未來互聯網什麼樣?更快、更開放、更顛覆
2018年11月12日17:21

  來源:未來論壇

  2018年8月中國互聯網絡信息中心發佈的第42次《中國互聯網絡發展狀況統計報告》稱,截至今年6月30日,中國網民達到8.02億,其中手機網民為7.88億。可以說,互聯網已經和人們的生活息息相關,而未來的互聯網更是無比重要。

  那未來的互聯網是什麼樣的呢?即將於11月17-18日舉辦的2018年未來科學大獎頒獎典禮暨F?科學峰會,有幸邀請到了斯坦福大學計算機科學和電子工程講席教授Nicholas W.McKeown和普林斯頓大學工學院講席教授Jennifer L.Rexford兩位學術大師一起暢想未來互聯網。

  對於未來互聯網以及兩位國際大師的背景,未來論壇請到了中科院計算所先進計算機系統研究中心副研究員,碩士生導師黃群老師做解讀。黃群老師的主要研究方向包括分佈式系統與計算機網絡測量等,在SIGCO女生、VLDB、INFOCOM等國際會議上發表多篇論文,同時獲得中國、美國多項技術專利。2011年於北京大學獲得學士學位,2015年於香港中文大學獲得博士學位,2015年至2017年間任職於華為(香港)未來網絡理論實驗室。以下為黃群老師點評的精彩內容:

  未來互聯網應該具備更高帶寬、更低延遲、更穩定的服務質量

  從表面上看,互聯網已經深入到我們生活的方方面面,也已經和各個行業各個領域深度融合。但現在的互聯網就只是在一個“可用”的狀態,距離真正的“好用”其實還有一定差距。未來最理想的互聯網狀態應該是,人們可以當做它完全不存在。也就是說,用戶可以隨時隨地根據需要發起一個網絡服務,這就意味著更高的帶寬、更低的延遲,同時服務質量更加穩定,使用戶幾乎感覺不到底層網絡服務的任何起伏變化。

  更高帶寬、更低延遲以及更穩定的服務是整個互聯網領域一直在追求的目標,沿著這個目標前進,未來互聯網還有許多新技術等著人們去突破。另外,未來的互聯網可能會針對各個細分場景,比如物聯網、超大規模的全球數據中心、AR/VR等進行一些研究。

  從技術角度看,未來的互聯網更開放、更顛覆、更智能

  從技術角度看,未來的互聯網會從三個方面產生變化。

  第一方面,未來的互聯網會更加開放、透明。未來,網絡將逐漸從今天的“黑盒”狀態變成“白盒”,具備更好的可編程、可定製能力。同時,一些軟件工程的方法也將被引入到這些可編程網絡中,比如對網絡功能的自動化驗證等等。隨著編程技術的普及,未來人人都可以根據自己的需求編寫程式,定製屬於自己的網絡基礎設施。同時,各種新的idea能夠更快更好地實現,進而推動整個網絡技術更迅速地演進,甚至會重構整個互聯網技術。

  第二方面,未來的互聯網將更具顛覆性。今天的網絡、硬件、軟件這幾個方向在計算機科學中是各自獨立發展的。未來的互聯網將是融合各個領域優秀成果的一體化設計,許多今天教科書的概念將被顛覆。比如,以前我們可能認為TCP/IP在網絡中是亙古不變的標準模型,絕大部分網絡設施都是基於TCP/IP設計的。

  然而TCP/IP在最初設計的時候,並沒有考慮到今天會有這麼多應用和不同的場景需求。當初人們想的是設計一個萬能的模型去解決所有的問題。後來發現,萬能鑰匙是不存在的。而目前,已經有了一些新型硬件(比如RDMA)或軟件架構(比如QUIC)正在試圖顛覆這一經典架構。未來隨著更多的需求被提出,同時網絡變得越來越開放,更多的開發者會參與進來,這種顛覆的力度也會越來越大。

  第三方面,未來的互聯網會更加智能化。隨著大數據與人工智能技術的發展,網絡會變得越來越智能化。比如,今天的網絡發生故障主要還是由人來排查。在未來,網絡可能本身就是一個智能化、有“自省”能力的體系結構,它能夠通過一些大數據或人工智能技術,自己的去發現問題解決問題。人在這裡面只是用少量的指導來輔助這個系統,甚至人就完全不需要去幹預這個系統。

  現有的人工智能技術仍很難應用在互聯網領域

  人工智能和互聯網二者的結合還需要一些新的技術。今天的人工智能的核心技術是深度學習。深度學習需要大量的數據來訓練模型,但對於互聯網來說,這種海量數據通常很難獲取,所以現在互聯網領域有一個研究方向叫做網絡測量,即研究如何從網絡中高效快速地獲取大量數據,同時這種數據採集過程又不會影響到用戶自身的體驗。

  此外,互聯網的數據規模也遠遠大於今天深度學習的場景。以圖片識別為例,一個人工智能的數據集可能包含幾百萬或者上千萬張圖片,這可能已經是比較大的一個數據集了。但對於網絡來說,可能一秒鍾就會產生幾百上千萬個網絡數據包。網絡產生的數據已經遠遠大於比如圖像識別或者語音識別的能力了。即使訓練好一個人工智能模型,但現在的互聯網每秒鍾產生的數據都十分巨大,人工智能如何在如此短的時間內處理這麼大量的數據,這對底層的系統和硬件的挑戰都非常巨大。

  最後一個問題就是數據質量的問題。即使人工智能能夠從互聯網採集數據,但數據的標註以及網絡測量中不可避免的一些數據噪聲,都是目前的人工智能還不能解決的問題。對於人工智能來說,比如說圖像識別人們要做一個人臉識別或者識別物體的模型,這個任務是非常明確的。

  但對於網絡來說,很多時候任務是非常模糊的,比如說我們怎樣去定義一個網絡攻擊或者要定義一個網絡異常。再比如某個地方發生了網絡故障導致了網絡延遲,但可能不同的用戶或不同的應用,對於延遲的敏感度是不一樣的。這其實就是一種很模糊的界定,怎樣應用人工智能技術在這麼模糊的場景下標註這樣的數據,其實是非常困難的一個事情。

  未來的互聯網比科幻片還科幻

  如果從科幻的角度看,理想的互聯網可以讓我們無視物理隔離地隨時隨地的進行任何信息溝通,達到所思即所得的境界。其載體可以是手機、手錶、眼鏡等各種日常物品。這種打破物理隔離的能力甚至可以超越宇宙尺度的限製,發送在星球與星球之間。

  著名科幻作家阿西莫夫在他的《基地》系列作品中為未來人類構想了一個遍佈銀河的銀河帝國。但由於缺乏有效的信息交互手段,人類最終連自己的起源地都逐漸遺忘,銀河帝國也分崩離析。當然,《基地》系列成書於上世紀的50年代,並沒有料到日後信息技術的蓬勃發展。但從中可以想像,一個高效的互聯網絡,對於人類文明的未來有多重要的意義。

  兩位大師:Nicholas和Jennifer

  參加本期F?峰會關於未來互聯網研討會的兩位嘉賓分別是斯坦福大學計算機科學和電子工程講席教授Nicholas W.McKeown和普林斯頓大學工學院講席教授Jennifer L.Rexford。我們上面提到的許多理念和想法,這兩位老師是奠基人和領軍人物。

  比如,我們剛才提到了未來網絡會更加透明開發,其中很關鍵的一個詞,叫做網絡可編程性。這兩位教授正是目前網絡可編程的最主要推動者。Nicholas在2007年時候提出了網軟件定義網絡的概念,首次實現了用類似軟件開發的方式構建整個互聯網。在那之後,Nicholas教授和Jennifer教授又共同推動了P4這樣一個可編程語言項目,對網絡的可編程與開放性由推進了一大步。

  Nicholas教授不僅在學術上十分成功,在商業與社區建設上也特別成功。他先後成立過三家成功的公司。2007年,當他提出軟件定義網絡的概念後,在矽穀成立了公司Nicira。2012年,Nicira以12.6億美元被VMWare公司收購。在社區建設方面,他和伯克利的Scott Shenker教授一起成立了一個叫開放網絡基金會(Open Network Fundation)的社區,通過這個社區推動網絡的透明、開放和發展。

  談到Jennifer教授的經曆可以說十分精彩,她的學生約翰霍普金斯大學計算機系助理教授,未來論壇青創聯盟成員金鑫說道:“ Jennifer老師在計算機網絡研究領域做出了許多奠基性的貢獻與成果。她在BGP領域的眾多工作,包括Gao-Rexford條件,對Internet路由的穩定性有深遠的影響。她是OpenFlow和軟件定義網絡的核心發起人之一。OpenFlow和SDN是革命性的網絡技術,極度簡化了大規模網絡的管理,提高了網絡的性能和魯棒性。這些技術被大量部署於因特網服務提供商和雲服務商,包括Google, Microsoft, Facebook, AT&T等等。

  她更是P4和可編程網絡的核心發起人之一。P4和可編程網絡極大降低了開發新型網絡協議和服務的時間和成本,是許多新型網絡硬件的基礎,被Cisco、Arista、Xilinx、Barefoot等眾多網絡硬件和芯片設計商所採用。由於Jennifer教授在計算機領域的傑出成就與貢獻,她在2018年獲得ACM SIGCO女生終身成就獎。Jennifer Rexford是 ACM會士,IEEE會士,美國藝術和科學院院士,和美國工程院院士。”

  她不僅是在網絡領域的技術上有很大貢獻,在網絡研究的很多方法論上也有很大的貢獻。比如她去年在ACM SIGCO女生大會上做的一個報告,就提出計算機網絡應該和不同領域及各交叉學科之間共同發展,共同進步。

  今年在獲得終身成就獎後,Jennifer教授又做了一個報告,在回顧自己整個研究生涯時,她提出了一個詞叫Keep it real,翻譯過來就是保持真實,某種意義上有不忘初心的意思。就是說建議年輕的科學家,就是要保持住耐心去尋找一些真正有價值的問題的答案,而不要去沉迷一些空中樓閣,即看起來漂亮,但對於整個學科或者說對整個社會發展其實沒有太大貢獻的問題。

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