Internet2 od nauki do biznesu

Rozwój optycznych sieci w metropoliach oraz wdrażanie technologii podnoszących bezpieczeństwo i zapewniających odpowiednią jakość usług zaowocowały wzrostem liczby internautów zainteresowanych tanim sposobem komunikacji. Jaki będzie Internet nowej generacji, z którego usług już korzystają instytucje naukowe i badawcze oraz biznes, a w dalszej perspektywie również zwykli internauci?

Rozwój optycznych sieci w metropoliach oraz wdrażanie technologii podnoszących bezpieczeństwo i zapewniających odpowiednią jakość usług zaowocowały wzrostem liczby internautów zainteresowanych tanim sposobem komunikacji. Jaki będzie Internet nowej generacji, z którego usług już korzystają instytucje naukowe i badawcze oraz biznes, a w dalszej perspektywie również zwykli internauci?

Na początku tego roku liczba użytkowników korzystających na świecie z Internetu przekroczyła miliard, ze stałym od kilku lat wzrostem na poziomie ok. 15%. W Polsce ich liczbę szacuje się na ponad 10 mln (co czwarty Polak), co oznacza podwojenie w okresie czterech ostatnich lat. Zainteresowanie szybszym sposobem komunikacji przez Internet zwiększyła nie tylko telefonia internetowa VoIP, seanse wideokonferencyjne IP oraz raczkująca dopiero interaktywna telewizja IPTV, ale przede wszystkim multimedialne usługi udostępniane przez sieć IP. Przyszłość to szybki Internet2, od lat intensywnie rozwijany przez ośrodki naukowe i badawcze. Nie jest wykluczone, że już za kilka lat będą z niego mogli korzystać także indywidualni użytkownicy sieci.

Inne potrzeby

W końcu lat 90. stało się oczywiste, że istniejąca dotąd infrastruktura Internetu nie spełni w przyszłości oczekiwań społeczeństwa informacyjnego, zwłaszcza w sektorze nauki, badań i kształcenia kadr na uczelniach wyższych. Technologicznie zaawansowane kraje przystąpiły wtedy do opracowania nowego projektu komunikacji globalnej pod hasłem Internet2, którego założeniem było przygotowanie i wykorzystanie w sektorze edukacyjnym rozwiązań o kilka lat wyprzedzających usługi udostępniane w sieci Internetu publicznego. Wiele z tych doświadczeń już wykorzystano do modernizacji tradycyjnego Internetu, podobnie jak przed laty stało się to z poczta elektroniczną - dostępną początkowo jedynie w sieciach akademickich.

Dla nowego Internetu opracowano usługi, które stały się atrakcyjne zarówno dla pracowników uczelni wyższych, jak i zwykłych internautów. Objęły one wiele aplikacji, wśród których akceptację zyskały: nowe generacje P2P, sesje wideokonferencyjne IP, systemy zdalnego sterowania sprzętem laboratoryjnym oraz programy tworzenia wirtualnych superkomputerów do przetwarzania i obliczeń (gridy). Niejako przy okazji w nowej sieci są sprawdzane zaawansowane technologie, pozwalające na testowanie najnowszej wersji protokołu IP (IPv6). Te czynniki stały się powodem przyspieszonego wdrażania wielu internetowych programów rządowych i naukowych na uczelniach wyższych, takich jak New Generation Internet i Internet2 użytkowanych w USA, a także wielu projektów technicznych IST (Information Society Technologies) realizowanych w Europie.

Pierwsze w Polsce sieci kratowe Grid Computing o dużej mocy obliczeniowej uruchomiono (2003 r.) w sieci optycznej PIONIER na klastrach serwerów zainstalowanych w dwóch ośrodkach wyższych uczelni: PCSS w Poznaniu oraz Cyfronet w Krakowie. W centrach obliczeniowych zainstalowano klastry Sun Microsystems zawierające serwery przetwarzania SUN Fire 6800 (24 CPU), serwer do dystrybucji danych Sun Fire V880 oraz dyskowe macierze pamięci masowej Sun Storedge 3910 o pojemności 0,7 TB.

Po co nam Internet2?

Internet2 od nauki do biznesu

Pierwsze aplikacje projektu Internet2

Podstawowym założeniem projektu Internet2 (I2) było stworzenie infrastruktury zdolnej sprostać wyższym wymaganiom współczesnych aplikacji badawczych oraz wzrostowi zapotrzebowania na duże przepustowości łączy rozległych. Szybkość w sieci I2 jest teraz ok. 100 razy większa niż w tradycyjnym Internecie, co umożliwia przesyłanie w czasie rzeczywistym i przez wiele kanałów jednocześnie zarówno plików, jak i wysokiej jakości obrazów i dźwięków. Ta ogólnoświatowa magistrala informacyjna powstała (1996 r.) w ramach współpracy ponad 120 ośrodków naukowych i akademickich - pod auspicjami UCAID (University Corporation for Advanced Internet Development) - a obecnie zrzesza ponad 207 uczelni wyższych, szkół i bibliotek na świecie.

Istotnym czynnikiem w tworzeniu naukowo-badawczej infrastruktury nowoczesnej sieci I2 jest instalacja w niej zaawansowanych punktów dostępu do usług, tzw. POP (Point of Presence), które zapewniają szybkość transmisji o wartości zbliżonej do przepływności uzyskiwanej w szkielecie łączącym poszczególne węzły komunikacyjne. Tak duża przepustowość sieci z usługami o gwarantowanej jakości QoS jest niezbędna do efektywnego korzystania z laboratoriów uczelnianych, ośrodków obliczeniowych o dużej mocy oraz olbrzymich baz danych rozlokowanych w rozproszonych centrach naukowych.

Szkoły wyższe dzisiaj współpracują ze sobą i ciągle usprawniają metody zdalnego nauczania oraz koordynują badania między ośrodkami oddalonymi od siebie o tysiące kilometrów. Specjalistyczne zespoły prowadzące prace w dziedzinie medycyny potrzebują niezawodnych usług komunikacyjnych operujących w czasie rzeczywistym, o przewidywalnych parametrach opóźnienia i odpornych na zakłócenia w szerokim paśmie przepustowości. Wszystko po to, aby zapewnić uczestnikom sesji zdalne diagnozowanie online oraz wideokonsultacje bezpośrednio podczas prowadzonych zabiegów, od których niejednokrotnie zależy życie ludzkie.

Takich parametrów transportowych nie zapewnia sieć tradycyjnego Internetu, a dzierżawienie bądź tworzenie dedykowanych łączy szerokopasmowych dla pojedynczych aplikacji nie jest uzasadnione ekonomicznie. Realizacja projektu Internet2 (w skali regionalnej lub globalnej) stanowi podstawę działalności wielu ośrodków naukowych.

Innym aspektem infrastruktury sieci Internet2 jest minimalizacja kosztów ponoszonych przez ośrodki uczelniane uczestniczące w tych programach, które jak wiadomo zwykle nie dysponują wystarczającymi funduszami inwestycyjnymi. Nawet jeśli w środowisku uczelnianym istnieje sieć metropolitalna z zaawansowanymi usługami sieciowymi, to wymagające aplikacje potrzebują zapewnienia dostępu do tej sieci przy użyciu połączeń o odpowiednio wysokiej jakości i zapewniających dodatkowe parametry transportowe. Taką rolę w sieci Internet2 spełniają gigabitowe łączniki sieciowe zwane GigaPOP (Gigabit Capacity POP), połączone między sobą wydzielonymi traktami światłowodowymi (n*lambda) i pozostające w wyłącznej gestii operatora I2.

Aplikacje gridowe

Internet2 od nauki do biznesu

Grid w strukturze Internetu

W środowiskach naukowych narasta zainteresowanie rozproszonym przetwarzaniem o dużej mocy obliczeniowej, co w konsekwencji doprowadziło do rozwoju aplikacji związanych z sieciami gridowymi (sieci kratowe). Gridy pozwalają na traktowanie grupy serwerów i wielu rozproszonych segmentów pamięci masowej, tak jakby stanowiły one jeden system (mimo fizycznego oddalenia), przy czym jest możliwe prawie dowolne przypisywanie ich mocy obliczeniowej i zasobów do poszczególnych aplikacji realizowanych w sieci.

Pierwsze sieci gridowe zajmowały się integrowaniem wolnej mocy obliczeniowej komputerów osobistych przez zwykły Internet, jednak właściwym kierunkiem ich zastosowania jest korzystanie z mocy obliczeniowych komputerów poprzez sieć I2.

Dzięki temu użytkownicy (nauka i przemysł) mogą okresowo dysponować prawie dowolnie skalowaną mocą obliczeniową przy stosunkowo niewielkich kosztach, bez ponoszenia bezpośrednich kosztów inwestycyjnych. Technologię grid computing - nad którą nadal pracują naukowcy - można teraz kojarzyć z internetową architekturą opracowaną do dynamicznej wymiany aplikacji, danych i mocy obliczeniowych na szeroką skalę, jako że współczesne "siatki" są heterogeniczne - czyli mogą funkcjonować pod kontrolą różnych systemów operacyjnych. Mimo rozproszenia geograficznego, zachowują się one jak jeden superkomputer.

Za pomocą infrastruktury Internetu2 można tworzyć bardziej efektywne sieci siatkowe, które dają szybki i skoordynowany dostęp do rozproszonych geograficznie zasobów danych, przez co można rozwiązywać problemy wymagające olbrzymiej mocy obliczeniowej zgromadzonej w wirtualnych systemach komputerowych. Wspólny dostęp sieciowo-obliczeniowy nie dotyczy jedynie prostej wymiany plików między komputerami, ale obejmuje bezpośredni dostęp do komputerów, programów i danych. Sieć w strukturze gridowo-portalowej może więc być użytkowana przez aplikacje o wysokich wymaganiach, stosowane w takich sektorach nauki, jak: nanotechnologia, fotonika, psychologia, projektowanie pojazdów, modelowanie kolizji, genetyka, atomistyka, kosmologia i inne.

Dzięki bardziej efektywnemu wykorzystaniu istniejących zasobów, również biznes będzie mógł sporo zaoszczędzić - zamiast dokonywać zakupów sprzętowych na wyrost, właściwie zarządzając potrzebnymi zasobami. Dział informatyczny przedsiębiorstwa będzie mógł przypisać je kluczowym aplikacjom, wykorzystując jedynie te komputery w sieci I2, które mają wolne moce obliczeniowe.

Zmiany w infrastrukturze

Wielogigabitowy ruch, jaki jest generowany w sieci Internetu nowej generacji, wymaga zmiany infrastruktury sieciowej (odrębne i szybsze medium transportowe) oraz wdrożenia rozwiązań technologicznych zgodnych z protokołem IP w celu zachowania zgodności z Internetem publicznym. Nadzwyczaj ważną rolę w procesie tworzenia Internetu2 odgrywa topologia połączeń sieciowych oraz niezbędna do jej realizacji infrastruktura kabli światłowodowych. Optymalnym rozwiązaniem jest krzyżowe łączenie wszystkich uczestniczących w systemie uczelnianych węzłów łącznikowych GigaPOP odrębnym kanałem optycznym lambda bądź nawet kilkoma długościami fal λ - obecnie o przepływności sięgającej 10 Gb/s każdy. Mimo że jest to najbardziej skuteczny sposób podniesienia efektywności korzystania z zaawansowanych usług w całej sieci I2, z wielu powodów nie jest to ekonomiczne rozwiązanie nowej infrastruktury (wysoki koszt jednostkowy, utrudniona rozbudowa sieci, komplikacje z wymiarowaniem).

Dogodne właściwości związane z wymiarowaniem sieci I2 uzyskuje się w topologiach pierścieniowych, w których liczba linii transportowych w pierścieniu (optycznych kanałów lambda) jest co najmniej taka sama jak liczba przyłączonych do sieci węzłów POP (GigaPOP). Dodatkowym argumentem przemawiającym za wyborem pierścieni optycznych ze zwielokrotnieniem falowym DWDM w szkielecie jest ich podobieństwo do istniejących rozwiązań metropolitalnych Metro Ethernetu, dla których dostawcy sprzętu i oprogramowania oraz usług już oferują urządzenia i algorytmy zoptymalizowane dla takiego sposobu transportu. W niektórych współczesnych rozwiązaniach są to wręcz wspólne elementy obydwu systemów komunikacyjnych.

<hr size="1" noshade>

Internet2 od nauki do biznesu

Architektura sieci Internet2

Realizacja sieci Internet2 wymaga wdrożenia nowych aplikacji sieciowych (AS) u użytkowników, rozbudowy do odpowiedniej przepływności lokalnych sieci kampusowych (SL) łączących użytkowników (w laboratoriach, salach wykładowych, pomieszczeniach sesyjnych i centrach biznesowych) oraz zainstalowania uczelnianych łączników dostępowych GigaPOP, które agregują ruch do szybkiej sieci szkieletowej.

<hr size="1" noshade>

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200