Środowiska naukowe w Polsce skupione są w dużych ośrodkach miejskich, charakteryzujących się na ogół słabą infrastrukturą telekomunikacyjną, nie przygotowaną do pełnienia oczekiwanych przez te środowiska funkcji, w tym połączeń lokalnych sieci komputerowych (LAN), dostępu do zaawansowanych zasobów obliczeniowych i przesyłania informacji wielomedialnej (dane, głos, obraz). Z drugiej strony, w relacjach międzymiastowych łączność międzykomputerowa zapewniana jest przez sieć NASK. Istnieje więc luka między użytkownikami LAN a siecią krajową NASK, powodująca słabe wykorzystanie tych sieci.

Wypełnienie tej luki stanowi główną przesłankę rozwoju MAN. Zauważmy ponadto, że w tych samych ośrodkach miejskich istnieje duże skupienie innych jednostek, np. administracji, o zbliżonych potrzebach w zakresie przesyłania informacji. Stąd możliwość daleko idącej współpracy.

Zestawmy, łącznie z już wymienionymi, specyficzne usługi, których dostarczenie użytkownikom stanie się możliwe dzięki powstaniu i odpowiedniemu wyposażeniu MAN. Są to:

- usługi obliczeniowe dużej mocy

- usługi archiwizacji programów, dokumentów, itd.

- usługi komunikacyjne, np. poczta elektroniczna, telekonferencje, katalog itp.

- usługi środowiskowych (regionalnych) baz danych, np. w odniesieniu do zbiorów bibliotecznych lub baz wieloużytkownikowych, np. w krystalografii, geografii

- usługi specjalizowanych laboratoriów wielomedialnych (wizualizacja wyników, animacja itp.)

- usługi dystrybucji i serwisu oprogramowania.

Rozwój MAN, uzupełniając brakujące ogniwo w infrastrukturze informatycznej nauki, stworzy podstawę do uporządkowanego rozwoju tej infrastruktury, przyczyniając się tym samym do ogromnej oszczędności wydawanych na ten rozwój środków. Dotychczas bowiem środki te były z konieczności wydawane bez planów sieciowego wykorzystania pozyskiwanych zasobów. Obecnie Rady Użytkowników w środowiskach muszą wypracować koncepcje rozwoju struktur sieciowych, łącznie z pozyskiwanymi zasobami sprzętowymi i programowymi.

Sieci miejskie, przez swój środowiskowy charakter, staną się również ważnym elementem środowiska naukowego. Wyznaczone przez środowiska jednostki wiodące staną się ośrodkami wymiany doświadczeń zespołów z różnych dziedzin, które spotykają się z podobnymi problemami informatycznymi. Doprowadzi to do ograniczenia zjawiska "wyważania otwartych drzwi" i do koncentracji wysiłku na problemach istotnie nowych. Podkreślmy także wielkie znaczenie powyższych faktów dla szeroko rozumianego kształcenia kadr.

Podsumowując, rozwój sieci miejskich jest inwestycją niezbędną dla całej nauki. Jest to jednocześnie inwestycja, która pozwoli na zaoszczędzenie ogromnych środków wydawanych na sprzęt komputerowy i oprogramowanie w sferze nauki.

Stan aktualny i perspektywy

W roku 1993 KBN objął finansowaniem sieci miejskie w 10 ośrodkach. W zależności od szeroko rozumianego przygotowania tych ośrodków podzielono je na cztery grupy, przyznając w każdej z nich ten sam procent środków zapotrzebowanych we wnioskach inwestycyjnych.

Jednocześnie dla ośrodków najbardziej zaawansowanych (Kraków, Poznań, Warszawa) dokonano centralnego zakupu systemów dużej mocy obliczeniowej.

W roku 1994 przewiduje się kontynuowanie rozwoju sieci miejskich wg dotychczasowych zasad. W tym celu ośrodki zgłosiły uaktualnione wnioski inwestycyjne, które są wnikliwie oceniane w procedurze dialogu z wnioskodawcami.

Sieci miejskie mogą być budowane z wykorzystaniem techniki FDDI (Fiber Distributed Data Interface), DQDB (Distributed Dual Bus) i SMDS (Switched Multimegabit Data Service) oraz techniki AT) Asynchronous Transfer Mode).

Sieci FDDI występują jako MAN w USA i są utrzymywane przez prywatnych operatorów (np. firma Metropilitan Fiber Systems Inc.).

Połączenia tych sieci z sieciami lokalnymi stanowią mosty i/lub węzły międzysieciowe, do których dołącza się urządzenia lokalne użytkowników. Koszt węzła międzysieciowego waha się w granicach 25-50 tys. USD. Sieć oferuje szybkość 100 Mb/s.

Sieci miejskie DQDB budowane są w Europie przez administracje telekomunikacyjne. Są one zgodne z firmową wersją (firma QPSX, Australia) zalecenia 802.6. Wymaga to instalowania u użytkowników urządzeń dopasowujących (customer gateway) do niestandardowego bloku danych (69 B). Koszt takiego urządzenia jest rzędu 60 tys. USD. Łączą się one z węzłami MAN kanałem E3 (34 Mb/s) lub E1 (2 Mb/s).

Sieci miejskie SMDS budowane w USA, a ostatnio również w Europie, zapewniają interfejs z użytkownikiem zgodny z zaleceniem IEEE 802.6. Węzeł międzysieciowy użytkownika wyposażony w sterownik SMDS łączy się (interfejs SNI-Subscriber Network Interface) za pośrednictwem urządzenia transmisji cyfrowej (np. Data Service Unit) i kanału E3 (34 Mb/s) lub E1 (2 Mb/s) z węzłem komutującym sieci SMDS. Koszt takiego węzła jest wyższy od 100 tys. USD.

Jeśli chodzi o sieci miejskie ATM, to planuje sie ich uruchomienie w niektórych miastach europejskich (np. Sztokholm, Paryż) w 1994 r. Będą one miały charakter sieci pilotowych. Niewielkie aktualnie rozpowszechnienie tych sieci jest wynikiem braku standardów dla ATM, głównie w zakrsie sygnalizacji i zarządzania ruchem dla połączeń międzywęzłowych, a także styku z sieciami rozległymi. Podjęte przez organizację ATM Forum prace doprowadziły do określenia standardów w zakresie interfejsu UNI (User-to-Network Interface) użytkownika z węzłem komutującym ATM. Z tego powodu pojawiły się urządzenia ATM (węzły komutujące i koncentratory przełączające) umożliwiające budowanie lokalnych sieci kręgosłupowych ATM. Pomijając ograniczenia we współpracy urządzeń ATM z różnych firm, technika ATM ma aktualnie dwie wady:

- brak efektywnego oprogramowania urządzeń ATM i konieczność zmian oprogramowania komunikacyjnego w węzłach ze sterownikami ATM, w celu dopasowania go do wymagań ATM;

- wysokie koszty (koszt przyłącza prawie 5 tys. USD, koszt węzła komutującego 70-100 tys. USD).

Szybkości dostępu użytkownika do węzła komutującego ATM w USA wynoszą 45 Mb/s dla UNI z kanałem DS-3, 100 Mb/s dla UNI z kanałem FDDI, 150 Mb/s dla UNI z kanałem Fiber Channel, 155 Mb/s dla UNI z kanałem OC-3 i planowane 622 Mb/s dla UNI z kanałem OC-12.

Biorąc pod uwagę charakterystyki efektywnościowe omawianych sieci, szczególnie w zakresie przenoszenia ruchu o charakterze izochronicznym, należy zauważyć, że najlepiej ruch ten jest przenoszony przez ATM, a także sieci DQDB, chociaż aktualnie te ostatnie stosowane są głównie do łączenia sieci lokalnych. Sieć FDDI nie nadaje się do przenoszenia ruchu izochronicznego, chociaż w bardzo ograniczonym zakresie można go przekazać korzystając z

synchronicznego trybu transmisji.

Ważnym wymaganiem dla MAN jest możliwość budowania ich etapowo z urządzeniami od różnych dostawców. Aktualny poziom realizacji techniki ATM takiej możliwości nie zapewnia. Sieci DQDB/SMDS są dobrze realizowane w rozwiniętej strukturze telekomunikacyjnej i zapewniają w ogólności współpracę urządzeń różnych firm. Osprzęt sieci FDDI jest produkowany przez ponad 40 firm i zapewnia pełne możliwości wzajemnej współpracy.

Dlatego aktualnie budowane w Polsce sieci miejskie są realizowane na ogół w technologii FDDI, jako przejściowej w kierunku technologii ATM, którą jako inwestycję pilotującą, wdraża środowisko warszawskie. Jeśli rozwój technologiczny w zakresie sieci miejskich nie zmieni swego kierunku, to można przewidywać, że w 1995 r. dostępny będzie szeroki wybór produktów związanych z sieciami ATM, co umożliwi budowę tych sieci na urządzeniach różnych firm, zapewniających możliwość wzajemnego komunikowania się. Z tego względu można przewidywać, że począwszy od 1995 r. rozwiązanie oparte na technologii ATM będzie się stawało rozwiązaniem dominującym, szczególnie w zakresie sieci dla interesującego nas kręgu użytkowników. W sferze telekomunikacji powszechnej, obejmującej użytkowników indywidualnych i obszar gospodarczy, przewiduje się wzrost umotywowanych potrzeb użytkowników i zainteresowania operatorów, np. TS S.A., usługami sieci miejskich typu SMDS. Wydaje się, że nastąpi to na przełomie lat 1995/96. Można zatem postawić tezę, że nawet w wymiarze długofalowym interesy operatora publicznego i operatorów "prywatnych" sieci miejskich nie są sprzeczne.

Z powyższego wynika, że począwszy od 1995 r. należy przewidzieć w najbardziej zaawansowanych ośrodkach przechodzenie do technologii ATM, z jednoczesnym przekazywaniem urządzeń FDDI do sieci uczelnianych.

Współpraca z sieciami lokalnymi

We współpracy sieci lokalnych (LAN) z miejskimi powinna obowiązywać zasada, że urządzenia MAN nie filtrują ruchu lokalnego użytkowników posiadających własne zasoby sieciowe. Jest to istotne także w świetle tendencji budowy sieci lokalnych jako zbiorów segmentów dedykowanych dla pojedynczych stanowisk.

Wprowadzenie nowych technologii LAN i rozwój sieci o dedykowanych segmentach musi stanowić element stałego procesu rozwoju sieci lokalnych z zachowaniem istniejącej już infrastruktury. W szczególności wymaganie to dotyczy okablowania. Powinno ono być realizowane strukturalnie z zastosowaniem skrętki klasy 5, co umożliwi przesyłanie w sieci FDDI (do 100 Mb/s) i ATM (do 155 Mb/s) oraz okablowania światłowodowego do połączeń szybszych i międzywęzłowych.

Niezwykle istotna jest sprawa sposobów finansowania LAN. Na podstawie analizy dotychczasowych wydatków, a także porównań z innymi krajami można przewidywać, że polskie środowisko naukowe przeznaczać będzie sumy rzedu 2 bln zł rocznie (w cenach z 1993 r.) na zakup sprzetu i oprogramowania komputerowego, z których większość będzie wykorzystywana w LAN.

Wydatki te mogą być w pełni koordynowane centralnie. Poszczególne środowiska naukowe najlepiej znają swe zróżnicowane potrzeby, a ograniczone środki w ramach finansowania działalności statutowej, projektów badawczych czy celowych, które mogą być wydatkowane bądź to na zakup sprzętu i oprogramowania komputerowego, bądź bardziej specyficznej aparatury niezbędnej dla danego zakresu badań, dają najlepszą gwarancje ich rozsądnej alokacji przez dysponującą nimi jednostkę. Dlatego tez niezbędne jest przyjęcie zasady, że systemy komputerowe - zarówno o charakterze indywidualnym, jak i zorganizowane w sieci lokalne - są specjalną aparaturą badawczą w pełni porównywalną z inną aparatura niezbędną do badań i nadzór zakupów w tym zakresie prowadzony jest na tych samych zasadach, co ogólnie dla zakupów aparatury badawczej z odpowiednich źródeł.

Centralną koordynacją, ze strony KBN można objąć następujące kategorie zadań inwestycyjnych dotyczących sieci lokalnych (w podanej kolejności):

- rozbudowa LAN w zakresie ich współpracy z MAN (przyłącza, węzły, mosty)

- zakupy serwerów dla jednostek udostępniajacych usługi o charakterze środowiskowym

- zakupy serwerów komunikacyjnych dla LAN o szczególnym znaczeniu dla MAN.

Jednostki pragnące ubiegać się o środki inwestycyjne KBN w jednej z powyższych kategorii winny przedstawić swe wnioski za pośrednictwem odpowiedniej Rady Użytkowników MAN, która przeprowadzi ich wstępny ranking dla KBN.

Pozostałe działania koordynacyjne KBN mogą jedynie dotyczyć zakupów centralnych. Jest to stosunkowo łatwe do realizacji w zakresie oprogramowania; odpowiednie działania zostały już zrealizowane i będą kontynuowane. Znacznie trudniejsza jest sprawa centralnych zakupów sprzętu, ale i w tym zakresie podjęto odpowiednie wysiłki. Określono mianowicie tzw. profile stacji roboczych, to znaczy minimalne wymagania sprzętowo-programowe dla poszczególnych klas stacji. W najbliższym czasie przewiduje się wystąpienie do głównch dostawców z propozycją przygotowania ofert zależnych od oszacowanego poziomu zapotrzebowania. Podkreślmy, że ostatecznym celem działań w tym względzie nie jest narzucanie odbiorcom wyboru, ale zaoferowanie im możliwości dokonania zakupu stacji danej klasy w konfiguracji podstawowej za znacznie niższą cenę. Konfiguracja ta mogłaby być następnie uzupełniana w zależności od indywidualnych potrzeb.

Współpraca MAN z innymi operatorami sieciowymi

Bardzo ważnym i niedocenianym zagadnieniem jest współpraca pomiędzy sieciami miejskimi a Naukową i Akademicką Siecią Komputerową (NASK). Zagadnienie to ma wiele różnorodnych aspektów. Jednym z nich jest prawne usankcjonowanie współpracy MAN-NASK. Możliwe są dwa warianty współdziałania. Operator sieci miejskiej ma uprawnienia operatorskie przyznane przez Ministerstwo Łączności i zawiera z NASK umowę międzyoperatorską lub, jeżeli nie ma uprawnień, korzysta z uprawnień operatorskich NASK. W tym drugim wypadku NASK sprawuje nad MAN nadzór formalny i jest pośrednikiem między MAN a Ministerstwem Łączności w przekazywaniu dokumentów. Każde z tych rozwiązań jest do przyjęcia. Niestety w wielu ośrodkach rysuje się możliwość, że kosztem dużych wysiłków sieć będzie zbudowana, a nie będą załatwione formalności ani w wariancie pierwszym, ani w drugim. NASK zostanie postawiony w bardzo trudnej sytuacji. Jeżeli przyłączy nielegalną sieć naruszy przepisy i może zostać pozbawiony uprawnień operatorskich. Jeżeli odmówi przyłączenia, narazi się całemu środowisku, bowiem uniemożliwi korzystanie z fizycznie działającej sieci w ośrodku. Innym aspektem zagadnienia współpracy MAN-NASK jest potrzeba rekonfiguracji układu współpracy między użytkownikami a NASK, bowiem w regionach gdzie działają sieci miejskie użytkownicy będą korzystali z NASK za pośrednictwem tych sieci. Sieci miejskie będą starały się również wprowadzić obsługę ruchu komercyjnego. Docelowo więc większość lub nawet cały ruch z/do sieci NASK będzie przekazywany na styku NASK/MAN. Stan ten wynikać będzie nie tylko z bardziej niezawodnej i efektywniejszej transmisji przez MAN, ale także z faktu, że w sieciach tych będą dostępne specyficzne, poszukiwane usługi. Niektóre z nich, np. dostęp do superkomputerów, mogą być interesujące dla środowisk krajowych. Naturalne będzie więc dążenie do efetywnych połączeń między sieciami miejskimi. Globalnego rozwiązania wymagać będzie również kwestia rozliczeń współpracy międzysieciowej.

Niezwykle ważną dla sprawnego funkcjonowania NASK i sieci miejskich jest współpraca z Telekomunikacją Polską S.A. TP S.A. jest głównym dostarczycielem łącz telekomunikacyjnych dla sieci NASK. Sieci miejskie, bazujące głównie na własnym okablowaniu, korzystają z kanalizacji telefonicznej pozostającej w gestii TP S.A. Sieci naukowe i akademickie są i będą w dającej się przewidzieć przyszłości ściśle zintegrowane z sieciami publicznymi administrowanymi przez TP S.A. oraz innymi sieciami działającymi w jej otoczeniu. Sieci te pozostaną jednak sieciami wyodrębnionymi i można wymienić co najmniej dwa powody uzasadniające to wyodrębnienie.

Po pierwsze, praca naukowa nie jest możliwa w izolacji. Wymiana informacji zawsze była i jest jednym z najważniejszych elementów współpracy naukowej. Rozwój badań naukowych w zespołach, które w niektórych dziedzinach, jak fizyka wielkich energii, osiągają liczebność powyżej 500 osób stwarza nieznane dotychczas w badaniach naukowych problemy związane z wymianą i przetwarzaniem informacji. Stąd środowisko samo rozwija nowe aplikacje i narzuca wymagania techniczne, które na ogół nie są jeszcze oferowane w sieciach publicznych.

Drugim powodem wyodrębnienia sieci naukowych i akademickich jest właśnie naturalny wyprzedzający charakter. W środowisku naukowym i akademickim każda nowość jest próbowana, a co więcej ograniczenie prób spotyka się z powszechnym potępieniem. Za tę chęć do innowacji środowisko płaci zgodą na uciążliwości wynikające z nieudanych eksperymentów oraz niedoskonałości prototypowych rozwiązań. To co jest niedopuszczalne i zagrożone poważnymi sankcjami ekonomicznymi w sieciach publicznych, jest tolerowane w sieciach akademickich. Sieci naukowo-akademickie stanowią doskonały poligon doświadczalny nowych rozwiązań. Jest to ogromna wartość dla twórców sieci komercyjnych. Do tego środowisko naukowe dysponuje na ogół kadrą, która jest skłonna i ma możliwość współdziałania w eksperymencie.

Wymienione powody skłaniają do wniosku, że sieci akademickie, tak jak to się dzieje w Stanach Zjednoczonych, będą w Polsce zjawiskiem trwałym, niezależnie od rozwoju sieci publicznych oraz prywatnych. Z przekonania tego wypływa główne założenie polityki NASK, a także sieci miejskich, aby być partnerem Operatorów Sieci Publicznych i stanowić dla nich zaplecze, które testuje nowe rozwiązania zarówno techniczne, jak i w zakresie usług.

Tekst pochodzi z referatu wygłoszonego na konferencji Polman '94 zorganizowanej przez Komitet Badań Naukowych, w Poznaniu w maju br.