世界各国教科网建设（二）

文/安捷 刘莹 任罡 吴茜

世界各国教科网建设（二）

文/安捷 刘莹 任罡 吴茜

编者按

如今，不少国家和地区都建设了自己的国家教育科研网，并逐渐发展成为该国/地区的教育科研基础设施之一。本文主要从主干网规模、组织管理模式、服务和应用等方面讲述美国、欧洲国家教科网的建设情况。

美国国家教育和科研网Internet2及能源网ESnet

Internet2

Internet2成立于1996年，是由美国教育和科研团体组成的先进网络技术联盟，这个组织的主要目的是开发先进的网络应用，并且研究和开发未来的网络创新技术。目前，Internet2有近500个会员单位，会员按照不同的性质，分成四类：高等教育机构、地区教育和科研网、从事教育和科研的非盈利组织（附属会员）、企业和政府机构等。

在Internet2的会员中有252所大学，按照“卡内基高等教育基金会”的分类标准，基本都属于“研究能力非常强”和“研究能力强”的大学。此外会员中还包括41个区域和州的教育科研网，为各州的大学、研究机构等提供连接到Internet2主干网的服务。其中，20个州教育科研网作为主干网的连接点（CONNECTOR）为其他会员提供连接到主干网的服务。会员中还有82个代表网络先进技术的公司，68个包括政府机构在内的联盟成员，并与100多个国家的教育科研网进行国际网络互联。

1.主干网规模

Internet2拥有先进的主干网，主干网带宽达到100G，总容量为8.8Tb, 光纤15000 多英里，网络通达以往没有到达的区域，扩大联网范围，以提供连接全美范围的超过20万个社区锚网所需要的带宽能力和范围。

目前Internet2主干网连接了60000多个科研机构。Internet2主干网的主要目的是为目前高性能、先进的网络应用提供可靠的网络服务，同时也为创新型网络应用技术的研究提供有力的试验平台。

Internet2的主干网建设主要是靠运营商资助、国家投资和收取会员费等方式。早期Internet2的主干网是Qwest通信公司资助的Abilene。2006年开始Internet2的主干网由Level 3公司提供。新的主干网被命名为"Internet2 Network"。2011年Internet2在国家电信和信息管理局的BTOP计划的6250万美元以及连接Internet2的高等教育团体的3400万美元的支持下，启动并部署泛美的100G光纤网络设施，2013年中完成整个网络基础设施的建设，项目连接的单位包括学校、图书馆、小区学院、健康中心及公众安全机构等小区机构；并支持商业互联网未能支持的先进应用，比如远程监控和远程医疗应用等。这个项目将促进宽带应用的转型，由此可以从根本上提高改善教育，医疗保健，公共安全，并创造就业机会等经济创新方法。新网络还将支持其正在服务的研究和高等教育对带宽需求的指数式增长。Internet2 主干网拓扑如图1所示。

2.组织管理模式

Internet2是一个由会员构成的社会团体组织，主要是会员单位主导的管理模式，设有董事会和项目咨询委员会。

董事会的任期为3年，由会员单位选举。董事会除了包括大学校长外，还包括从首席信息官、网络研究人员、学科研究人员到行业合作伙伴的代表，负责战略方向，领导和监督。2006年，董事会创建了Internet2治理和提名委员会（GNC），以提供关于改善治理的建议。

项目咨询委员会主要负责为Internet2项目提供战略指导，发展重点和方向，咨询委员会成员来自学术界，研究和行业领导者。

Internet2的运行维护费主要来自会员费。会员费用包括两部分：一部分是会员费（membership dues）；另一部分是网络访问费用（network participation fees）。网络访问费是针对非网络连接点（Connector）的会员收取。

3.开展和支持的应用

Internet2的核心任务是开发先进的网络技术，提供一个现有互联网无法提供的先进的、全国性的高性能网络基础设施和研究试验平台。Internet2除为其会员提供服务，管理会员所在校园及相关的技术需求之外，还为会员组织机构制定战略技术路线图，以及规划新的举措。

Internet2为各工作小组、特别兴趣小组以及科学、工程、健康科学和表演艺术等诸多学科的社群提供支持，包括信任和身份（共同的）、治理、艺术和人文、健康和生命科学、科学和工程、K20教育、中间件、安全、先进网络、国际社群等。开展的研究包括：网络中间件、安全性、网络性能管理和测量、网络运行数据的收集和分析、新一代网络及部署（GENI、Hybrid-MLN等）以及全光网络等。

在信任身份和中间件领域，Internet2为InCommon联邦、InCommon证书服务、InCommon保障计划、InCommon多因素身份验证、Shibboleth、Grouper、COmanage、EduPerson&EduOrg、MACE注册等提供服务。

图1 Internet2 主干网拓扑

Internet2的性能监控工具用于帮助网络工程师快速地确定国际网络中存在的服务问题。所开发的软件perfSONAR被用于网络资源的端到端监控和故障诊断，例如：Deepfield分析服务、性能保障服务、AND性能工具，目前已在世界各地100多个点中得到部署应用。

长期以来，Internet2支持美国科研与教育领域利用新技术开展创新和协作，目前Internet2提供的服务倾向科研创新与发现，从宇宙的组成，到癌症治疗、气候变化等均有协作项目，以期将对商业、科学、体育、教育、新闻和医学等产生影响。

美国能源网ESnet

ESnet是美国能源部的专用科学网络，用于科学研究，帮助研究人员满足其从实验到发现的目标。ESnet是一个高性能、非机密的国家网络，由美国能源部（DOE）科学办公室（SC）资助建造，由劳伦斯伯克利国家实验室负责管理，ESnet为40多个能源部的研究站点提供服务，包括整个的国家实验室系统、超级计算设施以及大型科学仪器。此外，ESnet还连接至140个研究和商业网络。

ESnet的使命是通过提供网络基础设施、功能和工具，使科学发现变为可能，并加速科学发现的进程。

ESnet的目标：一是科学进步将完全不受限于仪器、人员、计算资源或数据的物理位置；二是在每一个领域、每个规模上的协作，都将使研究人员能够获得所需的信息和工具，从而使之能够最大程度地受益于科学设施、全球网络以及新兴的网络功能；三是ESnet将促进合作伙伴关系以及先进技术的发展。

1.第5代ESnet

2009年，ESnet从美国能源部科学办公室处获得了6200万美元的“美国研究和恢复法案”（ARRA）资金，投资建造其下一代基础设施，以期在数据密集型科学这一新时代，为研究发现提供必要的支持。经过三年的规划和部署，2012年11月推出了ESnet5，即ESnet的第5代网络。该网络是与Internet2合作建造的一个先进网络，连接着美国的研究型大学。利用来自美国商务部的“恢复法案资金”，Internet2和ESnet将其激励资源汇集在了一起，利用Ciena 6500分组光纤平台，共同部署大规模的8.8Terabit网络，两个组织共享这些资源和网络，分别为其社群提供服务。

2.100Gbps可重构试验床

除了建造ESnet5网络，ESnet还建造了一个国家级的网络试验床，供研究人员和业界在100Gbps上试验新的网络技术、协议和应用。试验床支持的研究包括多层多域混合网络、网络协议、用于测试未来功能的组件、保护与恢复、大批量数据流的自动分类、高通量中间件与应用，以及其他的创新网络实验。ESnet接受新的提议，每六个月使用一次试验床。

3.暗光纤试验床

ESnet自商家购买了近13000英里的暗光纤供美国能源部使用。通过建造研究试验床，并利用光学装置“点亮”暗光纤，ESnet使网络研究人员能够安全地开展破坏性试验，将在一个类似产品的环境中以100Gbps的速度形成一个下一代互联网。

4.ESnet IPv6服务

ESnet是6bone IPv6试验床项目的早期参与者，全面负责6bone的管理工作，直至6bone退役。ESnet有若干服务可用来帮助美国能源部的研究站点部署IPv6。包括IPv6地址空间、通过IPv6可用的开源软件镜像，以及IPv6时间服务器。同时，ESnet在若干商业以及研究和教育交换点有IPv6接入点。

欧洲教科网GÉANT

图2 GÉANT主干网络拓扑

GÉANT基本情况

2000年，欧盟委员会和欧洲参与国的国家教育科研网络、欧洲学术网络组织DANTE及欧洲计算机网络研究和教育协会TERENA共同投资2亿欧元启动GÉANT网络，其目的是改善欧洲研究和教育网络基础设施。

目前GÉANT连接了36个欧洲国家教科网单位和北欧5国的国家教科网代表单位NORDUnet，拥有近50000公里网络基础设施，其中包括12000公里光纤。GÉANT主要主干网速率是10G，个别是40G，正在计划升级至100G，连接了43个国家，有44个路由节点，连接的研究单位约10000个以及27000个中小学，最终用户达5千万。GÉANT拓扑如图2所示。

GÉANT主干网的建设费用由欧盟和连接GÉANT的国家教科网共同承担。GÉANT是在欧盟第五框架计划FP5下建立起来的，其总预算为2亿欧元，其中欧盟提供了8000万欧元资助。GÉANT2是在欧盟第六框架计划FP6下资助下建设起来的，其总预算为1.79亿欧元，其中欧盟提供了9300万欧元资助。GN3是FP7计划资助的，总预算为1.82亿欧元，其中欧盟提供9300万欧元资助。GN3plus总预算为8500万欧元，其中欧盟提供的资助是4200万欧元。

表1 目前欧洲各学术网开展的研究类型

GÉANT运行与管理

正如欧洲教科网所希望的，2014年10月7日，TERENA会员和DANTE股东在德国柏林举行的会议上投票决定重组，成立一个新的机构——GÉANT协会。这次重组意味着欧洲一个接近30年的教育与科研组织合作新时代的开始。重组的决定来自于DANTE和TERENA共同服务的欧洲国家教育和科研网络GÉANT。2011年，欧盟委员会设立的GÉANT专家组在一份名为《知识不分国界》的报告提出了一些建议。作为对此的回应，2012年5月成立的一个名为Reykjavik Group（雷克雅未克小组）的组织也发布了一篇报告。而欧盟国家教科网（European NRENs）也在这篇报告公布后，确定需要制定一个新的战略，以便在欧盟为未来研究和创新发展而制定的“地平线2020计划”中占有一席之地。

这次重组是在网络及其架构与服务相结合的很好的合作，将带来更有效的管理和服务，有利于教育与科学研究的发展，同时也将促进欧洲经济的发展和竞争力的提高。

GÉANT协会的组织管理

GÉANT 协会主要工作包括以下几个方面：

一是人与人之间的联络，如组织研讨会、会议和大会，与其他单位、用户社团、工业界和欧盟的沟通；

二是技术服务，包括支持技术创新，例如信任与唯一性，安全与认证，移动与接入，灵活接入方案和实验床设施，云服务、媒介和实时通讯；

三是提供人力资源，为招标、项目管理、社团凝聚、网络运行以及对外宣传和培训等专业服务，协调共享社团内部的专业知识；

四是与国际教科网组织间的国际合作。

开展和支持的应用

GÉANT连接的各学术网支持开展先进的网络技术研究和科学试验。根据欧洲教育和科研网络组织（TERENA）的统计，目前欧洲各学术网开展的研究类型见表1。

未来发展

GÉANT2020计划的目标包括带动网络发展、支持知识社区发展、提供安全信任和身份的网络环境、构建GÉANT合作生态系统、开发GÉANT合作伙伴的人力资本、保障GÉANT基础设施的未来长期可持续性。

（作者单位为清华大学信息化技术中心）