能源科學網路

能源科學網路(ESnet) 是連線美國能源部及其下屬所有國家實驗室、相關大學和其它部分國家科研機構的多環網，旨在促進資源共享與各實驗室間的協同能力。能源科學網具有在基礎設施方面的高連通性和數據傳輸方面的高可靠性、高效性等優點。

基本介紹

• 中文名：能源科學網路
• 外文名：Energy Science Network
• 簡稱：ESnet
• 學科：計算機
• 目標：促進各實驗室間的協同能力等
• 優點：在基礎設施方面的高連通性等

簡介

能源科學網(ESnet)創建於20世紀80年代中期，是由美國能源部(DOE)科學辦公室(Office of Science)資助、勞倫斯伯克利國家實驗室(LBNL)進行管理和運轉的一個數據通信網路，而對頻寬、全球連通性、可靠性和網路服務方而的需求，提供通用、有效、可靠、高性能的網路基礎設施，其初衷在於促進DOE的科學工作者與各協作人員之間的合作。ESnet在能源部所有的實驗室以及由能源部支持的大學之間建立高速連線，並且與100多個其他網路進行互聯，以便科學家們擺脫時間和地理位置的困擾，有效地利用DOE研究設備和計算資源來進行研究任務。

ESnet將能源部科學設施的能力帶到了科學家的桌而，它容許研究人員方便地利用主要的實驗工具，將大大增加利用能源部科學設施的研究人員的數量，加速科學發現的步伐，實現投資效益的最最佳化。

ESnet架構

ESnet是一個支持全球連通的、可靠的、魯棒性強且具有高吞吐量的高效網路架構。在2005年以前，ESnet的架構如圖1所示，其IP核心網主要為單一的環網，站點與ESnet核心路由器通過連線到集線器上的單一的點對點電信電路相連線。但是隨著科研的規模越來越大，這種網路模型的弊病也越來越明顯：可擴展性較差，不能根據網路配置和新的網路服務動態變化；單一鏈路上的單點失敗會導致可靠性降低。

圖1 2005年以前的ESnet架構

基於上述問題以及對頻寬和服務的需求，DOE從2005年至今通過與Level3電信和Internet2的合作逐步實現了現有的網路模型，即ESnet4，如圖2所示。骨幹網路的一部分使用了動態光電路固，以支持現有的大規模、高複雜度的科學研究。新模型在核心網與站點之間提供了多條冗餘鏈路，並提高了核心網路的吞吐量。

圖2 ESnet4架構

原則

其遵循的架構原則如下：

（1）全網使用多環路拓撲為鏈路提供冗餘。

（2）將大量的小數據流(Kb級)和少量的大數據流(Gb和Tb級)分開傳輸。

ESnet4架構

現有的ESnet4架構主要包含3個部分：IP核心網(core )、科學數據網(SDN)和城域網(MAN)。其中前兩者為核心主幹網。

1) IP core：主核心網，基於高速、高效的IP路由器以支持Internet流量訪問，提供科學合作服務，並對SDN進行部分備份。主要傳輸Kb級的小數據流。主幹已由最早期的T3升至IP over SONET( lOGbps)。

2) SDN：科學數據網，基於二層(乙太網)或一層(光學)交換機設備，採用光網路技術(DWDM)實現，提供多個10Gbps電路以支持大規模科學計算數據的傳輸(Gb/Tb級)和線路冗餘；能動態提供具有頻寬保證的端到端專用光通路(LightPath)來進行專門的服務。此網路部分基於Internet2網路線路和NLR (National Lambda Rail)。

3) MAN：城域網，由於早期的站點(主要是Lab)與其最鄰近路由器間的點對點鏈路易發生單點失效，為了保證連通性並為站點提供冗餘，提出了MAN，提供站點(Lab)到核心網的連通性，同時作為兩個核心網的本地擴展來使用，可以將偏遠站點連線至核心鏈路。同時支持IP流量和大規模科研流量。

除此三者之外，對於某些地理上孤立的站點，可以將其雙承連線(dual connection)到某個核心網上，以保證其彈性。

ESnet功能

ESnet是DOE為大規模科學協作提供高性能可靠通信而設立的基礎設施，其核心服務是提供國際間的數據通信，但實際作用遠不止此。

它的主要任務重心是在科學研究方面：例如，為大學和國際合作提供連線；為實驗室和科學研究提供高度可靠的站點連線；支持大規模科研的高頻寬數據流傳輸；提供具有服務質量保證的虛電路等。ESnet同時支持IPv4和IPv6，主要支撐業務包括：視頻會議、海量計算、遠程實驗操作、分散式數據存取、遠程協同工作、遠程可視化。

ESnet上的服務主要分為三類：分別為網路架構服務、認證與安全服務和會議服務。網路架構服務主要包括網路連通性服務、IPv4和IPv6服務、網路資源的監視和測絨、用戶支持服務、資源預留與頻寬保證服務;認證與安全服務主要包括WAN環境下的安全服務、容錯能力和災難恢復策略的架構、認證服務；會議服務主要包括音頻、視頻和數字電話會議等。當前ESnet比較成功的兩個科研服務分別是：作為PKI認證機構提供X. 509身份認證服務和語音/視頻/電話會議服務。ESnet及其服務正在向著直接(主動)回響科研需求方向不斷地演化。

ESnet不但提供上述服務，還提供網路運行管理，主要體現在ESnet設備的性能管理和站點突發請求的管理上。前者的主要任務是保證設備的物理安全和性能檢測，其客群主要是ESnet的股東和LBNL管理人員;後者是指在面對指定設備或某些特定事件發出的請求(需求)時，能夠做出有效而快速的回響，比如特定流的流量工程、連通性的額外備份等。

為了保證整個網路的可靠性，ESnet使用perfSONAR(基於性能服務的網路監測架構)來進行故障和性能監測，並針對不同情況進行處理，從而保證重要數據的高效傳輸。