揭晓互联网成功的技术因素

虽然互联网的成功是不可否认的，但不应该将互联网的成功视为理所当然。互联网成功的因素一部分源于互联网诞生阶段就设计好的互联网体系结构中，另一部分则随着互联网的发展而出现。

互联网从美国诞生，经过五十年的发展，如今已成为一个全球性网络，拥有遍布世界各地的约40亿用户，与现代社会和经济的运作相互融合。虽然为了缩小数字鸿沟，互联网的可用性和收费的可承受性仍然需要提升，但无可争议的是，互联网是有史以来最成功的基础设施系统之一。

在2021互联网治理论坛（IGF）上，APNIC（亚太互联网络信息中心）与LACNIC（拉丁美洲和加勒比海地区互联网络信息中心）联合发布了《互联网成功的技术因素研究报告》。报告指出，虽然互联网的成功是不可否认的，但不应该将互联网的成功视为理所当然。对互联网成功因素的评估应该是客观的，而不是理想化的。互联网成功的因素一部分源于互联网诞生阶段就设计好的互联网体系结构中，另一部分则随着互联网的发展而出现。

报告显示，互联网的成功离不开最初的三个指导思想以及基于指导思想的三个设计原则。而当前互联网的成功体现在四个维度上，分别是：扩展性（Scalability）、灵活性（Flexibility）、适应性（Adaptability）与抗毁性（Resilience）。如何在不影响其扩展性、灵活性、适应性及抗毁性的情况下继续发展互联网，是互联网持续成功的保障。

图1 互联网成功的四个维度

01

指导思想和设计原则

报告首先强调了互联网的三个重要的指导思想——开放（Openness）、简洁（Simple）和去中心化（Decentralization）——认为其塑造了互联网的技术、组织和运营发展，对互联网的成功至关重要。这三个指导理念的采用源于早期互联网开发者的有意识决策。具体来说，互联网在开放的环境下开发与运营，采用简洁的解决方案，并且是去中心化的，没有所有者。这些指导思想引领了许多重要的设计选择和操作实践，它们虽然在实践中并不总是被遵守，但为互联网的设计和整体发展提供了重要的指导。

图2 三个指导思想和三个设计原则

报 告 还 提 出 了 互 联 网 的 三 个 设 计 原 则 ——分层原则（Layering）、“网络互联（Network of Networks）”原则和“端对端（End-to-end）”原则。这些原则建立在上述指导思想的基础上，并且反过来有力地体现了这些思想。报告进一步指出，提供互联网接入和流量传输的各种底层网络技术，允许在构成互联网的网络内部和跨网络之间通信的协议，允许单个网络与其他网络形成业务关系的互联模型，互联网对新应用的开放性，以及服务提供商网络中普遍存在的操作实践，都是根据这三个设计原则发展起来的。

在分层原则下，应用程序与底层网络分离，允许互联网的某些部分发生变化，而不会影响其他部分。互联网协议（IP）作为稳定的构建块（stable building block）分隔了各层。同时，这一原则推动了后两个原则的实现。

“网络互联”原则，即每个网络都可以独立于其他网络运行，只要它们都使用通用的互联网协议来传输流量。这允许在部署新网络时将已有的网络连接到互联网。

根据“端对端”原则，智能（intelligence）位于网络边缘的终端设备中，而不是位于网络核心的路由器中。因此，应用程序可以开发并安装在各种互联网设备上，而无需对所有网络进行更改。

02

互联网成功的四个技术维度

报告认为，互联网在技术上的成功可客观地分解为四个维度，并指出，互联网的成功与其指导思想和设计原则密不可分。互联网成功满足了新用户和新用途日益增长的需求，能够灵活地使用新的底层网络技术，适应新的应用程序，并具备抵御冲击和变化的抗毁性。报告提供了互联网如何具有扩展性、灵活性、适应性和抗毁性的证据，并讨论了构成这四个成功维度的互联网技术属性。

1. 支持互联网增长的扩展性

三十年来，互联网的用户数量持续快速增长，从1990年的260万用户发展到当前接近全球半数人口的约40亿人。即使有些地区的网络连接率已经达到100%，但接入网络的设备数量依旧呈指数级增长。根据思科公司统计，2003年全世界每人平均只有0.08台设备入网，2010年是1.84台，2015是2.2台，到了2018年，数字变成了2.4台。除了个人与家庭设备外，工业机械也会在未来成为互联网的一部分，这也会使设备的数量大大增加。未来，互联网用户的大幅增长将发生在非洲和亚太地区，2019年，这两个地区只有31%和51%的人口使用互联网。随着投资的继续和接入障碍的解决，这些地区的互联网普及率将增加，互联网也将继续扩张。

同时，用户数量的增长带来了流量的增长，每人每年的固定网络数据流量从2010年的19GB增长到2019年的198.3GB，移动网络数据流量则在同一时间段内由0.6GB增长到57.1GB。到目前为止，用户流量仍在不断增长，显示了互联网惊人的扩展能力。

对扩展性来说，至关重要的是分层原则，它允许网络和应用程序独立地修改或替换。这也证明了围绕简洁性思想设计互联网的好处，某一层的变化不会影响其他层。同时，由于“网络互联”原则和开放性思想，任何人都可以投资网络。“端对端”原则允许应用程序和服务独立增长，基于内容提供商的投资满足需求，使得设备变得智能化。

2. 网络技术的灵活性

“网络互联”原则使采取不同技术的网络独立发展运营。从一开始，互联网的灵活协议套件就支持一系列的底层物理网络技术。随着互联网逐渐成熟，新的底层网络技术也随之增加，从太比特光网络到高速、移动、低功耗的物联网（IoT）网络。这些网络都能直接或间接地连接以交换流量。

IP是一个非常灵活的协议，能够在任何基础网络上运行。因此，互联网可以在大多数现有的物理通信网络上运行，包括传统的铜质电话网络、同轴电缆电视网络、蜂窝移动网络、各种无线网络和卫星网络。互联网协议允许这些网络承载IP流量，承载IP流量也逐渐成为大多数网络的主要用途。由于其适应性良好，IP作为承载大多数类型流量（包括语音、视频和一般数据传输）的首选技术占据主导地位。

除此之外，互联网适应新网络技术的灵活性始于分层原则，它将IP流量的端到端路径与底层网络技术分离。“网络互联”原则指出，每个网络都是独立的，只要它运行IP协议，就可以使用自己的技术。这些网络之间以BGP（边界网关协议）为技术，相互协商来交换流量，包括对等互联与转接。随着各地区用户数量的增加，网络的数量也会相应增加。

3. 对新应用的适应性

随着早期互联网的发展，用户开始相互发送消息，电子邮件也随之诞生。而现在，互联网不再仅仅是一种获取算力和发送文件的手段，而成为一种沟通和社交的方式。TCP/IP的发展和越来越多的低廉设备促使学术与工业界开始使用互联网。自互联网诞生以来，两个最为重要的应用平台推动了互联网的普及。一个是1990年代初出现的万维网，另一个则是2000年代末开始流行的移动应用商店。互联网的开放性保证了用户可以随意使用它们。

苹果公司将智能手机介绍给用户。2008年，苹果应用商店对第三方应用的开放产生了根本性影响，推动了移动网络连接的普及。其他公司也开发了自己的智能手机和应用商店，特别是谷歌的安卓操作系统和谷歌应用商店。应用成为许多人访问互联网的主要方式。这些应用程序有效地充当了网站的入口，结合了移动性与智能性。仅在 2021年第一季度，谷歌应用商店和苹果应用商店的下载量就超过了350亿次。

事实证明，核心互联网协议的通用性质成功地支持了不同应用。IP提供了通用的尽力而为的服务，把更高级的功能留给终端系统中的应用和协议来实现，如安全、拥堵控制或其他形式的协调。这种模式创造了一个公共网络，应用程序可以访问其他程序和服务，并开发新产品。

互联网的开放性意味着任何人都可以创新并开发新应用，而这些新应用不需要对网络进行任何改变。相反，用户设备需要改变以便更加智能，因此设备的种类和功率都在稳步增加。标准过程的开放性意味着可以调整协议或开发新的协议，以适应新应用。

4. 支持互联网增长的扩展性

互联网的增长得益于其灵活性和适应性。随着时间的推移，互联网也被证明具有抗毁性：面对各种内部变化和外部挑战，互联网可以继续运行并保障足够的服务。互联网在用户数量和使用流量方面的增长，以及新网络和应用的出现，都间接确认了互联网具有抗毁性。尽管互联网未来面临技术上的挑战，但个人、企业、政府和其他主体将继续把重要的社会和经济活动转移到线上，也将互联网的可用性和可靠性视为理所当然。

多年来，人们对互联网可能的崩溃表示了合理的担忧，包括不受控制的拥堵、域间路由系统的崩溃以及安全威胁。到1990年，随着IPv4地址空间的耗尽，人们则预测路由系统会崩溃。这些都是非常真实的威胁，也促使了CIDR（无类别域间路由）技术和RIR（区域性互联网注册机构）系统的发展。

互联网的抗毁性既源于基本的技术特性，如互联网路由协议的分布式特性，也源于网络运营商长期以来形成的操作惯例和方法。同时，抗毁性还包括一些打破设计原则以应对挑战的举动，这些举动不会从根本上改变互联网的性质。即使面对这些意料之外的妥协，互联网的内在抗毁性也使其能够持续运行。

事实证明，互联网对流量模式和应用需求的强劲增长和重大变化都具有抗毁性。其核心协议的简洁性、互联网的抗毁性拓扑结构和去中心化特征都对抗毁性的实现起到了重要作用。在“网络互联”原则下，各个完全自主的运营实体承担了维护各自网络的责任。这种责任的分散化在以下方面促进了抗毁性的实现：设备的多样性、操作方法的多样性和各层面规划和决策的拓扑结构多样性。

03

前景展望

报告指出，互联网的成功使它成为世界上最重要的连接人与人，连接共享信息的系统。互联网的设计原则使任何人都可以轻松地将系统连接到互联网，并使用它分发任何类型的内容。

当然，互联网的成功面临着技术挑战。尽管有人提议对互联网进行根本性的变革，但任何对互联网的激进变革都应该依据其保持成功维度的能力进行评估。报告得出的结论是：互联网在现有基础上的持续发展可以应对潜在的挑战，同时继续在各个维度上取得成功。新的技术协议取代或补充了现有协议，新的网络技术不断发展，网络也在不断适应着新的应用。

报告认为，随着互联网的不断发展，重要的是理解并维护互联网的指导思想和设计原则。这些指导思想和设计原则有助于实现扩展性、灵活性、适应性和抗毁性，而这四个维度则代表了当今互联网的成功。

来源：APNIC

编译：王雅静、项阳

责编：项阳

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