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提升网速10倍的互联网新技术——网络编码

天极网网络频道2014-07-31 09:38我要吐槽

  Aalborg 大学,麻省理工学院以及 Caltech 公司的研究者们,共同开发了一种在数学运算基础上开发出来的互联网技术,使得网络更加具有适应性,更加智能,最终让网络数据传输的速度提升高达 10 倍!这项技术进步极大的增强了数据传输的安全性,同时也为连接到 5G 移动网络,卫星传输以及物联网提供了途径。

  TCP/IP 协议存在的问题

  互联网上的数据传递都是封装在“包裹”里的,或者说成是以小组为单位的数字信息。将信息传递到终点的程序,以及这些“包裹”的格式,我们通常用一种叫做 TCP/IP 的一套协议来描述。这一技术是上世纪 70 年代的产物。在那个时候,互联网协议组的诞生,标志着技术的一大飞跃,彻底的对数字信息传输方式进行了革命。现如今,四十年过去了,它仍然是搭建起互联网的“骨架”。不过,虽然是最关键的环节,但是它并非是高效,安全,灵活的。

  举例来说,为了让 TCP 数据传输成功,接收数据的人需要按照当时发出时的顺序,准确的来接收这些“数字包裹”。如果其中有一个数据包,因为某种原因给丢失了,那么这种互联网协议就会将其看作是网络拥堵的一个信号,数据传输速度立刻下降一半,之后它速度回升起来的也非常缓慢。该处理机制在某些状况下也许很理想,但是在另外一些状况下就会很糟糕。其根本的原因就在于:这套互联网协议本身并没有足够的智能,来分别接下来做什么事才是最正确的选择。同时,尽管从理论上来说,数字包可以从 A 点到 B 点以无限条路径进行传说,但事实上,在一个 TCP 连接中,数据传输一般都走的是相同的路径,这就给了数字黑客以机会,方便他们侵入到你的通信交流中。

  解决方案:网络编码

  上述问题的解决方案不是没有。由 Aalborg 大学(丹麦),麻省理工学院以及 Caltech 公司组建的研发团队应用了一套全新的互联网协议,大幅度的提升了网速。这项技术的名字是“网络编码”。在他们展示的视频中,下载一份长达 4 分钟时间的手机视频,比现如今最先进的网络环境下载还要快 5 倍!如果是在线缓冲观看的话,根本没有任何停滞!这个研发团队的牵头人弗兰克·菲兹克(Frank Fitzek)教授接受采访时表示:“在我们之前所作的实验中,应用我们的技术所获得的网速,要比一般网速快 10 倍。”它能够让网络中的每一个节点都变得比现在更加智能。在 TCP/IP 协议中,网络节点只是一些简单的转换节点,只负责存储“数字包裹”,并且按照之前预设的路径转发到下一节点,而相比之下,在“网络编码”中,每一个节点都可以对“数字包裹”进行再加工,比如重新编制路径,或者重新编码。将智能赋予到网络的每个节点,是该技术称得上“破坏性创新”的理由。因为这将赋予信息处理技术以史无前例的灵活性。例如,它可以利用多路径 TCP (现已经应用到了 iOS 7 系统中),另外,应用了再编码机制,可以进一步的提升安全性和数据传输速度,甚至能够在网络的每个节点内部存储数据信息。

  研发人员:摩顿·韦德(Morten Videb)和詹尼斯·海德(Janus Heide)

  它的运行机制

  无论数字包中的内容是来自 Youtube 的视频内容,一段文本内容,或者是一首歌曲,它们都被一连串的0和1编码。在 TCP/IP 协议中,互联网的节点存储内容,并且转发到下一节点来处理信息。但是在 Fitzek 团队开发的新的协议中,“数字包裹”中的内容被看作是一个真实的数字,“数字包裹”以“批”为单位进行处理。每一个节点都构建了一套线性方程,利用的是从“数字包裹”中提取出来的数字,以及随机生成的一组系数。每一个线性方程都能生成一个已编码的包裹,其系数存储在编码包裹的头部,未知的变量是每一个包裹的实际信息,当作一个数字。换句话说,每一个已编码的包裹中,都一次性的在几个“标准”的包裹上含有部分的信息,但同时还乘以不同的系数。如果你还没有忘记高中数学的话,你知道需要 N 个线性方程来解决 N 个未知变量。因为每一个以编码的数字包裹都包含一个单独的方程,这意味着接收信息者如果想要解码这段信息,就需要 N 个这样的数字包裹(当然乘以不同的系数才可以)。

  为什么要把这一切搞的如此之复杂呢?答案是这样做的话,使得接收信息者可以不用像在 TCP/IP 协议中那样来按照顺序接收数字包裹。实际上,彻底与数字包裹接收的顺序撇开了关系。最关键的是接收信息者得到了 N 个已编码的包裹,每个都配有不同的系数,所以它能够解开所有的方程,还原最原始的数据。

  这种打破固有顺序所带来的灵活性,意味着整个信息系统将更加高效。也意味着曾经在 TCP/IP 中发生的严重的数据传递延迟甚至数据包丢失的情况一去不复返。因为顺序不再重要,数字包裹可以在网络中以各种不同的路径进行传递,这样会提升安全性。也就没有人能够切入到私人的通信网络中。

  它会带我们走向怎样的未来

  这项技术将应用在 5G 通信技术,物联网,以及被软件定义的网络中。更重要的是,它让直接发生在网络内部的大规模分布式存储解决方案,有了实现的可能。菲兹克相信这项技术可以在未来整合到各种互联网产品中。唯一让它的开发陷入僵局的可能性,来自于专利问题。一般来说,私人公司在编码领域的专利盯的都非常紧,但我们不会这样做,希望尽可能的让这项技术走进千家万户。

作者:邓晓蕾责任编辑:邓晓蕾)
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