Výzkum ani vzdělávání by se dnes neobešly bez spolehlivých sítí, které nabízejí nejen potřebnou kapacitu pro přenos značných objemů dat, ale i rychlou odezvu pro interaktivní aplikace, ať již pro komunikaci mezi uživateli nebo mezi výzkumníky a jejich experimenty či přístroji. Právě vysoká úroveň i různorodost požadavků vedly prakticky od počátku rozvoje počítačových sítí k nutnosti budovat pro výzkumnou a akademickou komunitu sítě samostatné, protože ani internet by nedokázal tyto požadavky splnit, zejména s ohledem na rychlost odezvy, vyhrazení šířky pásma po dobu přenosu, spolehlivost a dostupnost síťové služby (nejrozšířenější paketový síťový protokol IP pracuje typicky v základním režimu best effort).
Foto: Archiv CESNET
Vrcholná mezinárodní konference TNC 2011 se zabývala mj. také diskusí na téma Sítě národního výzkumu za 10 let.
Služby výzkumných sítí jsou dnes velmi různorodé – od základního přístupu k internetu a IP služeb (vlastních i běžných) přes přístup k úložným sítím a databázím až ke službám typu cloud – a každá z národních sítí tak nabízí několik desítek služeb. Výzkum ve specializovaných oblastech se v současnosti obvykle neodehrává na jediném místě, nýbrž je distribuován do mnoha center doslova po celém světě. S tím rostou požadavky na kapacitu sítí propojujících jednotlivá pracoviště. Proto jsou také národní sítě propojovány do globálních infrastruktur – evropské sítě pro výzkum a vzdělávání propojuje páteřní síť GÉANT; ta je spojuje se zámořskými sítěmi a samo-zřejmě internetem. Vzájemná spolupráce připojených národních výzkumných sítí také umožňuje sdílení či implementaci nových služeb vytvořených a ověřených v jiné síti.
K zásadní podpoře uživatelů je nutné průběžně zajistit, aby výzkumné sítě byly nejen schopné vyhovět velice různorodým (přenosovým) požadavkům uživatelů v každém okamžiku, ale byly dokonce o krok vpřed. Proto musí být jejich provozovatelé v neustálém přímém kontaktu s různými typy výzkumníků a akademických uživatelů, aby mohli přesně zmapovat jejich potřeby a předvídat další vývoj. S tím souvisí také výzkum a vývoj informačních a komunikačních technologií samých.
E-infrastruktury na podporu nejnáročnějších uživatelů
Česká národní síť pro výzkum a vzdělávání CESNET2 nabízí přenosovou kapacitu až 10 Gbit/s (s výhledem 40/100 Gbit/s v nejbližších letech) na optické infrastruktuře s využitím vlnového multiplexu, kde několik vlnových délek paralelně podporuje signály o multi-gigabitové rychlosti, čímž se kapacita každého optického vlákna zmnohonásobuje. Síťovým protokolem je samozřejmě IP (Internet Protocol), ale pracuje se na hybridizaci sítě, aby ještě lépe vyhověla krajním požadavkům uživatelů. Hybridní síť bude vedle všech současných a budoucích IP služeb nabízet přímo tzv. lambda služby, které umožní na nejnižší fyzické úrovni vyhradit pro daný účel po určitou dobu okruh (vlnovou délku, tj. lambda) pro přenos velkého objemu dat citlivého na dobu přenosu, spolehlivé doručení a vysokou rychlost odezvy. Takový přenos by totiž ani po stávající síti nemusel být realizovatelný v požadované kvalitě a mohl by navíc značně omezovat přenosové požadavky ostatních uživatelů. Oddělením lambda služeb se dosáhne splnění všech požadovaných parametrů „extrémního“ uživatele a přitom nebudou negativně ovlivněni ostatní uživatelé.
CESNET2 je jedinečná síť, protože poskytuje služby specifické skupině uživatelů na nekomerční bázi; nekonkuruje a nemůže být jednoduše srovnávána s komerčními poskytovateli internetového připojení. Stávající stovky tisíc uživatelů CESNET2 jsou nejen z veřejných vysokých škol a ústavů Akademie věd ČR, ale i z dalších 304 subjektů, mezi něž patří výzkumné organizace, technologická a inovační centra, nemocnice, knihovny, střední a základní školy.
Postupným vývojem se CESNET2 transformuje na e-infrastrukturu, která zahrnuje několik složek, mezi nimiž zaujímají klíčovou roli složky komunikační a gridová vedle podpůrných infrastruktur nezbytných pro vzdálenou spolupráci, autentizaci a autorizaci uživatelů a jejich bezpečnost. Páteřní infrastruktura propojuje největší univerzitní města naší republiky okruhy, jež umožňují vytvářet virtuální infrastruktury s přenosovými rychlostmi 10 Gbit/s. Gridovou infrastrukturu provozuje a spravuje brněnské MetaCentrum; v rámci mezinárodní spolupráce je součástí EGI.eu. CESNET navíc spolupracuje s experimentální infrastrukturou pro ověřování náročných datových přenosů GLIF (Global Lambda Integrated Facility).
Letos CESNET na podporu uživatelů z komunity výzkumníků zahájil dva nové stěžejní projekty. Tím hlavním je Velká infrastruktura CESNET (2011–2015) – viz AB 5/2011. Na něj úzce navazuje projekt Rozšíření národní informační infrastruktury pro VaV v regionech (eIGeR), k jehož úkolům patří zvýšení kapacity přístupových rozhraní; posílení výpočetního výkonu gridového MetaCentra a vytvoření základu národní gridové infrastruktury; vybudování tří velkokapacitních úložišť umožňujících ukládání a sdílení velkého množství dat, včetně jejich střednědobé a dlouhodobé archivace; zvýšení kapacity a posílení infrastruktury pro realizaci videokonferencí.
CESNET se navíc podílí na několika mezinárodních projektech v rámci evropského výzkumného programu FP7, které souvisejí s rozvojem e-infrastruktur:
• GN3 (Multi-Gigabit European Academic Network) – budování panevropské sítě GÉANT;
• EGI-InSPIRE (European Grid Infrastructure – Integrated Sustainable Pan-European Infrastructure for Researchers in Europe) – rozvoj celoevropské gridové infrastruktury vybudované v sérii projektů EGEE (Enabling Grids for E-sciencE);
• EMI (European Middleware Iniative) – vývoj middlewarových komponent pro EGI grid;
• OSIRIS (Towards an Open and Sustainable ICT Research Infrastructure Strategy) – koordinace rozvoje nadnárodních evropských výzkumných infrastruktur v oblasti informačních a komunikačních technologií;
• CHAIN (Co-ordination & Harmonisation of Advanced e-INfrastructures) – propojení regionálních gridových infrastruktur v Asii, Latinské Americe a Africe s EGI gridem.
Výzkum a vývoj komunikačních technologií
Výzkumné sítě ale nejsou pouhým nástrojem pro komunikaci a realizaci vlastních záměrů uživatelů z výzkumné a akademické komunity. Vedle spolehlivé podpory uživatelů je jejich stejně důležitým úkolem výzkum a vývoj v oblasti komunikačních a informačních technologií. Právě v těchto sítích se totiž vyvíjejí a zkoušejí nové technologie. CESNET proto není jenom provozovatelem sítě CESNET2, ale také špičkovým centrem výzkumu a vývoje. Výsledky výzkumu a vývoje se přímo aplikují v infrastruktuře a nabídce poskytovaných služeb, ale jsou také předmětem patentů, užitných vzorů, hardwarových prototypů i softwaru a využívají se i v dalších typech sítí včetně komerčních. Součástí výzkumného záměru CESNET je především řešení v oblasti optických a IP sítí, výpočetních a přístupových gridů, mobility, multimediálních služeb či problematika koncových služeb s vysokou kvalitou.
S tím souvisí také dlouhodobá spolupráce mezi špičkovými výrobci síťových technologií a provozovatelů výzkumných sítí, která spočívá v testování a ladění nových produktů (hardware, software, systémů a služeb) v různorodých podmínkách včetně těch nejnáročnějších, které tyto sítě v principu nabízejí na rozdíl od běžných komerčních provozních sítí.
Diskusní fórum na TNC 2011
Témata, která se týkají výzkumných sítí v nejbližší dekádě, a to jak rozvoje jejich technologií, tak uživatelských aplikací v souvislosti s neustále rostoucími požadavky výzkumné a akademické komunity, byla námětem každoroční vrcholné mezinárodní odborné akce TERENA Networking Conference 2011 (TNC 2011; http://tnc2011.terena.org/). V květnu ji v Praze hostil CESNET a organizovalo transevropské sdružení podporující vznik a rozvoj národních výzkumných sítí TERENA (Trans-European Research and Education Networking Association). Toto sdružení představuje fórum pro spolupráci, inovaci a sdílení znalostí za účelem podpory rozvíjení internetových technologií, infrastruktur a služeb pro výzkum a vzdělávání. Jeho smyslem je sdružovat odborníky z komunity výzkumných sítí v celé Evropě a mobilizovat jejich odborné znalosti a zkušenosti na podporu moderního výzkumu, vývoje a vzdělávání.
TNC 2011 se stala letošním největším a nejvýznamnějším evropským setkáním v oblasti síťových technologií. Důležitým argumentem pro udělení pořadatelství akce sdružení CESNET byla nejen skutečnost, že síť CESNET2 patří mezi nejvýkonnější národní infrastruktury vůbec, ale také fakt, že v letošním roce si CESNET připomíná 15. výročí svého založení.
Jedním z vrcholů čtyřdenního programu byla panelová diskuse ředitelů národních sítí pro výzkum a vzdělávání na téma Sítě národního výzkumu za 10 let. Zúčastnili se jí ředitelé několika národních výzkumných sítí: Claudio Allocchio (GARR, Itálie), Martin Bech (UNI-C, Dánsko), Thomas Brunner (SWITCH, Švýcarsko), Tim Marshall (JANET, Velká Británie) a také David Lambert (Internet2, USA). CESNET2 reprezentoval ředitel Jan Gruntorád, který zdůraznil předpoklad, že výzkumná komunita bude hlavním nástrojem inovačních trendů v mnoha oblastech společnosti, a připomenul existující výzvu v podobě nároků ze strany výzkumníků na vyspělé služby, jež nejsou a nebudou dostupné od komerčních poskytovatelů (za rozumné ceny).
Uživatelé již začínají požadovat komplexní služby e-infrastruktury přesahující stávající síťové služby. Moderní komplexní služby budou sloužit globálním virtuálním výzkumným komunitám, a proto bude třeba přesněji diferencovat a kategorizovat jednotlivé skupiny uživatelů pro co nejlepší přístup pro vyhovění jejich požadavkům. Výzkumné sítě se tak méně zaměří na služby a více na uživatele samé. E-infrastruktury budou (muset) podporovat spolupráci mezi soukromým a veřejným sektorem.
S jejich komplexností jako hybného nástroje vědy a vzdělávání roste také potřeba důkladněji vzdělávat uživatele. Mnozí z nich přitom už přestali vnímat síť jako nedotknutelnou černou skříňku; znají její uspořádání a díky svým schopnostem a možnostem informačních a komunikačních technologií se spolupodílejí na její tvorbě a chodu. Výzkumné sítě tak dnes plní nejen úlohu podpory, ale též vzdělávacího střediska pro stávající i nové komunity uživatelů.
Z pohledu konkrétních technických požadavků je třeba počítat s nutnou spolehlivou správou rostoucích objemů dat i datových zdrojů a úložných prostředků, které budou stále více globálně distribuovány. Současně se budou stále zvyšovat nároky na bezpečnost uživatelů, síťových prostředků (včetně přístupu nejen k výpočetním zařízením, ale i k připojeným přístrojům a prostředkům jiného typu, sloužícím přímo pro výzkumné účely), na bezpečnost dat; s ohledem na citlivost výzkumu a vývoje také na zabezpečení duševního vlastnictví dat a dalších výstupů práce uživatelů. Rovněž bude třeba důkladněji technicky podpořit mobilitu uživatelů výzkumných sítí – na podporu distribuovanosti výzkumu, a to při současném vysokém zabezpečení jejich přístupu k síti a komunikace odkudkoli. To vše si podle ředitele CESNET2 vyžádá celkovou rekonstrukci výzkumných sítí a výraznější spolupráci s poskytovateli dalších prvků e-infrastruktury, jako je grid, cloud, datové centrum, supercomputing či technické prostředky pro spolupráci.
Mezi obecnější výzvy pro výzkumné sítě zmíněné v rámci konferenčního panelu patří globalizace, distribuovaná věda, náklady na vzdělání a celoživotní vzdělávání, změny v oblasti konkurence a management nejrůznějších rizik. To vše vyžaduje posílení vyspělých výzkumných sítí a jejich služeb, úzkou spolupráci nejen ve výzkumné komunitě, ale i s průmyslovým (komerčním) sektorem, zaměření na nadstavbové služby (nad běžnými síťovými službami). Komerční poskytovatelé sami nemohou vyhovět rostoucím požadavkům vědecké a akademické komunity, proto přítomnost výkonné a efektivní nekomerční organizace výhradně se zaměřující právě na poskytování vhodné infrastruktury bude nadále potřeba.
Zatímco výzkumné komunity se mohou prostřednictvím fungující infrastruktury zabývat svými úkoly, někdo se musí starat o běh a rozvoj infrastruktury samé – aby fungovala spolehlivě 24 hodin denně a její služby byly dostupné trvale, bez výpadků, s potřebnou mírou zabezpečení. K tomu musí organizace pečující o rozvoj výzkumných sítí zajistit technickou podporu včetně komplexního managementu sítě (monitorování a správu jak konfigurace, bezchybného chodu a výkonnosti sítě, tak bezpečnosti), průběžně uspokojovat požadavky uživatelů, vše při důsledně rovném zacházení s různorodými skupinami uživatelů. Vedle toho je však ještě nutné zajistit potřebné financování celého chodu infrastruktury, s využitím normalizovaných prvků pro snížení nákladů a kupního potenciálu (jako špičkový odběratel síťových zařízení a služeb od výrobců a poskytovatelů).
Účastníci diskuse závěrem shrnuli, že je nezbytné reagovat na nové požadavky vědeckovýzkumné komunity a transformovat sítě národního výzkumu na poskytovatele komplexních služeb e-infrastruktury. Přitom e-infrastruktury, jejichž klíčovou součástí výzkumné sítě jsou, již nepředstavují jen fyzická síťová propojení, ale efektivní propojení lidského a znalostního potenciálu.
RITA PUŽMANOVÁ,
nezávislá síťová specialistka
English
