互联网随想(三) 光纤与电路交换

光纤的 “纤”，读 xian(先)，第一声，而不是 qian(千)。

光纤之于通信，就像半导体之于计算机。光纤突破了通信的电子瓶颈，就像半导体集成电路突破了计算机的电子管瓶颈一样。

但本文不是赞美光纤的，本文为反复唏嘘。

分组交换最终取代电路交换的一大原因是电路交换浪费了宝贵的电子时隙，带宽利用率极低。分组交换依托排队论对时隙进行高效率统计复用，最终形成了互联网存储转发的现实。路由器，交换机等转发设备都是存储转发设备。

但交换节点和终端节点同质，同为集成电路驱动，同受摩尔定律制约。良好的胖端瘦网架构使互联网极具扩展性，快速成长的互联网使交换节点的负载指数上升。换句话说，随着接入终端的增加，带宽却没有同步增加，互联网越发不堪重负。

通过 Metcalfe 定律很好理解这一点。

网络价值与节点数量的平方成正比，Metcalfe 定律如是说。证明该定律非常简单，设节点数量为 N，将连接视为价值，其值为 N(N-1)，N 越大，越接近 N^2。但连接以流量体现，即网络的总流量也与节点数量的平方成正比。将流量视作成本，这意味着，成本随价值同步增加。网络流量被集成电路驱动，受摩尔定律制约，摩尔定律曲线远没有 Metcalfe 定律曲线更陡峭。

为保持网络可扩展性，TCP/IP 胖端瘦网已使 “网络核心接入无关” 且无状态 IP 足够傻瓜，当接入成本近乎为零时，必须降低带宽成本。而带宽成本通过逻辑门驱动电脉冲体现，非常昂贵，不能和接入节点数量耦合。于是光纤来解题，全光通信没有一个逻辑门，于是网络核心将彻底摆脱摩尔定律。

光纤的发明解放了通信瓶颈，就像半导体解放了计算瓶颈一样。计算需要逻辑门，通信只需要光。

全光网络被认为是革命性的。以海量但数量固定的波长交换替换分组交换，一定是高尚的。交换节点不需要任何电子器件就能完成 Tbps 级交换，这种转变非常类似 “固定数量的进程中调度任意数量连接” 替换 “调度任意数量的每连接进程”，又一个 case 印证了倒换思想的正确性。

我非常清楚光学已热度不再，但我依然觉得光纤就像半导体一样具有革命性，之所以没像半导体促进计算机产业那样促进通信，是因为目前电子通信还不算太糟糕，分组交换网也没有预期的那样拥塞，远未触及摩尔定律约束的电子瓶颈。反观半导体之于计算机，要不是半导体，计算机要几间房子，跟锅炉房一样，肯定发展不起来。那时没有选择。

在光纤中可复用海量波长，而在电缆上只能时分复用任意数量分组，这是光纤和电缆的区别。波长数量是固定的，而分组数量不固定，按照波长选择路由，就具有了可扩展性。

摆两个视频：全光交换，OXC 光交换原理

光通信一下子就将负责计算的端和负责通信的网所依托的技术完全分开，消除了传输技术的电子瓶颈，摆脱了摩尔定律。

…

但事出必反复。人们非但没沿全光通信的大道一路走到黑，反而想将分组交换引入光通信，实现光分组交换。

全光网络波长交换实际上是电路交换，而提到电路交换，人们只会鄙视其早已过时。很少有人进一步思考分组交换的来由。如前文所述，电路交换浪费了电子时隙，发送一个电子载波脉冲成本非常高，高效利用每一个载波脉冲意义重大，分组交换来救场，统计复用成就了互联网。

但如果电子时隙取之不尽，用之不竭呢？

波长就相当于取之不尽，用之不竭的资源，在光通信时代，有必要用分组交换提高资源利用率吗？提高资源利用率必降低效率，如果每路通信都能零成本创建一条电路，谁还会用分组交换？

驱动分组交换的逻辑门电子过程才是低效和不可扩展的根源。分组交换是低效和不可扩展的原因，而非解决方案。

更有趣(其实一点都没趣，反而悲哀)的是，由于要在光域处理分组头，人们努力寻找或实现光域逻辑门，过程非常困难。比方说，为实现光分组存储转发，光分组要可被缓存，而光脉冲无法像电脉冲那样用锁存器，触发器这种元器件缓存起来，光域没有这种逻辑门组合，于是人们想出 “让光多走一段路” 这种 t = S/v 牛顿风格来实现延迟。

光信号本可直接通过，却偏要模仿电信号停一下，如果不能被缓存一下，就好像是光域相对于电域的缺陷，光域没有逻辑门，却偏要等效一个逻辑门。为解决电域的低效和不可扩展问题，却引入了电域的问题本身，绕了一大圈。

这让人想起 19 世纪英美的 红旗法案，明明汽车是个高效的交通工具，偏偏故意让它停下来，好让一切看起来和旧世界更和谐。

如本周上一篇文字，AIMD 本是为限制 Capacity-Seeking 贪婪性而引入，人们的思维定势引导人们即使 Capacity-Seeking 全转变成了 Application-Limited，却依然还要 AIMD 主导拥塞控制，不然就像少了什么一样。

人们天然认为分组交换相对于电路交换是进步，却忽略了背后因果。分组交换只是一个解决特定问题的方案，当问题消失后，方案自然就不再需要，所谓的进步也终成子虚乌有。

在全光通信中，这下好了，分组交换也没了。可能，也许，分组交换也好，AIMD 也要，只是过渡，甚至过客。
以上形而上迷思非工程实践，不涉及 “现实中铜线不会被光纤淘汰” 以及 “全光网络无法实现” 这种争论，如果有，谁说什么都对。

人们修建第一条高速公路的时候，肯定会有人想在一些特定的地方装上红绿灯，因为没有红绿灯的路太奇怪了。但红绿灯在普速路上是方法，但在高速公路上就成了问题。程序员看不起一体机，因为没有独立主机和显示器太奇怪了，而且总有各种理由，比如随时换显示器，散热好。AIMD 被视作理所当然，然后用 BBR 来优化它，却没人想等到带宽充盈到一定程度后取消它。分组交换深入身心，以至于全光通信时代依然还要做光分组交换…

浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖。