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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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【Web 2.0的未來】 網路壅塞有解嗎?

文:哈德斯提(Larry Hardesty) 譯:張彥文

一位不知名的部落客,將他三歲女兒背誦星際大戰電影情節的過程拍成影片,把最有趣的部分剪接在一起,包括那句膾炙人口的對白:別回頭跟黑武士交談,他會抓住你(Don’t talk back to Darth Vader, he’ll getcha);然後上傳到YouTube,結果有七百萬人下載這段影片。一位明尼蘇達大學的娃娃臉研究生,用低沈的嗓音唱著一首街頭運動常唱的歌曲「巧克力雨」(Chocolate Rain);有2,300萬人下載這段影片。一個自稱「有靈感的喜劇演員」,在一段六分鐘的影片中,表演自貓王至阿姆(Eminem)的舞蹈歷史演進,吸引了8,700萬人觀看。
影音內容的下載,已經史無前例地造成網路頻寬的嚴重阻塞,在網路上只是看一篇雜誌短文大概就得花六分鐘。前面提到表演舞蹈的喜劇演員,影片本身只有六分鐘,但可能得花一百倍的時間下載;因為這則短片在網路上傳輸的資料量,已經相當於25萬張的DVD。

YouTube的狀況只是冰山一角。Lost檔案或是辦公室風雲(The Office)這二部影集的觀眾,可以自網路上下載收看;Netflix這個線上影片出租網,允許用戶以串流的方式觀看影片;亞馬遜和iTunes也都在線上販售電影及電視影集。至於P2P的下載內容,也自一首四分鐘的歌曲,慢慢變成一小時的「黑道家族」(The Sopranos)。這些影片都是高畫質,所以需要的頻寬也比YouTube的短片更大。

去年十一月,一家名為Nemertes的IT研究機構指出,美國的網路流量正以每年100%的速度成長,消費者對頻寬的需求將在2010年時超過網路的負荷。至於在明尼蘇達大學主持一項網路流量研究計畫的阿德里斯柯(Andrew Odlyzko)則認為,網路流量每年的成長速度將近50%,所以網路設備的改善必須要跟上網路流量成長的速度。

如果流量的成長介於上述二者之間,又或是高畫質影音在網路上快速成長,那麼網路的壅塞情況將更為普遍;如此一來,要解決壅塞問題,勢必會對我們現在認定網路「開放」和「自由」的特質產生衝擊。


誰的資料優先呢?

網路有點像是公路,不過在一般的認知上,它並不是高速公路,而是有點像四線道的州際公路,每隔約五英哩就有一個交通號誌。一個封包(packet)的資訊,可以在光纖網路中以光速前進,不過每碰到一個十字路口,封包就必須選擇進入另一條光纖;這時路由器(router)將決定封包下一步的方向。如果傳輸量不大,大家都可以很順暢地通過;但若是太多封包同時到達十字路口,就必須排隊等候路由器幫大家指路;如果排隊的時間太長,網路就會壅塞。

傳輸控制協定(TCP)是網路二大基礎協定之一,裡面包含了一項處理網路壅塞的演算法則。一般來說,如果某些資料連結產生了阻塞,TCP就會告訴所有的電腦將傳輸速度減半;在這個調節的過程中,網路的速度會漸漸地恢復。但如果電腦經常接受到減半傳輸速度的指令,結果就是你所能用的頻寬,經常會遠低於網路服務業者所號稱的大小。

有時候網路壅塞不會造成困擾。如果只是下載一段影片,準備稍後再來看,那你可以暫時離開電腦幾小時,中間即使有十分鐘壅塞也無所謂;但如果是在線上收聽大聯盟世界大賽的實況轉播,一點點的小問題都可能讓消費者抓狂。假使路由器可以聰明地分辨這二種需求,讓世界大賽的資訊傳輸優先通過的話,那就皆大歡喜了。

但是網路服務業者(ISP)對於哪些資訊要優先通過的價值判斷,可能會讓許多人坐立不安。網際網路正如其名,是許多單一網路的連結,大部分的單一網路可能一般人從沒聽過。一個封包如果經過長途旅行,必須橫渡許多的網路,當資料經過某個網路時,網路服務業者要如何讓自己顧客的資料優先通過,讓顧客覺得速度比別家的快呢?假設某家ISP業者同時兼營一些在網路上競爭十分激烈的服務,例如搜尋引擎、社群網站、網路電話,或是網路電視時,他們就可以設定讓某些資訊較快通過,這對該業者的相關周邊,不論是有競爭關係的同業,甚至是合作伙伴,都會產生不公平的優勢。

理論上,網際網路應該是公平的,所有的ISP應該對所有路過的資訊一視同仁,也就是網路世界的中立性(neutrality)。在Comcast這家全美第二大ISP明顯違反此一原則後,近來的新聞對此一主題有大篇幅的報導。

2007年夏天,Comcast很明顯地蓄意減緩了使用BitTorrent(BT)這個P2P傳輸軟體交換的資料。在哈佛和史丹佛大學於2008年初舉辦了多場聽證會之後,聯邦通訊委員會(FCC)同意著手調查此事。

這起案件並不是由BitTorrent公司提出,而是一家位於加州帕洛阿爾托市(Palo Alto),名為Vuze的公司所舉發,該公司合法地運用BitTorrent在網路上提供會員高畫質的影片。做為一家網路視訊的業者,雖然Vuze的規模遠不及Comcast,但二家公司仍屬競爭關係,因此Vuze主張,Comcast刻意減緩BitTorrent的傳輸速度,是一種針對小對手的不平等優勢。

在哈佛的聽證會中,Comcast的執行副總裁柯漢(David Cohen)表示,他們只有在網路嚴重壅塞時,才會採取一些手段;而且這些手段只針對上傳資料的電腦,並不會影響電腦下載的速度。柯漢指出,上傳資料意味著這台電腦正在閒置當中;減慢上傳的速度,不會影響正在使用網路的消費者,而且還可以顯著地改善其他程式在網路上運作的速度。

不論Comcast的動機為何,此次的事件突顯出網路流量管理和網路中立性之間的衝突。「網路營運者為了成本考量而對網路流量採取的措施,可能也會扼殺一些重度使用者的權益,」英國BT網路研究中心研究組組長布里斯柯(Bob Briscoe)認為,「ISP業者認為某些資料應該優先傳輸,有些可以稍等一下,結果就是大家的速度都變慢了,因為很難分辨那些所謂的『優先資料』。」

對許多網路中立的鼓吹者來說,解決這個問題最簡單的方式就是增加網路流量,但是多數的業者並不想這麼做。「為什麼我要強化我的服務平台以便讓別人用來賺錢?」麻省理工學院資訊科學和人工智慧實驗室資深研究員克拉克(David Clark)表示。克拉克同時也是1981至1989年網路主要協定的制定者,「Vuze提供的服務,算是一種無本生意。」克拉克質疑,ISP業者會願意花費上百萬,甚至數十億美元改善硬體設備,「讓Vuze可以不花一毛錢,卻透過效率更好的網路,向會員提供高畫質影片,而ISP自己竟然沒有任何獲利?」對某些也提供網路電視的ISP業者,這種情況更是情何以堪;因為網路流量的增加,提高了Vuze的市占率,那麼ISP業者大規模的資本投入,反而會降低自己的營收。「除非影片不是一項產品,ISP業者才有可能因為流量的需求增加得以獲利,」克拉克強調。

克拉克在哈佛的聽證會上指出,ISP業者有權決定是否要對網路重度使用者收取較高的費用,以因應加大頻寬的成本;但是到目前為止,多數業者並沒有採取這種做法。「業者並不想根據使用的位元量來收費,」明尼蘇達大學的阿德里斯柯表示,「也不太會規定消費者只能使用多少傳輸量,超過就要多收錢之類的。」這項產業「目前是採取所謂的『一價全包』(one-size-fits-all model)的模式,」創造「網路中立性」(network neutrality)一詞的哥倫比亞法學院教授提摩西.吳(Timothy Wu)指出,「他們已經讓消費者習慣吃到飽的方式,這種訂價策略很難改變。」

既然不太可能改變收費結構,想要解決網路壅塞,又要讓主管機關滿意,讓ISP業者十分頭大。科技是否能提供解決之道?

可用的最後一位元

對英國BT網路研究中心的布里斯柯來說,討論關於ISP所謂不公平地用來管理網路壅塞的科技,是一種誤導;因為網路壅塞的管理,從來就不是一件公平的事。像之前提的傳輸控制協定(TCP),在壅塞時要求電腦將傳輸速度減半,但並不是所有的電腦都得對壅塞負責,但大家都得同時減速。以今日網際網路的情況來說,有些應用程式,一啟動就大口吃下驚人的頻寬。舉例來說,如果我的應用程式需要比你多四倍的頻寬,當我們同時減速一半時,我所用的頻寬仍然比你減速前的多一倍;更何況,網路的壅塞可能是我造成的,不過你卻得因為我的貪婪而受到相同的懲罰。「理想的情況是,我們希望每個人都能自由地在網路上得到自己想要的,」布里斯柯說,「但問題是,網路壅塞使得某些人的自由受限,而受限的原因是因為其他人的自由。」

布里斯柯提出一個主張,讓那些占用大頻寬的應用程式,可以盡情地使用頻寬;不過同一時間,那些輕度使用者的傳輸速度也必須增加,不論是不是在尖峰時間。這種做法的竅門是,每個月分配固定的大流量傳輸額度給所有的使用者,當你在額度之內時,可以盡情地飆網;一旦你的額度用盡,你的傳輸速度就只好聽天由命。

這樣一來使用者就知道要節省每月的額度。「瀏覽器在啟動之前就會分辨檔案的大小,」布里斯柯說,「而且通常瀏覽器將設定只在較小的檔案傳輸時使用額度。」當然對那些電腦玩家來說,他們也可以在某些情況下,利用額度優先傳輸較大的檔案,電腦的某些控制功能很容易變更這些設定,如果真的想改,改變一些參數就可以了。

布里斯柯相信,只要給予消費者設定傳輸優先順序的可能性,就可以消弭對於網路是否中立的疑慮。「我覺得如果你問大家,他們要自己設定傳輸順序還是由ISP幫忙設定,95%的人都會說,『拜託,你幫我弄好就行了』,」布里斯柯說,「重點是消費者覺得受到尊重,他們也被賦予決定權;我認為剩下5%有意見的人,也只是希望被徵詢。」

在布里斯柯的規畫中,使用者也可以多付點錢取得更多優先傳輸的額度。這並不是之前阿德里斯柯所擔心的「網路管制」或是「懲罰性關稅」之類的措施,每個人在網路上還是有無限下載的權利,只是有些人在尖峰期間可以得到比較好的服務。

當然,要執行這樣的配額政策,ISP業者必須很明確地了解網路何時會壅塞,這件事執行起來遠比想像中的困難。舉例來說,二個使用者分別位於美國東岸的紐約和西岸的加州,當他們分別利用不同的ISP服務交換資訊時,中間還得經過其他ISP的網路。一旦雙方發現有些封包傳不到時,就知道網路出現壅塞了,但這個壅塞究竟是誰造成的,卻很難分辨。

布里斯柯提出來的做法是,當傳送端和接收端的電腦,發現網路出現壅塞時,就各自向ISP發出一個不斷在0與1之間變換的位元訊號。當然,駭客可以試著欺騙系統,當他明明碰到網路壅塞,卻不會發出訊號;不過若是某台電腦常常出現跟人家不一樣的情形,其實是很容易被揪出來的。因此,「誠實」這件事不會是最大的問題。

這個做法要取得廣泛的支持才是最大的問題。一個網路封包是由資訊內容(payload)以及頁首(header)組成,資訊內容可能是一堆網頁、影片,或是語音;至於所謂的頁首,則包含了傳送端和接收端的網址,以及其他的資訊,以便讓路由器及接收端的電腦知道如何處理該項資訊。當初網路在制定通訊協定(IP)時,給予頁首一串額外的位元,以備未來有新興的服務時可以運用,這些位元除了其中一個以外,其他都已經分配出去了,這個剩下來的一個位元就是布里斯柯想運用的。

布里斯柯的點子已經引起許多電腦工程師的注意和支持,不過他也知道要達成這個目標並不容易。「最困難的部分是要說服眾人這個位元應該這樣用,」他說,「因為當你想改變已經主宰大半個世界的網路通訊協定時,就好像想去改變……我不知道,像是板球規則或是什麼的。」

也許有一天,網路世界可能會採用布里斯柯的方法去解決壅塞的問題;不過大概是多年以後,而不是現在。

怪異的伙伴關係

大多數人都同意,目前網路壅塞的問題是由於影片下載和P2P的傳輸,不過對於個人責任的歸屬還無法釐清。ISP業者清楚他們網路的流量,不過他們不會公開揭露,而且某些業者的情況也不能代表全部;再者,影片下載所使用的頻寬,也不如P2P那般巧取豪奪。目前所知,Comcast對P2P採取了嚴格的管制。

不過P2P和ISP業者也不是全然對立的,P2P下載雖然占用很大頻寬,但這種方式要比傳統的下載有效率,這也是它比較快的原因。理論上,P2P可以分散伺服器的負擔,消除一些瓶頸。普林斯頓大學電機系副教授Mung Chiang認為,最大的問題在於ISP業者及P2P使用者在「網路中立」的大帽子下,彼此都忽略了這個問題。

ISP業者並非只是依賴傳輸控制協定(TCP)來處理壅塞的問題,他們會主動管理網路,找出塞車的地方,並幫這些「車輛」尋找「替代道路」。至於那些使用BT這個P2P軟體的電腦,也經常會將塞車的傳輸點拋棄,轉而尋找其他比較快的傳輸點。根據Mung Chiang的看法,這些P2P的網路反應速度要比ISP快得多,如果一堆P2P的用戶,恰好用到同一條線來傳輸資料,他們很快就會發現塞車,就知道得找其他的替代道路;等到ISP決定來疏導交通時,他們早就移往他處了,所以ISP反而常常是「很有效率地」封鎖了網路這條大水管。更糟的是,他們的行動有時甚至讓塞車路段變成完全不通。

Mung Chiang表示,「假使網路服務業者告訴內容提供者他們的遊戲規則,包括他們如何處理壅塞;反之,內容提供者也讓網路業者知道他們怎麼運用伺服器或是尋找傳輸點的話,」網路的效率就可以改善。

由電信業者Verizon和紐約的P2P公司Pando正在引導一個稱之為P4P Working Group的產業聯盟,來探尋各方合作的可能。這個聯盟是採用一個耶魯大學資訊科學所博士班學生Haiyong Xie所設定的P4P通訊協定。在這個架構下,ISP和P2P都會提供自己網路的狀況到一部中央電腦,由中央電腦處理所有的資訊後,產生一個新的網路地圖,P2P的網路就可以依據這個地圖避免壅塞。Pando的資訊長帕普金(Laird Popkin)指出,在測試的過程中,P4P系統讓傳輸速度比原來快了三至七倍。

公權力還是市場機制?

不過每次在技術上試圖解決網路壅塞的努力,還是會碰到「網路中立」這個問題。即使BitTorrent身為P4P Working Group產業聯盟的核心成員,該公司的技術長克林克(Eric Klinker)還是對資訊公開這件事充滿疑慮。克林克擔心ISP業者會利用分享的資訊,將網路流量盡可能控制在自己的網路內,就不必付給其他網路業者「過路費」。

既然有些專家學者認為「額外付費」會影響網路的中立,甚至會影響使用意願,那麼公權力是否應該介入?

依據克林克之前的發言,他們已經對政府介入投下了反對票。二月時他就已經加入了一個由麻州眾議員所發起的網路中立立法公開宣言的代表會,這個組織是由Vuze和幾個激進的團體組成。另外在三月底,哈佛的公聽會之後,BitTorrent和Comcast共同發布新聞稿,表示他們將合作解決網路壅塞的問題。Comcast將以與協定無關(protocol-agnostic)的方法來進行網路管理,鎖定那些大頻寬的用戶,而不是大流量的程式,同時增加用戶上傳的頻寬。至於BitTorrent則表示,這些技術性的議題應該由私人企業協商解決,政府不必干預。

「如果業界無法對目前的困境提出因應對策,聯邦通訊委員會(FCC)當然應該有所作為,」麻省理工的研究員克拉克如此認為。不過他補充,「由管理者的警告讓大家發現網路現存的問題,讓產業界了解問題,應該可以驅動市場機制尋找解決之道。」

這種看法對Mung Chiang應該是好消息,「通常法令是由一些對科技不怎麼了解的人所制定,所以他們常會忽略科技的真實和可能性。」哥倫比亞法學院教授提摩西.吳(Timothy Wu)則相信,網路中立性的規範可以建立在一個通則之下,不會限制網路市場的創新,還可以給FCC處罰違規者的裁量權。

「在網路這一段歷史當中,很多問題大家都一起解決了,」Timothy Wu認為,「網路世界是由一群理性的人所組成,至少在這個巨大的社群中,大部分的人都是理性的;而且很多在網路世界的行得通的作法都是出人意表的。」

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