Второе рождение Internet

Одним из основных принципов работы gigaPoP является отказ от предоставления высокоскоростных каналов "Internet-2" для пересылки трафика коммерческих сетей. Исключение составляют случаи, когда пользователь коммерческой сети запросил какую-либо информацию из научной сети. В этом случае точка доступа является "мостом" между ними. Для подключений, расположенных с правой стороны схемы, gigaPoP не выполняет маршрутизацию трафика по каналам собственной опорной сети. Может показаться, что ученые жалеют мощности своих каналов для обычных пользователей, но ведь к точке доступа можно подключить магистраль vBNS (высокоскоростная оптоволоконная сеть, которая создается в рамках открытого проекта NGI), развивающуюся параллельно с Abilene. По скоростным показателям они одинаковы, так что рядовой пользователь в обиде не останется.

По этому и создается два вида точек доступа: "Тип 1" обеспечивает доступ лишь к закрытому "Интернет-2", "Тип 2" - позволяющий производить "не-Интернет-2" подключения. Первый тип намного проще и дешевле, так как необходимо маршрутизировать лишь внутренний трафик. Второй же хоть и сложнее, но конечному пользователю предоставляет более широкий спектр услуг.

Архитектура Сети

Большое облако в середине - высокоскоростная магистральная сеть, включающая в себя так же vBNS. К ней подключены точки доступа "gigaPoP", изображенные горизонтально заштрихованными "облаками".

К этим точкам подключены сети университетских городков (цельно залитые облака), другие сети (городские, региональные), а так же провайдеры доступа в Интернет и провайдеры доступа в региональную сеть. Такое большое количество различных подключений к gigaPoP дает возможность простым пользователям "Интернет-2" (закрашенные объекты) получать доступ к множеству различных внешних ресурсов.

Ключевой функцией gigaPoP является передача данных от пользовательских сетей к ядру сети "Интернет-2" с заданной скоростью, а также другими параметрами QoS. Для этого она должна соответствовать определенным функциональным требованиям. Общепринятым протоколом транспортного уровня является IP-протокол. IPv4 является текущим стандартом, но он уже морально устарел. На смену ему приходит протокол IPv6. Для того чтобы обеспечить легкий переход с более старой версии IPv4 на новую, оборудование gigaPoP будет поддерживать обе версии. Однако для обмена информацией между собой будет использоваться лишь новый IPv6. Кроме скорости, IPv6 увеличивает количество сетевых адресов. Если в старом IPv4 для адресации используется 32 бита (4,294,967,296 уникальных адресов), то в новом протоколе - 128 бит (~3.4*1038 уникальных адресов).

Разработчики указывают две причины необходимости увеличения количества адресов - первая, довольно банальна, - увеличение количества населения на планете. Вторая - увеличение разнообразия, а соответственно и количества, сетевых устройств, которым необходимо выделять свой уникальный IP-адрес.

Все стандартные протоколы стека TCP/IP останутся, и будут использоваться там, где они необходимы. Особое внимание хочется уделить протоколам IGMP (поддержка мультикастинга) и RSVP (поддержка резервирования ресурсов). Эти протоколы играют важную роль в проекте, поэтому их поддержка будет включена во все точки доступа.

Следующим требованием является направление передачи информации. Направление в данном случае означает то, что пользователи других сетей, подключенных к "Интернет-2" смогут получать его информацию, а вот использовать каналы для транзита своей информации им будет запрещено. Если учесть что физическое подключение обеспечивает полный доступ из одной сети в другую, то для каждой точки доступа будет разработана система полисов, определяющая направления передачи информации между ее клиентами.

Что касается скорости передачи данных, то мощности каждой gigaPoP будут наращиваться для того, чтобы при интенсивном трафике количество утерянных пакетов приближалось к нулю.

Быстрой сети - сложные задачи

Какие реальные задачи выполняет "Интернет-2" на данный момент? Во-первых: проведение совместных ресурсоемких вычислений, и исследований. Живым примером данного использования мощностей новой Сети можно назвать "Интерактивную молекулярную среду с совместным использованием" (Molecular Interactive Collaborative Environment (MICE)), разработанную в суперкомпьютерном центре Сан-Диего.

Она позволяет нескольким ученым из разных точек удаленно управлять объемными моделями различных макромолекул и производить их исследования. Во-вторых: возможность управления в режиме реального времени удаленным оборудованием. Так, например, одной из задумок ученых является проведение хирургических операций врачом, который находится в другом городе, а то и на другом континенте.

Среди реальных примеров использования телеметрии можно отметить предоставление общего доступа к спектрометру находящегося в университете Делавэра. Специальное ПО для рабочих станций Sun позволяет удаленно управлять прибором, получать большие объемы данных и отображать их в виде графики высокого разрешения. В-третьих: передача видео высокой четкости (HDTV - High Definition TV).

Следующим применением "Internet-2" является телеиммерсия (Tele-immersion). Эта технология разрабатывается в рамках проекта CALVIN (Collaborative Architectural Layout via Immersive Navigation). Она позволяет оснастить привычное сегодня общение через Сеть третьим измерением. Участники переговоров попадают в виртуальное помещение, в котором, в режиме реального времени кроме, естественно, разговора, могут наблюдать 3-D модели своих собеседников, передающие, как можно точнее, движения своих владельцев. Для этих целей участники проекта активно изучают применение шлемов виртуальной реальности, CAVE-систем и систем широкоэкранного панорамирования в связке с новой высокоскоростной транспортной средой, а также стараются повысить ее быстродействие для создания более реалистичного эффекта присутствия.

Так же создаваемая сеть используется для проведения более привычных сегодня видео- и телеконференций. Учитывая бурно развивающуюся, как в США, так и во всем мире, систему удаленного обучения, в рамках проекта "Internet-2" можно выделить две ветви. Первая - собственно, обучение, которое будет в своем процессе использовать как информационные возможности Сети (от нынешнего Интернета они отличаются большим количеством мультимедийных данных и намного большим процентом нахождения нужной информации), так и ее нововведения, такие как: телеиммерсия, возможность проведения опытов с помощью телеметрии, привлечение студентов к научным исследованиям. Вторая же ветвь - создание электронных библиотек нового класса, насыщенных множеством мультимедийной информации.

Рекордсмен года

В заключение хочется рассказать о результатах, полученных на сегодняшний день. В сентябре нынешнего года ученые Калифорнийского института технологий и Европейской организации ядерных исследований (CERN) установили новый рекорд скорости передачи информации в сети "Интернет-2". В команде экспериментаторов участвовали представители AMD, Cisco, Microsoft Research, Newisys, и S2io. Между CERN, находящейся в Женеве и Калифорнийским институтом (г. Пасадена) (расстояние составляет приблизительно 15800 км) было передано 859 Гб данных за время, составившее 17 минут.

Средняя скорость передачи составила ~6,63 Гбит/с (максимальная теоретическая скорость 10 Гбит/с может быть достигнута в сети Abilene, располагающейся на территории Северной Америки, так что этот рекорд был бы не столь значительным, если бы не был поставлен на межконтинентальном соединении). Теперь узким местом становится пропускная способность шин компьютеров. Самый быстрый интерфейс для платформы PC (PCIX64 Bus Isolation Extender) может обмениваться данными на скорости 7,5 Гбит/с. Для установки рекорда использовались: S2io Xframe 10 GbE server adapter, маршрутизаторы Cisco 7600 Series, серверы Newisys 4300 использующие процессоры AMD Opteron и серверы на базе Itanium2. В качестве операционной системы использовалась 64-разрядная Windows 2003 Server.

Достигнутые показатели - первый шаг к преодолению скоростного порога в 100 петтабит в секунду (Один петтабит - 1,000,000,000,000,000 бит). Вроде бы, это - умопомрачительная цифра, но, по словам инженера Microsoft Research Джима Грея (Jim Gray), сам Microsoft имеет 5 петтабит данных, да и по ее оценкам у Google и Yahoo объем такой же. "Если у вас есть миллион клиентов, и каждый хранит гигабит данных - это уже петтабит" - так просто он аргументировал приведенные цифры.

Рекорды - показатели достигнутого, но порою чаще важны рабочие показатели. В центре контроля сети Abilene, находящегося в университете штата Индиана, производится постоянное наблюдение за состоянием сети, а если быть точнее - за информационной нагрузкой на каналы передачи.

По результатам центра видно, что в рабочем режиме, нынешняя максимальная загруженность "Интернет-2" составляет всего 30%, а усредненная - ~22%. Так что потенциал в сеть заложен весомый, да и с дальнейшим развитием проекта будет расти.

В заключение хочется сказать, ученые получили мощный инструмент для своей работы, мы - новые технологии, которые будут использоваться для перехода привычной уже сегодня "паутины" на новый уровень своей эволюции. Желающим же быть в курсе последних событий, происходящих в рамках проекта, стоит периодически заглядывать на официальный сайт проекта , на котором кроме новостей можно найти множество технической документации по технологиям, используемым в "Интернет-2".