Pro lepší kontrast nejprve uveďme několik dat z historie, která kupodivu není tak vzdálená. Nechce se ani věřit, že před necelými deseti lety, kdy CESNET v podstatě vznikal (tehdy ještě jako federální FESNET), měla celá síť i Slovenskem jedinou mezinárodní přípojku do Lince s kapacitou 9600 bitů za sekundu a vnitrostátní okruhy měly kapacitu nejvýše 64 Kb/s.
Jenže tenkrát ještě o moc nešlo, zejména proto, že WWW bylo v té době zcela neznámou zkratkou. S jeho nástupem v letech 1994–5 se samozřejmě výrazně zvýšily nároky na kapacitu meziměstských a mezinárodních okruhů. Většina vysokých škol také začala v polovině devadesátých let budovat optické metropolitní sítě založené na technologiích FDDI (100 Mb/s) a ATM (typicky 155 Mb/s).
Tím dále rostl tlak na propustnost národní páteřní sítě, pro niž byly limitujícím faktorem vpravdě nehorázné ceny monopolního dodavatele konektivity. V polovině roku 1996 tak kapacita přípojek mimopražských vysokých škol stagnovala někde v rozmezí od 256 Kb/s až po 2 Mb/s, což byla mimochodem vůbec nejvyšší rychlost, kterou byl SPT Telecom tehdy ochoten nabídnout.
V roce 1997 přišla záchrana v podobě projektu TEN-34 CZ, který navazoval na mezinárodní projekt TEN-34 (Trans-European Network at 34 Mbps). Díky masivní finanční podpoře státu a úsilí několika desítek řešitelů projektu se skutečně podařilo vybudovat národní páteřní síť založenou na technologii ATM a dosáhnout na všech hlavních trasách kapacity inzerované v názvu projektu, tedy minimálně 34 Mb/s.
Celá páteř původně používala mikrovlnná pojítka Českých radiokomunikací, ale postupně se přecházelo na optická vlákna Aliatelu, přesněji na jejich službu SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Hlavní páteřní spoj Praha-Brno byl rovněž povýšen na 155 Mb/s a v roce 2000 byl dokonce na téže trase zprovozněn nový okruh SDH STM-16 (2,5 Gb/s) na nenasvíceném optickém vláknu, jehož dodavatelem je MERO.
Jak se může každý přesvědčit na on-line mapě, pohybuje se zátěž páteřních linek zpravidla ve zcela rozumných mezích. Totéž se nedá bohužel říci o některých linkách mezinárodních, ale to už je trochu jiná kapitola.
Východiska pro nové řešení
Nová páteřní síť CESNET2 samozřejmě nevzniká ve vzduchoprázdnu. Její návrh odráží jak potřeby akademické komunity, tak i poslední vývoj vysokorychlostních síťových technologií. Ten se na mezinárodní úrovni zhmotní v roce 2001 do panevropské sítě Géant, která bude velmi těsně propojena s partnerskými sítěmi za oceánem, například Abilene či CA*net 3.
Současné trendy rozlehlých gigabitových sítí jsou založeny především na pokroku optických komunikačních technologií, kde se standardem stává DWDM (Dense Wave Division Multiplexing). Jeho cílem je znásobení přenosové kapacity optického vlákna současným využitím většího počtu (typicky několika desítek) vlnových délek, tedy vlastně „barev“.
Teoretický limit přenosové kapacity jednoho optického vlákna se tím dostává do závratných hodnot přinejmenším v řádu stovek terabitů za sekundu! To by mělo spolu s rozvojem konkurence na telekomunikačním trhu vést k radikálnímu snížení ceny přenosového pásma.
Na tomto předpokladu je pak založen princip předimenzovaných sítí (overprovisioned networks), které je dosud jedinou spolehlivou cestou k zajištění kvality služby ve velkých heterogenních sítích. Na rozdíl od současné situace v nich mají být páteřní linky zatíženy v průměru jen na 10–15 %. Zbývající pásmo pak slouží jako „polštář“, který zachytí fluktuace okamžitého zatížení. Pro koncového uživatele má taková předimenzovaná síť prakticky stejné parametry (ztrátovost paketů, zpoždění) jako zcela nezatížená pevná linka.
Pokud jde o technologie vyšších vrstev, lze již téměř s jistotou tvrdit, že technologie ATM, na níž je založena dnešní národní i evropská páteřní síť TEN-155, postupně zajde na úbytě, jakkoli do ní ještě před pár lety leckdo vkládal velké naděje. Ukázalo se totiž, že ATM je přes některé zajímavé vlastnosti celkově příliš složité a navíc jdoucí proti duchu Internetu, jehož základní protokol IP je postaven na principu nespojované komunikace.
Původně zamýšlený přímý souboj IP a ATM skončil naprostým vítězstvím prvně jmenovaného - vlastně k žádnému souboji ani nedošlo. ATM dnes nejčastěji najdeme v podřízené roli linkového protokolu pro přenos IP, což mimo jiné celkem zbytečně přidává další vrstvu do sloupce protokolů a zvyšuje režii datové komunikace.
V současnosti se má všeobecně zato, že pozici univerzálního komunikačního protokolu zaujme IP, který bude dokonce sloužit i pro přenos telefonních hovorů. Tomuto obrazu se postupně přizpůsobují i protokoly nižších vrstev anebo tyto vrstvy úplně mizí.
Prvním krokem je odstranění ATM z dnes běžného sloupce protokolů (shora) IP-ATM-SDH-DWDM. Dostaneme tak tzv. Packet over SDH (PoS), na němž bude alespoň zpočátku založena jak nová síť CESNET2, tak i mezinárodní síť Géant. Vše ale směřuje k tomu, že nakonec zmizí i vrstva SDH, která byla navržena především pro klasický multiplexing digitálních telefonních kanálů a pro přenos IP znamená opět zbytečnou ztrátu části pásma na přenos režijních informací. Výsledkem tak bude dvouvrstvá architektura IP-DWDM, která se někdy označuje jako Packet over Photon.
Technologie SDH se ovšem obvykle implementuje v kruhové topologii a v případě výpadku je schopna přepnout velmi rychle na záložní okruh (zhruba během 50 ms). Směrovací protokoly používané v Internetu (BGP, OSPF, IS-IS) potřebují naproti tomu k aktivaci záložní trasy typicky několik sekund.
Klasické datové služby používající protokol TCP se s takovými výpadky obvykle hladce vyrovnají, Pro telefonování a jiné podobné aplikace však představují vážný problém. Jeho řešení se hledá jak cestou vylepšování zmíněných směrovacích protokolů (viz např. [1]), tak i nezávislými metodami jako je třeba rychlé přesměrování (fast reroute) pomocí MPLS (Multiprotocol Label Switching), viz [2].
Co se tedy vlastně chystá
Na konci minulého roku nasmlouval CESNET na základě výběrového řízení vysokorychlostní okruhy SDH STM-16 (2,5 Gb/s) a ve dvou případech i pronájem nenasvícené optické trasy, celkem od šesti dodavatelů. Jednotlivé trasy budou uváděny do provozu v průběhu prvního pololetí 2001 a první z nich již koncem února.
Jak je vidět z přiloženého obrázku, topologie se proti současnému stavu příliš nemění, pouze ostravský uzel bude nově připojen přímo na Prahu namísto současné linky do Brna. Z hlediska robustního návrhu sítě není takováto téměř čistá hvězda jistě optimální, z předložených nabídek okruhů se ale nic lepšího nedalo poskládat. V blízké budoucnosti počítáme alespoň se zřízením jedné redundantní trasy Olomouc-Ostrava.
Každý uzel bude osazen gigabitovým směrovačem Cisco GSR 12000, který bude vykonávat jen nezbytné minimum funkcí. Na něj pak budou připojeny další směrovače (zpravidla přes gigabitový Ethernet), které se podělí o další funkce potřebné v dané lokalitě - připojení jednotlivých institucí, agregace okruhů menších kapacit, směrování multicastu, experimenty apod. Oproti současnému stavu, kdy je ve většině uzlů jediný směrovač, by toto rozdělení funkcí mělo znamenat výrazné zvýšení stability páteřní sítě a snazší lokalizaci případných problémů.
Závěr
CESNET2, nová národní páteřní síť pro výzkum a vzdělávání, s jejímž budováním se začíná v těchto dnech, bude znamenat další kvalitativní skok vpřed. Poprvé v historii překoná páteřní síť svou rychlostí aktuální standardy lokálních a metropolitních sítí. Vzhledem k tomu, že přenosové rychlosti páteřních linek sítě Géant se mají záhy dostat na 10 Gb/s, otevřou se akademické komunitě zcela nové možnosti v oblastech distribuovaných výpočtů, vzdáleného řízení experimentů, telemedicíny, IP telefonie, videokonferencí aj.
Páteřní síť CESNET2 bude mimo jiné zajímavá i komplexním nasazením technologie MPLS. To je ale téma na samostatný článek - takže zase někdy příště.
Další podrobnosti o chystané síti se dočtete v průběžné zprávě TEN-155 CZ za rok 2000, která se během ledna objeví na www.ten.cz.
ČLÁNKY DO MAILU