Varjointernet, joka'on 100 kertaa nopeampi kuin Google Fiber

Kun Googlen talousjohtaja Patrick Pichette sanoi, että teknologiajätti saattaa tuoda amerikkalaisiin koteihin 10 gigabittiä sekunnissa nopeat internetyhteydet, se vaikutti tieteiselokuvalta. Se on noin tuhat kertaa nopeampi kuin nykyiset kotiyhteydet. Mutta NASA:lle se on suorastaan hidasta.

Niin kuin me muut lähetämme dataa julkisen internetin kautta, avaruusvirasto käyttää varjoverkkoa nimeltä ESnet, joka on lyhenne sanoista Energy Science Network. Se on joukko yksityisiä putkia, jotka ovat osoittaneet, että tiedonsiirtonopeus on 91 gigabittiä sekunnissa – nopeinta koskaan raportoitua tyyppiä.

NASA ei aio tuoda kotitalouksiin tällaista nopeutta, mutta se käyttää tätä huippunopeaa verkkotekniikkaa tutkiakseen tietojenkäsittelyn sovellusten seuraavaa aaltoa. Yhdysvaltain energiaministeriön ylläpitämä ESnet on tärkeä väline tutkijoille, jotka käsittelevät valtavia tietomääriä, joita syntyy esimerkiksi Large Hadron Colliderin ja Human Genome Projectin kaltaisissa hankkeissa. Sen sijaan, että he lähettäisivät kiintolevyjä edestakaisin postitse, he voivat vaihtaa tietoja huippunopean verkon kautta. ”Visiomme maailmalle on, että tieteellisen keksinnön ei pitäisi rajoittua maantieteeseen”, sanoo ESnetin johtaja Gregory Bell.

Katso lisää

Tehdessään verkostaan mahdollisimman nopean ESnet ja tutkijat ovat NASAn kaltaisia organisaatioita, jotka testaavat kenttäkokeissa verkkotekniikoita, jotka saattavat lopulta löytää tiensä kaupalliseen internetiin. Lyhyesti sanottuna ESnet on ikkuna siihen, miltä tietotekniikkamaailmamme lopulta näyttää.

Toinen verkko

Ensimmäinen valtakunnallinen tietokonetutkimusverkko oli puolustusministeriön ARPAnet, josta kehittyi nykyaikainen internet. Mutta se ei ollut viimeinen laatuaan oleva verkko. Vuonna 1976 energiaministeriö rahoitti magneettisen fuusioenergiaverkon (Magnetic Fusion Energy Network) luomista, jonka tarkoituksena oli yhdistää nykyinen National Energy Research Scientific Computing Center muiden tutkimuslaboratorioiden kanssa. Vuonna 1980 virasto loi toisen verkon, High Energy Physics Networkin, joka yhdisti kansallisten laboratorioiden hiukkasfysiikan tutkijat. Kun verkkojen merkitys kasvoi, viraston johtajat ymmärsivät, ettei ollut järkevää ylläpitää useita verkkoja, ja yhdistivät ne yhdeksi verkoksi: ESnet.

Verkon luonne muuttuu ajan myötä. Alkuaikoina se toimi lankapuhelimilla ja satelliittiyhteyksillä. Nykyään se käyttää valokuitulinjoja, jotka kattavat DOE:n 17 kansallista laboratoriota ja monia muita sivustoja, kuten yliopistojen tutkimuslaboratorioita. Vuodesta 2010 lähtien ESnet ja Internet2 – voittoa tavoittelematon kansainvälinen verkko, joka rakennettiin vuonna 1995 tutkijoita varten sen jälkeen, kun internet kaupallistettiin – ovat vuokranneet ”pimeää kuitua”, ylimääräistä verkkokapasiteettia, jota kaupalliset internet-palveluntarjoajat keräsivät 1990-luvun lopun internet-kuplan aikana.

Internet-pikaviestintäkaista

Marraskuussa NASA:n huipputietokoneverkkoryhmä saavutti kyseistä verkkoa hyödyntämällä 91 gigabitin tiedonsiirron Denverin ja NASA:n Goddardin avaruuslentokeskuksen (NASA Goddard Space Flight Centerin) välille Greenbeltissä, Marylandissa. Se oli nopein päästä päähän -tiedonsiirto, joka on koskaan tehty ”todellisissa” olosuhteissa.

ESnet on jo pitkään pystynyt 100 gigabitin siirtoihin, ainakin teoriassa. Verkkolaitevalmistajat ovat tarjonneet 100 gigabitin kytkimiä vuodesta 2010 lähtien. Käytännössä pitkän matkan siirrot olivat kuitenkin paljon hitaampia. Tämä johtuu siitä, että data ei kulje internetissä suoraviivaisesti. Se ei ole niinkään supermoottoritie vaan pikemminkin osavaltioiden välinen moottoritiejärjestelmä. Jos haluaisit ajaa San Franciscosta New Yorkiin, kulkisit matkan varrella useiden kaupunkien läpi siirtyessäsi eri moottoritieosuuksien välillä. Vastaavasti, jos haluat lähettää tiedoston San Franciscosta New Yorkiin internetissä – tai ESnetin kautta – tiedot kulkevat eri puolilla maata sijaitsevien kaupunkien laitteistojen kautta.

NASA teki 98 gigabitin tiedonsiirron Goddardin ja Utahin yliopiston välillä ESnetin kautta vuonna 2012. Alcatel-Lucent ja BT tuhosivat tuon ennätyksen aiemmin tänä vuonna 1,4 terabitin yhteydellä Lontoon ja Ipswichin välillä. Molemmissa tapauksissa molemmilla paikkakunnilla oli kuitenkin suora yhteys, mikä on harvinaista todellisissa yhteyksissä.

Internetissä ja ESnetissä jokainen pysähdys matkan varrella aiheuttaa mahdollisen pullonkaulan, ja jokaisen laitteen on oltava valmis käsittelemään täydet 100 gigabitin nopeudet. Marraskuussa tiimi sai sen vihdoin toimimaan. ”Tässä demonstraatiossa oli kyse kaupallisen, valmiin tekniikan käyttämisestä ja siitä, että pystymme ylläpitämään suuren tietoverkon siirtoa”, sanoo Tony Celeste, myyntijohtaja Brocadelta, yritykseltä, joka valmisti ennätystestissä käytetyt laitteet.

Kokeiluja tulevaisuutta varten

Verkko edistää tekniikan tasoa myös muilla tavoin. Tutkijat ovat käyttäneet sitä tutkiakseen ”OSCARSiksi” kutsuttuja virtuaalisia verkkopiirejä, joiden avulla voidaan luoda monimutkaisia verkkoja ilman monimutkaisia laitteistomuutoksia. Lisäksi he työskentelevät niin sanottujen verkon ”DMZ:ien” parissa, joilla voidaan saavuttaa epätavallisen nopeita nopeuksia hoitamalla tietoturva ilman perinteisiä verkon palomuureja.

Nämä ratkaisut on suunniteltu erityisesti verkkoihin, joissa tapahtuu vain pieni määrä hyvin suuria siirtoja – toisin kuin kaupallisessa internetissä, jossa tapahtuu paljon pieniä siirtoja. Kaupallisilla internet-yrityksillä on silti paljon opittavaa ESnetistä. Televiestintäyhtiö XO Communicationsilla on jo 100 gigabitin runkoverkko, ja voimme odottaa, että useammat yritykset seuraavat esimerkkiä.

Vaikka emme näe 10 gigabitin yhteyksiä – saati sitten 100 gigabitin yhteyksiä – kotitalouksissamme lähiaikoina, kapasiteetiltaan suuremmat internet-verkot merkitsevät ruuhkien vähenemistä, kun yhä useammat ihmiset suoratoistavat teräväpiirtovideota ja lataavat yhä suurempia tiedostoja. Eikä ESnet pysähdy tähän. Bellin mukaan järjestö työskentelee jo 400 gigabitin verkon parissa, ja pitkän aikavälin tavoitteena on teratavun sekuntinopeuden verkko, joka on noin 100 000 kertaa nopeampi kuin nykyiset kotiyhteydet. Nyt se kuulostaa tieteiselokuvalta.

Päivitys 13:40 EST 06/17/14: Tätä juttua on päivitetty selventämään, että ESnetiä hallinnoi energiaministeriö.

*Päivitys 4:40 PM EST 06/17/14: Tätä juttua on päivitetty, jotta vältyttäisiin sekaannuksilta ESnetin tuotantoverkon ja sen kokeellisemman koeverkon välillä. *