06.28 回顧互聯網的過去十年（上）

任何技術的進化之路通常都會遇到奇怪的和意想不到的曲折和轉折。在某種程度上，簡單性和簡約性可以被複雜性和裝飾性所取代，而在某些時候，戲劇性的切入能夠揭示該技術的核心概念，並去除多餘的內容。

互聯網的發展似乎也不例外，它包含了這些意想不到的轉折和曲折。思考過去十年中的互聯網技術，它看起來是一個非常複雜的故事，關於什麼是變化的，什麼是保持不變的。

回顧互聯網的過去十年

關鍵點：

看起來，在20世紀90年代和21世紀初，技術變革的速度很快就失去了動力，過去十年互聯網的主導活動是鞏固而不是技術創新。

​我們仍然看到IPv6的喜憂參半的景象。一些服務提供商根本無法解決IPv4地址稀缺的困境，這些提供商將IPv6視為進一步擴展其網絡的必要決定。其他提供商則將打算該問題推遲到未來的某個不確定的時間。

蘋果2007年發佈的iPhone是一部革命性設備。它也許是這十年來消費者市場的主要事件，它基本上將公共互聯網變成了移動設備上的應用平臺。

我們現在看到內容數據網絡模型的迅速崛起，在這個模型中，內容商店不再讓用戶進入不同的內容商店集，而是直接在用戶旁邊打開本地內容商店。

今天的互聯網有很多與十年前的互聯網看起來很像的地方。

大部分的互聯網基礎設施抵制各種為促進變化而做的努力。我們現在仍處於將互聯網過渡到IPv6的過程中，我們仍在努力提高互聯網對各種攻擊媒介的抵禦能力，我們仍在努力在網絡中提供明確的服務質量，十年前就是如此。

看起來，在20世紀90年代和21世紀初，技術變革的速度很快已經失去了動力，過去十年互聯網上的主導活動是鞏固而不是技術創新。

也許變革的阻力的增加是因為網絡的規模增加了，所以它的慣性質量也增加了。我們曾經引用梅特卡夫定律，背誦網絡價值與用戶數量的平方成比例的增長這一口頭禪。網絡固有的變化阻力或慣性質量也直接與用戶數量的平方有關。

一般來說，所有大型鬆散耦合的分佈式系統都強烈抵制協調一致的變化。這些系統充其量只能應付各種形式的市場壓力，但由於互聯網的整體系統非常龐大而且多樣化，這些市場壓力會在網絡的不同部分以不同方式表現出來。個人參與者在沒有集中協調的指示或約束條件下運作。如果發生變化，那是因為有足夠多的個人參與者在變革時看到了機會，或者認為不進行變革會帶來不可預知的風險。互聯網中的一些變化是非常具有挑戰性的，而另一些看起來則是自然的、不可避免的、循序漸進的結果。

在過去的十年中，我們看到了互聯網上另一場深刻的革命，它以前所未有的速度融合了無線基礎設施和豐富的服務。我們已經看到內容以及內容提供方面的革命，這不僅改變了互聯網，而且作為附帶損害，互聯網似乎正在摧毀傳統報紙和廣播電視行業。

社交媒體幾乎完全取代了電話和寫信。我們已經看到了以“雲”為幌子對舊的中央主機服務進行新的轉變的興起，以及互聯網設備的重新利用，以支持通用雲託管內容的觀點，這些內容在很多方面模仿過去的顯示終端的功能。所有這些都是互聯網的根本變化，所有這些都發生在過去的十年裡!

這涵蓋的範圍很廣，下面將從底層傳輸媒介開始，然後著眼於IP、傳輸層、應用和服務，並關注互聯網業務以突出這十年的發展。

IP層以下

網絡媒介有什麼變化？光學系統在過去的十年中經歷了持續的變化。

十多年前，生產光學系統使用簡單的開關鍵控將信號編碼到光通道中。這一代光學系統的速度增加依賴於硅控制系統和激光驅動芯片的改進。

20世紀90年代後期引入的波分複用技術，使運營商能夠大幅度提高光纜基礎設施的承載能力。近十年來，光學系統已經發展成偏振和相位調製的領域，從而有效地提高了每波特的比特數。

目前通常可以支持100 Gbps的光通道，我們正在研究進一步改進信號檢測，以提升至200 Gbps以上的速度。預計在不久的將來會有400 Gbps的系統，使用各種更快的基本波特率和更高級別的相位幅度調製的組合，並且敢於相信1 Tbps的光服務在不久的將來能夠實現。

無線系統也有類似的發展。與光學系統的變化類似，信號處理的基本改進使用相位調製來提高無線承載的數據速率。 MIMO技術的使用，加上使用更高的載波頻率，使得移動數據服務能夠在當今的4G網絡中支持高達100 Mbps的傳輸服務。隨著5G技術的部署，在不久的將來移動系統將能夠實現高達1Gbps的速度。

在光速不斷提高的同時，儘管原始的數據包格式原理隨著亮黃色同軸電纜的消亡而消失，以太網數據包幀仍然存在於傳輸系統中!奇怪的是，以太網定義的64和1500個八位字節的最小和最大包仍然存在。

在過去十年中，隨著傳輸速率從2.5 Gbps增加到400Gbps，這必然會導致每秒包數的上限增加100倍以上。因此，對基於硅的交換機提出了更高的數據包處理速率的要求。

但是，一個非常重要的因子沒有改變，即處理器的時鐘速度和內存的循環時間，它們根本沒有變化。到目前為止，人們對高速數字交換應用中並行性的依賴程度越來越高，而現在使用多核處理器和高度並行存儲器系統，來實現在單線程處理模型中不可能實現的性能。

目前看來，在2018年，我們已經接近實現1Tbps的光學系統和20Gbps的無線系統的目標。至於這些傳輸模式能夠在多大程度上支持更高的信道速度，這是一個懸而未決的問題。

IP層

在過去十年裡，網絡似乎在頑固地抵制各種形式的壓力。最值得注意的是，我們仍在運行本質上是IPv4的互聯網。

在過去的十年中，我們已經耗盡了剩餘的IPv4地址池，並且在世界上大部分地區，IPv4 Internet正在以某種形式的空白狀態運行。我們從來沒有想過，互聯網會面臨一個最基本的支柱問題，唯一尋址連接設備的基本功能的枯竭。但出乎意料的是，這樣的事情正在發生。

今天我們估計有大約34億人是互聯網的常客，並且有大約200億個設備連接到互聯網上。我們已經使用了大約30億個唯一的IPv4地址。沒有人想到我們能夠實現這個驚人的壯舉，然而，它幾乎沒有大張旗鼓地發生過。

早在20世紀90年代，我們就認為解決地址枯竭的問題將推動互聯網使用IPv6。這是繼IP協議後，IP地址位寬增加了4倍。通過將IP地址池增加，我們再也不會遇到網絡地址耗盡的情況。但這不會是一個輕鬆的過渡。

在這個協議轉換中沒有向後兼容性，因此所有內容都必須改變。每臺設備、每臺路由器甚至每個應用都需要更改以支持IPv6。我們並沒有在互聯網上進行全面的協議改變，也沒有改變基礎設施的每一部分來支持IPv6，而是改變了互聯網的基本架構。奇怪的是，這看起來是一個更便宜的選擇!

通過在網絡邊緣部署大量網絡地址轉換器(NAT)，我們將網絡從點到點網絡轉變為客戶端/服務器網絡。在今天的客戶端/服務器網絡上，客戶端可以與服務器通信，服務器也可以與這些連接的客戶端進行通信，但僅此而已。客戶端不能直接與其他客戶端對話，服務器需要等待客戶端發起對話才能與客戶端進行對話。

客戶端在與服務器交談時“借用”一個端點地址，並在其他客戶端空閒時並釋放該地址以供其使用。畢竟，端點地址只對客戶端有用，這樣才能與服務器通信。其結果是，我們已經設法將大約200億個設備塞進一個僅部署了30億個公共地址槽的互聯網中。我們通過採用所謂的分時IP地址實現了這一點。

一切都很好，但IPv6呢？我們還需要它嗎？如果是這樣，那麼我們是否要完成這種漫長的過渡？

十年後，這些問題的答案仍不清楚。從積極的方面來看，目前的IPv6比10年前多得多。服務提供商現在部署的IPv6比2008年多得多。

在2018年，互聯網用戶中有五分之一(目前估計約佔全球人口的一半)似乎能夠通過IPv6使用互聯網，並且絕大部分在過去10年就是這樣做的。

然而，從消極的方面來看，必須提出這樣的問題：互聯網其他五分之四用戶的IPv6發生了什麼變化？有消息稱，有些互聯網服務提供商表示他們更願意將其有限的運營預算用於其他方面，以改善客戶體驗，例如增加網絡容量、消除數據上限、獲取更多的網上內容。這些互聯網服務提供商仍然將IPv6的部署視為可推遲的措施。

看來，今天我們看到的仍然是IPv6的好壞參半的情況。一些服務提供商根本無法解決IPv4地址稀缺的困境，這些提供商將IPv6視為進一步擴展其網絡的必要決定，其他提供商則將打算該問題推遲到未來的某個不確定的時間。

路由

我們需要提及路由系統，儘管10年前就有可怕的預言說邊境網關協議(BGP)即將消亡，但BGP仍堅定地繼續為整個互聯網提供路由。是的，BGP與以往一樣不安全，但2008年使用的路由技術與我們今天在互聯網上使用的是一樣的。

IPv4路由表的規模在過去十年中增長了兩倍，從2008年的25萬條增加到今天的超過75萬條。 IPv6路由更加引人注目，從1100條增加到52000條。然而，BGP只是在悄無聲息地繼續高效地工作。誰會想到，一個原本設計用於應對幾百個網絡中的幾千條路由的協議，仍然可以在跨越一百萬個路由條目和十萬個網絡的路由空間中有效運行!

同樣，我們沒有對內部路由協議的操作進行任何重大改變。較大的網絡仍然使用OSPF或ISIS，具體取決於它們的情況，而較小的網絡可能會選擇一些距離矢量協議，如RIPv2甚至EIGRP。 IETF在較新的路由協議LISP和BABEL方面的工作似乎缺乏與互聯網的真正聯繫，儘管它們在路由管理方面都有一些有趣的特性，但都沒有足夠的感知利益來克服傳統網絡設計和操作的巨大慣性。

網絡操作

談到網絡操作，我們看到了一些變化，但它似乎是一個相當保守的領域，採用新的網絡管理工具和實踐需要時間。

25年前，互聯網使用簡單網絡管理協議(SNMP)，儘管存在安全缺陷、效率低下，並且十分複雜，但它仍然得到廣泛的使用。但是SNMP只是一種網絡監控協議，而不是網絡配置協議，任何試圖使用SNMP寫操作的人都可以證明這一點。

最近Netconf和YANG正努力試圖將這個配置管理領域變得比預計在交換機上驅動CLI接口的腳本更有用。同時，我們看到Ansible、Chef、NAPALM和SALT等編排工具進入網絡操作空間，從而可以在數千個單獨組件上編排管理任務。這些網絡操作管理工具是改進自動化網絡管理狀態的一部分，但它仍然遠遠不是一個理想的終端。

與此同時，我們似乎已經推進了自動化控制系統以實現無人駕駛汽車，全自動化網絡管理的任務似乎已經將要達到預期的終點。為網絡的基礎設施和可用資源提供自適應自主控制系統，並允許控制系統監控網絡，修改網絡組件的運行參數，以不斷滿足網絡的服務水平目標，這肯定是可行的嗎？什麼時候才能實現自動化網絡？也許下一個十年我們能夠實現那個目標。

移動互聯網

在我們升級網絡協議模型中的一層並查看端到端傳輸層的發展之前，我們可能需要談論連接到Internet的設備的演進。

多年來，互聯網是臺式電腦的領域，筆記本電腦用於滿足那些渴望更便攜設備的人們的需求。那時手機還只是一部電話，他們進入數據世界的初期嘗試並不令人印象深刻。

蘋果於2007年發佈的iPhone是一部革命性的設備。它擁有鮮豔的彩色觸摸屏，只有四個按鍵，一個功能齊全的操作系統，具有WiFi和蜂窩無線接口以及強大的處理器和內存，它進入消費市場也許是這十年來的主要事件。

蘋果的早期領先地位很快被Windows和諾基亞用他們自己的產品所取代。 Google的立場更像是一個積極的破壞者，授權一系列手機組裝商使用Android平臺及其相關應用系統的開放許可框架。 三星、LG、HTC、華為、索尼和谷歌都在使用Android系統。目前，幾乎80%的移動手機使用Android系統，約17%使用蘋果的iOS。

就人類互聯網而言，移動市場現在是收入方面的互聯網定義市場。目前，有線網絡的利潤或機會幾乎沒有，甚至移動數據環境的利潤率的不斷下降，對於一家占主導地位的接入提供商來說，也意味著一絲希望。

實質上，公共互聯網現在是移動設備上的應用平臺。