När Googles ekonomichef Patrick Pichette sa att teknikjätten skulle kunna erbjuda internetanslutningar på 10 gigabit per sekund till de amerikanska hemmen verkade det som science fiction. Det är ungefär 1 000 gånger snabbare än dagens hemanslutningar. Men för NASA är det rent ut sagt långsamt.
Medan resten av oss skickar data via det offentliga internet använder rymdorganisationen ett skuggnätverk som kallas ESnet, en förkortning för Energy Science Network, en uppsättning privata rör som har demonstrerat dataöverföringar över hela landet på 91 gigabit per sekund – den snabbaste typen av dataöverföringar som någonsin har rapporterats.
NASA kommer inte att ge dessa hastigheter till hushållen, men använder den supersnabba nätverkstekniken för att utforska nästa våg av databehandlingstillämpningar. ESnet, som drivs av det amerikanska energidepartementet, är ett viktigt verktyg för forskare som arbetar med enorma mängder data som genereras av projekt som Large Hadron Collider och Human Genome Project. I stället för att skicka hårddiskar fram och tillbaka via post kan de utbyta data via det ultrasnabba nätverket. ”Vår vision för världen är att vetenskapliga upptäckter inte ska begränsas av geografiska förhållanden”, säger Gregory Bell, chef för ESnet.
Genom att göra sitt nätverk så snabbt som möjligt testar ESnet och forskare från organisationer som NASA nätverkstekniker som så småningom kan komma att användas i det kommersiella Internet. Kort sagt är ESnet ett fönster till hur vår datorvärld kommer att se ut så småningom.
Det andra nätet
Det första rikstäckande datorforskningsnätet var försvarsdepartementets ARPAnet, som utvecklades till det moderna Internet. Men det var inte det sista nätverket i sitt slag. År 1976 sponsrade energidepartementet skapandet av Magnetic Fusion Energy Network för att ansluta det som idag är National Energy Research Scientific Computing Center till andra forskningslaboratorier. Sedan skapade myndigheten 1980 ett andra nätverk, High Energy Physics Network, för att koppla samman partikelfysikforskare vid nationella laboratorier. I takt med att nätverk blev allt viktigare insåg byråcheferna att det inte var meningsfullt att upprätthålla flera nätverk och slog samman de två nätverken till ett: ESnet.
Nätverkets karaktär förändras med tiden. I början fungerade det via landlinjer och satellitlänkar. I dag använder det fiberoptiska linjer och spänner över DOE:s 17 nationella laboratorier och många andra platser, t.ex. universitetsforskningslaboratorier. Sedan 2010 har ESnet och Internet2 – ett ideellt internationellt nätverk som byggdes 1995 för forskare efter det att internet kommersialiserats – hyrt ”svartfiber”, den överskottskapacitet som byggts upp av kommersiella internetleverantörer under internetbubblan i slutet av 1990-talet.
En snabbspårväg för internet
I november uppnådde NASA:s team för avancerade datanätverk med hjälp av detta nätverk en överföring på 91 gigabit mellan Denver och NASA:s rymdflygcenter Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Det var den snabbaste dataöverföringen från slut till slut som någonsin genomförts under ”verkliga förhållanden”.
ESnet har länge klarat av överföringar på 100 gigabit, åtminstone i teorin. Nätverksutrustningsföretag har erbjudit 100 gigabit-switchar sedan 2010. Men i praktiken har långdistansöverföringar varit mycket långsammare. Det beror på att data inte färdas genom internet i en rak linje. Det är mindre som en supermotorväg och mer som ett motorvägssystem. Om du vill köra från San Francisco till New York skulle du passera flera städer på vägen när du byter mellan olika motorvägssträckor. Om du vill skicka en fil från San Francisco till New York på Internet – eller via ESnet – kommer uppgifterna på samma sätt att passera genom hårdvara som finns i städer runt om i landet.
På internet och ESnet skapar varje stopp på vägen potential för en flaskhals, och varje del av utrustningen måste vara redo att hantera fulla 100 gigabit-hastigheter. I november fick laget äntligen det att fungera. ”Den här demonstrationen handlade om att använda kommersiell, standardteknik och att kunna upprätthålla överföringen av ett stort datanätverk”, säger Tony Celeste, försäljningschef på Brocade, det företag som tillverkade utrustningen som användes i det rekordstora testet.
Experiment för framtiden
Under tiden främjar nätverket den senaste tekniken på andra sätt. Forskare har använt det för att utforska virtuella nätverkskretsar som kallas ”OSCARS” och som kan användas för att skapa komplexa nätverk utan komplicerade ändringar av maskinvaran. Och de arbetar med så kallade DMZ-nätverk, som kan uppnå ovanligt höga hastigheter genom att hantera säkerheten utan traditionella nätverksbrandväggar.
Dessa lösningar är särskilt utformade för nätverk där ett litet antal mycket stora överföringar äger rum – till skillnad från det kommersiella Internet där många små överföringar äger rum. Men det finns fortfarande mycket för kommersiella internetföretag att lära sig av ESnet. Teleföretaget XO Communications har redan ett 100 gigabit-bryggnät, och vi kan förvänta oss att fler företag följer efter.
Och även om vi inte kommer att få se 10-gigabit-anslutningar – och än mindre 100-gigabit-anslutningar – hemma någon gång inom en snar framtid, kommer internet-bryggnät med högre kapacitet att innebära mindre överbelastning när allt fler strömmar video i hög upplösning och laddar ner allt större filer. Och ESnet stannar inte där. Bell säger att organisationen redan arbetar på ett 400 gigabit-nät och att det långsiktiga målet är ett terabyte per sekund-nät, vilket är ungefär 100 000 gånger snabbare än dagens hemförbindelser. Nu låter det som science fiction.
Uppdatering 13:40 EST 06/17/14: Denna berättelse har uppdaterats för att klargöra att ESnet drivs av energidepartementet.
*Uppdatering 16:40 EST 06/17/14: Denna berättelse har uppdaterats för att undvika förvirring mellan ESnets produktionsnätverk och dess mer experimentella testbäddsnätverk. *