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对因特网端到端原则的思考
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张海粟
这篇随笔是读了David D. Clark和Marjory S. Blumenthal的文章：Rethinking the design of the Internet : The end to end arguments vs. the brave new world 之后的简单思考，主要内容曾经在我以前的博客中有所说明，这里做了进一步的修订和补充说明。但是不论怎样，还只是片断的思考，部分内容肯定不甚准确，欢迎批评指正。
一、因特网具有何种特性使其获得了巨大成功？
当今世界计算机和网络已经渗透到人类社会的方方面面，信息时代彻底改变着人们的生产和生活方式。当我们惊叹于这种巨大的变化同时，常常会为因特网的成功究竟缘由何方而思考。也许不同专业背景的人从不同的角度来看有不同的答案。因为计算机网络成功归功于的因素太多，既有PC机、操作系统、光纤通信、以太网、网络应用技术大发展起的基础支撑作用；也是计算机设计制造商、操作系统生产商、网络建设维护商、应用程序厂商和内容提供商等商业实体在市场上的成功运作的结果；还有政府、非赢利组织、个人用户热衷于网络的推广应用的不可或缺的推动作用。计算机网络的发展咄咄逼人，在与传统电信网、有线电视网的竞争中出现了融合（甚至吞并）的态势，连电力网似乎都要向上靠近。那么如何拨开这些不同因素缠绕的迷雾，因特网的发展究竟与其自身的那些性质有关？
在阅读了关于端到端原则的这篇经典文献后，我似乎看到了重重迷雾中间的一束清新阳光，这束阳光简单地照亮了人们的思维，因为其昭示了因特网有着促使自身的发展、立于不败之地（尽管计算机网络底层曾经基于X.25，出现过ATM等结构，再到以太网、光纤网，趋向IP over DWDM的全光网，现在计算机网络依然依靠TCP/IP完美地覆盖了这些底层网络的不同特性）的根本因素。结合我自己在通信网方面工作的粗浅感知，个人认为，这个因素是因特网设计之初就表现出来的对网络用户的平等看待、利于创新的特性，因特网的大发展也是基于端到端原则所支撑的因特网创新哲学、冒险精神实践后的必然结果。
今天又看到了一段精彩的话（RESTful web services，Leonard and Sam，徐涵等译，电子工业出版社），摘抄如下：
“若不是得益于分配不当的国防资金、创新的工程项目、‘差点则更好’的工程实践、大科学、天真的自由理想主义、古怪的自由主义政治、技术迷信，以及那些认为自己找到了发财之路的程序员和投资者的汗水与资本，因特网和万维网也许不一定会诞生。”
二、端到端原则是什么？
自Jerome Saltzer, David Clark and David P.Reed在1981年提出端到端原则以来，其普遍指导了网络设计者开发网络协议及应用程序。从理解的角度来说，遵循端到端原则的网络设计思路应该是这样的：如果一种机制能在端系统实现，那么就不应该将其在网络核心中实现，网络核心应该尽可能提供通用的服务，而具体应用相关的功能应该避免在网络核心中出现。端到端原则旨在让客户机承担网络应用的开发和创新，而让网络本身保持相对简单。这种相对简单的核心网络模型也是网络能够在上层变换实现不同应用的技术基础，确保网络能够被位于边缘的用户扩展新的应用功能。端到端原则的显著好处是保持了因特网的伸缩性、通用性和开放性。具体说，其一，核心网的复杂性得以降低。其二，网络容易支持新应用程序。其三，增加了网络应用的可靠性。（原文中关于对端到端原则的理解已有详细说明，此处不再赘述。）
三、端到端原则给因特网带来了什么？
——端到端原则指导了因特网的体系结构设计
因为网络应用能够迅速在边缘网上开发、运行、产生效益，无需对核心网进行改动，所以因特网上不断创新的应用能够应运而生，发展了资源共享、通信、游戏、信息发布等各种各样丰富多彩的应用模式，成为因特网得以被普通用户广泛使用的根本原因。
图1 因特网的创新模式
基于端到端原则的因特网创新模式使用户能够自由发布自己的新的网络应用功能，其他相关的用户可以选择使用这种应用功能，也可以选择不使用这种应用功能。如图1所示，这个创新的过程并不会受到网络的制约，也就意味着不再受到传统电信网中的网络强权（如ISP）提供的通信服务的制约。对于习惯了使用电信网的用户来说，这种创新功能带来的是一个真正的新世界。电信网上不论是电话还是电报，也不论电话提供了怎样的增值服务，要让一个普通用户发布这样的创新应用或者思想是完全不可能的。
——端到端原则突出了因特网的冒险精神
因特网的冒险精神体现在多个方面。其一就是是上述的用户创新过程，这是典型的冒险之举。因为尽管存在着获利的可能，但是真正能够风靡的创新应用（比如QQ和BT之类的成功者）只是极少部分。其二，因特网上用户的行事原则更多的是自我约束，国家和权威机构的介入力度不够，介入难度也很大，因此这似乎给用户之间冒险性的竞争提供了温床。这种竞争导致所有用户都倾向于使用功能更加强大的软件，倾向于更好地保护自己的信息和其他利益，同时也就有人倾向于攫取他人的正当利益。其三，因特网是风险投资非常活跃的领域，这是因特网商业化能够发展起来的基本源泉。正是端到端的设计原则，包括游戏、聊天和P2P等在内的风险投资不需要在ISP的支配下进行，而只需要和端用户打交道即可。从产业链角度来说，如图2、图3所示，“哭泣”曲线转变成了“微笑”曲线（资料来自于中国通信企业联合会《2006年信息产业发展研究报告》）。图3说明现在位于产业链上方的服务提供商利润高于位于产业链中部的ISP。具有讽刺意味的刺激作用是，这甚至反过来促使各ISP积极向信息服务商的角色积极进行转型。
图2 “哭泣”曲线
图3 “微笑”曲线
四、端到端原则在因特网上的发展趋势怎样？
原文中说明了端到端的原则受到了不少挑战。这些挑战可能会该端到端的原则带来损害，但是正如作者坚持的那样，端到端原则不应该被放弃，而应该被逐渐改良。
——端到端的原则受到损害的根源是什么
原文也注意到端到端原则的损害很大程度上是由于各方利益的纠纷所带来的，因此着重提出了要注意把握以下各方之间的相关利益：一是利用端到端原则进行通信的终端用户之间；二是终端用户和因特网服务提供商之间；三是终端用户、ISP和第三方之间。显而易见，这里各方的关注焦点在于对网络功能的需求逐渐变化和丰富（如需要QoS保证的多媒体、实时通信等；需要更加坚固的安全保障；需要向用户提供更快的服务，等等）。而因特网随着规模的增大，用户间的信任关系却已经很难建立（引入认证机构还是加密能够解决此问题？）。从ISP、政府机构积极介入因特网的态度来看，尤其是ISP期望能够向信息服务转型的愿望会给因特网端到端原则带来最本质的冲击。也许ISP最期望看到的就是因特网不仅从技术上和电信网融合，而且从服务模式甚至赢利模式上也统一到经典的电信网模式上？尽管这听起来不太可能，但是这正是原文作者认为“现有因特网的大量投资隐藏于网络中使得ISP和ICP都倾向于短期效益行为”的潜台词。
——端到端的原则不会被抛弃
前文已经反复强调了因特网发展壮大的原因和因特网的创新精神、冒险哲学，以及基于端到端原则建立起来的因特网体系结构，这些都是端到端原则不会被抛弃的强有力保证。试想象一个不符合端到端原则的计算机网络还是因特网吗？用户也许就不再认识这样的因特网了。
但是端到端原则必须要着眼于解决如何满足前一小节提出的各种需求，必须能够满足ISP和政府等第三方对网络期望进行操作的要求。因此，因特网的端到端原则在逐渐地向着一系列相互合作的原则过渡——因特网不再是一揽子不管用户行为的端到端原则的尽力而为服务，而以网络为中心的新模式也能够在网络中间逐渐建立起来。不久的将来，也许用户可能就会习惯于在ISP提供的业务和单纯的ICP提供的服务之间转变，但是用户自身创新的新应用业务还必将会受到ISP的核心网的支持。
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