力的提升是因為隨著網絡大小的增長,它的慣性質量也增加了。

我們常常互相引用Metcalf定律,定律說的是:網絡增長量與用戶數量的平方成正比。

相關觀察發現一個網絡對變革的固有阻力,或者慣性質量,也是與用戶數量的平方直接相關。或許作為一個大體觀察,所有大型松散耦合分布式系統都有強烈地抗變革能力。

這些系統最多對市場壓力的各類形式做出了反應,但是由于互聯網整體系統如此龐大且多樣化,這些市場壓力在網絡的不同部分以不同的形式表現出來。

個體行為人在沒有集中組織的指示或者約束下進行操作。產生變革,是因為一些足夠多的個體行為人看到了變革中的機遇,或是察覺到了若不變革會帶來的無法接受的風險。從互聯網的結果看來,一些變革非常具有挑戰性,而其他看起來則是自然且不可避免的進步。

但故事的另一面與繪畫可能截然相反

在過去十年中,我們看到了互聯網的另一場深刻革命,因為它以前所未有的速度采用了基于無線的基礎設施和豐富的服務組合。

我們看到內容和內容提供方面的革命不僅改變了互聯網,而且作為附帶損害,互聯網似乎正在摧毀傳統的報紙和廣播電視領域,社交媒體幾乎取代了電話的社會角色和寫信的做法。

我們已經看到了以“云”為偽裝的舊式中央大型機服務器的復興和興起,以及互聯網設備再利用,常見的云托管服務在許多方面模仿了過去顯示終端的功能。所有這些都是互聯網的基礎變革,所有這些都發生在過去十年。

故事所涉及范圍比較廣,所以我把故事設定為一個更大的主題,然后逐步構建故事,而不是提供一堆雜亂無章的觀點,講述過去 10 年中互聯網發生的各種變化和發展。

我會用一個標準的協議堆棧模型作為指導模板,我們從底層的傳輸媒介層(物理層)開始,然后到傳輸層(IP協議層),后面是應用層和服務層,最后以互聯網商業對過去 10 年開發的促進作用作為結尾。

在IP層之下,網絡媒介發生了什么變化?

光傳輸系統在過去 10 年經歷了持續的改變。在 10 年多一點之前產品級光傳輸系統使用簡單的開-關(on-off)鍵控來編碼信號到光傳輸通道中。這個速度在這一代的光傳輸系統上的增長依賴于可控硅系統的發展以及激光驅動芯片。

關于波長時分復用的介紹在 1990 年代讓光傳輸電纜基礎設施的搬運者(傳播介質)極大的增加了搬運能力。最近 10 年光傳輸系統的演化在偏振和相位調制領域有效的提升了每波特信號的位數。通常可以支持的100Gbps的光傳輸通道,并且我們正尋找進一步改進使其可以超過200Gbps。

我們預期系統會在不久的未來可以達到400Gbps,使用各種更快的基波速率和更高的相位幅度調制組合,現在可以設想不久后的光傳輸服務能達到1Tbps。 

無線系統在總體上也是一個類似的演化。在信號處理的基本實現里,類似于光傳輸系統的變化,使用相位調制提升無線承載的數據速率。MIMO(多輸入多輸出) 技術的使用,外加更高的傳輸頻率的使用使得在未來的5G技術部署中的移動系統速度達到1Gbps。

在最初的基本原理和那明亮的黃色同軸電纜一起消失之后,光傳輸速率持續增長,在傳輸系統中,以太網包的幀結構仍然存在。奇怪的是,以太網定義的最小和最大包大小為 64 和 1500 字節仍然存在。

在過去的十年中,由于傳輸速度的提高,出現了不可避免的結果,每秒的數據包數量增加了 100 倍,這是由于傳輸速度從2.5Gbps增加到400Gbps。

因此,從硅基開關中要求更高的包處理速率。但在過去的十年中,一個非常重要的因子并沒有改變,即處理器的時鐘速度和內存的周期時間,這一點根本沒有改變。

到目前為止,人們的應對策略是越來越多地依賴于高速數字交換應用程序的并行性,而現在,多核處理器和高度并行的內存系統被用來實現在單線程處理模型中不可能實現的性能。

在 2018 年,我們似乎接近于實現1Tbps的光傳輸系統,在無線傳輸系統中達到20Gbps。這些傳輸模型能夠傳輸多遠和多快來支持更高的通道速度,仍是一個懸而未決的問題

IP層

在過去的十年中,網絡最引人注目的一個方面在于它頑固地抵制各種形式的壓力,包括一些嚴峻的現實,即我們仍然在運行一個本質上是IPv4 的互聯網。

在過去的十年中,我們已經耗盡了剩余的IPv4 地址,而在世界的大部分地區,IPv4 互聯網正在面臨某種形式的IP短缺。

我們從未懷疑過,互聯網將會面臨一個最基本的支柱——標記互聯設備唯一性的地址——的耗盡,顯然是聳聳肩,繼續愉快地繼續下去。但是,出乎意料的是,這正是所發生的事情。

今天,我們估計大約有 34 億人是互聯網的常客,而且有大約 200 億的設備連接在互聯網上。我們已經使用了大約 30 億個唯一的IPv4 地址來實現這一點。沒有人認為我們可以實現這一驚人的壯舉,但它確實是在悄悄的發生。

早在 1900 年代,我們就認為IP地址耗盡的前景將推動互聯網使用IPv6。這是后續IP協議,IP地址的位寬增加了四倍。通過將IP地址池增加到一些非常大量的唯一地址( 340 個十億地址,或3.4x1038),我們再也不必面對網絡地址耗盡。 

但這不是一個簡單的過渡。此協議轉換中沒有向后兼容性,因此必須更改所有內容。每個設備、每個路由器甚至每個應用程序都需要更改以支持IPv6。

我們不是在互聯網上執行全面的協議變更,而是改變基礎設施的每個部分以支持IPv6 來改變了互聯網的基本架構。奇怪的是,看起來這是更便宜的選擇。

通過在網絡邊緣幾乎無處不在的網絡地址轉換器(NAT)部署,我們已經將網絡從對等網絡轉變為客戶端/服務器網絡。在今天的客戶端/服務器中,Internet客戶端可以與服務器通信,服務器可以與這些連接的客戶端進行通信,但就是這樣。

客戶端無法直接與其他客戶端通信,服務器需要等待客戶端發起對話才能與客戶端通信。客戶端在與服務器通信時“借用”端點地址,并釋放此地址以供其他客戶端閑置時使用。畢竟,端點地址僅對客戶端有用,以便與服務器通信。 

結果是,我們已經設法將大約 200 億臺設備塞進一個只部署了 30 億個公共地址槽的互聯網中。我們已經實現了這一目標,并囊括了可以描述為IP地址分時的內容。

不錯,但是IPv6 呢?我們還需要它嗎?如果是這樣,那么接下來我們要度過這漫長的過渡期嗎?


 
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