以鸽子为载体的“鸽联网”仍是数据传输的最快方式

上周,我们通过《神奇的鸽子网络——最早的点对点通信技术》一文对鸽子网络有了初步了解。而在今天的这篇文章中,我们将进一步介绍基于鸽子的“鸽联网”是如何工作的,以及其中的现实意义。

以鸽子为载体的“鸽联网”仍是数据传输的最快方式

今年2月,闪存技术公司SanDisk宣布推出了全球首款容量达1 TB的MicroSD卡。与其它常见的MicroSD卡一样,这款新产品体积小巧,尺寸仅为15毫米x 11毫米x 11毫米,重量则仅为250毫克。它的面世,意味着我们能够在极小的物理空间之内存储大量数据,且其售价仅为550美元。相比之下,第一款容量为512 GB的MicroSD卡出现在约一年之前,也就是2018年2月。

关于大数据的应用,虽然近两年来计算技术得到了快速发展,但存储问题一直无法形成突破,甚至相较于用户在网络之上访问大量移动数据的能力相比,如今数据存储技术可以说相当孱弱。

>>> 适用于“鸽联网”的《禽类载体IP数据报传输标准》

几十年以来,我们一直在利用各种不同类型的“物理方式”在不同地理位置之间传输数据——具体包括步行、通过邮件乃至其它更为奇特的方式。而回顾过去几千年以来,我们习以为常的一种数据传递方式正是信鸽。虽然信鸽到底是利用怎样的导航技术途经数百乃至数千公里返回家中到如今仍是个未解之迹,但经验已经反复证明,就纯粹的传输带宽而言(即每单位时间内在特定距离上传输的数据量),基于信鸽的“鸽联网”拥有远高于典型网络的稳定性与运作效率。

以鸽子为载体的“鸽联网”仍是数据传输的最快方式

摘自《禽类载体IP数据报传输标准》

1990年4月1日,David Waitzman向互联网工程任务组的网络工作小组提交了一份名为《禽类载体IP数据报传输标准》的制订标准(简称RFC),如今简称为IPoAC。RFC 1149当中描述了“一种在禽类载体当中封装IP数据报的实验性方法”,以及一系列用于解决服务质量问题以及向IPv6过渡的更新建议(二者分别发布于1999年4月1日与2011年4月1日)。

事实上,赶在愚人节期间提交RFC更新已经成为一种传统,追溯到最初始于1978年的RFC 748,当时这一首份申请建议通过向Telnet服务器发送“IAC DONT RANDOMLY-LOSE”的方式禁止服务器随机丢弃数据。而这,也成为后来RFC愚人节玩笑中最为关键的部分。1985年至1996年期间担任欧洲核子研究中心网络小组成员、2005年至2007年担任IETF主席,现居新西兰的Brian Carpenter解释称:“这样的玩笑首先需要在技术上具有合理性(即不破坏物理定律),而且读者必须在看完一整页内容之后才会意识到它是个笑话。最后,笑话在内容上必须非常荒谬。”

Carpenter和他的同事Bob Hinden也在2011年创作了自己的愚人节RFC,旨在实现IPoAC for IPv6的现代化升级。事实上,即使是在发布二十年之后的今天,IPoAC仍然拥有相当高的知名度。Carpenter告诉我们,“很多人都听说过禽类信使这个说法。有一次,Bob和我在IETF大会上聊天,讨论如何让IPv6得到进一步普及。就在那个时候,将其与IPoAC结合起来的想法自然而然地出现了。”

作为最初定义IPoAC概念的报告,RFC 1149明确列举了这一最新标准的诸多优点:

可以通过对啄食顺序进行优先调整,从而提供多种服务类型。其另一大重要属性,在于内置蠕虫检测与根除机制。由于IP只承诺尽可能送达,因此可以容忍信使载体的丢失。随着时间推移,信使载体能够自我再生。虽然未指定广播,但风暴有可能导致数据丢失。它会持续重试数据交付,直到信使载体坠地。审计与追踪机制以自动化方式实现,具体行迹常见于车顶、广场地面以及其它大型平面物体(鸽粪)。

服务质量更新(RFC 2549)增加了其它一些相关细节:

支持多播功能,但需要首先进行设备克隆。如果载体在停靠的树木被伐倒,则载体可能会丢失。载体通过继承树进行传播。这些载体的平均TTL为15年,因此在扩展环搜索方面的用途比较有限。

鸵鸟同样是一种可行的替代性载体,其拥有更强大的批量传输能力,但交付速度更慢,而且在交付区域之间必须使用桥接机制。

米其林指南当中也对服务质量做出了其它一些重要探讨。

下面来看Carpenter对于IPoAC的IPv6地址更新,以及其它一些数据包路由潜在复杂性的观点:

在没有对等协议的情况下,将载体路由至存在其它类似载体的区域时,有时会发生路由突然发生变化、数据包循环以及无序传输等问题。同样的,将载体路由至可能存在天敌的区域时,则往往导致严重的数据包丢失。强烈建议在用于创建载体路由表的路由算法当中考虑谛幽默感经。实施者应当考虑采用基于策略的路由机制,以通过绕开领土性及掠夺性较强的其它凶猛载体活动区域的方式确保数据包的可靠传送。

有证据表明,一部分载体倾向于吃掉其它载体,而后携带上对方的有效载荷。也许这提供了一种在IPv6有效载荷中隧传IPv4数据包的新方法——反之亦然。

>>> 鸽子的有效载荷与传输速率远高于互联网

以鸽子为载体的“鸽联网”仍是数据传输的最快方式

虽然IPOAC标准在1990年才被首次提出,但信鸽发送信息的时间要长得多——大约在1915年

正如1990年首次提出的概念化标准所作出的阐述,通过IPoAC传输的数据的原始格式主要为在纸质材料上打印十六进制字符。在此之后,情况发生了巨大的变化。尽管每只鸽子的承载能力基本保持不变,但在给定体积及重量范围之内可携带的数据总量却大幅增加。鸽子能够携带的有效载荷与其体重之间的比值可以达到很高的程度。举例来说,信鸽的平均体量约为500克,而在二十世纪初期,它们往往能够在胸口绑上重量达75克的相机在敌方领土上执行侦察任务。

就此,我们采访了马里兰州赛鸽爱好者Drew Lesofski,他向我们证实称鸽子确实“能够在任何距离的飞行当中全天携带等于甚至略大于75克的负载。”另外,信鸽拥有令人难以置信的飞行距离——其飞行世界纪录来自一只勇敢的信鸽,它从法国阿拉斯起飞,最终成功返回越南胡志明市的巢穴当中,全程11500公里,总用时为24天。当然,大多数鸽子都不需要飞这么远。Lesofski表示,目前常规的长距离比赛总赛程约为1000公里,鸽子们会以每小时70公里的速度持续飞行。而在短距离之内,短程赛鸽的速度可达到每小时177公里。

将这些数字结合在一起,意味着如果我们要使用一根重量为250毫克的1TB MicroSD卡来填满最大载重量为75克的鸽子的背包,那么这只小小鸟将能够携带总计300 TB的数据。如果以最高的短程速度飞行,则这只鸽子从旧金山前往纽约(4130公里)时,其数据传输速率将达到每小时12 TB,或者折合为28 Gbps,这要比常规网络的速率高出几个数量级。在美国,常规互联网连接的平均最大上传速率一般出现在堪萨斯城(使用谷歌光纤),其速率也仅为微不足道的127.0 Mbps。在上传速度方面,传输300 TB数据可能需要240多天。但在这段时间之内,我们的鸽子已经能够将这一数据量环球传播25次。

也许这个例子不太现实,因为我们的信鸽载体不可能全程处于短程冲刺状态,所以下面对具体数据稍做调整。让我们使用更具说服力的每小时70公里的平均飞行速度,且仅让其携带最大载重能力的一半——即37.5克。那么在同样使用1 TB MicroSD卡的情况下,即使与特准能够使用的极高速1 Gbps互联网连接进行比较,鸽子仍然能够胜出。事实上,在我们上传完成所需要的时间之内,鸽子已经能够绕地球半圈。总而言之,利用鸽子将数据发送至地球上的任何地方,其速度都要高于互联网数据上传方法。

当然,需要强调的是,这是一种纯粹的传输带宽比较。我们在这里并没有考虑到将数据复制到前端MicroSD卡所需要的时间或精力,以及如何将其装载到鸽子身上,而后在鸽子到达目的地后另行读取数据。其延迟显然非常高,而且除了单向传输之外鸽联网无法实现任何其它功能。最大的限制在于,信使鸽只能通过单一方向移动至另一个位置,这意味着我们将无法具体选择目的地,而且必须首先将鸽子运送至它们的预定起飞地点,这大大限制了鸽联网在实践当中的实用性。

不过事实在于,即使是在最现实的假设条件之下,鸽子的有效载荷与速率仍然远远高于互联网连接。换言之,鸽子的初始带宽优势是一种无可辩驳的事实。

考虑到这一切,利用鸽子携带数据的方案已经被投入实际测试,而且结果证明它们的表现相当出色。挪威卑尔根Linux用户小组于2001年成功实施了IPoAC,他们在5公里距离之内为每只鸽子发送了一条ping指令:

这条ping指令的执行大约在当天12:15开始。我们决定在每个ping数据包之间采取7分半钟的间隔,在理想情况下应该会出现少数几次数据包无响应的情况。但实际情况并非如此。当时碰巧有一群居住在附近的鸽子飞来飞去,我们的鸽子们显然不打算马上回家,而是跟新伙伴们一起飞一会儿。考虑到之前一阵总是阴天,太阳总算出来了,它们想跟朋友们小聚一下确实可以理解。

但最终,归巢的本能终于占据了上风。经过大约一个小时的玩耍,终于有几只鸽子决定“改邪归正”,开始朝着正确的方向前进。小组当中爆发出了欢呼声。显然,它们就是我们派出的鸽子——因为不久之后,我们从另一处站点位置获得了第一只鸽子降落在屋顶上的报告。

而最后,第一次返回的鸽子也终于现身。我们将小包从它的腿上小心解下、打开并进行了扫描。在手动验证二维码并纠正了几项错误之后,该数据包被接收为有效数据包,我们再次为这次实验的成功而欢呼起来。

>>> 虽然愚蠢,但鸽联网仍具有重要的现实意义

实际上,面对规模极为庞大的数据(我们可能很难真正驾驭这么多鸽子信使),物理转移同样是一种极具可行性的方法。此前,亚马逊公司就提供了一项名为Snowmobile的服务,通过一具由半挂卡车拉动的长达45英尺的坚固集装箱传输数据——每个Snowmobile最多可以传输100 PB(相当于10万TB)的数据。虽然在移动速度上无法与鸽子相提并论,但其管理难度也明显更低一些。

大多数人似乎对于自己的数据上传速度并不满意,但又不打算花钱养上一批自己的鸽子信使。坦率地说,前期准备工作确实比较复杂,Drew Lesofski也承认鸽子本身拥有着一些与传统数据包截然不同的属性:

由于能够轻松利用GPS技术进行监控,因此信鸽爱好者们能够非常准确地了解这些鸽子们如何飞行,以及为什么某些鸽子比其它鸽子速度更快。虽然在两点之间明显是直线最短,但鸽子们很少会以直线方式飞行。它们倾向于飞出个锯齿形,即沿着大致方向飞行,而后在靠近目的地时进行具体路线修正。另外,虽然某些鸽子的体能更好因此飞行速度更快,但在健康状况基本相当的两只鸽子之间,导航能力更强的鸽子可以轻松击败导航能力不行但飞行速度更快的鸽子。

作为潜在的数据载体选项,Lesofski对于鸽子抱有充分的信心,他解释称“我对于利用鸽子发送信息感到非常期待。”当然,他也抱有一丝不苟的谨慎态度:“我会一次至少放出三只鸽子,以确保如果其中一只的导航能力较差,那么另外两只中也许会有一只导航水平很高。另外,三只鸽子的飞行速度都要比较出色才行。”

考虑到IPoAC在现实世界中面临的种种挑战,加上网络(特别是无线网络)的快速普及与提速,原本广泛依赖于鸽子的大多数服务已经不再具有实际意义。在过去几十年当中,人们开始越来越多地采用我们如今耳熟能详的各类数据传输方法。

而且由于鸽子信使方案中存在一系列能够直接想见的问题,因此与鸽子类似的其它载体替代品(例如固定翼无人机)也许更具可行性。话虽如此,鸽子们仍然保有一些关键的优势:它们的扩展性更强,只需要几粒花生就能够打发(或者其它一些好吃的坚果);它们本身可能更加可靠;它们拥有高度复杂的避障机制与天然集成的其它功能性硬件;它们本身也是自动续航领域的专家。

至于这一切对于IPoAC的未来意味着什么,只能说标准已经确立在这里,任何感兴趣的朋友都可以一试——哪怕只是对其荒谬性感兴趣。我们询问Brian Carpenter是否有这项协议的进一步更新计划,他表示他正在探索鸽子能够携带量子比特。但即使IPoAC对于我们日常的数据传输需求确实显得过于复杂(甚至有点愚蠢),步联网与鸽联网这类方案在可预见的未来仍将具有非常重要的现实意义。因为我们生成大量数据的能力,仍然比我们传输数据的能力要强大得多。

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