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《新发现》杂志官方博客

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互联网崩溃  

2009-03-05 10:26:15|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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互联网崩溃 - 新发现 - 《新发现》杂志官方博客

 

 

鉴于互联网所取得的巨大成功,我们似乎完全有理由相信网络世界形势一片大好。其实不然!由于互联网诞生之初并未考虑到现在这种无序使用的局面,因而其自身结构正显露出越来越严重的缺陷。结果,黑客们惊喜地发现大展身手的天地,而未来网络应用的发展却如履薄冰。网络的黄金时代即将一去不复返。

编译 武峥灏

 

结构过时的网络

就在新的网络应用功能不断涌现之际,互联网却已经由于先天结构缺陷而难以跟上时代前进的步伐!设计者们并未料到它会成为一个如此开放的平台。该对互联网进行重新设计吗?

电话、视频、电视、音乐、报纸、百科全书、书籍、旅行社、银行、政府机构……今天的互联网似乎已经无处不在、无时不在。其迅猛发展已是大势所趋,难以遏制。在法国,绝大多数居民已经开始使用宽带网络连接。据法国电信公司2008年年初统计,法国ADSL(非同步数字用户专线)人口普及率达到98.3%。而超高流量宽带(负载能力是现有技术的10倍,甚至更高)也将在不久的将来投入使用。法国政府最近推出的“2012数字法国计划”把2012年超高流量宽带用户数量目标定为400万。在不到10年之前,人们还只能通过互联网浏览静态网页,而当时的文本及其他文件的传输速度只有区区每秒56千字节(Kb)!如今随着互联网及其应用功能日新月异的发展,已经很难想象如果没有了互联网我们该怎么办。然而,垃圾邮件、电脑病毒、银行账户被黑等现象无不在提醒网络用户,隐藏在电脑屏幕或手机彩屏背后(目前全世界27亿部手机中有20%采用了3G技术,能够通过电话信号中继站连入互联网)的是怎样一个危机四伏的复杂世界。在互联网专家眼中,网络威胁确实存在,而且令人忧心忡忡。然而,网络服务商和网络内容及应用功能发展商依然对网络应用革新趋之若鹜。高分辨率电视节目、远程外科手术、工业设备实时监控维护等新事物已经进入人们的视野。

 

黄金时代的终结

不仅如此,实现不同设备连接的“周边”信息技术也正处于飞跃发展阶段。法国新一代互联网基金会的让-米歇尔·科尔尼(Jean-Michel Cornu)透露:“2008年是互联网发展历史上的重要一页,计算机、公共通信设施、控制台等信息交流设备的数量已与网络用户数量相等!”能够对人体健康状态进行连续监测的医疗设备、能够在网上显示旧金山停车场车位的装置、可以用于石油输送管道漏油检测的系统……不计其数的新实验显然在向我们表明,互联网的巅峰还未到来。

实际情况并非如此。确切地说,互联网的黄金时代似乎已经走到尽头。虽然革命性的应用方式仍是层出不穷,众多互联网专家却认为互联网发展的可能性已经达到极限。互联网就像刚从青春期走来,在经历了突如其来的“发育”后,却发现自己已经定型,不可能无限地“长大”。种种迹象都表明了这一点,网络电话就是上佳明证。网络电话的通话质量有时只不过勉强达到步话机的水准,可靠度也仅为90%~99.9%(每年累计故障时间为9小时~3天),远远落后于传统电话著名的“5个9”标准(可靠度达到99.999%、全年故障时间仅为5分钟)。同传统电话相比,网络电话的确不能算是一种进步!这其实也没有什么值得大惊小怪的。1969年互联网诞生时,只是为了通过原有的电话线路在少数大学固定电脑设备之间进行文本信息传输。当时的那些基本原则虽然使它拥有了一定的适应能力(在出现局部断路的情况时,互联网能够依靠多条应急路由摆脱困境),但也使它无法得到必要的优化。在信息技术专家们看来,互联网已经“尽力而为”了。说白了,网络既不保证送达数据的质量,也不保证数据送达的时间。网络一旦发生堵塞,数据流就会在路由器中排起长龙。只要等候时间超过两秒钟,数据包就会被丢弃,也就无法应用于网络电话或视频服务。

 

难以确保的服务

上世纪90年代,互联网的忠实拥护者们曾对利用互联网大规模进行远程外科手术和空中交通管理充满期待,但他们的努力最终付诸东流。互联网受到全球性停电影响的可能性虽然微乎其微,但种种意外故障却是家常便饭:就不必路由器故障就不必说了,跨洋海底电缆三天两头地也会由于船锚撞击等原因而发生故障……每当故障发生之后,整个互联网平均需要3分钟才能找到用于取代失效链接的路由。这又需要占用大量资源,从而使得延迟可能达到15分钟……

互联网不甚理想的性能同样也会对视频直播、股市交易、网上拍卖等活动造成影响。难道就不能给这些应用项目设置“绿色通道”吗?对此,互联网先驱、数据包发明者路易·普赞(Louis Pouzin)回应道:“根据设计,互联网对带宽采取的是公平分配的做法,因此在数据包传输方面并未设立任何优先系统。”由此可见,根据当前网络结构情况,要在整个互联网中实现“有保证的服务质量”是根本不可能的。

这一局限性在无线网络上表现得更为明显。发展中国家的10亿新网民将成为互联网发展的重头戏。这些新加入的网络使用者将更多依靠无线终端而非大型固定基础设施进入互联网。然而,Wi-fi、Wimax、蓝牙等无线信息交换技术却让互联网核心支柱——TCP协议(Transmission Control Protocol传输控制协议)陷入窘境。这一互联网运行的内在原则的任务就是对数据流进行自动调节,避免出现网络堵塞的现象。按照设计原则,TCP协议会把传输过程中的所有错误都视为网络堵塞的信号,并自动将传输流量减半。问题在于,无线网络连接模式与TCP协议的设计目标——有线连接模式不同,会出现大量数据丢失的情况。法国国家信息与自动化研究所(INRIA)互联网协议与应用项目负责人瓦利德·达布斯(Walid Dabbous)分析道:“TCP协议会把这些数据丢失现象都视为网络堵塞的迹象,从而使得无线连接远远不能达到理想状态。”由此可见,互联网无线连接虽然可以实现,但是要以连接速度下降为代价,甚至还可能出现网络连接时断时续的情况!这是因为,手提电脑或3G手机(在火车、汽车等交通工具行驶过程中)需要不停地追踪沿途中继站的信号才能保证与互联网的持续连接。巴黎第六大学信息技术实验室研究员居伊·皮若尔(Guy Pujolle)解释说:“然而与手机不同的是,TCP协议并不支持不同中继站之间的信号过渡,从而导致在驾车或乘坐火车旅行途中无法使用互联网。”在实际使用中,信号过渡总会出现中断。这种中断虽然短暂,却也足以让TCP协议做出要在两台计算机之间重新启动数据传输的判断。而这样一来,数据包又会再次丢失。在应用前景最被看好的无线连接领域,互联网却难以为继。而且这一状况也不会因为时间的推移而有所改善。由于其技术基础已经无法同目前的应用任务相适应,经历了“拔苗助长”的互联网反而尽显垂暮老朽之气。你或许会问,现在互联网的各项应用不是运转良好吗?没错,但这仅仅是因为技术专家给互联网贴上了许许多多的“补丁”。这些层层叠加的补丁不仅限制了互联网的发展空间,而且使得互联网最终成为一团乱麻!你不妨把互联网想象成一个虽然“遍体鳞伤”,但仍旧被要求跑得更快更远的轮胎。汤姆逊公司巴黎研发部主任克里斯多夫·迪奥(Christophe Diot)总结道:“这些大型信息交流网络闻所未闻的管理难度已经到了我们认知能力的极限。一想到那些路由器的更新都是通过人力手工完成的,就让人毛骨悚然!”要知道,完成这样一项任务所需撰写的信息代码可达1万行之多。更为糟糕的是,随着网络用户数量的激增,路由表(互联网道岔控制器表单)端口数量从1992年的2万个增加到今天的27万个。发生混淆自然是家常便饭。据统计,信息网络62%的中断时间出自于人为错误,而不是设备故障。而网络错误的解决就更加让人不寒而栗。出于经济和简化的考虑,互联网被设计为无法对其自身“健康状况”进行分析和表述的“残障儿”,只有互联网边缘终端才具备交流功能。“因此,大部分互联网故障的原因都无法找出。”克里斯多夫·迪奥表示。居伊·皮若尔进一步指出:“互联网的各种协议已经变成异常复杂的拼图游戏,想要理解这些协议需要许多专家的共同参与。”而今天那些“补丁”的编码行数也已经超过了互联网基础协议的编码行数!单单下面这个例子就已经能够说明问题:面对互联网的巨大成功和美国对于IP地址储备的控制,欧洲企业不得不通过投机取巧的手段来弥补IP地址数量的不足。这一方法就是能够在局域网同外部网络进行信息交换时临时分配网络地址的NAT(Network Address Translation,网络地址转换)技术。该技术的缺陷在于网络地址转换会对传输协议造成干扰,并导致即时信息服务或网络电话服务必须经过极其复杂的路由才能实现。在这样的技术背景之下还能诞生Skype这样的网络电话服务软件无疑是一大奇迹。

 

互联网推倒重建?

我们同样不能忘记,用于过滤可疑网络信息内容的防火墙也对互联网造成了极大的负担。这是因为包括全新应用功能在内的未知事物都会被防火墙视为潜在威胁!美国斯坦福大学研究员尼克·麦克欧文(Nick Mckeown)总结道:“局部增添的防火墙导致网络更趋复杂、愈加脆弱、进化难度更高。” 克里斯多夫·迪奥指出:“而且由于担心互联网会出现难以预料的不良反应,谁也不敢从互联网结构中撤除某些旧协议。”

于是,各科学刊物自2001年来纷纷提到互联网的“骨化症”,也就是说新的应用功能和构思想法越来越难以融入互联网了。如果说互联网的结构必须保持现状,那么是否意味着互联网就此永远再无发展变化的可能?“30多年前,我们草创了互联网,想要看看这一想法是否可行。结果互联网似乎大获成功。”互联网先驱人物之一约翰·戴(John Day)表示,“然而真实情况是,自上世纪70年代以来,互联网这一未完成的雏形唯有依靠补丁和计算机日益强大的性能才得苟延残喘。如今计算机性能发展对于互联网的帮助已是强弩之末,而补丁的不断增加只会让我们走进死胡同。”尼克·麦克欧文进一步解释说:“互联网由于受其基础协议的限制,似乎越来越难以跟上时代的前进步伐。现在的问题就是,如何对现有的互联网进行改造?”

对于这一疑问,越来越多的专家大胆回答:“从零开始。”彻底推倒重建,这就是包括互联网伟大先驱在内的部分专家为互联网决定的命运!抛弃那些已经过时的互联网协议、彻底重建网络结构……这一做法到底是大胆果敢还是荒诞不经,无疑是个仁者见仁、智者见智的问题。虽然目前世界上几乎所有的信息交流网络都采用了以不可触动著称的互联网协议(IP),但是正如瓦利德·达布斯所指出的:“我们最终发现所有依靠补丁改善互联网性能的努力其实没有什么效果。与此同时,不少优秀的想法仅仅因为与IP协议无法兼容而在国际互联网会议上遭到否决。”在这种情况下我们又能有什么其他选择呢?

 

信息技术专家的“大型强子对撞机”!

不论是在美国、日本,还是在欧洲,都已经开始出现反抗IP协议“专制”的行动。近些年来,曾经参与互联网设计的普林斯顿大学、斯坦福大学、麻省理工学院纷纷致力于互联网“从零开始”计划的实施。2005年,美国国家科学基金委员会(Nation Science Foundation)还推出Geni项目(Global Environment for Network Innovation,网络技术革新全球环境),这一大型互联网结构实验项目耗资高达3.5亿美元。这一计划就好比信息技术专家的“大型强子对撞机”(LHC)。参与2008年启动的欧洲Fire(Future Internet Research and Experimentation,未来互联网研究实验)项目的塞尔日·弗迪达(Serge Fdida)解释说:“今天,我们的发展方向是组成现有网络实验平台的全球联盟。”曾经与现有互联网建设失之交臂的欧洲这一回自然不愿再次置身事外了。

 

前景如何?

这些相互沟通的实验性网络长期以来一直是网络工程师们孜孜以求的梦想。这是因为在现有互联网上对新设计原理进行测试可能造成损害,而那些小型原型网络则不具备足够的代表性,无法充分说服企业采用这些原型技术。而且,从零开始东山再起或许是我们从现今迷局中豁然顿悟、破茧而出的一次契机,有利于找到彻底的解决方法。其中一些方法说不定还能让我们在无需大动干戈的情况下对现有互联网做出改进。

但是如果真的要对互联网推倒重建呢?很难想象2.8万家网络服务商怎样才能在一瞬之间对互联网50万台路由器进行更换!对于这一浩大工程忧心忡忡的网络工程师们祭出了秘密武器——虚拟化技术。“虚拟化技术就是在同一物理设施之上同时运行多个信息系统的技术。”居伊·皮若尔解释说,“随着时间的推移,网络服务商很可能会装备具有虚拟化功能的路由器。届时就能使两个甚至更多的网络同时运行,然后就能利用新老网络的并存循序渐进地进行转移。”这一方案虽然听起来颇具吸引力,但就目前而言仍不过是纸上谈兵。因为这一方案对于能够满足最为复杂的应用功能所需的新结构只字未提。在全新网络到来之前,网络工程师们仍必须继续帮助互联网“尽力而为”。

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