数字媒体的实验考古（三）：电信网络

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现在是数字媒体实践考古的第三节课，这节课我们会讨论电信网络问题。我们现在常说网络是一个“虚拟”的世界，这种说法让许多人在设计、批评网络上的产品、服务和工程时忽视网络的物质基础的问题。更具体地来说，在许多互联网产品经理、或是批评家眼中，WiFi或者是5G这种是从地里、空气里长出来的。许多时候，我们可能清楚的知道我们在使用哪家电信公司提供的网络服务服务，但对在网线接口、无线信号背后那种非常坚定而复杂的物质基础的却知之甚少。
我今天摆了一大堆设备，其中大部分都是连接到电话线上的，希望从一个媒介考古的角度来给大家复盘一下，原始的、光纤时代之前的互联网是怎么样从电话网络里“长”出来的。在今天的课程里，我虚构了一个“网研”电信公司。通过这家虚构的电话公司的“创业史”重现电信技术是从最开始只能连接几百米、几公里的本地的电话通讯网络，变成一个跨越全球的电话网络，以及电话公司是如何进化为互联网服务提供商的。



苹果公司创始人沃兹尼亚克在使用蓝盒子

同时，我也会展示电话网络是如何影响个人电脑革命的，苹果公司两位创始人沃斯尼亚克和乔布斯的话都曾经是“蓝盒子”爱好者，蓝盒子是一种用于破解电话网络的小装置，也就是说当黑客们出现在电脑网络之前，就已经活跃在电话网络上了。
曾经使用Minitel制作电信艺术的巴西艺术家Eduardo Kac曾经在1992年的Siggraph计算机图形学会议上发表过《Aspects of the Aesthetics of Telecommunications》（电信美学的各个方面）。今天的课程上主要偏向实验的演示，如果大家对相关的理论感兴趣，非常建议看一下这篇论文：ASPECTS OF THE AESTHETICS OF TELECOMMUNICATIONS
一个基本的电话网络

我们先体验一下最基本的电话网络是怎么工作的，我在教室里放了一台电话交换机和配套的话务员电话总机。这个交换机型号比较老，是90年代的型号，但是它的话务员电话上有比较丰富的指示灯，可以很清楚的看到电话交换机工作的状态。这时我拿起一路电话来，就会看到总机电话上面有一个灯亮了，比如说这次是12号；然后再拿起一部电话来，也能看到它是14号。

日通工TX824电话交换机
https://www.zhihu.com/video/1460766950159245312
然后我用14拨12，然后12号电话就响了，接起来也可以听见，这就是电话网络的基本工作方式：通过这样一个电话交换机，然后两把两个电话建立起一个电路来。不同电话之间的连接是通过电话交换机里的继电器完成的，因此两台电话之间是存在一个真实连通的电路的。



一个最简单的电话网络

从二战之前一直到20世纪60年代，在长途电话网络开始大规模的兴起之前，大多数的电话系统的功能都与这个小型电话总机的相仿。如果你去有机会看到还在工作的老式电话交换机，那种很多继电器咔咔响的，通常是纵横制电话交换机（Crossbar Switch）。更老的电话交换机有很多排接线柱和搭线手臂，是升降制自动交换机（Panel Switch）。
西雅图连接博物馆（Connections Museum）的油管频道里展示了不少仍在工作的老式交换机： Connections Museum - YouTube



西雅图Connections Museum展示的升降制电话交换机

电话上的艺术创作

即使当时的电话网络只能够进行语音通话，艺术界的先驱们也开始用电话来尝试艺术创作了。比如说1922年拉兹洛·莫霍利-纳吉（László Moholy-Nagy）的《搪瓷构成物》（Konstruktionen in Emaille）就是早期电信艺术的代表作。



《搪瓷构成物》（Konstruktionen in Emaille）

如果熟悉包豪斯历史的话，就会知道拉兹洛·莫霍利-纳吉也是包豪斯的成员之一，他的绘画和摄影作品都颇有影响力。但是如果说莫霍利-纳吉最有名、最有价值的一个作品，许多人都会认为是这幅《搪瓷构成物》。这幅作品有一个别名，叫做“telephone picture”电话图，这个名字来自于它创作的方式，是由艺术家通过电话远程指挥工厂的工人来做了这样一个搪瓷作品。因此这个作品第一次验证了“远程在场”的创作方式。从去年疫情爆发之后，远程在场成为一个广泛被讨论的热点问题，而远程在场一般情况下，都是通过电信技术进行的，因此这幅作品也是我们讨论“远程在场”一定会讲到的一次实践。
在1967年，由贝尔实验室的工程师比利·克吕佛（Billy Klüver）、弗瑞德·沃德豪尔（Fred Waldhauer）和艺术家罗伯特·罗森伯格（Robert Rauschenberg）以及罗伯特·魏特曼（Robert Whitman）成立的非盈利组织“技术和艺术的试验”（Experiments in Art and Technology）则做了更多跟电信技术有关的尝试。



Art By Telephone现场

此外值得一提的还有在1969年芝加哥当代艺术博物馆（Museum of Contemporary Art）的电话中的艺术展 Art By Telephone，其中所有的作品都是没有蓝图和计划的，而参展的艺术家需要完全依靠着电话中的口头描述来指挥展场里的人员搭建他们的作品。
长途电话网络和电信业中的垄断

在1960年代电话在艺术创作中频繁出现的时代背景，是1960年代美国大规模长途电话网络的建设。我们模拟一下长途电话网络是如何工作的：我们用两台电话交换机分别代表两个城市的本地电话网络，然后用电话线把两个交换机连起来，它就成了两个电话之间的长途线路，而对应的线路号码，就是长途区号。



一个最简单的长途电话网络

但是我们会发现，一根电话线只能搭载一通电话，要想有更多的用户同时长途通话，就需要在两地之间铺设更多电缆，而这往往是昂贵的。因此长途电话线路相比本地电话来说是一种稀缺资源。比如说我这里已经拨通一通长途电话的情况，再拨第二通长途电话就会占线。直到基于同轴电缆的载波系统（Carrier system）流行之后，大规模的长途电话网络才开始流行。
我来再做一个人工转接的实验，电话网络的用户拨叫电话公司的接线员，然后由接线员操作转接，需要人工转接的情况一种是在早期成交换机自动交换机出现之前，几乎所有电话都是人工接通的，另一种情形就是长途电话：在1984年七号信令系统被广泛用于不同通信运营商之间设备互通之前，跨越运营商的通话往往无法被电话交换机自动处理，这时就需要人工转接。

人工总机转接
https://www.zhihu.com/video/1460735242105888768
另外电话网络值得注意的特性就是双音多频，今天的固定电话的电话机上我们按下不同的数字，都会听到不同的声音，这个声音会被远端的电话交换机或语音应答系统处理。不像早期的电话拨号系统中使用的脉冲信号无法穿过多层的交换机，双音多频的使用的是普通的音频信号，因此可以传递到所有的交换机，从而让使用多级交换机的长途电话网络得已实现。
与我们今天通常所看到的情形不同，在20世纪初相当长的时间里美国的电话网络中本地市话和长途电话是由不同的运营商运行的，这源自1894年贝尔的电话专利到期后独立电信运营商的出现。此时，由贝尔公司运营的地区性市话网络通过AT&T的长途电话网络进行互联，而独立运营商则受到AT&T和贝尔的竞争压力。1921年《威利斯－格雷厄姆法案》(Willis Graham Act of 1921)将电话公司确立为自然垄断企业，让AT&T在整个20中逐渐成为美国通信行业的垄断者，并引发了著名的1982年AT&T拆分案。
Cybertelecom :: AT&T 1894-1921
《法制与社会发展》杂志2021年第4期刊载中国人民大学法学院丁晓东教授的《网络中立与平台中立——中立性视野下的网络架构与平台责任》对AT&T在电信行业中垄断的形成，以及与互联网企业垄断的异同做了详细的论述：https://www.civillaw.com.cn/uploadfile/lmpic/20210821/20210821155229749.pdf
当我们思考今天的互联网的这种业务时，会发现互联网和电信业务的垄断性是非常相似的。AT&T曾经使用过拒绝互联互通或设置高额的长途电话费用来打压竞争对手，来迫使用户集中到自己的电话网络里面去。这样的事情在中国也确实发生过，比如说在2000年代初，不同移动运营商之间的网间电话、短信费用都要明显高于网内。以至于说中国移动逐渐取得了明显不平衡的优势地位，政府只得依靠行政手段来要求企业降低这种网间结算费用：电信网间结算费用调整 移动盈利将减少
电话飞客和电脑黑客

1970年代的反主流文化浪潮中，其实AT&T就被一些反文化社群视为这种一种垄断或者强权的象征，以易比派（Yippie）为代表的反文化社群就采取了一种行动主义的方式去挑战这种垄断，他们发行了名为《青年国际党连线》（YIPL）的刊物来传播破解长途电话网络计费系统的技术，与电脑黑客类似，他们的这种做法被称作电话飞客（Phreaking）。



《科技美国人党》刊载的《终极红盒子》

他们的刊物使用一个砸破的象征贝尔公司的铃铛作为标志，来代表他们对抗AT&T的主张。《青年国际党连线》及其后续《科技美国人党》（TAP）刊载了许多内容详尽的技术文章，比如说这篇《终极红盒子》就刊载了制作用于破解电话网络的“红盒子”的电路图和相关资料。
而这种实践也鼓励了电脑黑客的出现。在1970年代计算机仍然是一个颇为昂贵的资源，只有大企业和机构能够买得起计算机，但是有一些时候，安装有计算机的企业、政府和教育机构会通过远程拨入拨接的方式，向其他用户提供租用计算机的服务，或者向公益性的社区计算中心来提供计算机资源用于教育等用途。



《战争游戏》中的“战争拨号”场景

这个来自于电影《战争游戏》（WarGames）的画面其实是展示了“战争拨号”（War Dialing）的情形。在当时许多计算机都通过调制解调器（Modem）连接到电话网络，调制解调器能把电脑上的数字信号、转换成可以在电话线路中传输的模拟声音信号，它也能够反向完成从声音到数据的信号转换，因此调制解调器被广泛用于远程电脑之间交换数据，或提供远程访问电脑的服务。



1970年代典型的计算机服务形态：用户使用带有终端的Modem通过电话网络呼叫大型主机并调用其中的资源

在1970、80年代还不存今天意义上的互联网这种在现代意义上面向公众的计算机网络，所以许多黑客入侵计算机系统的方式就是这种“战争拨号”，利用调制解调器顺着电话本里的电话号码一个接一个地打下去，最终穷举出连接在电话网络上地计算机。



414黑客小组的成员都是高中学生

70年代懂电脑的人仍然很少，计算机维护人员的操作水平和安全意识也往往不高。很多时候这些连接到电话网络上的电脑都不会修改系统默认密码，或者使用了容易猜出的弱密码，以至于说很多黑客只靠着操作手册里提供的弱密码，就可以入侵不少的电脑系统。1983年著名的“414”黑客小组案件中的少年黑客们，就是靠着这种原始的方式入侵了60多台电脑，而“414”的名字，则是来自于斯康星州密尔沃基电话区号。
接下来我来给大家表演一下，当时他们连接远程计算机大概的过程。我所使用的机器是一台终端机，大家可能注意到这台终端机使用的是液晶显示屏，其实这台机器确实比较新，是两千零几年的产品。一直到2000年代，银行、邮政等行业仍然广泛使用类似的方式连接柜台和处理相关业务的小型机及大型主机，此时的远程计算机访问技术经过多年改进已经变得相当安全，反而个人电脑在安全性上更加脆弱。



2000年代常见于银行、邮局的终端机

我的终端机使用一台贺氏（Hayes）Modem连接到电话线上，因此它支持AT指令集通过命令来拨号，我们打“AT”，然后Modem会回报“OK”，这时Modem就准备好拨号了，然后我就用“ATDT”命令后面跟电话号码拨通指定的电话了。当然们还需要一台电脑扮演远程接入的主机，在这里我就使用装有Linux电脑来扮演它，Linux操作系统是模仿Unix开发的操作系统，而Unix则是贝尔实验室在1970年代为PDP-11开发的分时操作系统，因此许多功能和操作习惯都与当时的情形类似。
如果远程计算机的Modem接受了我们的呼叫，就可以听到类似拨号上网的Modem握手音，如果一切正常的话，终端机上就会出现远程电脑的登陆提示了。我们使用的终端机本身并没有运行程序的能力，当我们登陆到远程系统后，所运行的程序都是在远端的计算机上运行的。在1970年代，许多人使用计算机的最初经验都是来自于这样的远程拨入系统，即使他们可能并没有机会真正去到大型主机所在的机房里，但只要家里、学校或办公室里有这样一台终端，就可以使用到远程计算机里的资源。
因为计算机资源有限，而且是许多人共享的，当时的一些学校和机构中对计算机系统里的用户设置了等级森严的权限限制。而这激起了一些崇尚平等的电脑高手的不满而去破解电脑系统的种种限制。而GPL协议的发起者理查德·斯托曼也是其中的一员，开源、共享等日后对软件开发者社群影响深刻的理念也在这一时期萌芽。
我们发现这个时期的电话网络产生了非常重要的变化，它本来只是用来传递语音的，但它可以用来传递数据了。通过对数据进行编码，电话线就可以传递像图像或者是其他各类可以编码的信息。
传真

与电脑Modem的广泛使用同时间发生的另外一个很重要的变化就是传真机的普及。虽然传真机的原型早在1843年就由苏格兰发明家Alexander Bain制作出来，甚至比电话还要早。但传真的大规模使用还要从1973年理光推出第一款商用数字传真机RIFAX 600s开始。



理光RIFAX 600s

到了1980年代，一些艺术家开始尝试使用传真作为一种创作的媒介，也带来了传真艺术这一形式的出现。而真正让传真艺术为大众所知的事件，则是在1985年博伊斯、沃霍尔和东山魁夷的《国际艺术联合》（Global-Art-Fusion），三个艺术家使用传真机杜塞尔多夫、纽约、东京接力创作，并最终传真到维也纳的博物馆收藏，通过电信网络让作品几乎围着地球转了一圈。它也展现出80年代通过电话和海底电缆连接的电话网络已经具备了全球通信的能力。



传真机可以直接利用电话网络传输图像

今天我们在现场也有传真机，我们可以试一下使用传真机进行接力创作。当接收端的传真机按下“开始”键之后，我们能听到一段“嘀——嘀——”的声音，这个是传真机的CNG (calling tone)，这时候我们按下发送端的“开始”键，传真机就开始发送传真了。我们会听到一个类似Modem拨号时的高频的声音，这个声音是CED (called station identification) ，因为传真机也是通过Modem发送图像的。

在人工转接交换机里发传真
https://www.zhihu.com/video/1460760490310332416
由于许多传真机都使用热敏纸进行打印，所以它只能输出黑白图像，而彩色部分往往会因为抖动（Dither）而产生网格，因此能够产生一些独特的效果，同时通过接力的方式进行创作也是传真艺术非常有意思的特点。在国内传真艺术的参与者其实非常少，目前唯一已知的展览和创作活动是1996年的上海首届国际传真艺术展，主题为“我们谈谈钱”。
传呼

在各种电信业务中，传呼机是一个与电话有着紧密关系，但又相当不同的一种技术。它使用了频率偏移调制（FSK）等用于电话线Modem的通信技术来通过无线电发送文字信息。但这种信息的传输只是单向的，只能从寻呼台然后发送到寻呼机，而通常不能从直接从寻呼机上回复，回复的双向寻呼机直到1990年代中后期才出现，但使用范围远不及单向的寻呼机。

用软件无线电呼响传呼机
https://www.zhihu.com/video/1460749582782722048
现在我们复现传呼机工作的场景并不是件困难的事情，在咸鱼上我们可以买到传呼机发射棒，我们只需要用附赠的软件就可以呼响传呼机了。典型的传呼机服务流程是依赖电话的，一种传呼台是自动台，呼叫者需要在拨通传呼台的电话后输入传呼号码，传呼台就会将呼叫者的电话号码传送到接收者的寻呼机上。而能够发送文字信息的传呼台则是需要传呼员人工操作的，有些传呼台也称之为“小秘书”业务，发送者口述发送的内容，然后由传呼员把内容打字电脑里面发送。



传呼系统中，呼叫者需要通过电话指挥传呼员进行呼叫

那么我们教室里的“网研电话公司”也开通了传呼服务，我就来扮演寻呼员来重现一下发传呼的流程。

传呼员：您好，网研传呼台
发送者：请呼12345
传呼员：请说内容
发送者：帮我问一下今天的作业……
（传呼员打字，在电脑上发送传呼）

传呼机并不是一个联网的设备，但对互联网上的即时消息应用产生了深远的影响，中国互联网历史上最成功的产品QQ也来自于此。QQ的前身OICQ最初是为润迅传呼台开发的增值业务。腾讯在创业初期也曾经和多家传呼台合作，提供网络即时消息转发到传呼机的服务。
电话和传呼的另一层联系，就是电话是单向的传呼网络最常用的反向通道（Backward channel）。传呼的发送者如果是熟人，就会留下自己的名字，如果是生人或者不是常用的电话，比如电话亭或公用电话，就会留下回电的电话号码，而收到的传呼的人会通过发送信息中的电话和发送者取得联系。



Brannon Dorsey制作的Holypager装置

直到现在传呼机仍然在一些行业和地区使用，在2016年艺术家Brannon Dorsey就制作了名为Holypager的装置，它利用软件定义无线电的技术把附近传呼的服务信息全都截取打印出来。这个作品曾经在2017年纽约布鲁克林的基进网络（Radical Networks）会议中展示，来提醒人们类似传呼机所使用的POCSAG协议在没有加密的情形下是非常脆弱的，以及人们在电子空间里可能遇到的个人隐私泄露的风险。
移动电话

接下来我想带大家考察的是移动电话，在这里我用作展示的是小灵通，小灵通所使用的PHS网络直到去年在日本才完全退役。它是一个典型的2G手机的技术，相比其他的移动通信技术，PHS和固话的联系更加密切，它的基站往往直接通过数字电话网络ISDN接入到固话网络中，电话号码也使用固话号码，因此可以说是“长”在固话网络上的。



PHS移动电话是“长”在固话网络上的

而今天，退役的小灵通终端也仍然可以配合带有固话功能的家用小基站“灵通无绳”作为无绳电话使用。我们现场展示的小灵通，也是通过“灵通无绳”和其他电话通话的。
在我们的教室里搭建起来的“网研电信”，现在已经有固话、传真、传呼、终端等固定电话，也有传呼机和基于PHS技术的移动电话业务了。也就是说在今天，许多通信设备已经足够便宜到我们可以像“海盗电台”那样搭建一个“海盗电话公司”。



使用语音网关可以实现IP网络和电话网络的互通

如果你希望探索通信艺术创作的话，在设计作品的时候也可能用到VoIP电话相关的技术，通过互联网，可以将若干个像我们教室中所搭建的小型电话网络连接起来，构成一个更大型的电话网络。通过VoIP网络电话模拟长途电话网络，可以低成本的展示、表演跨地域的电话和传真作品。
网络艺术的出现

我们将视线回到刚才展示的远程拨号计算机系统上，网络艺术的祖先，正是70年代末80年代初围绕类似系统所进行的创作，也就是远程信息艺术（Telematic Arts），而因为这类作品展示的设备通常是电脑终端机，因此也被称作终端艺术。
无论是Roy Ascott在1980年代围绕电脑终端的一系列尝试，还是著名的Electronic Café International电子咖啡馆，电话网络连接的终端机都在其中扮演着重要的角色。在Electronic Café International的结构图里可以看到中间的粗线“电话公司”（Phone company）贯穿了整个作品，而作品中的每一部分，都是围绕着由Modem连接到电话线的终端机或电脑主机展开的。我们可以看到带有手写绘图板的终端设备，也可以看到连接到Community Memory的终端机。



Electronic Café装置的架构图

Community Memory是最早面向公众开放的BBS（电子公告牌系）系统，它的名字描述了社交网络的基本工作方式——它是社区成员共用的“内存”。每个用户都可以通过终端机登陆到系统中，并将自己希望分享的内容存储到系统中，而其他用户也可以存储或查阅其中的内容。这种基于共享存储的系统是各类网络论坛的起点。在它之后出现的CBBS和FidoNet等BBS相关的技术，构成了社交网络最初的形态，而这一些互联网流行之前就存在了。



BBS的原理与远程访问大型主机类似，唯一的区别是BBS系统的硬件规格较低，通常是由个人运行在微型计算机上

1978年的CBBS是第一个广泛用于微型计算机的BBS系统，在1984年的Fido BBS则提供了能够让不同BBS间通过电话线网络互相交换数据的软件，在随后的几年间，世界各地的BBS站点通过电话线组成了一张不同于今日互联网的信息网络：FidoNet，中文叫惠多网。
BBS的繁荣也渗透到艺术世界中，1991年沃夫冈·斯蒂勒(Wolfgang Staehle) 的The Thing BBS就是一个专门讨论当代艺术和文化理论的在线社区，艺术家们可以在上面传递信息、分享作品和进行讨论。1995年，The Thing BBS也跨越了互联网时代的门槛，成为首个运行在互联网上的艺术社区。
在我们的教室里，也可以体验一下当时的拨号BBS是怎么工作的。Modem通讯的本质其实就是把两台电脑像电传机一样连接起来，当我在一边敲字，另一边就会显示出来，反过来也是一样。而今天TCP/IP协议中的端口，其实也在模拟这个过程，每一个端口都可以提供双向的传输能力。
我在教室里模拟的，是1998年的天堂资讯站，在当时访问它是不需要互联网账户的，但它上面同样可以进行发帖、聊天甚至是二手交易。BBS系统中信息的基础组织形式是邮件，对应今天网上论坛里面的“讨论区”的就叫做“邮件信区”，看帖子也要先选“信区”才能看。
互联网服务商

一些爱好者和非盈利团体也会利用和BBS类似的Modem拨号设施提供互联网接入服务，这种互联网接入服务通常是不收费的，被称作Free-Net。由于在80、90年代美国许多地方的市话通信都是包月的，因此如果一个地方有Free-Net运营，当地的居民就可以以及其廉价的价格使用到互联网。
今天国外一些地方出现的社区无线网络，比如西班牙的http://Guifi.net可以算作是Free-Net的精神继承者。而我们教室里的“网研电信”也开通了互联网接入服务，我们也可以体验一下拨号网络时代的ISP工作的情形，我们的拨号网络可以提供33.6Kbps的接入速度，这时纯模拟Modem能达到的最高速度，56Kbps拨号网络需要特殊的数字局端设备。
我们此时在“网研电信”里模拟的电信服务，已经接近90年代末的水平，通过电话线拨号接入的计算机，具有完整的TCP/IP议支持，并可以使用各项互联网功能。



拨号时代的互联网服务商通过电话线拨接为用户提供连接到Internet的途径（Modem未画出）

而最初的移动互联网，也出现在这一时期，我带来了一部1999年推出的IBM WorkPad C3（Palm Vx）掌上电脑，它安装有Modem和Eudora Internet Suite，带有浏览器和电子邮件客户端，让我们可以重新体验90年代末的移动互联网。
而今天要展示的最后一个设备是EoC电缆猫。它常用与通过有线电视网络提供宽带服务，许多地方的广电宽带都在使用类似的设备，它和ADSL一道，成为光纤入户之前的最后一步，在2000年代，电话和有线电视公司都对自己的网络基础设施进行了大规模的光纤改造，光纤已经铺设到街道和小区，但直接在老旧建筑里安装光纤的成本仍然偏高，所以就会使用已有的电话线和有线电视线路提供宽带服务，此时的带宽已经达到几兆到几十兆，即使是今天的网络应用，也基本上可以满足了。



直到宽带网络普及之后，“网线”才从电话线中分离出来

我们教室里这家小小的“网研电信”的故事也就告一段落了，从本地电话、长途电话、终端拨入、传真、传呼、移动电话、BBS、拨号Internet到宽带Internet，“网研电信”所展现的技术演进，正是现实世界中电信行业发展的一个缩影，而我们今天所看到的网络“虚拟”世界，也并不虚幻，而是建立在无数的电缆、交换机、Modem、终端机、服务器、个人电脑等网络设备的物质基础之上的。而“网络艺术”最终极的材料，正是这些硬件设备。它们的功能和特性，塑造并限制了网络上人类行为的样式。

rrkwaf

我丢，我家里有同款传真机。。。