想網速更快，向螞蟻學習

孫子厚

一個TCP笑話

“你好，我想聽一個TCP的笑話。”

“你好，你想聽一個TCP的笑話？”

“是的，我想聽一個TCP笑話。”

“好的，我會給你講一個TCP笑話。”

“太好了，我會認真聽這個笑話。”

“你現在準備好聽這個TCP笑話了嗎？”

“當然，我已經準備好聽了。”

“很好，我馬上要講這個TCP笑話了。它沒有場景，10秒鐘長，有兩個人物，結尾有點睛之筆。”

“好的，我早已洗耳恭聽了，它沒有具體場景，10秒鐘長，有兩個人物，結尾有點睛之筆。”

“噢，不好意思，你接連超時了。

……

你好，想聽一個TCP的笑話嗎？”

你明白這個TCP笑話了嗎？它講的就是網絡堵塞，連接超時乃至中斷。平時上網時，這個問題我們常會遇到。TCP協議是網絡傳輸的主要方法，現在它亟待升級，以解決網絡堵塞問題，而螞蟻——非人類工程師或許能幫助人類解決這個問題。

蟻群功能是1+1﹥2

網絡和螞蟻有什么聯系呢？似乎難以想象。然而，千萬不要混淆一只螞蟻和一個蟻群的概念，它們完全不對等，好比一棵樹和一片樹林完全不是一回事。

美國斯坦福大學科學家發現蟻群非常獨特。在美國亞利桑那州沙漠里，螞蟻會一只一只出窩覓食，除非找到食物，否則它們不會空手回窩。螞蟻覓食中途，如果遭遇意外永遠回不來，蟻群會怎么辦？如果遇上正午天氣又熱又曬，又會怎么辦？

通過長期觀察，科學家發現蟻群完全適應沙漠氣候，覓食的這些困難根本影響不了它們，而且它們還有許多未解之秘。

當遇到又熱又曬的極端天氣時，螞蟻靠窩里儲存的食物生活，蟻群只派出少量螞蟻覓食；當食物少，螞蟻就長時間不回窩，一直在外覓食；當食物多，它就很快回窩，覓食時間就短。準備外出覓食的螞蟻會守在洞口一個窄道里。當覓食的螞蟻回窩途經此道，遇見等候的螞蟻，就會放下食物，然后兩只螞蟻用觸角相互碰觸。洞口螞蟻是否外出覓食，取決于相互碰觸的次數以及碰觸的時間。就這樣，一個復雜的集體行為完全由簡單的個體碰觸而主導。

天氣怎樣，沒有人能斷言。是否適合覓食，一只螞蟻或許判斷不出，但蟻群卻可以確定。1+1﹥2意味著整體的能力超過了部分相加之和，蟻群就是這樣一個整體。而且科學家相信，對蟻群研究得越深入，越會發現有用的東西。

蟻聯網的對比

現代互聯網上，傳輸控制協議（TCP/IP）是傳送信息的基礎，也是互聯網重要的組成部分。互聯網包含大量信息內容（如網站、視頻、音頻、文本），以及許多硬件設備（如路由器、纜線、衛星、基站、電腦）。

假如一臺設備用TCP協議傳輸一份文件，它會把文件拆分成許許多多的小份，稱為“數據包”。它向接收設備發出一連串數據包，并監控對方是否收到。如果收到，就返回“確認符”以標記，并以此調整剩余數據包的傳輸速度。

但有時傳輸數據擁堵、網速變慢，造成部分網絡癱瘓，甚至中斷連接。TCP協議發明于20世紀70年代，如今它急需改進。科學家從螞蟻身上得到了啟示，并將蟻群系統稱為“蟻群算法”、“蟻聯網”（英文Anternet）。

科學家發現，蟻群以食物量為參照，計算派出螞蟻數量的方法，與互聯網傳輸控制協議TCP相比，它們在本質上一模一樣。蟻群的目標是派出更少螞蟻而收集更多食物，TCP的目標是盡量避免擁堵而更快傳輸信息。通過互聯網發送一個數據包，就好比派出一只螞蟻外出覓食；返回一個確認符，就好比覓食的螞蟻帶回了食物。如果很快返回大量確認符，就意味著網速暢通，帶寬足用，而足用意味著發送端將發送更多數據包。這就好比覓食的螞蟻很快回窩，意味著覓食返回，食物足用，而足用也意味著蟻群將派出更多螞蟻。反之，如果確認符返回得慢，發送數據就變慢；同樣地，如果螞蟻覓食返回得慢，蟻群派出螞蟻也將變慢；如果它們根本不返回，那么派出和發送也將停止。對蟻群來說，停止意味著暫時不派出任何螞蟻覓食；對TCP來說，則意味著連接超時（即中斷）。

強調一點，上述這個例子只是簡化版TCP，不代表它全部功能，但用來說明兩者相似卻足夠了。

蟻聯網有數百萬年歷史，它是螞蟻擁有并持續使用的計算方法。通過蟻聯網，蟻群把覓食損失降到最低，而且覓到了食物。TCP目的就是把數據擁堵降到最低，并且盡快傳輸信息。這兩者實現目標的同時，都不需要額外的監督體系。

蟻聯網的啟示

每個蟻群都有一只蟻后，它不覓食不工作，靠其他螞蟻喂養。它的地位最高，但是它卻幾乎沒有“政治”權力，實際上，蟻后只是一只專職于繁殖工作的螞蟻工。另外，蟻群里沒有像公司那樣的“經理”，時刻關注天氣環境變化，并報告給外出覓食的螞蟻。

唯一已知的就是，洞口窄道里兩只螞蟻用觸角碰觸的次數和時間，決定了蟻群算法的結果。一只螞蟻的信息極其有限，這就決定了蟻聯網的算法必須簡單，而且是分布式的、數據化的、可測量的。互聯網上，我們同樣要設計分布式計算，并借助這種特性，使整個網絡每個單元能更加數據化、更加可測量。這也是互聯網信息共享的偉大之處。

另外，如果把蟻群比作互聯網上無數個“0101”組成的計算機代碼，就能以新思路設計更好的計算機程序——蟻群算法程序，實踐證明它用來計算最優化路徑時特別有效。

然而還有問題需要深入研究，既然蟻群派出的螞蟻數量，取決于兩只螞蟻觸角碰觸的次數和時間，那么碰觸時，螞蟻到底“交流”了什么信息？這些信息又怎樣決定了螞蟻的行為？螞蟻的個體行為，又怎樣決定了蟻群的整體行為？

如果這些問題都能進一步弄明白，或許就能完全解決今天網絡擁堵的問題，又或許如果蟻群算法提早發現，TCP歷史就會改寫，乃至不存在今天的問題。