新網路設計或能使網際網路快上百倍

An Internet 100 times as fast: A new network design could boost capacity
http://www.physorg.com/news196940134.html

By Larry Hardesty, June 28, 2010

(PhysOrg.com) -- 網際網路的核心是一種橫跨各大洲的高容量光纖網路。雖然光訊號在傳輸資訊上比電訊號更有效率，不過它們也更難控制。在網際網路上引導流量的路由器（routers）通常先將光訊號轉換成電訊號以便處理，接著再將它們轉換回去以利傳輸，此過程耗時又耗能。

然而，在最近幾年，一群由 Vincent Chan（Joan and Irwin Jacobs 電機工程與電腦科學教授） 所領導的 MIT 研究者證明了一種組織光學網路的新方法，那在絕大部份的例子中，將排除這種無效率的轉換過程。因是之故，它將使得網際網路快上 100 甚至 1,000 倍，同時有效地減少耗能。

這些光學資料傳輸能如此有效率的理由之一是，負載不同資訊、波長不同的光，能同時通過相同的光纖。但是當來自不同方向的光訊號同時抵達路由器時，問題就來了。將它們轉換成電訊號，讓路由器能將它們儲存在記憶體中，直到它能開始處理它們。這樣的等待也許只是數毫秒，但即使時間這麼短，卻都沒有具成本效益的方法讓光訊號靜止。

Chan 的方法，稱為「flow switching（流量交換）」，以不同方式解決了此問題。在交換大量資料的地點 -- 例如，洛杉磯與紐約市 -- flow switching 將在整個網路上建立一條專屬路徑。對於某些波長的光，這條路徑上的路由器將只允許來自某方向的訊號，並只會朝某一方向將它們送出。因此，這些訊號不可能從許多方向到來，也因而不需要將它們儲存在記憶體中。


反應時間

在某種程度上，像這樣的東西，已在今日的網際網路上發生。例如，像 Facebook 或 Google 的大型網路公司，也許會在美國國內幾個不同地點維護一大堆 Web servers。這些 servers 所交換的資料如此之多，以致於這些公司只要向經營該國光纖網路的電信公司租賃特定波長的光波即可。橫跨一條指定路徑時，沒有其他網際網路流量可使用該波長。

然而，在此例中，二端點間所分配的頻寬是固定的。如果為了某些理由，該公司的 servers 無法交換這麼多資料，指定波長的頻寬將會浪費掉。如果這些 servers 交換許多資料，那麼它們也許會超過這條連結的容量。

在 flow-switching 網路中，頻寬的分配將不斷改變。當紐約與洛杉磯之間的流量增加，新指定的波長將獲徵招以處理它；當流量變小時，這些波長將會被讓出來。Chan 等人所開發出來網路管理協定，能在不過是幾秒的時間內完成這些重新分配。

在這 20 年來所發表的一系列論文中 -- 最新論文下個月將在日本的OptoElectronics and Communications Conference 上簡報 -- 他們也完成了 flow-switched networks 容量的數學分析，並報告大規模電腦模擬的結果。他們甚至在位於 Eastern Seaboard 的小型實驗性光學網路上試驗他們的構想。

他們的結論是，flow switching 能輕易增加光學網路 100 倍，甚至有可能是 1,000 的光學網路資料速率（data rates），同時網路管理方案也獲得進一步的改善。他們最近的研究已聚焦在 flow switching 所提供的節能上：在資訊技術的絕大多數應用中，電力能以速度換得，反之亦然，不過這些研究者正嘗試量化此關係。除了其他東西之外，他們已證明，即便資料速率增加了百倍，flow switching 仍可減少網際網路的電力消耗。


成長中的胃口

Ori Gerstel，Cisco Systems（最大網路路由設備製造商）的首席工程師表示，其他數種增加光學網路之資料速率的技術（名如 burst switching 以及 optical packet switching）已被提出，不過 flow switching「更加實際」。他說採用此技術的主要障礙並非技術而是經濟。實作 Chan 的方案將意味著把現有的網際網路路由器換成不需要進行光電轉換的新路由器。不過，Gerstel 表示，他並不清楚對於「更快速網際網路的需求」是否足以讓那種支出獲得批准。 "如果你有需要許多頻寬的使用者，而且想要低遲滯網路的話，flow switching 在相當大量的需求上能運作良好，" Gerstel 說。"不過今日絕大多數的客戶都不在那個利基裡。"

不過 Chan 指出，網路影音與 HD TV 在最近幾年的爆發性普及。如果這二種趨勢匯流 -- 如果人們開始渴望 HD 影片能直接進入他們的電腦 -- flow switching 將有利可圖。 Chan 指向他在 MIT 電子學研究實驗室桌上的 30 吋電腦螢幕。"每秒 120 個畫面的高解析度，" 他說。"資料可多了。"

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