Toen Patrick Pichette, financieel directeur van Google, zei dat de techgigant misschien internetverbindingen van 10 gigabit per seconde naar Amerikaanse huizen zou brengen, leek dat sciencefiction. Dat is ongeveer 1.000 keer sneller dan de huidige verbindingen thuis. Maar voor NASA is het ronduit traag.
Terwijl de rest van ons gegevens via het openbare internet verstuurt, gebruikt het ruimteagentschap een schaduwnetwerk genaamd ESnet, kort voor Energy Science Network, een set privépijpen die een landoverschrijdende gegevensoverdracht van 91 gigabit per seconde heeft gedemonstreerd – de snelste van zijn soort die ooit is gemeld.
NASA gaat deze snelheden niet naar huizen brengen, maar het gebruikt deze supersnelle netwerktechnologie om de volgende golf van computertoepassingen te verkennen. ESnet, dat wordt beheerd door het Amerikaanse ministerie van Energie, is een belangrijk hulpmiddel voor onderzoekers die zich bezighouden met enorme hoeveelheden gegevens die worden gegenereerd door projecten zoals de Large Hadron Collider en het Human Genome Project. In plaats van harde schijven heen en weer te sturen via de post, kunnen zij gegevens uitwisselen via het ultrasnelle netwerk. “Onze visie op de wereld is dat wetenschappelijke ontdekkingen niet door geografische beperkingen mogen worden beperkt”, zegt ESnet-directeur Gregory Bell.
Door het netwerk zo snel mogelijk te maken, testen ESnet en onderzoekers van organisaties als NASA netwerktechnologieën die uiteindelijk hun weg kunnen vinden naar het commerciële internet. Kortom, ESnet is een venster op hoe onze computerwereld er uiteindelijk uit zal zien.
The Other Net
Het eerste landelijke computeronderzoeksnetwerk was het ARPAnet van het ministerie van Defensie, dat uitgroeide tot het moderne internet. Maar het was niet het laatste netwerk in zijn soort. In 1976 sponsorde het ministerie van Energie de oprichting van het Magnetic Fusion Energy Network om wat nu het National Energy Research Scientific Computing Center is, te verbinden met andere onderzoekslaboratoria. Vervolgens creëerde het agentschap in 1980 een tweede netwerk, het High Energy Physics Network, om deeltjesfysica-onderzoekers in nationale laboratoria met elkaar te verbinden. Toen netwerken steeds belangrijker werden, realiseerden de leiders van de agentschappen zich dat het geen zin had om meerdere netwerken te onderhouden en voegden ze de twee netwerken samen tot één: ESnet.
De aard van het netwerk verandert met de tijd. In de begindagen liep het via landlijnen en satellietverbindingen. Vandaag maakt het gebruik van glasvezellijnen, die de 17 nationale laboratoria van het DOE en vele andere sites, zoals universitaire onderzoekslaboratoria, omspannen. Sinds 2010 leasen ESnet en Internet2 – een internationaal netwerk zonder winstoogmerk dat in 1995 werd gebouwd voor onderzoekers nadat het internet was gecommercialiseerd – “dark fiber”, de overtollige netwerkcapaciteit die door commerciële internetproviders werd opgebouwd tijdens de internetzeepbel van eind jaren negentig.
Een snelle internetverbinding
In november heeft het High End Computer Networking-team van NASA met behulp van dit netwerk een overdracht van 91 gigabit gerealiseerd tussen Denver en het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland. Het was de snelste end-to-end gegevensoverdracht ooit uitgevoerd onder “echte wereld”-omstandigheden.
ESnet is al lang in staat tot 100 gigabit overdrachten, althans in theorie. Bedrijven op het gebied van netwerkapparatuur bieden sinds 2010 100 gigabit-switches aan. Maar in de praktijk waren langeafstandsoverdrachten veel langzamer. Dat komt omdat gegevens niet in een rechte lijn door het internet reizen. Het lijkt niet zozeer op een supersnelweg, maar meer op een interstate highway. Als u van San Francisco naar New York wilt rijden, passeert u onderweg meerdere steden terwijl u van de ene naar de andere snelweg gaat. Om een bestand van San Francisco naar New York over het internet – of via ESnet – te versturen, moeten de gegevens door hardware in steden in het hele land worden gestuurd: Met dank aan ESnet
NASA heeft in 2012 een overdracht van 98 gigabit tussen Goddard en de universiteit van Utah via ESnet uitgevoerd. En Alcatel-Lucent en BT hebben dat record eerder dit jaar uitgewist met een verbinding van 1,4 terabit tussen Londen en Ipswich. Maar in beide gevallen hadden de twee locaties een directe verbinding, iets wat je zelden ziet in echte wereldverbindingen.
Op het internet en ESnet creëert elke stop onderweg de mogelijkheid voor een knelpunt, en elk stuk apparatuur moet klaar zijn om volledige 100 gigabitsnelheden aan te kunnen. In november heeft het team het eindelijk voor elkaar gekregen. “Deze demonstratie ging over het gebruik van commerciële, kant-en-klare technologie en het in staat zijn om de overdracht van een groot datanetwerk te ondersteunen,” zegt Tony Celeste, een verkoopdirecteur bij Brocade, het bedrijf dat de apparatuur produceerde die werd gebruikt in de recordbrekende test.
Experimenten voor de toekomst
Ondertussen is het netwerk de stand van de techniek op andere manieren aan het vooruithelpen. Onderzoekers hebben het gebruikt om virtuele netwerkcircuits genaamd “OSCARS” te onderzoeken, die kunnen worden gebruikt om complexe netwerken te maken zonder complexe hardwareveranderingen. En ze werken aan zogeheten netwerk-“DMZ’s”, die ongebruikelijk hoge snelheden kunnen bereiken door de beveiliging te regelen zonder traditionele netwerk-firewalls.
Deze oplossingen zijn speciaal ontworpen voor netwerken waarin een klein aantal zeer grote overdrachten plaatsvindt – in tegenstelling tot het commerciële internet waar veel kleine overdrachten plaatsvinden. Maar commerciële internetbedrijven kunnen nog veel leren van ESnet. Het telecommunicatiebedrijf XO Communications heeft al een backbone van 100 gigabit, en we kunnen verwachten dat meer bedrijven dit voorbeeld zullen volgen.
Hoewel we binnenkort geen 10-gigabit-verbindingen – laat staan 100-gigabit-verbindingen – meer thuis zullen zien, zullen internet-backbones met een hogere capaciteit minder congestie betekenen naarmate meer en meer mensen high-definition video streamen en steeds grotere bestanden downloaden. En ESnet laat het daar niet bij. Bell zegt dat de organisatie al werkt aan een 400 gigabit netwerk, en het doel op lange termijn is een terabyte per seconde netwerk, wat ongeveer 100.000 keer sneller is dan de huidige thuisverbindingen. Nu dat klinkt als science fiction.
Update 13:40 EST 06/17/14: Dit verhaal is bijgewerkt om duidelijk te maken dat ESnet wordt gerund door het ministerie van Energie.
*Update 4:40 PM EST 06/17/14: Dit verhaal is bijgewerkt om verwarring te voorkomen tussen het productienetwerk van ESnet en zijn meer experimentele testbed-netwerk. *