互联网的第三次浪潮
数字化进程加速，用户范围不断扩大，设备和机器也被纳入其中。这正推动互联网迈入新时代，并促使边缘生态系统不断演进。
作者：F5首席技术官Geng Lin
席卷全球的COVID-19疫情加剧了不确定性，但面对危机与机遇，世界的应对并未出乎意料。我们看到，COVID疫情使数字化进程呈指数级加速。Microsoft首席执行官Satya Nadella曾指出，短短几个月内，数字化转型就完成了原本需要数年才能实现的进程。
如今，全球数字化已是不争的事实。数字化带来的影响之一是数据量不断增加。IDC在《数据时代2025》报告中预测，到2025年，全球数据量将增至175 ZB。1 这些数据将存储在核心位置（传统数据中心和云数据中心）、边缘位置，以及PC、智能手机和物联网设备等边缘端点上。此外，其中30%的数据将被实时使用。
这在一定程度上得益于技术进步。5G的数据传输速度最高可达前几代无线技术的100倍，延迟通常从20 ms降至1 ms。2 这些新功能将提高数据生成速度和实时处理能力。
这些实时数据大多由固定设备生成和使用，例如灯泡、安防摄像头和家用电器。疫情期间，三分之一的房主增加了设备使用量，其中智能门锁用户的这一比例接近一半（46%）。3 但其中也有相当一部分来自移动设备，例如医疗保健领域的可穿戴设备、联网车辆，以及用于跟踪和监控供应链的传感器。截至2020年11月，4 仅在美国，就有45%的网站流量来自手机。
“每秒有127台新的IoT设备接入互联网。”
设备数量的爆发式增长彻底改变了用户的定义。如今，机器、脚本和软件也开始承担过去只有人类才能承担的角色。预计这一增长趋势将持续下去。
与此同时，使用这项技术的人数也在持续增长。2019年，互联网用户达49亿。预计到2022年底，这一数字将增至60亿。专家预测，到2030年，预计全球85亿人口中，6岁及以上人口的90%将参与数字活动。5 如今，许多用户在生活的几乎各个方面都依赖数字服务。例如，疫情期间，远程医疗的使用量激增6000%。6 分布式数字社会带来的压力和需求，加上设备数量的爆发式增长，标志着第三个互联网时代的开启。
互联网第三次浪潮推动边缘演进
我们认为，随着互联网第三次浪潮的到来，边缘计算必将兴起并不断演进。众所周知，互联网变革推动世界迈入了PC和互联网时代。云计算和智能手机的普及开启了移动互联网时代。如今，我们正进入第三个时代，即移动物联网时代。
这一时代涌现的挑战正在推动边缘生态系统变革，使其从静态、封闭的Edge 1.0迈向开放、自主的Edge 2.0。这一过程如同从单细胞生物向复杂生物的演化。
边缘生态系统已实现演进
例如，在云计算发展的早期阶段，少数大型公有云和内容分发网络（CDN）主导着互联网应用交付和数字服务分发。这些提供商充当互联网应用生态系统的集中控制点，类似于人体中12对脑神经所发挥的作用。随着云用例和生态系统不断发展，数字服务需要基于互联网“边缘”的本地信息实时做出决策，这与人体自主神经系统的运作方式相似。
正是这一演进推动边缘计算迈入全新的自主时代。这并不令人意外。互联网的每一轮发展都会带来新的挑战，而边缘计算在一定程度上帮助应对了这些挑战。
第一波：Edge 1.0
万维网发明者Tim Berners-Lee预见到，互联网用户通过低速链路传输大量Web内容时将面临拥塞挑战；他将这一问题称为“World Wide Wait”。当时的主流范式侧重于分发相对静态的Web内容或Web应用，使其更接近用户，以满足速度和冗余需求，这在当时是合理的。这一需求催生了一系列关键架构原则，包括在靠近最终用户的位置部署物理接入点（PoP）、内容缓存、位置预测、拥塞避免、分布式路由算法等。
第二波：边缘1.5
随着Web 2.0的到来以及公有云和SaaS解决方案的兴起，新的架构原则应运而生。应用成为互联网上内容的主要形式。因此，分布式边缘无法继续停留在初始形态：它必须随其所交付的应用架构一同演进，同时还要应对日益增长的数字经济带来的更大安全保障压力。如今，全球经济在很大程度上依赖以商业交易为核心的应用，安全服务很快成为CDN提供商普遍采用的附加服务。与云和传统数据中心相比，这些提供商现有的全球节点更贴近用户，因此能够更早化解威胁。这些服务构建在用于分发内容的基础设施之上，因而形成了封闭的专有环境。
第三次浪潮：边缘2.0
如今，应用不再是交付网络中的“被动”路由目的地，而是主动参与其中。例如，在基于Kubernetes的分布式应用中，封装在容器内的应用逻辑可以动态迁移到任何具备配套Kubernetes技术栈的适当计算位置。这与早期边缘解决方案所依据的架构原则截然不同。早期边缘解决方案诞生于内容（或应用）是与物理位置关联的静态实体这一时期。此类边缘解决方案假定，只有内容交付网络充当连接用户与应用的“智能平台”，而应用（和用户）则是该“智能平台”的被动“端点”。如今，这种方法已不再是连接用户与内容或应用的适宜架构方式。
用户也在不断演变。与1998年首个CDN问世时相比，如今用户的数字技术素养和参与数字互动的意愿已大幅提升，而技术也促使“用户”的定义发生变化。如今，“用户”很可能是代表人类执行操作的机器、脚本或自动化服务，也可能是从制造工厂或农田采集关键数据的传感器。一方面，这些“用户”仍承载着人类对速度、安全性和隐私的需求。另一方面，这些新的“用户”，包括嵌入应用堆栈的智能物联网端点，通常也会参与应用逻辑和数据分析的动态处理，从而提供安全且经过优化的用户数字体验。
Edge 2.0的兴起
边缘计算最初旨在解决的核心应用挑战，即速度以及随之而来的安全问题，至今依然存在。变化的是应用的定义（从驻留在固定位置的静态实例转变为“可移动”的容器单元）、用户的定义（从人类用户转变为智能“物体”）、位置的定义（从IP地址转变为逻辑标识），以及边缘计算旨在支持的用例（从内容交付扩展到动态应用分发和边缘实时决策）。
数字化转型和物联网正在推动数字体验产生新的需求，进而需要在边缘实现应用分发、实时智能和决策。因此，边缘计算正成为推动行业数字化转型的关键技术。根据《2021 年应用策略现状报告》，7 76%的组织已实施或正在积极规划边缘部署，主要驱动因素是提升应用性能，以及收集数据和支持分析。
此外，最新一轮数字化转型还纳入了大量“物”。Cisco《年度互联网报告》8 预测：“到2023年，全球联网设备数量将超过人口数量的3倍。全球约一半的连接将是机器对机器连接，而智能家居和汽车中面向消费者的‘物’将成为M2M领域的主流。”由于过去IT与OT（运营技术）相互分离，尽管云计算大幅提升了计算能力，但“物”的加入仍给云模式下的网络架构带来挑战。在Edge 2.0时代的移动物联网环境中，IT与OT将实现融合，并具备更强大的智能感知和自动化能力。换言之，除了云计算支持的集中式数据处理外，网络边缘还将汇聚大量设备和数据，并在靠近端点的位置提供强大的计算能力，从而释放巨大的商业价值。
要充分利用Edge 2.0并从中获益，组织需要具备以整体应用分发为核心、采用一套不同技术设计原则的应用分发平台。
Edge 2.0应用分发平台必须基于以下关键设计原则：
统一控制平面
- 对于Edge 2.0应用分发平台，“边缘”可以是从用户端点到公有云的任何物理或逻辑环境。统一的应用控制平面可确保在不同环境中采用一致的安全策略定义、数据位置策略和用户身份管理，并通过与自动化和编排工具集成来强制执行。
以应用为导向
- Edge 2.0应用分发平台将与应用生命周期管理工具全面集成。应用安全策略、数据位置策略、身份管理和资源编排通过统一控制平面进行“声明”，并在平台运行的任何环境中强制执行。边缘将成为目标应用的“声明式属性”（使每个应用都拥有自己的“个性化”边缘），并由平台“执行”，无需手动配置。开发人员只需专注于应用逻辑、应用交互（API）和业务工作流，无需考虑基础设施或位置管理。
平台内嵌的分布式安全
- 在Edge 2.0应用分发平台中，通过统一控制平面以一致的方式定义应用安全策略，并将其分发到应用运行的每个环境中执行。平台直接内置的安全功能（例如加密和先进的机器人检测）使这些安全功能默认可随应用迁移。
分布式数据处理与嵌入式分析
- Edge 2.0应用分发平台将成为承载应用逻辑的全球基础架构，以及用于数据处理和分析的全球基础架构。任何数字服务都需要数据和应用逻辑，但数据的存储、处理和转换位置不必与应用逻辑的驻留位置相同。数据位置应通过一组平台级策略单独指定，并根据数据引力、法规（PCI、GDPR等）以及处理的相对性价比等因素确定。与安全策略类似，用户应通过统一控制平面“声明”数据位置策略，并由平台在任何环境中强制执行。除了提供一组用于可观测性、遥测流式传输、机器学习工具和ETL服务的内置运维功能外，Edge 2.0平台还可在其他数据管理策略中发挥作用，例如数据沿袭，即将数据的详细信息存储为嵌入式属性。
软件定义的弹性边缘
- 对于Edge 2.0应用分发平台，“边缘”不再由特定位置的物理PoP定义，而是由Edge 2.0控制平面基于客户所需位置的资源动态定义。这些资源可以位于公有云、虚拟机监控程序、数据中心或私有云中，甚至可以是客户业务特有的“远程”位置中的物理机。连接网络功能也以软件定义方式叠加在专用或公共WAN基础设施之上，无需投入大量精力进行组装和配置。该平台会响应目标应用的“意图声明”，根据应用请求提供定制的软件定义弹性边缘。“边缘”及其根据该声明为应用建立的一切，将成为应用的一项简单易用的属性。
硬件优化计算
- 处理器和芯片组技术不断进步，尤其是GPU、DPU、TPU和FPGA的功能与容量持续提升，使专用计算能够针对特定工作负载类型显著优化资源利用率。Edge 2.0应用分发平台将与配备这些专用硬件的系统对接，以便将可从此类硬件支持中受益的特定应用工作负载定向部署到相应系统并运行。例如，该平台会为AI/ML密集型工作负载查找并配置GPU资源，或查找并集成DPU，以提供应用所需的专用安全和网络服务。Edge 2.0应用分发平台具备硬件感知能力，有助于构建面向应用的专用智能“工业系统”，并为打造需要在本地进行实时处理的实用IoT解决方案带来广阔空间。例如，电动汽车充电站可作为数据汇聚节点，汇集电动汽车传感器生成的海量数据；搭载Android OS的自动驾驶汽车也可像移动数据中心一样，持续运行硬件辅助的自诊断。
以创新应用交付驾驭互联网第三次浪潮
Edge 2.0应用平台所支持的分布式实时智能将在未来的数字世界中发挥核心作用。对大多数企业而言，这意味着需要重新构想应用交付模式。当前的应用和服务交付采用集中式模式，应用逻辑集中部署，托管在公有云或私有数据中心。在Edge 2.0时代，基础设施、数据和应用架构将更加分布式，并采用点对点模式。不过，我们认为，这一转型将是对现有应用交付技术的演进和增强，而非彻底变革。
凭借在多云应用安全和应用交付技术领域的多年经验，F5始终致力于满足应用需求。应用是数字时代组织的核心资产。在Edge 2.0时代，边缘正从封闭模式转向开放模式。近期收购Volterra后，F5具备了推动构建Edge 2.0应用分发新范式的有利条件。
如今，各行各业都在加快数字化转型进程。我们了解到，边缘部署正逐渐成为客户应用战略的一部分，并期待与客户携手应对新一轮互联网浪潮。
资源
2 https://www.gsma.com/wp-content/uploads/2019/04/The-5G-Guide_GSMA_2019_04_29_compressed.pdf
5 Cybersecurity Ventures《2022年和2030年全球互联网用户数量》