网络的力量：连接人们生活的六大原则

每一个人都沉浸在无数的网络之中——现实生活中的人际网络，像Twitter和Facebook一样的社交网络，以及真正的技术网络（互联网、蜂窝网络），而我们通常并不这样觉得。
有六大原则统治着上述所有网络，理解了这些原则可以使你知晓这些网络如何为你所用，以及为何会给你制造困扰。
有线和无线通信技术使通信速度大大加快，同时也给网络资源如何在这么多人之间实现“共享”，带来了许多有趣的挑战。网络中的另一个挑战是如何找到一组项目的合适排序。作为网络生活的一个困难但必要的部分，除了搜索引擎、广告位置，排序还出现在许多网络环境中。
通过在网上购物、看电影和上课，我们会增加对人们行为和偏好的了解。当我们浏览网站时，我们的行为通常会被存储，在许多情况下，它会被用于改变那些随后访问网站的人的体验——随着关于某些事实的更多意见或知识被收集，在适当的情况下，我们可以对真实情况做出更高质量的估计。相比个人决策，从大量人群中汇集信息往往会形成更好的决策。然而，这一概念的前提是假设每个人的观点都是独立的。那么它们在什么情况下不是独立的？当它们不独立时会发生什么？
当我们提到互联网时，你可能会想，究竟什么是互联网？它是如何设计、建造和管理的？。随着连接设备数量和互联网规模不断扩大，可扩展性几乎在所有意义上都成为必须。对于电脑来说，互联网有时看起来像一个黑盒子。它传送和接收你的消息，却不知道你和正在交流的其他人之间的网络内部到底发生了什么。在书中，我们不仅能够看到互联网设备如何利用来自接收者的反馈，来推断和管理网络中的拥塞的，还能了解到庞大的社会网络是如何在不断扩张中，也能成为一个小世界的。

从蜂巢式电话网络、云计算，到互联网和社交媒体平台，网络已经无处不在。为什么家里的无线网络要比咖啡店的快？亚马逊、网飞和YouTube为何要使用不同的排行和推荐方法？这么做的意义何在？Facebook的用户真的满足六度分隔吗？在这些功能和其他功能的内部运作中都隐藏着六条原则，它们会出现在各种各样的网络中。两位作者将网络和日常生活的其他方面进行了类比，你可能会惊讶于邮政系统、交通拥堵和停车标志，分别与互联网路径选择、网络拥塞和WiFi（无线局域网）*访问是何等相似。
不论是用手机打电话还是用WiFi 上网，都需要分享网络媒介。就像空气一样，你需要和许多其他人共享。在这种情况下，怎么可能不干扰彼此的连接呢？今天的许多网站都需要处理大量原始数据，以找到有效的排序方法。像谷歌这样的搜索引擎如何对呈现给我们的结果进行排序？亚马逊和网飞（Netflix）等在线零售及娱乐公司拥有很多顾客。网站如何为广告商分配空间？我们是否能够对大众的意见产生影响，使产品评价及推荐更加准确和有用？为何有些视频会出现病毒式传播？在社交网络中，某些人是否比其他人更具影响力？
通过简单的语言、类比、故事以及数百幅插图，两位专家通俗易懂地解答了这些问题，描述了网络的核心理念，。Alphabet董事长埃里克•施密特，威瑞森无线前首席执行官丹尼斯•斯特里格尔，以及“互联网之父”温顿·瑟夫和罗伯特·卡恩也在本书中分享了他们宝贵的见解。

克里斯托弗·G.布林顿（Christopher G.
Brinton），美国学习技术公司祖米（Zoomi）高级研究负责人，研究领域涵盖下一代社交网络、大数据分析和学习技术，普林斯顿大学电子工程学博士。                 

蒋濛（Mung Chiang），普林斯顿大学电子工程专业教授,华人科学家。2013年荣获美国国家自然科学基金委（NSF）艾伦·沃特曼奖。该奖项于1975年NSF成立25周年时设立，旨在奖励和支持在NSF资助下取得杰出学术成就的优秀年轻科学家。蒋濛还兼任普林斯顿大学创业顾问委员会主席、凯勒工程教育创新中心主任。

前 言 III
第一部分 分享很难
第1 章 控制你的“音量” 003
第2 章 “随意地”访问网络 030
第3 章 聪明地为数据定价 051
与丹尼斯•斯特里格尔的对话
第二部分 排序很难
第4 章 竞标广告空间 083
第5 章 排列搜索结果 100
与埃里克•施密特的对话
第三部分 大众很聪明
第6 章 合并产品评级 129
第7 章 推荐观看的影片 148
第8 章 社会化学习 170
第四部分 大众并不那么聪明
第9 章 让视频短片变成“病毒” 195
第10 章 影响他人 217
第五部分 分而治之
第11 章 发明互联网 243
第12 章 路由流量 263
与罗伯特•卡恩的对话
第六部分 端到端
第13 章 控制拥堵 297
第14 章 在小世界中航行 318
与温顿•瑟夫的对话
致 谢 351

如今，网络无处不在，即使是在我们最意想不到的地方。从我们在脸书（Facebook）上的朋友是谁，到我们的信息如何在几毫秒内通过互联网传播，这一切的背后都有着有趣的故事，不管那是社交网络、通信网络还是经济网络。无论是推荐电影，控制设备的功率水平，还是视频的病毒式传播，在这些功能和其他功能的内部运作中都隐藏着六条原则，它们会出现在各种各样的网络中。
本书运用通俗易懂的语言，对这些原则以及网络的力量加以说明。许多优秀的文章已经从数学和技术角度对网络进行了详细阐述，但本书和它们不一样。
与之相反，本书通过故事、图片、例子和历史逸事描述了网络的核心理念，其中还包括与谷歌的埃里克•施密特，威瑞森无线前首席执行官丹尼斯•斯特里格尔，以及“互联网之父”温顿•瑟夫和罗伯特•卡恩的对话。全书共有数百张图片，图片会对文本加以补充。我们还会将网络和日常生活的其他方面进行类比。你可能会惊讶地发现邮政系统、交通拥堵和停车标志，分别与互联网路径选择、网络拥塞和Wi–Fi（无线局域网）随机访问非常相似。
这并不是说本书不会出现任何数学知识。数字示例对理解驱动网络的方法非常有帮助。但是你在本书中看到的数学知识不会比基本的算术（数字的相加和相乘）更复杂。想要阅读本书，你只需要有学习的欲望即可。
本书的结构是什么？它分为六个部分，每个部分对应连接我们生活中的六条网络原则之一。每个部分包含两到三章，通过有趣的主题，讲述相应原则的故事。
那么，这六条原则是什么？它们简洁明了，完美总结出设计、建造和管理网络的方式。
原则一：分享很难（第一部分）。不论是用手机打电话还是用Wi–Fi
上网，都需要分享网络媒介。它就像空气一样，你需要和许多其他人共享。在这种情况下，怎么才能不干扰彼此的连接呢？这就需要有效的分享和协调技术——从控制电话传输的等级到对我们所消费的数据定价。
原则二：排序很难（第二部分）。今天的许多网站都需要处理大量原始数据，以找到有效的排序方法。像谷歌这样的搜索引擎如何对呈现给我们的结果进行排序？网站如何为广告商分配空间？随着需要排序的项目越来越复杂，排序工作也变得更加困难。
原则三：大众很聪明（第三部分）。亚马逊和网飞（Netflix）等在线零售及娱乐公司拥有很多顾客。我们是否能够对大众的意见产生影响，使产品评价及推荐更加准确和有用？答案是肯定的，但我们需要对大众意见及其生成机制做一些特定的假设。
当这些假设站不住脚时，就需要原则四：大众并不那么聪明（第四部分）。为何有些视频会出现病毒式传播？因为人们可以影响彼此的行为和决策。在社交网络中，某些人是否比其他人更具影响力？是的，而且他们的影响方式并不一定很直观。本书将对此进行解释。
分而治之是第五条网络原则（第五部分）。通过这一概念，互联网的规模和功能可以有效地增加（从路径选择到数据纠错）。从地理和功能上，互联网都被巧妙地分成了很小的部分，因此每部分都可以被单独管理。
原则六：端到端（第六部分）。这是最后一条原则，它主要讨论网络如何在巨大的空间里运作。我们手中的终端设备往往不知道，也不需要知道，互联网中到底发生了什么，以实现分配给它们的各种功能，例如拥堵控制。而在网络中，执行一项任务的具体位置是一个重要的问题。

这是一本好书，介绍了互联网技术和服务以及历史演变，内容广泛，贴近读者的兴趣爱好，逻辑思维清晰，环环相扣，引人入胜。特别值得称道的是，作者把许多略显枯燥的技术问题和隐藏在网络技术背后的高深的当代数学理论和信息学理论，包括排队论、拓扑学、*变量、动态分布等，用非常简单的事物做出类比，用非常普通的语言加以介绍，十分精彩。2015年，在国际电联庆祝其150周年诞辰时，我们在全球表彰了五位杰出的工程科技人员，其中就包括了在本书中分享见解的“互联网之父”罗伯特·卡恩和“手机之父”马丁·库珀。
——赵厚麟，国际电信联盟（ITU）秘书长

自农业出现以来，网络在人类社会中起到了强大的联结作用。布林顿和蒋濛记录并分析这一现象，同时强化了我们对该现象的认可.
——温顿·瑟夫，互联网先驱

这本书有见地、可读性强，展示了物联网是如何从连接开始转变的。无论你是技术消费者还是行业从业者，这本书都适合你。
——杰夫·费德思，英特尔公司首席策略分析师，OpenFog联盟总裁

作为人类，我们天生就处于网络中。我们的身体从头到脚都被复杂的网络联系起来，而我们的祖先早已理解网络的价值，于是他们建立网络，以便更有效地捕猎。本书阐释的原则几乎成为我们原始本能的一种延伸，但比我们的祖先所能想象的更加先进。
——埃尔德·安图内斯，思科企业战略创新集团高级总监，OpenFog联盟主席

这本书通俗易懂，介绍了影响我们的技术和社会的网络概念。布林顿和蒋濛的描述相当清楚，揭示了网络理论如何照亮我们生活中许多相互联系的方面。
——约翰·麦考密克，《改变未来的九大算法》作者

随着模拟网络再次变得拥挤，美国和其他各国开始尝试另一种选择：数字（digital）系统。模拟信号将被“数字化”，转换成二进制位的序列，即1 和0（见图1–7）。
数字系统在容量上拥有巨大优势，因为它们使用了另外两个我们将讨论的多址联接技术。在20 世纪80 年代末之前，建立这些网络所需的小规模电子设备成本还不够低。
按照时间（和频率）进行共享
从模拟到数字蜂窝的转换标志着1G技术发展到了2G。第一套2G技术标准是全球移动通信系统，简称GSM，始于1982 年。到1987 年，该系统容量便达到模拟系统的3 倍。
数字代码使我们能将多个通话压缩到一个频段。所以，即使在一个单元里，我们也可以让很多人共用同一个频道。我们只需要添加另一个维度。最明显的额外维度选择是时间。
换句话说，多个用户可以共享同一个频道，但他们必须轮流使用。按照一套叫作时分多址（time division
multiple access，简称TDMA）的方案，每人被分配到不同的时段。你可以在图1–8 中看到TDMA的一个例子。
由于欧盟倾向于发展一套共同的标准，GSM在欧洲很多地区被迅速采纳。GSM今天仍然在世界部分地区使用，主要在900MHz 和1 800MHz 频段运行。这降低了手机成本，标志着手机发展进入新阶段，能提供短信、游戏，以及其他娱乐功能。
按照代码进行共享
在美国，采用2G标准的历程更有趣。在了解对容量的需求增加后，美国蜂窝电信行业协会在1988 年发布了一系列性能要求，规定通信行业应致力于达到第一套数字蜂窝标准。其中的主要要求是，容量应达到传统模拟网络的10 倍。
这个时候，几乎所有美国的网络运营商和设备制造商都觉得TMDA是最好的办法，但高通（Qualcomm）公司例外。该公司倡导另一项技术——码分多址（code division
multiple access，简称CDMA）。如图1–9 所示，在CDMA系统中，用户在“代码”维度上进行区分，在时间和频率上则不加区分。对代码最好的类比可能是语言：就像给每个链接不同的语言，然后让它们进行通话一样。
每个代码都像一把钥匙。发送方锁定消息，将其发送出去，并且只给接收方发送密钥。设计这些代码的困难在于，应该只有一把钥匙能够“解锁”任何指定信号。如果另一个接收方试图用自己的钥匙解密该消息，则应该显示为噪声。每一个代码会“取消”另一个，具有此属性的代码集合被称为一个正交码（orthogonal codes）族。关于CDMA的更多信息，请参考本书网站的Q1.3 部分。
一开始有人预测，CDMA能提供的容量可以比传统模拟网络大40 倍以上。尽管如此，当时大多数工程师、制造商以及运营商都抵制CDMA。原因之一是，当时尚未有CDMA蜂窝网络原型，对其进行演示。
1989 年，蜂窝电信行业协会投票通过，将TDMA作为美国第一个2G数字标准。未来4 年中，需要更多的概念证明，CDMA才会得到批准。
鸡尾酒会的比喻
这里有一个易于理解的比喻，能阐明一些我们已经介绍过的技术。假设一场鸡尾酒会在一座有许多房间的大厦举行，其中有许多谈话发生。假如聚会上有很多人，如果大家都挤在同一个房间，同时说话，我们将很难听清自己的对话内容。我们让主人来确定应对这一局面的最好方式。
主人首先决定，每个房间里可以有两个人谈话。每对谈话者待在自己的房间，直到谈话结束，所以每个人都能以合适的音量说话，因为声音传到其他房间时会减弱。但如果我们把房间看成单元，这就好比每个单元每次只允许有一个连接。考虑到客人数量很可能比房间数多，这种安排将无法令许多没有分配到房间的谈话者满意。
为了处理这个容量问题，主人决定允许许多谈话者共用一个房间（即每单元多人），让每对谈话者在不同的时间交谈。因此，在任何指定房间里，第一对谈话者可能有30 秒交谈，此时其他人保持沉默，然后是下一组，以此类推。同样，每个人都可以尽情地大声说话，因为声音不会盖住别人的谈话。这是TDMA的一个例子，在每个房间里，每段谈话都被分配到一个单独的时段。
如果不是分配时段，假设主人让每个房间里的每对谈话者使用一门单独的语言。那么，大家都可以同时说话，因为每对谈话者只能听到一门特定的语言。这是CDMA系统的一个例子，每种语言代表一个不同的代码（见图1–10）。但是人类语言并不是完美的代码。此外，音量控制是一个问题，因为在房间里的每个人都可以听到其他所有谈话，无论是用什么语言。我们需要一些协调，使个人根据彼此之间的距离，调整自己的音量。