Многообещающие проекты

Эрик фон Швебер

Несмотря на то что технологии Интернет движутся вперед семимильными шагами, пользователи попрежнему ощущают острую нехватку пропускной способности. Изменить такую ситуацию призваны два исследовательских проекта, речь о которых пойдет ниже.

Организационно I2 (Internet2) и NGI (Next Generation Internet  -  Интернет следующего поколения) никак не связаны между собой, но задача у обеих программ одна: они должны повысить скорость и надежность Сети, обеспечить пропускную способность, необходимую для исследования перспективных сетевых приложений, и при всем этом не нанести ущерба сегодняшней сети Интернет.

Что дадут эти проекты информационным службам? Перспективы здесь колоссальны. Предусмотрительным менеджерам информационных технологий и сетевым администраторам следует внимательно следить за обеими программами. Ведь и та и другая ускоряют внедрение уже разработанных технологий, призванных разрешить насущные сетевые проблемы, например гарантировать качество обслуживания по всему маршруту соединения, охватывающему разнородные сети. Но эти программы помогут удовлетворить не только потребности Сети сегодняшнего дня. Впоследствии они неизбежно будут стимулировать разработку и развертывание новых технологий, которые еще более ускорят развитие Интернет.

Ни одна из указанных выше программ не повышает пропускной способности волоконно-оптической инфраструктуры, уже созданной в США. Зато они оптимизируют использование имеющихся ресурсов, выделяя необходимую полосу пропускания тем узлам, где ведутся работы над созданием групповых и распределенных приложений следующего поколения.

Но не все так гладко, как может показаться на первый взгляд. Технологии I2 и NGI должны дополнять друг друга, однако пока трудно предсказать, будет ли обеспечена полная совместимость между ними или каждый проект будет развиваться своим собственным путем. Кроме того, доступ к новым экспериментальным сетям ограничен  -  подключиться к ним напрямую позволяется только участникам проектов, для всех же остальных такое удовольствие может обойтись слишком дорого.    

 

Куда уходят корни

Программа I2, разработка которой началась в прошлом году, финансируется некоммерческим консорциумом, состоящим из университетов и частных фирм. Для решения технологических проблем она полагается на готовые к применению технологии, принятые и разрабатываемые стандарты. В рамках I2 проводятся как открытые, так и частные исследования; результаты некоторых из них доступны лишь участникам проекта.

Программе NGI исполнилось уже три года, ее финансирование осуществляется на федеральном уровне. Главная задача этого проекта  -  поддержка сетевых приложений следующего поколения. Все исследования в рамках NGI носят открытый характер (за исключением засекреченных правительственных разработок), поэтому достижения программы NGI могут стать доступны рядовым пользователям раньше, чем результаты проекта I2.

Программой NGI предусмотрено развертывание двух сетей, тогда как I2 предполагает наличие только одной. В NGI базовые исследования направлены на развитие оболочки сетевых технологий, а вот разработчики I2 сосредоточили свое внимание на обеспечении связи между кампусами участников проекта.

По программе I2 сеть уже создана и используется, а 100 Мбит/с сеть проекта NGI должна войти в строй лишь в нынешнем году (см. таблицу).

Компании, не участвующие в разработке I2 непосредственно, все же могут внести свой вклад в ее финансирование, для чего предусмотрено несколько вариантов. Участие же в NGI возможно только через совместные проекты с университетами и правительственными организациями, имеющими самое прямое отношение к этой программе, либо в рамках федеральных программ Small Business Innovation Research (“Перспективные исследования в области малого бизнеса”) и Technology Transfer (“Передача технологий”).

Конечно, корпоративный мир не замер в ожидании результатов проектов I2 и NGI. Он продолжает проводить и собственные, далекие от этих программ эксперименты в области Интернет. Так, медицинская организация Kaiser Permanente Health Plan и ассоциация оптических сетей National Transparent Optical Network Consortium уже провели оценку возможностей удаленной обработки медицинских изображений. Работы в этой области проводились в Сан-Франциско, в их ходе использовалась волоконно-оптическая сеть со скоростью передачи данных от 155 до 622 Мбит/с. Мультиплексирование осуществлялось по технологии WDM (Wavelength Division Multiplexing  -  уплотнение волны).

Еще один проект в области Интернет воплотили в жизнь университет штата Пенсильвания и корпорация IBM, которые провели распределенное извлечение информации из данных с помощью Web-браузера. В ходе эксперимента к структуре NSCP (National Scalable Cluster Project  -  национальный проект масштабируемого кластера) были подключены удаленные суперкомпьютеры, ставшие на время ее составной частью. С этой программой был связан и проект NSCP, направленный на извлечение данных, представляющих интерес для теоретической физики, который, возможно, помог открыть новую элементарную частицу.

Однако подобные проекты в большинстве своем носят краткосрочный характер, тогда как программы I2 и NGI закладывают базу для длительных исследований и дают стимул для дальнейших работ в этом направлении.    

 

Грани I2

Программа I2 охватывает разработку перспективных приложений и оборудования, обновление кампусной инфраструктуры, создание так называемых GigaPOP (gigabit-per-second point of presence  -  точка доступа к сети с гигабитной скоростью), призванных соединить университетские городки и узлы, участвующие в проекте на региональной основе. Предполагается также создание национального центра GigaPOP, который позволит свести все компоненты в Collective Entity  -  единое целое.

Проект I2 получил поддержку со стороны University Corporation for Advanced Internet Development (объединение университетов, выступающих за перспективное развитие Интернет), некоммерческой группы, в которую входят около 120 частных организаций. Главной задачей I2 сегодня является создание в нынешнем или в начале следующего года полностью работоспособной мультимедийной сети.

Чтобы в полной мере воспользоваться увеличенной пропускной способностью, предлагаемой проектом I2, университетам придется модернизировать магистрали своих городков, доведя скорость передачи данных хотя бы до 500 Мбит/с, а также обеспечить все настольные системы неразделяемыми подключениями с пропускной способностью 10 Мбит/с. После этого нужно организовать между университетскими городками и региональными GigaPOP каналы связи, по которым данные будут передаваться со скоростью свыше 150 Мбит/с. Пока такими возможностями располагают лишь 25 университетов и еще 29 ожидают разработки необходимой инфраструктуры, однако создание таких систем уже поставлено на повестку дня во многих организациях.

Сетевые администраторы должны иметь в виду, что объединение множества разнородных сетей неизбежно повлияет на сетевое управление, которое потребует нового инструментария сетевого мониторинга, учета и распределения затрат, а также единообразия в представлении возникающих ошибок по всей сети I2. Это, в свою очередь, приведет к дальнейшему развитию уже имеющихся продуктов и прежде всего средств сетевого управления и учета сетевых ресурсов.

С другой стороны, модернизация сетевых компонентов одного университетского городка под I2 обойдется, по предварительным подсчетам, в сумму от 30 до 50 млн. долларов. Таким образом, расходы университетов оказываются вполне сопоставимыми с затратами частных компаний.    

 

Новая эра услуг Интернет?

Нетрудно предположить, что GigaPOP со временем может стать суперпоставщиком услуг Интернет. Каждый такой центр способен обслуживать от 5 до 10 сетей организаций, участвующих в проекте I2, или университетских городков. Подключение к нему может производиться по самым разным каналам, начиная с DS-3 (пропускная способность 45 Мбит/с) и заканчивая OC-12 (622 Мбит/с). Все GigaPOP имеют выход и в сеть I2, и в Интернет, что открывает доступ из университетских городков в обе сети по одному подключению.

Первыми связь между своими GigaPOP установили Центр микроэлектроники штата Сев. Каролина и Технологический институт штата Джорджия. Их GigaPOP были соединены каналами, скорость передачи данных по которым составляет 45 Мбит/с, однако вскоре пропускная способность должна возрасти до 155 Мбит/с. Здесь используются АТМ-коммутаторы LS1010 фирмы Cisco Systems и ее же маршрутизаторы 7505. Каналы обеспечивают поддержку протоколов IP Multicast и RSVP (Resource Reservation Protocol  -  протокол резервирования ресурсов).

При выборе аппаратных средств учитывалось, какое оборудование уже разработано и что предлагают участники программы I2. Сам же проект требует лишь совместимости с принятыми и разрабатываемыми стандартами, конкретные же марки и модели оборудования в нем не оговариваются.

Условия локальных подключений определяются в самих центрах GigaPOP, но параметры связи между ними  -  область ответственности уполномоченных организаций I2. В то же время GigaPOP вольны предлагать любые услуги (например, коммерческие подключения с большой пропускной способностью), не входящие в договорные обязательства по I2.

Здесь открываются прекрасные возможности. GigaPOP вполне могут взять на себя роль суперпоставщиков услуг Интернет, предлагающих коммерческое обслуживание по типу I2. А отсюда  -  прямой путь к коммерческому использованию общенациональных магистралей, связывающих между собой GigaPOP.

Привилегию на приватизацию большей части своих операций уже получила организация MCNC, предлагающая свои услуги фирмам юго-восточной части США. Намерение взять на себя функции GigaPOP уже высказали многие центры суперкомпьютеров, также получившие право на приватизацию. Так что в 1998 г. множество компаний смогут воспользоваться региональными услугами, вполне сопоставимыми по своим возможностям с I2.

На первом этапе все GigaPOP будут поддерживать протокол IPv4 и Inter Domain Routing Protocol (протокол междоменной маршрутизации), RSVP, а для многоадресных передач будет использоваться Inter Group Membership Protocol (протокол межгруппового членства). Впоследствии в этот список войдет также IPv6.

Как I2, так и NGI обладают более широкими возможностями, чем 6Bone  -  экспериментальная сеть для исследования IPv6. Каждый GigaPOP свободен в выборе аппаратных средств. Единственное условие: эти средства должны гарантировать близкую к нулю потерю пакетов, а также обеспечивать сбор данных, необходимых для тщательного изучения и анализа работы сети I2.

Связь между GigaPOP будет организована в общенациональном масштабе примерно так же, как и связь региональных участников проекта I2, осуществляемая самими этими центрами подключения. Чтобы обеспечить необходимую пропускную способность (она должна превышать 500 Мбит/с), на первом этапе проекта I2 планируется использовать vBNS (very-high-performance backbone network service  -  сетевая магистраль сверхвысокой производительности), которую создала корпорация MCI Telecommunications для Национального научного фонда. В основу передающей среды заложена технология ATM-over-SONET (АТМ по синхронной оптической сети).

Магистраль vBNS планируется использовать не только в проекте I2, но и для пересылки части трафика NGI. Опыт, полученный в ходе реализации этих экспериментальных программ, MCI сможет впоследствии применить и при оказании коммерческих услуг.

Гарантированное качество обслуживания IP-приложений достигается в I2 за счет туннелирования запросов RSVP по связной архитектуре АТМ. По каждому такому запросу, поступившему от IP-источника, организуется виртуальный коммутируемый АТМ-канал, где требования конкретного потока данных отображаются на виртуальный АТМ-путь с контролируемой нагрузкой. Для гарантированного предоставления полосы пропускания будут созданы девять постоянных виртуальных путей (Permanent Virtual Path) с переменной скоростью передачи данных.

Сеть I2 станет поддерживать и маршрутизацию в соответствии с правилами (policy routing), в основу которой сначала будут положены требования, предъявляемые конкретными потоками данных и их агрегатами. Позже в эти правила будет включен учет IP-адресов отправителя и получателя, а кроме того, времени суток и длительности передачи. Планируется также мониторинг производительности на всем протяжении подключения, даже если оно охватывает несколько разнородных сетей.

В целом же в I2 предусмотрены все необходимые пользователям IP-услуги. При этом вовсе не обязательно использовать АТМ на всех участках подключения  -  приятная новость для тех, на чьих узлах уже развернута обширная инфраструктура Ethernet.

Программа NGI, инициатором которой выступил в 1996 г. президент Клинтон, привела к увеличению федерального финансирования высокопроизводительных сетей почти в полтора раза.

Этот проект, объединяющий самые передовые сетевые технологии и методы исследований, предполагает развертывание двух межсетевых структур. Они будут обслуживать проекты федеральных органов и выполнять научно-исследовательские функции. Кроме того, планируется использовать их для разработки перспективных приложений наподобие тех, что создаются в рамках I2.

Все компоненты проекта NGI нацелены на создание безопасной, надежной комплексной сетевой структуры, обеспечивающей связь между приложениями и гарантированное качество обслуживания. Там, где проект I2 полагается на коммерческие технологии, NGI будет использовать результаты федеральных исследовательских программ.

Результаты технологических разработок NGI станут доступны всем заинтересованным лицам, включая корпоративные структуры и поставщиков услуг Интернет. В соответствии с хартией этого проекта его конечным результатом должна стать организация двух сетей национального масштаба. На 2000 г. намечено создание надежной исследовательской сети для тестирования приложений следующего поколения, объединяющей свыше 100 узлов с помощью каналов с пропускной способностью более 100 Мбит/с. В 2002 г. планируется развернуть экспериментальную сеть со сверхвысокой производительностью. Эта сеть свяжет между собой десять или более узлов на скорости 1 Гбит/с и обеспечит разработку приложений нового поколения.

На этот же год намечена и демонстрация коммутации пакетов со скоростью 1 Тбит/с (терабит в секунду!), которая будет проведена в предвидении появления ультравысокопроизводительных сетей.

Создаваемая в рамках проекта NGI сеть с пропускной способностью 100 Мбит/с должна стать пробным камнем и в масштабировании; в ее практической реализации примут участие телекоммуникационные компании, поставщики услуг Интернет и группа проекта I2. На следующем этапе NGI попытается связать воедино несколько магистральных каналов со скоростью передачи данных 1 Гбит/с.

Воспользоваться всеми преимуществами новых проектов позволят лишь специально разработанные прикладные программы, и они не заставят себя ждать. По всей вероятности, федеральные организации, университеты и частные разработчики предложат пользователям свыше 100 таких приложений, с помощью которых можно будет решать самые разнообразные задачи, среди них  -  распределенное моделирование состояния океанов, атмосферы и климата, осуществляемое с очень высокой производительностью и минимальным временем запаздывания.

Появятся также групповые приложения, которые обеспечат удаленный доступ к техническим средствам, дистанционное обучение, выполнение инженерных разработок, создание онлайновых библиотек, медицинское обслуживание на расстоянии, управление принятием решений в кризисной обстановке. Без них не сможет обойтись ни фундаментальная наука, ни федеральные службы информации. Но и это еще не все. К чему приведет создание сверхвысокопроизводительных сетей, пока предсказать невозможно. Вспомним: появление Интернет вызвало к жизни World Wide Web, без которой просто немыслимо представить себе сегодняшний мир.

Дополнительную информацию по проекту I2 можно найти по адресу: www.internet2.edu, а по программе NGI  -  www.ngi.gov.

Эрик фон Швебер  -  руководитель научно-исследовательской организации Infomaniacs (Сидона, шт. Аризона), которая специализируется в области конвергенции технологий. Связаться с ними можно по адресу электронной почты: thinktank@infomaniacs.com или через Интернет: www.infomaniacs.com.    

 

Перспективные планы NGI по созданию Сети будущего

Получив финансовую поддержку, проект NGI намного упростит проведение исследований в области Интернет и распространении полученных результатов.

1998 финансовый год

    

     I квартал

    

     Ввод в эксплуатацию начальных подключений ОС-12с

    

     Организация справочного стола NGI

    

     Подключение vBNS к федеральным исследовательским сетям

    

     II квартал

    

     Присуждение наград за разработки

    

     Модернизация концентраторов для работы в каналах ОС-12с

    

     Начало онлайновых исследований

    

     III квартал

    

     Реализация требований мультимедийного качества обслуживания (MPEG-2 через ATM)

    

     Подключение к vBNS зарубежных исследовательских сетей

    

     Подключение экспериментальных сетей партнеров NGI

    

     IV квартал

    

     Демонстрация снижения перегрузки каналов связи в 3-5 раз на уровне ядра операционной системы

    

     Тестирование технологий качества обслуживания и организации безопасных сетей в нескольких экспериментальных сетях

    

     Учреждение дополнительных наград за проведенные исследования

    

     Экспериментальная проверка перспективных технологий в общенациональном масштабе

    

1999

     Подключение к инфраструктуре ОС-12 (644 Мбит/с) свыше 100 узлов по каналам ОС-3 (155 Мбит/с)

    

     Исследование созданной сети и работы приложений в ней

    

     Электронная (неоптическая) коммутация со скоростью 300 Гбит/с

    

2000

     Экспериментальная проверка более 100 приложений

    

     Подключение к экспериментальной сети ОС-48 (2,5 Гбит/с) свыше 10 узлов

    

2001

     Изучение сети ОС-48 иработы приложений в ней

    

2002

     Экспериментальная проверка более 10 приложений в сети ОС-48

    

     Демонстрация коммутации пакетов со скоростью 1 Тбит/с

    

Версия для печати