А.Н.Тихонов, В.Н.Васильев
Министерство общего и профессионального образования РФ, Москва, Республиканский научный центр компьютерных телекоммуникационных сетей высшей школы, Санкт-Петербург
Тел.: (812) 238-87-15, e-mail: vasilev@mail.ifmo.ru
Введение
Год проведения пятой Всероссийской научно-методической конференции "Телематика'98" является юбилейным годом для российского сегмента Интернет. В 1993 году организован первый международный линк 64 Кбит/с сети EUnet/Relcom на линии С.Петербург-Хельсинки. Точные данные о числе узлов и пользователей сети всегда сложно привести, но динамика отражает более корректное представление о развитии IP-сетей в России. В таблице приведены данные о росте IP-хостов в России.
| Год, месяц | Домен ru | Домен su |
|---|---|---|
| 1992, январь | - | 0 |
| 1992, июль | - | 16 |
| 1993, январь | - | 60 |
| 1993, июль | - | 494 |
| 1994, январь | - | 1532 |
| 1994, июль | 612 | 3523 |
| 1995, январь | 2100 | 5132 |
| 1995, июль | 5182 | 8018 |
| 1996, январь | 12235 | 11987 |
| 1996, июль | 27842 | 14560 |
| 1997, январь | 44800 | 18451 |
| 1997, июль | 67093 | 19327 |
| 1998, январь | 109985 | 42936 |
(*) данные приведены на основе подсчетов RIPE (Reseaux IP Europeens), www.ripe.net.
Несмотря на замалчивание и игнорирование роли научно-образовательных сервис-провайдеров, она достаточна велика. И дело не столько в числе IP-хостов, пользователей Интернета, емкости внутренних и международных каналов (хотя академическое сообщество дает существенный вклад, особенно высшая школа), а в понимании вопросов направления развития Интернета, определении эпохи пост-классического Интернета, проведении научных исследований и, безусловно, подготовки кадров, обучении пользователей.
С 1994 года началось активное использование Интернета в учебной, научной и методической деятельности образовательных и научных организаций России: применение Web-технологии для получения доступа к различной информации, создание территориально распределенных рабочих групп, проведение различных телеконференций. Появление России в метасети Интернет позволило включить молодое поколение школьников, студентов и аспирантов в единое информационное пространство и это, на наш взгляд, - основной результат работы научно-образовательных сервис-провайдеров. С 1996 года, наряду с традиционными, все большую долю трафика начинают составлять мультимедийные данные и видеоконференции, удаленные вычисления на суперкомпьютерах в сети RUNNet.
Академические сети России
Отдавая дань национальным академическим сетям, приведем их краткую характеристику:
RBnet. Существенную роль в развитии инфраструктуры российского Интернета играет межведомственная программа создания Национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы (НСКТ-НВШ), реализация которой началась в 1996 году при участии Министерства науки и технологий РФ, Министерства общего и профессионального образования РФ, Российского фонда фундаментальных исследований и Российской академии наук. Одним из практических воплощений стала опорная сеть RBnet (название сети является сокращением от Russian Backbone Network), включающая скоростные цифровые каналы, опорные точки доступа (ОТД) в ряде крупных городов и решающая задачи внутрироссийской связности региональных сегментов научно-образовательных сетей. В начале 1998 года список городов, охваченных RBnet включал: Москву, Санкт-Петербург, Новгород, Тверь, Тулу, Ростов на Дону, Краснодар, Нижний Новгород, Самару, Ульяновск, Саранск, Уфу, Екатеринбург, Пермь, Челябинск, Омск, Новосибирск, Томск, Иркутск, Красноярск. Выход в зарубежную часть Интернета из сетей, подключенных к RBnet, в 1997 году осуществлялся через сеть RUNNet. Работы по созданию RBnet координирует Российский НИИ развития общественных сетей (РосНИИ РОС), на сервере которого имеется раздел, посвященный этому сетевому проекту (www.ripn.net/rbnet). Создание сети RBnet было тесно увязано с реализацией программы "Университетские центры Интернет".
FREEnet (www.free.net) - компьютерная сеть, объединяющая на добровольной основе региональные академические компьютерные сети, организации Российской академии наук, университеты, другие научные, учебные и исследовательские организации. Название сети расшифровывается следующим образом - The network For Research, Education and Engineering. Сеть FREEnet была основана в июле 1991 года по инициативе Института органической химии им. Н. Д. Зелинского и имеет на сегодняшний день 15 региональных отделений, в которых услугами сети пользуются научные учреждения, вузы и другие учебные и исследовательские организации. Инфраструктура сети включает Московский сегмент и региональные отделения в Воронеже, Казани, Калининграде (Московская обл.), Кемерово, Мытищях, Пензе, Нижнем Новгороде, Новгороде, Пензе, Перми, Ростове-на-Дону, Твери, Челябинске, Черноголовке, Ярославле. Финансирование сети производится за счет средств Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), Министерства науки и технологий, взносов организаций-участников сети. Членом FREEnet может стать организация, относящаяся к одной из категорий: институты и учреждения Российской академии наук, университеты и другие государственные высшие учебные заведения; научные фонды; государственные научно-исследовательские центры и центры научно-технической информации; информационно-вычислительные центры государственных предприятий и ведомств; школы, техникумы и другие государственные учебные заведения; другие некоммерческие научные организации, ассоциации и общества. FREEnet имеет связь с академическими сетями Беларуси, Украины. Выход в глобальный Интернет осуществляется через Германию (сеть DTAG-Deutshe Telekom AG, www.dtag.de) по наземному каналу 256 Кбит/с.
MSUnet - сеть Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова (www.msu.ru), которая играет в российском Интернете гораздо большую роль, чем просто компьютерная сеть ведущего вуза страны. MSUnet не только предоставляет доступ к ресурсам Интернета ученым, преподавателям и студентам МГУ, но и является крупным некоммерческим провайдером, обеспечивающим подключение к Интернету для большого числа вузов и научных организаций, в том числе и из других городов России. На базе MSUnet работает один из центральных узлов сети RUNNet, обеспечивающий подключение узлов в нескольких крупных городах России. MSUnet играет важную роль в работе Южной московской опорной сети, участвует в межсетевом обмене с другими российскими сетями в узле М9-IX. В 1995-97 г.г. MSUnet имела собственный зарубежный канал во Францию в европейскую академическую сеть Ebone, а со второй половины 1997 года используется внешний канал в MCI (через "Ростелеком") производительностью 512 Кбит/с.
RELARN-IP. С названием RELARN (Russian Electronic Academic&Research Network) связаны сразу три понятия, которые часто путают: ассоциация RELARN, логическая сеть RELARN и физическая сеть RELARN-IP. Ассоциация научных и учебных организаций-пользователей сетей передачи данных - ассоциация RELARN - была организована в 1992 году с целью оказания организационной, финансовой и технической поддержки организациям-участникам, а также координации проектов развития научно-образовательных компьютерных сетей. Направления деятельности Ассоциации: финансовая поддержка работы в сетях общего пользования организаций-членов Ассоциации (логическая связь RELARN), создание сети RELARN-IP, информационно-методическая поддержка. Сеть RELARN-IP - это физическая сеть, которая предоставляет доступ к Интернету научным и учебным организациям-членам Ассоциации RELARN. Сеть имеет узлы в Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде и еще нескольких городах России, к которым подключен ряд научных и образовательных учреждений. Информация о деятельности Ассоциации и сети RELARN-IP находится на WWW-сервере Российского НИИ развития общественных сетей (www.ripn.net/relarn/), который принимает активное участие в их деятельности . В 1997 году базовые узлы RELARN-IP вошли в инфраструктуру сети RBnet.
Сеть RSSI (www.rssi.ru) - это некоммерческая сеть, объединяющая академические организации, научно-исследовательские центры и институты, медицинские учреждения, образовательные организации. RSSI - результат реализации проекта "Russian Space Science Internet/Российская космическая научная сеть Интернет", принятого в 1993 году в рамках сотрудничества в области научных космических исследований между Россией иСША. В качестве головной организации проекта с российской стороны выступает Институт космических исследований РАН. Инфраструктура сети включает организации, расположенные в Москве, Московской и Калужской областях (Обнинск, Фрязино, Троицк, Калининград, Звездный Городок, Истра). Имеются отделения сети в Санкт-Петербурге, Новосибирске и Красноярске. Выход в глобальный Интернет осуществляется через спутниковый канал в сеть NASA Internet, имевший в конце 1997 года производительность 512 Кбит/с.
RUHEP/Radio-MSU. Название этой научно-образовательной сети расшифровывается следующим образом: RUHEP - Russian High Energy Physics, а MSU - Moscow State University. Ядро компьютерной сети RUHEP/Radio-MSU (www.radio-msu.net) оформилось в конце 1993 года, когда были сданы в эксплуатацию радиорелейные линии, связывающие московские научные центры с НИИ ядерной физики МГУ, система оптоволоконных линий в Московском университете и спутниковый канал на Национальный немецкий научный центр по физике высоких энергий DESY (www.desy.de) в Гамбурге. Тогда же сеть RUHEP/Radio-MSU стала Интернет-провайдером в странах СНГ. Сеть строится в первую очередь на базе научно-исследовательских центров ядерной физики России и стран СНГ, однако она представляет доступ в Интернет любым научным и некоммерческим организациям России и стран СНГ. Основной узел международных коммуникаций сети RUHEP/Radio-MSU размещен в немецком центре физики высоких энергий DESY в Гамбурге. Этот центр является точкой присутствия российской сети в Западной Европе, в которую сходятся спутниковые каналы RUHEP/Radio-MSU, связывающие узлы в разных городах. Через него осуществляется связь с немецкой научной сетью DFN, а затем - с остальными странами мира. Центр управления сети RUHEP находится в НИИ ядерной физики Московского государственного университета (НИИЯФ). Магистральная часть сети RUHEP/Radio-MSU включает каналы на Гамбург из Москвы (1024 + 128 Кбит/с), Новосибирска, Алматы, Еревана, Минска, Тбилиси, Харькова. Сеть RUHEP/Radio-MSU имеет весьма развитую инфраструктуру в Москве и Московской области. Московский сегмент сети включает распределенную систему маршрутизаторов, сеть оптоволоконных, радиорелейных линий и каналов, построенных на выделенных линиях и коммутируемых соединениях. По радиорелейным линиям (2 Мбит/с) к сети подключены научные центры городов Троицка, Протвино, Долгопрудного, Пущино, Обнинска, а также ряд научных организаций и вузов Москвы. Через Московскую опорную оптоволоконную сеть обеспечивается доступ к сети RUHEP/Radio-MSU и связь с глобальным Интернетом для многих московских организаций.
RUNNet (www.runnet.ru). Роль федеральной университетской компьютерной сети RUNNet всегда была значительной и продолжает таковой оставаться. Более 300 вузов, школ, учреждений и организаций Минобразования РФ, РАН и Миннауки РФ используют связные и информационные ресурсы глобальной метасети Интернет, по экспертным оценкам число конечных пользователей сети RUNNet приближается к полумиллиону человек. Такое значительное число обусловлено тем фактом, что один IP-хост эксплуатируется 5-10 студентами, аспирантами, преподавателямии учеными из различных регионов страны. На середину 1998 года федеральные узлы размещены в следующих городах: Москва, Санкт-Петербург, Барнаул, Владивосток, Воронеж, Екатеринбург, Иркутск, Ижевск, Кемерово, Красноярск, Махачкала, Н.Новгород, Нальчик, Новосибирск, Новочеркасск, Оренбург, Пермь, Петрозаводск, Переславль-Залесский, Ростов-на-Дону, Саратов, Ставрополь, Тамбов, Таганрог, Томск, Ульяновск, Хабаровск. Общее число федеральных узлов сети RUNNet составляет 27 единиц, 23 из которых оснащены наземными спутниковыми станциями.
Создание федеральных узлов, обеспечивающих магистральную сеть RUNNet, подкрепляется развитием региональных и внутриуниверситетских информационных сетей на основе высокоскоростных технологий типа Fast Ethernet, FDDI и ATM. Правовому обеспечению работы (легализации)сети RUNNet уделялось и уделяется достаточно пристальное внимание. Получены лицензии Минсвязи РФ на услуги телематических служб и передачу данных (c)(c) 5629, 5630, 6663, 6664, действующие в 26 регионах России. Эти лицензии также дают право предоставлять услуги цифровых спутниковых каналов связи, таким образом RUNNet выступает и в качестве спутникового оператора. По всем узлам сети RUNNet, имеющих наземные спутниковые станции получены заключения по ЭМС (электромагнитной совместимости) ГСПИ Минсвязи России. Центральный проектный институт связи Министерства обороны РФ выполнил технические проекты размещения наземных спутниковых станций связи и прошел Госсвязьэкспертизу, получено разрешение ГКРЧ на использование полос ретрансляторов типа "Горизонт", "Экспресс", "Радуга" и "Интелсат".
Сеть RUNNet в настоящее время осуществляет связь с глобальным Интернет по оптоволоконным каналам: Санкт-Петербург-Хельсинки (сеть NORDUnet; скорость 4096/2048 Кбит/с); Санкт-Петербург-Pennat-Point-Нью-Йорк (сеть Teleglobe; скорость 6144/4096 Кбит/с). Для обеспечения гарантированной постоянной работы пользователей сети организованы технически независимые друг от друга системы связи. Международный канал сети RUNNet используется другими научно-образовательными сетями, такими как RBnet, RELARN-IP, FREEnet, HEPNet, MSUnet и другими.
Москва-Санкт-Петербург: высокоскоростная интегрированная сеть
Значительным событием прошедшего года можно считать работы по построению сегмента высокоскоростной интегрированной сети Москва-Санкт-Петербург, начатые по инициативе Вузтелекомцентра. В качестве базовой технологии передачи данных выбрана технология АТМ. Необходимость создания высокоскоростной сети обосновывались на предыдущей конференции "Телематика-97". Напомним основные аргументы. В последнее время в России наблюдается заметный рост трафика в сетях передачи данных и, в частности, Интернет. В качестве некоторых причин можно выделить количественный и качественный рост информационных ресурсов, возникновение новых приложений с большими требованиями к сетевым ресурсам. Существенным является то, что четко обозначились территориально-распределенные домены приложений нового поколения, такие как система суперкомпьютинга, видеоконференцсвязь, приложения реального времени. Все они требуют наличия прозрачной сетевой инфраструктуры с возможностью обеспечения заданных параметров, таких как скорости передачи, контроль отдельных транзакций, задержки и вариации задержек для отдельных потоков данных. Немаловажным фактором является экономическая обоснованность такой сетевой инфраструктуры.
Таким образом, можно сформулировать общие требования к создаваемой опорной сети:
В наибольшей степени приведенным требованиям удовлетворяет технология АТМ. Однако следует отметить, что применение АТМ несет в себе существенные накладные расходы. И если преимущества от простоты и унификации конфигурирования, масштабируемость и т.д. носят долговременный характер и трудно поддаются оценке, то сетевые ресурсы, используемые для передачи служебной информации АТМ (заголовки ячеек, данные адаптационных уровней, сигнальные каналы), могут быть выражены в конкретных цифрах. Анализ показал, что в среднем стоимость услуг гарантированной передачи АТМ на 15-20% превышает стоимость аренды цифровых каналов такой же производительности, однако повышение эффективности мультиплексирования, возможность динамического изменения топологии каналов в соответствии с трафиком позволяют существенно уменьшить эти малоутешительные показатели.
Для возможности эффективного использования сети (имеется в виду возможность доступа к ресурсам созданной сетевой инфраструктуры участников проекта и потенциальных абонентов), было создано 6 опорных узлов доступа (ОУД): три в Москве и три в Санкт-Петербурге. Число и расположение ОУД определялось следующими соображениями:
Один узел установлен в точке обменом трафиком Internet eXchange в Санкт-Петербурге (PIX). Такое решение обеспечивает максимально эффективную возможность подключения и использования ресурсов сети значительному числу потенциальных пользователей - национальных и региональных сетей, имеющих точки присутствия на PIX.
Один узел установлен в точке обмена трафиком в Москве -М9-IX. В основе этого решения лежат выводы предыдущего абзаца.
Один узел установлен в Санкт-Петербургском узле сети RUNNet, что позволяет обеспечить доступ к ресурсам сети пользователям RUNNet. Такое решение также позволяет оптимизировать топологию сети, избежав при этом необходимости аренды цифровых каналов и используя существующие прокладки "сырого" оптоволокна.
Один узел установлен в Москве с целью оптимизации топологии и обеспечения доступа потенциальных пользователей, включая операторов связи.
Одним из дорогостоящих компонентов сетевой инфраструктуры являются линейные сооружения или, иначе говоря, каналы связи. Поэтому было принято решение по возможности избежать использование арендуемых цифровых каналов связи. Эта задача была решена в рамках городских инфраструктур. Стандарты АТМ предусматривают передачу данных через каналы SONET/SDH, причем ряд активного оборудования АТМ имеет возможность служить каналообразующими окончаниями физической сети на сравнительно небольших расстояниях (30-60 км). Таким образом, прокладка и аренда оптоволоконных линий, а не цифровых каналов, позволила существенно снизить затраты на эксплуатацию городского сегмента. Поскольку расстояния между соседними опорными узлами доступа не превышало 20 км, применение соответствующих модулей в коммутаторах АТМ позволило использовать так называемое "сырое" волокно, т.е. оптический канал, не содержащий активных устройств.
Несколько иной подход был выбран при построении междугороднего канала, поскольку единственным решением являлось аренда цифрового тракта. Предполагаемые потоки междугороднего трафика в сети требуют около 10 Мбит/с. В то же время, в соответствии со стандартами АТМ, минимальный цифровой канал, который может быть использован для связи АТМ-узлов в этом случае, составляет 34 Мбит/с (Е3). Очевидно, что аренда такого канала требует больших материальных затрат, не оправданных с точки зрения фактического использования ресурсов (около 20-25 Мбит/с окажутся неиспользуемыми).
Решение этой проблемы лежит в заинтересованном участии в проекте оператора междугородней связи. Основная идея заключается в том, что рассматриваемый сегмент строится на базе созданной АТМ-сети оператора и, таким образом, речь идет лишь о предоставлении АТМ-услуги требуемой производительности и с требуемыми параметрами качества. В соответствии с замыслом создания сети услуги опорной сети будут включать широкий спектр услуг АТМ (виртуальные каналы связи с различными параметрами качества и производительности). Это так называемые базовые или операторские услуги.
Услуги следующего уровня, такие как создание статических и динамических наложенных сетей передачи данных, передача телефонии и т.д. будут оказываться вторичными провайдерами или Партнерами дополнительных услуг (Value Added Partner, VAP). Предполагается, что в рамках предоставления такого рода услуг Партнеры будут обеспечивать шлюзование между сетями традиционных технологий и сетью АТМ. В этом случае клиенты Партнеров могут и не наблюдать качественного отличия потребляемых услуг (например, телефония). В соответствии с вышеизложенным, архитектура ОУД определяется интерфейсами внутрисетевого взаимодействия и интерфейсами взаимодействия с Партнерами. Заметим, что и в том и в другом случае, базовой технологией, лежащей в основе этих интерфейсов, является АТМ.
Задачи
На основании вышеприведенного краткого анализа, можно сделать вывод о том, что в ближайшие 2-3 года необходимо создать основу для российской научно-образовательной сети нового поколения, имеющую собственно высокоскоростную сеть, развитый сервис сети и приложения нового поколения. Основу для этих работ составит программа "Информационные сети высшей школы". Ожидаемые результаты реализации межвузовской программы "Информационные сети высшей школы" агрегируются в три дополняющих друг друга блока.
Первый - создание новой высокоскоростной сети. Задача разбивается на две подзадачи: первая - организация сети, связывающей не менее 50 узлов со скоростями межсоединений не менее 2 Мбит/с, а вторая - организация сети с числом узлов 5-7 и со скоростями (34-155) Мбит/с и выше. Первую задачу предполагается решить благодаря усилению существующей магистральной сети RUNNet параллельно с выполнением межведомственной программы "Создание национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы". Вторая задача нацелена на разработку глобальной демонстрационной сети - SuperRUNNet - на быстрых каналах, которая может играть роль лабораторного стенда, одновременно являясь полнофункциональной и используемой на практике системой коммуникаций.
Одна из серьезных разработок в рамках SuperRUNNet связана с архитектурой, соединяющей организации-участницы с остальной сетью (модернизированный RUNNet) через федеральные узлы доступа (ФУД). Эти точки подключения с высокой пропускной способностью свяжут региональные, городские, университетские сети, позволяя SuperRUNNet поддерживать новые приложения, для которых требуется высокое быстродействие. ФУД обслуживают как членов SuperRUNNet, так и другие сети, доступ к которым необходим членам SuperRUNNet, имеют большое количество соединений и, следовательно, должны обеспечить механизм для корректной маршрутизации трафика и предотвращения неавторизованного использования соединений SuperRUNNet. Естественно, ставка будет сделана на технологии синхронной и асинхронной передачи данных в оптических каналах типа SDH - Synchronous Digital Hierarchy (STM-1, STM-4) и АТМ. Внешние соединения к коммутационным элементам АТМ федеральных узлов доступа могут быть реализованы в виде прямых каналов SDH от университетских коммутаторов АТМ или других ФУД, либо же полного сервиса АТМ от других потребителей. Коммутационные элементы АТМ служат для мультиплексирования полосы посредством постоянных или коммутируемых виртуальных каналов (PVC или SVC). Таким образом, можно оптимизировать соединения и выделять отдельные полосы в соответствии с требованиями специальных задач.
Второй блок- развитый сервис сети. В ходе программы будет выполнена разработка и проверка новых развитых средств, без которых невозможна работа приложений следующего поколения. Предполагается, что в результате выполнения программы будут апробированы и внедрены новые сервисные службы сети со свойствами:
Все эти виды сетевого сервиса сети логично апробировать в рамках сети SuperRUNNet.
Третий блок - приложения нового поколения - являются главной целью программы. Область приложений очень обширна:
Возможности этого блока будут целиком обеспечиваться конкретными результатами первых двух блоков, т.е. создания базового уровня высокоскоростных каналов, а также выстоящего сервиса и протоколов. Реализация программы в полном объеме позволит создать мощную и в то же время гибкую среду для образования, культуры, науки, деловой активности, отдыха.