在网络层,很多新兴的技术在2008年前被提出来,掀起了研究的热潮,然而最终真正获得广泛部署的却寥寥无几。1998年提出的服务质量(Quality of Service,QoS)推动了区分服务、队列管理、分组分类等一系列算法和机制的研究。然而,实际的网络运营商通常还是选择扩大网络容量这一简单的方法来满足用户的需求,使得QoS并没有得到广泛使用。IP组播技术和IPSec技术也经历了类似的遭遇。除此之外,2008年前的互联网网络层的确发生了一些变化:为了应对IPv4地址空间不足问题,IPv6被提出来并开始初步建设,同时NAT技术的应用也越来越广泛;BGP成为互联网标准的域间路由协议,OSPF和IS-IS为互联网标准的域内路由协议;MPLS和VPN技术出现并得到应用。然而总的来说,2008年之前互联网网络层最大的特征在于IP协议一直占据了主导和核心地位而没有变化。
在传输层,TCP与UDP协议成为了互联网广泛采用的协议,各占据了网络流量的95%和5%。尽管研究人员开发了数据报拥塞控制协议(Datagram Congestion Control Protocol,DCCP)与流控制传输协议(Stream Control Transmission Protocol,SCTP)来作为TCP协议的改进版本,然而都没有得到广泛使用。与此同时,研究人员对TCP拥塞控制机制作出的改进提高了TCP在不断发展的网络中的传输性能,如具有更高带宽或无线通信的网络。
在应用层,一大批新兴的互联网应用在2008年之前的十年里涌现出来,包括搜索引擎、网络视频、网络电视、图片分享等等。Google、Youtube、Flickr、Joost、Wikipedia对于当时的人们来说就已经是耳熟能详的名字。P2P流量曾一度占据了互联网总流量的40%至80%。Web 2.0技术也发展起来。到了2008年,网络电话技术已经逐渐成熟起来。
『2 互联网2008-2018年发展回顾』
总体上,2008-2018年互联网的发展与2008年之前有所不同。如果说2008年之前互联网迎来了爆发式的增长,那么2008-2018年互联网则进入了一个相对稳定发展的阶段,已经增长到巨大规模的互联网在进一步发展时,其巨大的惯性起到了显著的作用。接下来的几个小节将大体按照互联网体系结构自下而上的顺序进行回顾和分析。
2.1 物理与数据链路层
2.1.1 光传输与光交换
光学系统在过去十年中持续地发展变化。十多年前,光学系统的产品使用简单的开关键将信号编码到光信道中。对于这一代光学系统而言,速度的增加依赖于硅控制系统和激光驱动芯片的改进。1990年代后期引入的波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)允许运营商大大增加其光缆基础设施的承载能力。而在过去的十年中,光学系统中的极化和相位调制已经发展为有效提升每波特信号位数的方式,相关研究领域得到了充分的发展。2008年,运营商干线主要还是采用10Gbps WDM以及少量的40Gbps WDM传输系统。2009年Verizon部署了全球第一条商用100Gbps WDM链路。2013年100Gbps技术在全球市场迎来爆发性增长,同时更高速率的400Gbps WDM系统从2014年起在欧洲、北美、亚太等多家运营商也开始了现网试点和小范围部署,光层组网规模进一步扩大。截至2018年,400Gbps相关的ITU-T G.709系列、IEEE 802.3系列接口国际标准已基本完成,基于城域应用的400Gbps标准化工作仍在ITU-T、IEEE和OIF等标准组织或论坛中开展。这种系统将使用多种更快的基本波特率和更高水平的相位幅度调制的组合。更高速率和更大容量的传输技术仍持续研究和试验,1Tbps的光通信服务也可能会在近期出现。此外,无缘光网络(Passive Optical Network)技术已成为高速接入主流技术,高精度时间同步技术也随着网络数据速率的提高得到迅速发展。
传统通信网络和光纤网络并存时存在光电交换的过程,光电交换速度取决于电路交换的工作速度,本来带宽较大的光纤网络在进行光电交换时就变得狭窄了,这降低了整个网络的带宽。过去的十年中,数据传输带宽容量的急剧增长,网络节点处的数据交换压力不断增大,电交换技术网络节点的成本和能耗随交换容量的增加呈增长趋势。网络节点的带宽和能耗将会成为网络带宽容量的瓶颈。采用全光交换的技术是突破带宽能耗瓶颈的有效途径。然而现有全光电路交换还不能够适用于IP网络。全光电路交换目前只能够提供波长级的粒度,远大于现有IP网络中的业务粒度。这种不匹配会造导致网络容量无法增加,使得光网络巨大的带宽资源难以得到充分利用。全光分组交换和全光突发交换可以提供更细的业务粒度,这些技术所依赖的全光缓存及全光逻辑器件目前尚不成熟,这些技术的应用前景目前来看并不乐观。适合IP网络业务粒度、仅依赖成熟器件的光交换技术亟待突破。目前国际上这个领域的研究还处于初始的阶段。