揭曉互聯(lián)網成功的技術因素

雖然互聯(lián)網的成功是不可否認的，但不應該將互聯(lián)網的成功視為理所當然?；ヂ?lián)網成功的因素一部分源于互聯(lián)網誕生階段就設計好的互聯(lián)網體系結構中，另一部分則隨著互聯(lián)網的發(fā)展而出現(xiàn)。

互聯(lián)網從美國誕生，經過五十年的發(fā)展，如今已成為一個全球性網絡，擁有遍布世界各地的約40 億用戶，與現(xiàn)代社會和經濟的運作相互融合。雖然為了縮小數(shù)字鴻溝，互聯(lián)網的可用性和收費的可承受性仍然需要提升，但無可爭議的是，互聯(lián)網是有史以來最成功的基礎設施系統(tǒng)之一。

在2021 互聯(lián)網治理論壇（IGF）上，APNIC（亞太互聯(lián)網絡信息中心）與LACNIC（拉丁美洲和加勒比海地區(qū)互聯(lián)網絡信息中心）聯(lián)合發(fā)布了《互聯(lián)網成功的技術因素研究報告》。報告指出，雖然互聯(lián)網的成功是不可否認的，但不應該將互聯(lián)網的成功視為理所當然。對互聯(lián)網成功因素的評估應該是客觀的，而不是理想化的?；ヂ?lián)網成功的因素一部分源于互聯(lián)網誕生階段就設計好的互聯(lián)網體系結構中，另一部分則隨著互聯(lián)網的發(fā)展而出現(xiàn)。

報告顯示，互聯(lián)網的成功離不開最初的三個指導思想以及基于指導思想的三個設計原則。而當前互聯(lián)網的成功體現(xiàn)在四個維度上，分別是：擴展性（Scalability）、靈活性（Flexibility）、適應性（Adaptability）與抗毀性（Resilience）。如何在不影響其擴展性、靈活性、適應性及抗毀性的情況下繼續(xù)發(fā)展互聯(lián)網，是互聯(lián)網持續(xù)成功的保障。

指導思想和設計原則

報告首先強調了互聯(lián)網的三個重要的指導思想——開放（Openness）、簡潔（Simple）和去中心化（Decentralization）——認為其塑造了互聯(lián)網的技術、組織和運營發(fā)展，對互聯(lián)網的成功至關重要。這三個指導理念的采用源于早期互聯(lián)網開發(fā)者的有意識決策。具體來說，互聯(lián)網在開放的環(huán)境下開發(fā)與運營，采用簡潔的解決方案，并且是去中心化的，沒有所有者。這些指導思想引領了許多重要的設計選擇和操作實踐，它們雖然在實踐中并不總是被遵守，但為互聯(lián)網的設計和整體發(fā)展提供了重要的指導。

圖1 互聯(lián)網成功的四個維度

報告還提出了互聯(lián)網的三個設計原則——分層原則（Layering）、“網絡互聯(lián)（Network of Networks）”原則和“端對端（End-to-end）”原則。這些原則建立在上述指導思想的基礎上，并且反過來有力地體現(xiàn)了這些思想。報告進一步指出，提供互聯(lián)網接入和流量傳輸?shù)母鞣N底層網絡技術，允許在構成互聯(lián)網的網絡內部和跨網絡之間通信的協(xié)議，允許單個網絡與其他網絡形成業(yè)務關系的互聯(lián)模型，互聯(lián)網對新應用的開放性，以及服務提供商網絡中普遍存在的操作實踐，都是根據(jù)這三個設計原則發(fā)展起來的。

在分層原則下，應用程序與底層網絡分離，允許互聯(lián)網的某些部分發(fā)生變化，而不會影響其他部分。互聯(lián)網協(xié)議（IP）作為穩(wěn)定的構建塊（stable building block）分隔了各層。同時，這一原則推動了后兩個原則的實現(xiàn)。

“網絡互聯(lián)”原則，即每個網絡都可以獨立于其他網絡運行，只要它們都使用通用的互聯(lián)網協(xié)議來傳輸流量。這允許在部署新網絡時將已有的網絡連接到互聯(lián)網。

圖2 三個指導思想和三個設計原則

根據(jù)“端對端”原則，智能（intelligence）位于網絡邊緣的終端設備中，而不是位于網絡核心的路由器中。因此，應用程序可以開發(fā)并安裝在各種互聯(lián)網設備上，而無需對所有網絡進行更改。

互聯(lián)網成功的四個技術維度

報告認為，互聯(lián)網在技術上的成功可客觀地分解為四個維度，并指出，互聯(lián)網的成功與其指導思想和設計原則密不可分?；ヂ?lián)網成功滿足了新用戶和新用途日益增長的需求，能夠靈活地使用新的底層網絡技術，適應新的應用程序，并具備抵御沖擊和變化的抗毀性。報告提供了互聯(lián)網如何具有擴展性、靈活性、適應性和抗毀性的證據(jù)，并討論了構成這四個成功維度的互聯(lián)網技術屬性。

1.支持互聯(lián)網增長的擴展性

三十年來，互聯(lián)網的用戶數(shù)量持續(xù)快速增長，從1990 年的260 萬用戶發(fā)展到當前接近全球半數(shù)人口的約40 億人。即使有些地區(qū)的網絡連接率已經達到100%，但接入網絡的設備數(shù)量依舊呈指數(shù)級增長。根據(jù)思科公司統(tǒng)計，2003 年全世界每人平均只有0.08臺設備入網，2010 年是1.84 臺，2015 是2.2 臺，到了2018 年，數(shù)字變成了2.4 臺。除了個人與家庭設備外，工業(yè)機械也會在未來成為互聯(lián)網的一部分，這也會使設備的數(shù)量大大增加。未來，互聯(lián)網用戶的大幅增長將發(fā)生在非洲和亞太地區(qū)，2019 年，這兩個地區(qū)只有31%和51%的人口使用互聯(lián)網。隨著投資的繼續(xù)和接入障礙的解決，這些地區(qū)的互聯(lián)網普及率將增加，互聯(lián)網也將繼續(xù)擴張。

同時，用戶數(shù)量的增長帶來了流量的增長，每人每年的固定網絡數(shù)據(jù)流量從2010 年的19GB 增長到2019 年的198.3GB，移動網絡數(shù)據(jù)流量則在同一時間段內由0.6GB 增長到57.1GB。到目前為止，用戶流量仍在不斷增長，顯示了互聯(lián)網驚人的擴展能力。

對擴展性來說，至關重要的是分層原則，它允許網絡和應用程序獨立地修改或替換。這也證明了圍繞簡潔性思想設計互聯(lián)網的好處，某一層的變化不會影響其他層。同時，由于“網絡互聯(lián)”原則和開放性思想，任何人都可以投資網絡?！岸藢Χ恕痹瓌t允許應用程序和服務獨立增長，基于內容提供商的投資滿足需求，使得設備變得智能化。

2.網絡技術的靈活性

“網絡互聯(lián)”原則使采取不同技術的網絡獨立發(fā)展運營。從一開始，互聯(lián)網的靈活協(xié)議套件就支持一系列的底層物理網絡技術。隨著互聯(lián)網逐漸成熟，新的底層網絡技術也隨之增加，從太比特光網絡到高速、移動、低功耗的物聯(lián)網（IoT）網絡。這些網絡都能直接或間接地連接以交換流量。

IP 是一個非常靈活的協(xié)議，能夠在任何基礎網絡上運行。因此，互聯(lián)網可以在大多數(shù)現(xiàn)有的物理通信網絡上運行，包括傳統(tǒng)的銅質電話網絡、同軸電纜電視網絡、蜂窩移動網絡、各種無線網絡和衛(wèi)星網絡?；ヂ?lián)網協(xié)議允許這些網絡承載IP 流量，承載IP 流量也逐漸成為大多數(shù)網絡的主要用途。由于其適應性良好，IP作為承載大多數(shù)類型流量（包括語音、視頻和一般數(shù)據(jù)傳輸）的首選技術占據(jù)主導地位。

除此之外，互聯(lián)網適應新網絡技術的靈活性始于分層原則，它將IP 流量的端到端路徑與底層網絡技術分離?！熬W絡互聯(lián)”原則指出，每個網絡都是獨立的，只要它運行IP 協(xié)議，就可以使用自己的技術。這些網絡之間以BGP（邊界網關協(xié)議）為技術，相互協(xié)商來交換流量，包括對等互聯(lián)與轉接。隨著各地區(qū)用戶數(shù)量的增加，網絡的數(shù)量也會相應增加。

3.對新應用的適應性

隨著早期互聯(lián)網的發(fā)展，用戶開始相互發(fā)送消息，電子郵件也隨之誕生。而現(xiàn)在，互聯(lián)網不再僅僅是一種獲取算力和發(fā)送文件的手段，而成為一種溝通和社交的方式。TCP/IP 的發(fā)展和越來越多的低廉設備促使學術與工業(yè)界開始使用互聯(lián)網。自互聯(lián)網誕生以來，兩個最為重要的應用平臺推動了互聯(lián)網的普及。一個是1990 年代初出現(xiàn)的萬維網，另一個則是2000 年代末開始流行的移動應用商店?；ヂ?lián)網的開放性保證了用戶可以隨意使用它們。

蘋果公司將智能手機介紹給用戶。2008 年，蘋果應用商店對第三方應用的開放產生了根本性影響，推動了移動網絡連接的普及。其他公司也開發(fā)了自己的智能手機和應用商店，特別是谷歌的安卓操作系統(tǒng)和谷歌應用商店。應用成為許多人訪問互聯(lián)網的主要方式。這些應用程序有效地充當了網站的入口，結合了移動性與智能性。僅在2021 年第一季度，谷歌應用商店和蘋果應用商店的下載量就超過了350 億次。

新的技術協(xié)議取代或補充了現(xiàn)有協(xié)議，新的網絡技術不斷發(fā)展，網絡也在不斷適應著新的應用。

事實證明，核心互聯(lián)網協(xié)議的通用性質成功地支持了不同應用。IP 提供了通用的盡力而為的服務，把更高級的功能留給終端系統(tǒng)中的應用和協(xié)議來實現(xiàn)，如安全、擁堵控制或其他形式的協(xié)調。這種模式創(chuàng)造了一個公共網絡，應用程序可以訪問其他程序和服務，并開發(fā)新產品?；ヂ?lián)網的開放性意味著任何人都可以創(chuàng)新并開發(fā)新應用，而這些新應用不需要對網絡進行任何改變。相反，用戶設備需要改變以便更加智能，因此設備的種類和功率都在穩(wěn)步增加。標準過程的開放性意味著可以調整協(xié)議或開發(fā)新的協(xié)議，以適應新應用。

4.面對沖擊和變化時的抗毀性

互聯(lián)網的增長得益于其靈活性和適應性。隨著時間的推移，互聯(lián)網也被證明具有抗毀性：面對各種內部變化和外部挑戰(zhàn)，互聯(lián)網可以繼續(xù)運行并保障足夠的服務?；ヂ?lián)網在用戶數(shù)量和使用流量方面的增長，以及新網絡和應用的出現(xiàn)，都間接確認了互聯(lián)網具有抗毀性。盡管互聯(lián)網未來面臨技術上的挑戰(zhàn)，但個人、企業(yè)、政府和其他主體將繼續(xù)把重要的社會和經濟活動轉移到線上，也將互聯(lián)網的可用性和可靠性視為理所當然。多年來，人們對互聯(lián)網可能的崩潰表示了合理的擔憂，包括不受控制的擁堵、域間路由系統(tǒng)的崩潰以及安全威脅。到1990 年，隨著IPv4 地址空間的耗盡，人們則預測路由系統(tǒng)會崩潰。這些都是非常真實的威脅，也促使了CIDR（無類別域間路由）技術和RIR（區(qū)域性互聯(lián)網注冊機構）系統(tǒng)的發(fā)展。

互聯(lián)網的抗毀性既源于基本的技術特性，如互聯(lián)網路由協(xié)議的分布式特性，也源于網絡運營商長期以來形成的操作慣例和方法。同時，抗毀性還包括一些打破設計原則以應對挑戰(zhàn)的舉動，這些舉動不會從根本上改變互聯(lián)網的性質。即使面對這些意料之外的妥協(xié)，互聯(lián)網的內在抗毀性也使其能夠持續(xù)運行。

事實證明，互聯(lián)網對流量模式和應用需求的強勁增長和重大變化都具有抗毀性。其核心協(xié)議的簡潔性、互聯(lián)網的抗毀性拓撲結構和去中心化特征都對抗毀性的實現(xiàn)起到了重要作用。在“網絡互聯(lián)”原則下，各個完全自主的運營實體承擔了維護各自網絡的責任。這種責任的分散化在以下方面促進了抗毀性的實現(xiàn)：設備的多樣性、操作方法的多樣性和各層面規(guī)劃和決策的拓撲結構多樣性。

前景展望

報告指出，互聯(lián)網的成功使它成為世界上最重要的連接人與人，連接共享信息的系統(tǒng)?；ヂ?lián)網的設計原則使任何人都可以輕松地將系統(tǒng)連接到互聯(lián)網，并使用它分發(fā)任何類型的內容。

當然，互聯(lián)網的成功面臨著技術挑戰(zhàn)。盡管有人提議對互聯(lián)網進行根本性的變革，但任何對互聯(lián)網的激進變革都應該依據(jù)其保持成功維度的能力進行評估。報告得出的結論是：互聯(lián)網在現(xiàn)有基礎上的持續(xù)發(fā)展可以應對潛在的挑戰(zhàn)，同時繼續(xù)在各個維度上取得成功。新的技術協(xié)議取代或補充了現(xiàn)有協(xié)議，新的網絡技術不斷發(fā)展，網絡也在不斷適應著新的應用。

報告認為，隨著互聯(lián)網的不斷發(fā)展，重要的是理解并維護互聯(lián)網的指導思想和設計原則。這些指導思想和設計原則有助于實現(xiàn)擴展性、靈活性、適應性和抗毀性，而這四個維度則代表了當今互聯(lián)網的成功。