Internet drugiej generacji

Ciekawostki | Dvd,Mp3 | Ebiznes | Gry komputerowe | Internet | Kościół i Internet | Oprogramowanie | Sprzęt |

Internet drugiej generacji

Minęły już czasy, w których Internet utożsamiany był, przede wszystkim, ze środowiskami uniwersyteckimi i ośrodkami badawczymi. Komercjalizacja Internetu i związany z nią rozkwit nowych zastosowań doprowadziły do spadku udziału instytucji edukacyjnych i naukowych w globalnej Sieci, przez co zmniejszył się ich wpływ na jej ewolucję. Jednocześnie na skutek przeciążenia Sieci komfort pracy zarówno naukowca, jak i przeciętnego użytkownika wyraźnie zmniejszył się, przez co Internet nie jest już w stanie sprostać wymaganiom, jakie stawiają przed nim wyższe uczelnie zainteresowane wdrażaniem nowych technologii IT w edukacji oraz pracy badawczej.

Sytuacja zmusiła amerykańskie środowiska uniwersyteckie do działania. Pragnąc zmienić obecny stan rzeczy 3 października 1996 r., trzydzieści cztery uniwersytety zdecydowały się utworzyć program Internet2. W tym samym miesiącu administracja Billa Clintona przedstawiła plan rozwoju Internetu Nowej Generacjii (Next Generation Internet). Z biegiem czasu pomysł utworzenia Internetu2 powoli się urzeczywistniał. We wrześniu 1997r. powołano University Corporation for Advanced Internet Development (UCAID), organizację, której zadaniem jest koordynacja prac związanych z programem Internet2. Od tego momentu dokonano zdumiewającego postępu, zaś prezentowane obecnie projekty, których celem jest wykorzystanie możliwości szybkich sieci, dobitnie świadczą o nadchodzącej nowej internetowej rewolucji.

Nad rozwojem projektu Internet2 pracuje konsorcjum składające się z 174 uniwersytetów współpracujących z rządem i przemysłem nad rozwijaniem i wdrażaniem nowych, zaawansowanych technicznie sieciowych aplikacji i technologii. Przemysł reprezentuje kilkadziesiąt firm - rynkowych potentatów takich jak IBM, Nortel, Qwest czy Cisco, które nie tylko wspierają prace w zakresie technologii, ale także dotują uniwersytety, umożliwiając im realizację projektów oraz modernizację sieci w obrębie kampusów. Wspólne wysiłki ukierunkowane są przede wszystkim na: unowocześnienie sieci, z których korzystają środowiska naukowe, zrealizowanie rewolucyjnych projektów zastosowań Internetu nowej generacji, wykorzystanie zdobytych doświadczeń i technologii w celu usprawnienia działania sieci oraz udostępnienie nowych usług jej użytkownikom. Sieć będąca w stanie sprostać zróżnicowanym wymaganiom, jakie stawia przed nią nauka oraz nowe zastosowania, musi oferować niezbędny komfort pracy, z którym wiąże się zarówno szybkość, jak i jakość obsługi użytkowników (tzw. Quality of Service). Rządowy projekt NGI zakłada 100 i 1000-krotne zwiększenie szybkości transmisji danych w sieci. Z kolei ramy QoS wyznaczone są przez następujące założenia.

- Prędkość transmisji - możliwość ustawienia przez użytkownika minimalnej, średniej i maksymalnej prędkości przesyłania danych. Przykładowo może zażądać takiego połączenia, w którym prędkość przesyłania informacji nie spada poniżej 50 Mb/s i zgodzić się, aby nie była wyższa od 100 Mb/s.

- Ograniczone opóźnienie w przesyłaniu danych. Ma to szczególne znaczenie na przykład w przypadku transmisji wideo. Użytkownik może zażyczyć sobie, aby pomiędzy pakietami danych nie było przerw, które "zamroziłyby" transmisję. Planuje się, że w Internecie następnej generacji opóźnienie to będzie wynosiło od 20 ms do 200 ms.

- Możliwość ustalenia przepustowości - rozmiarów danych i przedziału czasu w jakim mają być przesłane - na przykład terabajt w 10 sekund.

- Możliwość określenia czasu rozpoczęcia oraz zakończenia korzystania z wybranej usługi.

- Określenie maksymalnej stopy utraty pakietów w określonym przedziale czasu.

Ogólna struktura Internetu2

Szkielet Internetu2 tworzą tzw. gigaPOP-y (gigabit capacity Point of Presence), które są scalone nowoczesnymi sieciami Abilene i vBNS+ (very fast Backbone Network Service). GigaPOP jest węzłem łączącym zwykle sieci kilku sąsiednich uniwersytetów, ale nie jest to obowiązująca reguła. GigaPOP mogą współtworzyć instytuty badawcze, a nawet organizacje komercyjne. W szczególności może łączyć sieci kampusów z sieciami miejskimi (MAN), organizacjami, z którymi członkowie Internetu2 chcą się komunikować, innymi nowoczesnymi sieciami typu WAN (takimi jak utworzone w celach badawczych sieci ESnet, DREN, NREN) oraz ze strategicznymi dostawcami "zwykłego" Internetu. Prędkość transferu danych na liniach łączących uniwersytety z gigaPOP-ami kształtuje się w przedziale od 43 Mb/s do 622 Mb/s. Istnienie takich węzłów pozwala zmniejszyć koszt programu oraz umożliwia kon- trolowanie dostępu do sieci szkieletowych. W ramach tej kontroli zadaniem gigaPOP-ów jest blokowanie ruchu pomiędzy "zwykłym" Internetem a sieciami Abilene i vBNS+, w efekcie nie są one obciążone ruchem generowanym przez nienależących do programu Internet2 użytkowników sieci. Inną rolą gigaPOP-ów jest sterowanie transmisją danych w sieci szkieletowej tak, aby odbywała się z określoną prędkością i (to dopiero w przyszłości) spełniała wszystkie wymogi QoS.

Uczestnictwo w programie Internet2 jest dla uniwersytetów równoznaczne z przebudową ich sieci lokalnych. Cel ten jest osiągany poprzez zastosowanie różnych technologii transmisji danych takich jak: przełączanie komórkowe - najczęściej w oparciu o technologię ATM, rozwiązania ethernetowe czy nowego protokołu RSVP (Resource Reservation Protocol). Aby poprawić przepustowość istniejących sieci optycznych, stosuje się technologię DWDM (Dense Wavelenght Division Multpiplexing), czyli zwielokrotnianie z podziałem długości fali. Rozwiązanie to polega na przesyłaniu poprzez światłowód fal świetlnych o różnych długościach, dzięki czemu wzrasta jego przepustowość.

Architektura vBNS+

Prowadzone przez NSF (National Science Fundation) i MCI WorldCom prace nad utworzeniem nowej sieci rozpoczęły się 5 kwietnia 1995 r., a już w grudniu sieć zaczęła działać. Głównym jej zadaniem było połączenie pięciu Centrów Superkomputerowych (SCC): Cornell Theory Center, National Center for Atmospheric Research, National Center for Supercomputing Applications, Pittsburgh SuperComputer Center, San Diego SuperComputer Center oraz zapewnienie dostępu do nich możliwie szerokiej grupie naukowców. Obecnie vBNS+ łączy ponad 100 instytucji i 22 zaawansowane technologicznie sieci. Szkielet starej sieci (vBNS) składa się z węzłów (których główną część stanowią przełączniki ATM Fore ASX-1000, jeden lub dwa routery IP np. Cisco 7507 i szybki host uniksowy do monitoringu), połączonych światłowodami o przepustowości 622,08 Mb/s w standardzie ATM. Po przekształceniu vBNS w vBNS+ szkielet został wzbogacony o równoległą strukturę składającą się potężnych routerów Juniper M40 połączonych siecią w systemie Sonet o identycznej przepustowości, mającej wzrosnąć pod koniec roku do 2,488 Gb/s. W nowej sieci zastosowano protokół MPLS (Multiprotocol Label Switching), który w znaczący sposób pomaga zarządzać ruchem, przekierowując transmisję danych w przypadku wystąpienia awarii połączenia, zapchania sieci czy tzw. efektu wąskiego gardła (bottle neck). O komforcie pracy w sieci vBNS+ niewątpliwie świadczą jej parametry a w szczególności bardzo małe opóźnienie w przesyłaniu danych:

- średnie opóźnienie transmisji od wschodniego wybrzeża USA do zachodniego nie przekracza 100 ms
- wysoka przepustowość ponad - 490 Mb/s
- stabilność, dostępność usług na poziomie 99,95 procent
- małe obciążenie - średnie obciążenie sieci nie przekracza 50 procent jej możliwości.

Wśród nowoczesnych usług sieciowych, jakie vBNS+ dostarcza uniwersytetom i instytutom badawczym, wymienić należy protokoły IPv6 i IP Multicast. Protokół IP Multicast w połączeniu z grupą protokołów: RTP (Real-time Transport Protocol), RTCP (Real-time Control Protocol), RTSP(Real Time Streaming Protocol) i RSVP (Resource Reservation Protocol) pozwala na realizowanie takich projektów, jak edukacja na odległość i dostarczanie usług multimedialnych w czasie rzeczywistym.

Monitoring sieci umożliwia wbudowany w nią system OC12MON, pozwalający na śledzenie ruchu i tworzenie dowolnych statystyk, takich jak udział poszczególnych aplikacji WWW, Telnetu, FTP i innych w generowaniu ruchu na łączach. Utworzona została też platforma tzw. Testnet, dzięki której można ocenić, jak wpłyną na sieć ewentualne zmiany w jej strukturze.

Abilene siostra vBNS?

Program stworzenia sieci szkieletowej, która obecnie łączy gigaPOP-y został przedstawiony przez UCAID 14 kwietnia 1998 r. Projekt ten wspierają Qwest Communications, Nortel i Cisco Systems. Rdzeń sieci tworzy 10 węzłów (tzw. Router Node) scalonych ze sobą parami za pomocą łączy optycznych w systemie Sonet o sumarycznej długości 8000 mil. Prędkość transmisji danych pomiędzy węzłami wynosi od 622,06 Mb/s do 2,488 Gb/s, przy czym prowadzone są prace nad zwiększeniem transferu na niektórych łączach do 9,6 Gb/s. Węzły składają się z routera Cisco 12008 GSR podłączonego do sieci szkieletowej przez kartę IP/Sonet, opartego o system Unix komputera służącego do pomiarów i zarządzania siecią, routera zdalnego dostępu Cisco 3640 umożliwiającego zewnętrzny dostęp z Centrum Kierowania Siecią Abilene, sieci LAN z protokołem 100BaseT Ethernet łączącej routery i komputer oraz zdalnie sterowanego systemu zasilania. Dostęp do sieci umożliwiają znajdujące się we wszystkich większych miastach węzły dostępu (Acces Nodes) połączone z węzłami rdzenia łączami optycznymi Sonet o przepustowości od 155,52 Mb/s do 622,08 Mb/s. W szczególnych przypadkach - na przykład dużej odległości do węzła dostępu, stosowane jest bezpośrednie przyłączenie do rdzenia sieci (także w systemie Sonet). Sieć monitorowana i zarządzana jest przez Centrum kierowania Siecią (NOC), które znajduje się na Uniwersytecie w Indianie w Indianapolis.

Zastosowania nowoczesnych sieci

Znaczne zwiększenie prędkości transferu danych w Sieci i umożliwienie naukowcom powszechnego dostępu do superkomputerów pozwoliło na rozpoczęcie prac nad wieloma różnymi zastosowaniami Internetu. Oto niektóre z nich:

- cyfrowe biblioteki - udostępniane w Internecie informacje są w przeważającej części tekstowe, podobnie jak i stosowane w celu ich udostępnienia interfejsy. Szybka przepustowość umożliwi graficzną prezentację większości informacji, dzięki czemu odbiór oraz rozumienie danych będzie bardziej efektywne
- nauczanie na odległość - prace nad tym projektem obejmują bardzo szeroki zakres technologii informatycznych od zorientowanych obiektowo aplikacji takich jak Java, OpenDoc czy Active-X tworzących tzw. learningware do aplikacji umożliwiających nauczycielom tworzenie i modyfikację programów edukacyjnych. Ramy systemu zdalnego nauczania tworzy Instructional Managment System definiujący niezbędne standardy i usługi. Równolegle do tego projektu prowadzone są prace nad nauczaniem na odległość w amerykańskim języku migowym
- cyfrowe wideo - utworzona we wrześniu 1998 r. w obrębie sieci Abilene i vBNS+ sieć Digital Video Network dostarcza ich użytkownikom następujące usługi: wideokonferencje, wideo na żądanie oraz transmisje na żywo. W ramach tego projektu utworzono portal Videospace z bardzo bogatą ofertą tematyczną:
- telemedycyna, projekt ten dotyczy niezwykle szerokiego kręgu zastosowań, wśród których można wymienić chociażby możliwość interaktywnej echokardiografii czy rezonansu magnetycznego mózgu;
- wirtualne laboratoria, dzięki którym rozproszeni po całych Stanach naukowcy wyposażeni w ImmersaDesk mogą np. się komunikować, wymieniając uwagi na temat wizualizowanej symulacji. Przeprowadzenie niektórych symulacji jest możliwe tylko dzięki równoległemu połączeniu za pomocą szybkiej sieci supercentrów komputerowych, co pozwala na badanie bardzo skomplikowanych zjawisk zachodzących w przyrodzie. Tylko rozproszone przetwarzanie umożliwia efektywną symulację np. łączenia się galaktyk Mlecznej drogi i Andromedy czy komunikacji komórek poprzez specjalne makromolekuły znajdujące się na ich powierzchni.

Wspólną cechą większości tych zastosowań jest nowa jakość wizualizacji zebranych czy też przetworzonych danych. Wykorzystują one w tym celu narzędzia takie jak opisywany ImmersaDesk - ekran pozwalający na interaktywne oglądanie trójwymiarowych obrazów np. molekuł albo wizualizację lotu przez galaktykę.

Rewolucyjny w tej dziedzinie wydaje się być CAVE - Automatic Virtual Environment, system wizualizacji pozwalający na autentyczne zanurzenie użytkownika w wirtualnej rzeczywistości. Jest on wykorzystywany m. in. w projekcie CAVE5D, dzięki któremu dane atmosferyczne i oceanograficzne, przetworzone w przeprowadzonych w wirtualnej rzeczywistości symulacjach, mogą być w odpowiedni sposób wizualizowane. Innym pojęciem związanym z VR jest tzw. tele-immersion, czyli umożliwienie współpracy użytkownikom Sieci znajdującym się w geograficznie różnych miejscach we wspólnym symulowanym w czasie rzeczywistym środowisku wirtualnej rzeczywistości, tak jakby znajdowali się fizycznie w jednym pokoju! Niemal wizjonerskim rozwinięciem tej idei jest tele-cube.

Cudze chwalicie...

Tak zwany polski Internet2 to działająca od trzech lat sieć POL 34/155. Powstała na podstawie umowy pomiędzy akademickimi MAN-ami a operatorem Tel-Energo, dotyczącej budowy sieci ATM 34 Mb/s i wykorzystującej sieć telekomnikacyjną (podwieszone do linii wysokiego napięcia kable światłowodowe) Tel-Energo w systemie SDH. Później uzupełniono ją połączeniem Gdańsk-Łódź-Poznań o parametrach ATM 155 Mb/s. Węzły sieci zbudowane są, tak jak w przypadku vBNS, w oparciu o przełączniki ATM Fore ASX-1000 i routery 7507. Utworzenie POL 34/155 pozwoliło na udostępnienie środowisku naukowemu takich usług jak W3cache, sieci wideokonferencji, wirtualnego serwera FTP i utworzenie w przyszłości sieci serwerów bibliotecznych. Ponadto w ramach sieci prowadzone są eksperymenty związane z następującymi przykładowymi zagadnieniami:

- zdalna wizualizacja obliczeń, Poznańskie Centrum Superkomputerowe Sieciowe we współpracy z Trójmiejską Akademicką Siecią Komputerową prowadzą badania mające na celu ustalenie, jaką przepustowość powinno się przydzielić użytkownikowi, który wykonuje obliczenia numeryczne na zdalnym komputerze (np. Cray w Poznaniu), wizualizacyjne na wyspecjalizo- wanym systemie graficznym znajdującym się w innym mieście, zaś wizualizację danych wynikowych na własnym komputerze
- rozproszone przetwarzanie graficzne, celem tego projektu prowadzonego przez TASK, PCSS i MAN-Łódź jest utworzenie szybkiego systemu przetwarzania graficznego. W systemie tym użytkownik łączy się z serwerem WWW, wybiera interesujące go opcje i przesyła plik z opisem sceny. Obliczenia wykonywane są na kilku systemach komputerowych przy użyciu odpowiedniego programu. Końcowym etapem jest przetworzenie wyników na film MPEG1 i przesłanie go do użytkownika
- zdalne nauczanie, program realizowany przez Centrum Informatyczne TASK ma za zadanie pokazać potencjalne możliwości wykorzystania sieci do tego celu. Wykłady z fizyki, informatyki, medycyny oraz oceanologii nagrano i zakodowano w formacie MPEG1 oraz zarchiwizowano na serwerze połączonym poprzez sieć TASK do sieci POL-34/155. Są zatem dostępne we współpracujących z nią sieciach MAN.

Co dalej?

Trudno przewidzieć, na ile wpłynie na nasze życie upowszechnienie usług dostępnych obecnie tylko w sieciach naukowych. Można jednak już teraz zaobserwować pewne trendy. Dzisiejszy Internet to przede wszystkim dostęp i dostarczanie informacji oraz rozrywki. Następny etap jego rozwoju wiąże się niewątpliwie z umożliwieniem zwykłym użytkownikom Sieci egzystencji i współpracy we wspólnym środowisku informacji oraz mediów. Sądzę, że nadchodząca internetowa rewolucja ma szansę zlikwidować poczucie izolacji i anonimowości, jakie odczuwa dzisiaj niejeden użytkownik Internetu, którego możliwość kontaktu z innymi uczestnikami globalnej Sieci ograniczona jest wciąż jeszcze do komunikacji w trybie tekstowym.

opr. JU/PO