傑夫·休斯頓 APNIC首席科學家

讓我們花點時間回顧一下50年前的1972年，以及當時的技術和電信環境。

01

從1972年開始說起

1972年的世界是由一組規模相對較小且價格昂貴的大型計算機組成的世界，這些計算機由一組全天候工作的計算機操作員操作，他們由專門的程序員指導，將意義不明的符號輸入這些計算機的作業控制系統。在當時的普通家庭中，最複雜的家用消費設備是電視機，一個模擬設備。時鍾仍然使用發條運行。然而，變化正在發生。載人航天令人著迷的技術成就不僅拓展了整整一代人的想象力，而且讓我們得以一窺技術的力量和效用。

1970年代的大型計算機

在計算領域，摩爾定律在過去的50年裏確實讓人吃驚。大型計算機變得性能更強、速度更快、也更便宜。與此同時，我們正在制造的計算機不一定更快，也不一定性能更強，但卻更小、更便宜。這些小型計算機在尺寸、成本和易用性方面逐漸完善，直至成爲個人消費産品。

與此同時，計算機網絡也在發生變化。它們最初的目的是：通過使用遠程外圍設備來擴展計算機的使用範圍。首先是讀卡器和打印機，然後是終端。然而，這是一個不穩定的情況，隨著網絡和外圍設備的成本增加，每次更換大型計算機供應商時，就不可能扔掉所有東西。

而隨著小型計算機的引入，我們要討論的不再僅僅是大型計算機。網絡開始用于互連一組計算機和外圍設備。我們需要開放標准來驅動這些網絡，讓網絡與外圍設備交互，從而使網絡在計算環境中扮演更核心的角色。

1990年代，作爲消費産品的計算機市場的發展勢頭對技術領域的架構産生了影響。我們開始區分大型機服務器和圍繞它們的個人計算機客戶端集合。計算機通信網絡也做出了這種區分，與以相同的方式看待每個用戶的電話網絡不同（電話網絡本質上是一個真正的“點對點”網絡），計算機網絡開始考慮一種新的網絡架構，對客戶端和服務器進行根本的區分。計算機網絡開始將網絡的一些基本服務，例如通用域名服務和路由系統，合並到這個擴大的網絡概念中，而客戶端則是網絡服務的消費者。從某種意義上說，1990年代，計算機網絡從電話範式向更接近廣播電視的範式轉變。

1990年代的電腦Electronics MK-106，內存爲32KB。

然而，網絡模型向客戶端/服務器模型的變化也給網絡環境帶來了一系列更根本的挑戰。正如計算機現在是消費設備一樣，計算機通信此時正在進入公共事業服務領域，挑戰電話網絡的地位。雖然電話世界希望將其視爲集成到現有電話環境中的另一個應用程序，就像傳真系統在1970年代和1980年代被吸收到電話空間一樣，但計算機世界的服務模式卻與電話世界完全不同。

在電話垂直捆綁業務的世界中，網絡容量很大程度上取決于電話機的部署，因此網絡配置是一個完全在電話網絡運營商控制下的確定性過程。在1990年代新興的互聯網客戶端/服務器模式的非捆綁模式下，網絡的容量需求由消費者市場的行爲決定，消費者需求與網絡服務的耦合成爲互聯網市場的功能。

到2000年代，網絡服務器端提供的服務出現了擴大規模的競爭。消費者快速增長的帶寬需求與擴展服務基礎設施和連接網絡容量的相應投資水平不相匹配。由于不存在精細的定價模型，網絡服務“包月制”接入資費加劇了這一問題。用戶更多的消費並沒有伴隨更多的經營收入，這反過來意味著更多的基礎設施是通過增加服務和基礎設施提供商的債務水平來完成的。

我們已經將通信基礎設施的參數從緊密耦合的經濟體中轉移出來。在通信基礎設施這種經濟體中，用量的增長直接轉化爲基礎設施提供商的額外收入，進而爲建設更多基礎設施提供資金。在這種新的非耦合經濟模型中，只有更多的用戶才能産生更多的收入，而不斷升級的帶寬只能通過不斷增加的新用戶（可能是低消費用戶）來建設更多的基礎設施從而獲得更多資金。這聽起來很像一個巨大的金字塔計劃。

而這就是1990年代後期的ISP（互聯網服務提供商）行業！

到2000年代，網絡服務器端提供的服務出現了擴大規模的競爭。

這種環境創造了一個反饋循環，擴大了對服務基礎設施的需求。不僅僅是金融模型承受著巨大的壓力，技術模型也面臨著壓力。托管在單一平台上的服務不堪重負，連接這些服務的網絡基礎設施也完全不堪重負。

解決方案是改變服務基礎設施的技術。我們開始利用服務器集群和數據中心、交換機和網關，以及將服務提供商分層。我們再次嘗試了多協議標簽交換（MPLS）和虛擬專用網絡（VPN）形式的虛擬電路，以及其他相關形式的網絡劃分。同時，由于服務容量的提升往往落後于客戶群體的需求，我們嘗試了各種各樣的方法提升服務質量，以對處于競爭中的網絡資源進行選擇性配給。

到2000年代後期，最根本的的變化也許是內容分發網絡（CDN）的出現。CDN不是將所有客戶端帶回單個中心服務器上，而是轉向將服務複制到更接近服務客戶端的模型。通過這種方式，客戶需求僅在接入網絡內表達，而網絡內部則用于向邊緣服務中心提供更新。實際上，互聯網已經實現了基于邊緣的分發機制，與以前將用戶帶回服務的通信模型不同，這種機制可以將服務帶到更靠近用戶的地方。

這恰逢其時，因爲隨著2007年蘋果iPhone的問世，需求曲線發生了巨大變化。移動互聯網行業被迫面臨需求的增長，比個人計算機聯網的需求高出三到四個數量級。每秒千比特的速度不能滿足需求，客戶需要數兆比特來完成在移動設備上創建的沉浸式環境。

2007年蘋果iPhone問世

在過去的50年中，網絡基礎設施也發生了深刻的演變。我們采用以太網本地網絡使用的以數據包爲中心的網絡模型，並將其推向高速遠程基礎設施中。幾十年來，我們沒有構建額外的同步數字體系（SDH）管理電路容量，而如今，互聯網的分組交換機直接連接到傳輸結構。然而，在所有這些轉變中，我們仍然使用互聯網協議（IP）來操作這些數據包。

爲什麽會出現這種情況？這種情況是如何發生的？互聯網協議的真正天才之處在于將應用程序和內容服務環境與底層傳輸結構的特征分開。每次當一種新的傳輸技術誕生時，我們都可以將互聯網協議映射到上面，然後讓整個已安裝的支持IP的設備群無縫地使用這種新的傳輸技術。

從點對點串行線路到以太網系統，再到光纖分布式數據接口（FDDI）、分布式隊列雙總線（DQDB）和無線電系統等環形系統，每次我們都能夠在不改變應用程序或服務環境的情況下，在IP級別快速集成這些技術。這不僅在連續幾代通信技術中保持了對基于互聯網的技術的投資價值，而且隨著互聯網的使用和用戶的增加，其價值也隨之增加。

現在，這使我們能夠展望未來50年的通信技術。50年在某些方面是一段很長的時間，但在其他許多方面可能並沒有那麽長。而跨越多個世紀的轉變往往會擺脫以前的每一處痕迹，營造出全新的環境。但目前尚不清楚關于未來50年的技術預測是否遵循這個規律。

可以說，當今技術世界的大部分畫面都可以在1971年或更早的時候想象。移動電話轉變爲這些“智能”設備是1970年代初期的一個明顯趨勢。隨著硅處理技術的逐步改進，計算技術發生了變革，誕生了具有數十億個獨立門的集成單芯片處理器，功耗極低，時鍾速度極高，而且不需要從根本上重新考慮計算機的內部結構。設計可能已經縮小，但其設計邏輯基本保持不變。

關鍵是，在大約50年後成爲主導因素的“種子”在1971年的世界裏是顯而易見的。以同樣的思路斷言，在這個通信環境中，50年後世界的主導因素“種子”可能就存在于今天的世界裏。問題是，我們今天擁有的思想“種子”並不唯一，真正的挑戰在于，如何在當前的世界裏區分出重要的和次要的東西。

因此，嘗試描繪50年後計算機通信環境的詳細圖景也許毫無意義。但是，如果我們仔細研究一下細節，也許可以找到塑造未來的驅動因素，並根據塑造當前世界的驅動因素來選擇這些因素。

02

是什麽推動了今天的變革？

更大

當我們停止運營垂直整合的通信服務提供商，並利用市場力量來松散地耦合供需時，我們成功地釋放了一波又一波急劇上升的需求。過去我們使用每秒千比特倍數的語言查看電話通信，今天，對話的單位不是每秒兆比特或千兆比特，而是每秒兆兆比特。

例如，跨越太平洋海底並連接美國和新加坡的GoogleEcho光纜由12對光纖構成，每對光纖的設計容量爲12Tb/s，共有144Tb/s的總光纜容量。谷歌的Dunant光纜系統在整個大西洋提供250Tbs的總容量，並將由352Tbps的Grace Hopper光纜系統進行擴容。我們竭盡所能構建更大容量的傳輸系統，包括使用光子放大器、波長多路複用、結合相位/振幅/偏振調制，並將數字信號處理提升到極致，以顯著提高光纜容量。

摩爾定律可能是驚人的，但坦率地說，消費設備在以更快的速度增長。自2015年以來，消費量每年都在增長。2020年，我們售出了約14億台移動互聯網設備。巨大的消費量和巨大的功能推動了更沉浸式的內容和服務。如何爲所有客戶提供內容？如今，我們已經成爲服務器和內容聚合方面的專家。內容分發網絡致力于爲客戶端提供服務，其規模和速度與這些最後一英裏接入網絡的容量相匹配。

當我們考慮“更大”時，重要的考慮因素不僅僅是人類對網絡的使用。分組網絡是一個計算機網絡，使用領域包括物聯網這個新興世界。當我們審視這個世界時，我們有兩個問題似乎無法回答，至少不能精確地回答：今天有多少“東西”在使用互聯網？明天將有多少人會使用互聯網？

對于當今互聯網的設備數量有多種估計。約200到500億台設備的數字存在一些共識，但這些都依賴于各種估計，而不是更可靠的分析測量。微處理器的年産量達到數十億台，該行業的增長預期不確定，但總體來說非常高。

這背後的觀察結果是：隨著互聯網規模的擴大，互聯網不再取決于人口數量和使用水平。互聯網的發展不再受限于人口增長，也不再受限于人類一天清醒的時間。網絡正在改變，以服務于基于充裕模型的計算機設備集合。這些設備具有充裕的處理能力，充裕的存儲，充裕的網絡容量。我們也許不明白“更大”在需求方面的真正含義，我們能做的最好的事情就是過去幾十年裏一直在做的：盡可能快地部署資金、專業知識和資源。我們似乎仍處于努力跟上需求的階段，無論構建多大的網絡，使用模式已經證明有能力使其飽和。

更快

在構建更大網絡的同時，我們希望，無論是連接設備和客戶端的數量，還是網絡傳輸的數據量，都能以更快的速度通過網絡推送。

我們一直在部署更大容量的移動邊緣網絡，對于許多消費者來說，甚至3G現在看起來都慢得無法接受。通信行業正在推動5G系統的部署，該系統據稱可以以10Gb/s峰值速度將數據傳輸到端點。但目前這可能只是一個極端環境下的測量結果，與消費者的合理預期不符，即這些移動網絡現在可以爲連接的設備提供每秒100兆比特的數據。

在有線世界中，DSL（數字用戶線路）技術以及通過傳統電信雙絞線銅線對的傳輸形式如今在很大程度上已無關緊要，並且傳統銅線基礎設施接入技術的持續使用正在減少。我們正在用光纖重新部署有線環境，用來描述這些有線服務容量單位的語言正在從每秒兆比特變成每秒千兆比特。

但速度不僅僅是傳輸系統的速度，而是傳輸本身的速度。在這裏，不變的物理定律開始發揮作用，發送方和接收方之間不可避免地存在信號傳播延遲。如果“更快”不僅僅是更大的帶寬，而且是系統對客戶端的“響應”，那麽如果想降低延遲和提高容量，實現這一目標的唯一方法是減少每次傳輸的距離。如果從邊緣提供內容和服務，那麽雙方之間不可避免的延遲就會急劇下降。由于協議對話速度更快，因此系統響應速度更快。

但是，使網絡更快的方法不僅僅是將服務移近客戶端。我們一直在研究客戶端和網絡之間複雜的協議交互，將用戶的“點擊”轉換爲可見的網絡響應。我們正在努力提高協議的效率，讓客戶端和服務器之間以更少的交換次數完成傳輸結果。這意味著一個響應速度更快的網絡。

同時，我們還嘗試從網絡傳輸中移除長途傳輸元素。通過預測內容數據中心交付點的需求和預先配置內容，可以消除與距離相關的不可避免的容量瓶頸。在網絡術語中，“更近”對于“更快”至關重要。這並不是“更快”的全部需求，但如果發送者和接收者之間沒有緊密的距離，“更快”是不可能的。

更快的網絡的要素

增加“最後一英裏”接入網絡的帶寬容量。

將所有形式的內容和服務交付推入高度複制的內容分發網絡。

增加內容分發點的密度，使服務器和服務更靠近用戶。

預先提供內容，以便整個服務交易發生在最後一英裏接入網絡上。

設計應用程序環境以提高響應速度。

提高傳輸協議的協議性能。

更好

這是一種更抽象的品質。但如果“更好”意味著“更值得信賴”和“可驗證的真實性”，那麽看起來，我們在這項最具挑戰性的任務中取得了進展。

HTTPS或加密和認證內容會話的使用在當今的Web服務環境中幾乎無處不在。比如，我們致力于通過在安全傳輸層協議TLS1.3中的TLS客戶端Hello消息中使用加密的服務器名稱，來關上TLS協議中最後一個打開的明文字段。我們甚至通過Oblivious DNS（隱蔽式DNS）和Oblivious HTTP（隱蔽式HTTP）協議提出更進一步的方法：任何其他方，甚至是服務運營商，都無法知曉客戶端身份和正在執行的交易之間的關聯。這意味著除了客戶之外沒有人事先知道身份和交易的關聯。

內容、應用程序和平台部門都熱情地參與了隱私和真實性議程，網絡在多大程度上是隱式可信任的問題已經不再重要。如果網絡一開始就沒有能力獲得特權信息，那麽網絡是否可以信任這些信息的問題就不再重要。這個信任問題包括負載、事務元數據（例如DNS查詢），甚至傳輸協議的控制參數。在當今的網絡中，我們采用的所有網絡基礎設施都被視爲不可信的立場，爲用戶和他們選擇使用的服務提供“更好”的結果。

這很可能是不可撤銷的一步，服務、應用程序、內容與底層平台和網絡框架之間的隱含式信任將一去不複返。一旦證明這種級別的信任正以各種方式被濫用，應用程序和服務環境就會采取所有必要的措施來密封每一個潛在的暴露點和數據泄漏點。

這是一個不可後退的立場。“內部偏執狂”的理念出現在協議棧的各個層級，棧的每一層只向其他層公開功能上最小的一組信息，而這些信息是完成請求的事務所必須的。這一概念現在已經牢牢紮根于網絡設計運營和應用設計的模式中。

更便宜

我們似乎正在過渡到一個擁有充裕通信和計算能力的環境。同時，這些系統具有顯著的規模經濟。例如，傳輸系統的轉變將傳輸系統的承載能力提高一百萬倍，並沒有導致光纜系統的價格上漲一百萬倍，在某些情況下，更大系統的資本和運營成本實際上逐年下降。結果是每單位距離的每比特成本因此直線下降。

這種充裕也導致了每筆交易費率的下降。雖然可以對一封信收取一分錢的郵費，或者爲一個電話按分鍾收費，但網絡交易的單位成本通常非常小，因此不可能生成基于成本的數字服務交易費率模型。

與此同時，我們縮小了網絡，使得越來越多的服務交易是本地的。正如我們已經觀察到的，CDN模式的興起改變了互聯網。通過在每個邊緣附近預配置內容，服務器到客戶端的後續按需事務可以在很短的距離內完成。更短的距離不僅讓服務交易的速度更快，而且建設和運營成本也更低。距離越短，耗電越少，並具有超強的信噪比特性。傳輸效率的提高也意味著更低的成本。

然而，這不僅僅是降低成本。其中一些服務是間接收費的，對消費者而言，它們的運營沒有給用戶帶來任何可見的成本。例如，在谷歌搜索引擎上進行搜索時沒有任何用戶付費。它對用戶是免費的。顯然，這項服務是通過廣告收入間接産生效益的。這種廣告收入之所以成爲可能，是因爲谷歌收集了豐富的用戶資料，並通過廣告活動管理將這些資料信息出售給廣告商。如果個人用戶試圖向廣告商推銷他們的個人資料，這項業務就會失敗。當用戶信息被彙聚成一個大的集合時，這個集合就成了非常有價值的資産。

可以說，互聯網的大部分服務環境是由服務提供商提供資金的，這些服務提供商將集體資産資本化，而單獨資本化是不可行的。其結果是變革性的，因爲以前只有少數特權人員可以使用的奢侈品服務，現在已經轉變爲面向所有人的大衆市場商品服務。它不僅可以提供更低的價格，在許多情況下，它是完全免費的。

03

更大、更快、更好、更便宜

人們常說，在通信行業，不可能同時滿足所有這些目標：更大、更好、更快、更便宜。不知何故，互聯網的數字服務平台卻能夠提供所有這些參數。它是如何做到的？

我們構建服務平台以滿足越來越大的負載和不斷下降的成本參數，不僅僅是通過構建更大的網絡，而是通過改變客戶訪問這些服務的方式。我們已經在很大程度上停止在網絡中一路推送內容和交易，而是從邊緣提供服務。

從邊緣提供服務減少了數據包裏程，降低了網絡成本，並提高了響應能力，從而提升了速度。這些似乎是未來幾十年的驅動因素。

這不是一個更華麗、更實用、更“智能”的網絡。這不是一個巴洛克式裝飾的“新IP”網絡，或任何與之接近的網絡。這些因素代表了所謂“更智能”網絡屬性的完全對立面。通過將功能從網絡中剝離，我們剔除了常見的成本要素，並將它們推到連接的設備上，而計算行業顯然正在用更強大的設備來響應，這些設備可以輕松承擔這些功能。通過將服務推向網絡邊緣，我們進一步邊緣化了公共共享網絡在提供數字服務方面的作用。

這些因素似乎是推動計算機通信和數字服務未來50年發展的主要因素。

04

長期趨勢

這一切將向何處發展？看起來似乎是要構建更大、更快、更好和更便宜的網絡，然後將越來越多的網絡功能從網絡內部傳遞出去，並將它們以複制的方式轉移到網絡的所有邊緣，通過駐留在與所有客戶端相鄰的一組位置來實現。

我們似乎已經將傳輸和計算從稀缺而昂貴的資源轉變爲豐富而廉價的商品，這意味著共享公共資源不再是服務交付的重要組成部分。我們積累了如此多的傳輸、計算和存儲，以至于不再有動力使用公共網絡將客戶帶到遙遠的服務交付點。相反，我們正在使用預先准備的服務，並將這些服務轉移到客戶端，內部網絡被用于支持這種服務複制，以同步所有邊緣服務交付點。

這反過來又預示著一個更顯著的變化，即：應用程序不再是遠程操作服務的窗口，應用程序正成爲服務本身。將服務定位在離客戶更近的位置的願望最終引出這樣一個問題：如果可以直接在客戶端的設備上提供服務，爲什麽要在與客戶端相鄰的網絡點上提供服務？

而這又引出了關于通信領域未來50年的兩個基本問題。

在這一切結束時，共享網絡仍然重要嗎？

我們觀察到的趨勢是：從網絡中剔除成本和功能，然後將它們加載到終端設備上。這爲我們提供了更低的成本、更高的速度和更大的服務靈活性。那麽，這個趨勢什麽時候停止呢？當我們將所有東西都推到邊緣設備上時會發生什麽？網絡及其作用還剩下什麽？

更關鍵的是，虛擬電路、數據包和公共網絡的整個概念構成一種認知，即訪問共享通信基礎設施，比每個應用程序和每個客戶端都訪問自己專門的基礎設施更有效。電路和數據包之間的區別在于如何共享公共資源，但兩者都沒有從根本上質疑是否需要共享。

然而，在當今網絡基礎設施中，共享基礎設施看起來似乎有些過時。在海底光纜行業，最大的內容企業正在放棄共享基礎設施模式，安裝全資光纜。數據中心是另一個例子，其中最大的內容分發企業運營著完全專用的基礎設施。

我們有理由思考這一切將如何發展。共享仍然重要嗎？或者，共享是對特定情況的響應，而不是對其他情況的響應？這個問題的答案並不明確。但最初的網絡公理，即網絡是共享公共傳輸資源的一種方式，與50年前相比，現在已經不那麽明顯了。

互聯網呢？

在這一切中，是什麽定義了“互聯網”？

我們曾經聲稱“互聯網”是一個公共網絡、一個公共協議和一個公共地址池。任何連接互聯網的設備都可以向互聯網中任何其他設備發送IP數據包。這就是互聯網。如果你使用互聯網地址池中的地址，那麽你就是互聯網的一部分。這個公共地址池從本質上定義了什麽是互聯網。

如今，情況卻並非如此。隨著人們繼續破壞網絡、協議框架和地址空間，甚至破壞名稱空間，還剩下什麽來定義“互聯網”？可能互聯網作爲一個統一概念所剩下的，只是對共享通用引用機制的不同服務集合的某種模糊表述。

但是，我希望接下來的50年也是一段激動人心的旅程，就像互聯網在過去50年中的表現一樣。我們一次次擴展了對這項技術的認知，並完成了驚人的技術壯舉。在接下來的50年中，我希望我們能做到更多！

作者：傑夫·休斯頓

來源：APNIC

翻譯：楊望

責編：項陽

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