Internet 2

1. Introducción
El proyecto Internet2 se trata, ni más ni menos que de la posibilidad de navegar en la red a una velocidad de 622 megabits por segundo, más de 1000 veces la velocidad actual disponible. La propuesta viene de Estados Unidos, el país donde nacieron las actuales autopistas de la información y en cuya construcción e innovación participan los mejores investigadores de todo el mundo.
Posiblemente, si el desarrollo de Internet2, de momento de uso exclusivo y experimental en algunas universidades, llega a buen puerto, se podrá navegar por la red en los próximos años a una velocidad 5000 veces más rápida que hasta ahora. Después de Internet2 o antes de éste, todo depende de qué proyecto salte antes a la Red, vendrá la Internet de la Nueva Generación. Más tarde, llegarán Internet 3, 4, 5...
Más de 130 universidades participan en este proyecto. Y de hecho, hay varias que ya están conectadas a Internet2. Por ejemplo la conexión de la Universidad de Minnessota a esta nueva red Internet2, proporcionada por la compañía norteamericana Norlight Telecommunications, resulta más de 5000 veces más rápida que el típico módem que la mayoría de los internautas tiene instalado en su casa para navegar por la red. Entre ellas además están incluidas todos los grandes centros investigadores como las universidades de Stanford, Harvard, el Massachusetts Institute of Technology (MIT), Columbia, Duke, John Hopkins, Princeton o Yale. Al menos tres de estos centros estarán conectados a velocidades de 622 megabits por segundo, mas de 1000 veces la velocidad disponible en la red en este momento.
Pero no sólo las universidades están inmersas en la tarea de desarrollar las autopistas de la información, sino que numerosos organismos del Gobierno Federal de EE.UU., organizaciones sin ánimo de lucro (ONG) y miembros de la industria de supercomputadores y equipos de telecomunicaciones participan en la tarea. Es el caso de la NASA que se ha dado cuenta de que en los próximos años va a recibir una ingente cantidad de información de sus satélites y sondas interplanetarias. Tanta, que transmitirla a los distintos centros de investigación y a la comunidad científica dispersa por el mundo era impensable en las condiciones actuales.
Para unir a todos los centros interesados en participar en estos proyectos, la Administración Clinton presentó en su momento lo que denominó NGI: la Internet de Nueva Generación (Next Generation Internet). Este proyecto contó con un presupuesto en tres años de 300 millones de dólares (más de 45000 millones de pesetas), y en él participan la agencia espacial, el Departamento de Defensa, la Fundación Nacional para la Ciencia y el Departamento de Energía.
La Internet de Nueva Generación propugnada por Clinton y la Internet2 de las universidades son dos programas diferentes pero con muchos puntos en común y objetivos complementarios. De hecho, el proyecto Clinton engloba a la Internet2 y cuenta con esta herramienta como una de las piezas esenciales del desarrollo de estas nuevas superautopistas de la información.
Sin embargo, las universidades mantienen una absoluta independencia para llevar a cabo su proyecto. Y sus objetivos son enormemente ambiciosos. En apenas tres años, se han impuesto el reto de desarrollar no sólo la infraestructura, los cables y equipos que dirigen la circulación de toda esta información, sino también las aplicaciones finales. Es decir, los programas de software que serán capaces de aprovechar toda esta fuerza bruta. Además de una mayor velocidad, se creará todo un conjunto de herramientas que hoy no existen. Se habla de cosas como telemedicina, teleinmersión (sumergirse en ambiente compartido, donde se pueden realizar reuniones virtuales), librerías digitales de audio y vídeo, y realidad virtual en su máxima expresión. Con ellas, cambiarán las formas de aprender, comunicarse y colaborar.

2. Contexto y diseño
En Octubre de 1996 representantes de unas 40 universidades con centros de investigación y organizaciones similares se reunieron en Chicago y acordaron trabajar juntos en el Proyecto Internet2 a menudo también llamado I2. Los participantes de este encuentro crearon también un Comité de Dirección de Internet2 y diversos grupos de trabajo.
3. Visión general de la arquitectura
Toda la arquitectura para la infraestructura de Internet2 se basa en unas cuantas consideraciones técnicas y prácticas. Una de ellas es la necesidad de minimizar los costes totales para las universidades participantes proporcionando el mismo circuito de conexión local de alta capacidad para el acceso, tanto a la Internet comercial como a los servicios avanzados. Además, podrán incorporarse otros proyectos y programas universitarios mediante una arquitectura flexible de interconexión regional. Por ejemplo, un servicio de red de área metropolitana podría ofrecer un servicio Internet de alta capacidad a estudiantes y a residencias de las facultades, y la universidad necesitaría una interconexión de gran capacidad con este servicio. Para servicios avanzados de área extensa, un solo servicio de interconexión entre gigapops (probablemente el vBNS patrocinado por la NSF: National Science Foundation's very high speed Backbone Network Service) sería suficiente en un principio. Un número determinado de proveedores de servicios sería capaz de ofrecer servicios avanzados a medida que las tecnologías se fueran transfiriendo al sector privado. El diseño de Internet2 debe optimizar la capacidad de las universidades para adquirir servicios prestados por la más amplia variedad de proveedores.


En la figura anterior se muestra la arquitectura completa de Internet2. El nuevo elemento clave en esta arquitectura es el gigapop (de gigabit capacity point of presence o "punto de presencia con capacidad de gigabits"), un punto de interconexión de tecnología avanzada y alta capacidad donde los participantes de I2 pueden intercambiar tráfico de servicios avanzados con otros participantes del proyecto. Las universidades de una determinada región geográfica se unirán en un gigapop regional para conseguir una variedad de servicios Internet. Cada universidad (como Alpha y Baker en la figura 1) instalará un circuito de alta velocidad al gigapop que le corresponda, a través del cual obtendrá el acceso tanto a los servicios de la Internet comercial como a los avanzados de Internet2. Los gigapops, por tanto, se unirán para adquirir y gestionar la conectividad entre los mismos en una organización cuya estructura y forma legal aún está por determinar, pero que provisionalmente se llama "Entidad Colectiva" (Collective Entity, CE). Potencialmente, en el gigapop habría un amplio rango de servicios disponibles, limitados tan sólo por las razones del mercado y por la absoluta prioridad y aislamiento de los servicios I2.
Para cumplir los requisitos de los desarrolladores y aplicaciones de Internet2, debe existir soporte para los servicios avanzados, tanto en los centros universitarios como en los gigapops. Dentro de los centros habrá muchas formas de afrontar este requisito, formas que no se enumerarán aquí. En los gigapops el servicio de interconexión de área extensa debe dar soporte tanto al servicio de calidad diferenciada como al transporte de alta capacidad y seguridad. Puesto que estas capacidades aún no están disponibles en los ejes principales de la Internet comercial, la Entidad Colectiva establecerá una red de interconexión de propósito especial entre gigapops. Se espera que inicialmente esta interconexión la proveerá el vBNS de la NSF. Con el tiempo, sin embargo, la conectividad vBNS se incrementará con otras rutas de interconexión con el fin de dar a I2 un conjunto de conexiones redundantes y extensas.
El concepto de gigapop puede incrementar enormemente la competencia en el mercado entre los proveedores de servicios Internet y ayudar a asegurar servicios I2 rentables a largo plazo. Esta debería ser la forma más común para que las redes de usuarios finales tuviesen acceso a una gran variedad de servicios de comunicaciones, desde el transporte básico Internet hasta la "replicación" (caching) y provisión de contenidos.
Internet2 tiene cuatro componentes técnicos principales:
Aplicaciones que requieren servicios de nivel I2, tales como las que el Grupo de Aplicaciones ha esbozado, y el equipamiento que los usuarios finales necesitan para ejecutar esas aplicaciones (simbolizado por las pantallas de color más oscuro de la figura anterior).
Redes de centro universitarios que conectan a los usuarios finales en sus laboratorios, aulas u oficinas (nubes Alpha, Baker, Charlie, etc.) con los gigapops.
Gigapops que consolidan y gestionan el tráfico de las redes de los centros.
Interconexiones I2 a través de los gigapops (nube central).
A través de esos componentes actúan:
Los protocolos para especificar y proveer la conectividad, especialmente la conectividad con los parámetros específicos de calidad de servicio (QoS).
Las herramientas de gestión de red, datos y organizaciones necesarias para mantener todo en funcionamiento.
Los mecanismos de asignación de costes y contabilidad necesarios para negociar distribuciones de costes razonables, eficientes y productivas entre los miembros de I2.
Se espera que los operadores de algunos gigapops también provean conectividad adicional. Por ejemplo, podrían servir a otras redes y a usuarios finales, además de a los miembros del consorcio gigapop I2. Pero esto debe hacerse de tal forma que no interfiera en la "nube" reticular de I2. En efecto, se define el gigapop I2 como el nodo de conexión entre los campus de los miembros de I2, otros gigapops I2 y redes locales que sirvan a miembros locales de I2, incluso aunque el operador de gigapop I2 también provea otros servicios a los miembros de I2 o a otras organizaciones.
La mayoría de los gigapops surgirán de la colaboración regional, a menudo adhiriéndose a acuerdos ya existentes, aunque algunos de ellos podrían ser suministrados comercialmente. La mayoría de las conexiones entre centros universitarios y gigapops se negociarán por la universidad y/o el gigapop; la mayoría de las conexiones entre gigapops se negociarán a través de los propios gigapops mediante la Entidad Colectiva.
El despliegue completo de las aplicaciones I2 requiere servicios de red de próxima generación sobre una base extremo-a-extremo. Esto implica actualizaciones muy importantes en la mayoría de las redes de los centros universitarios. Como ya se apuntó anteriormente, los miembros de I2 son responsables respectivamente, de adaptar sus redes universitarias a los estándares I2.
4. Gigapops
Desde un punto de vista lógico, un gigapop es un punto regional de interconexión de red que, normalmente, provee acceso a la red inter-gigapop para algunos miembros I2.
Organizativamente, se espera que los gigapops los implementen una o más universidades, aunque puede haber excepciones. Por ejemplo, la Entidad Colectiva podría encargarse de gestionar ciertos gigapops, las universidades podrían operar otros en su propio nombre y en el de sus instituciones vecinas, y otros podrían ser gestionados por entidades comerciales. No es práctico ni posible encargar a una sola entidad la operación de todos los gigapops. El funcionamiento del gigapop y la coordinación se realizará a través de una organización tipo paraguas, a la que se denominó simplemente Entidad Colectiva, pendiente de futuras discusiones estructurales.
Desde un punto de vista físico, un gigapop es un lugar seguro y ambientalmente acondicionado que alberga un conjunto de equipos de comunicaciones y hardware de soporte. Los circuitos terminan allí, tanto si se trata de redes de miembros de I2 como redes de área extensa para transportar datos, sean I2 o comerciales. Se da por supuesto que las redes miembro de I2 no son redes de tránsito, es decir, no generan tráfico entre un gigapop e Internet. Los gigapops darán servicio a redes de no-transito de usuarios finales a través de la propia gestión de encaminamiento IP (protocolos Internet). Los gigapops I2 no darán servicio a redes comerciales de tránsito, ni está permitido el acceso ilimitado de los datos a través de tales redes por medio de la infraestructura de encaminadores del gigapop. Los enlaces entre gigapops solamente conducirán tráfico entre centros Internet2.
Una función clave de un gigapop es el intercambio del tráfico de I2 con un ancho de banda específico y otros atributos de calidad de servicio. Además, el tráfico estándar IP puede ser intercambiado por medio de proveedores de servicio Internet que tengan una terminación en el gigapop, eliminándose así la necesidad de tener conexiones de alta velocidad separadas entre las redes de las universidades participantes y otros puntos de intercambio de los ISPs. En algunos casos, los gigapops atenderán a clientes y a fines más allá de la comunicación entre desarrolladores de aplicaciones I2. En concreto, los gigapops deben enlazar las redes de centros universitarios I2 con:
Otras redes del área metropolitana en sus propios ámbitos, por ejemplo, para suministrar educación a larga distancia.
Socios investigadores y otras organizaciones con las cuales dichos miembros de I2 deseen comunicarse.
Otras redes de área extensa dedicadas de elevado rendimiento, por ejemplo aquellas que el Gobierno implemente para sus propias unidades de investigación.
Otros servicios de red, por ejemplo, proveedores comerciales de red principal Internet (Internet backbone).
Los gigapops funcionarán con un mínimo de plantilla in situ. El soporte operativo será provisto por un reducido número de Centros de Operaciones de Red I2. De cualquier forma, no darán servicio al usuario final. Los gigapops deben participar en la gestión operativa de I2, recogiendo datos sobre la utilización y compartiendo entre sí y con los operadores de las redes universitarias toda la información necesaria para programar, prevenir, hacer el seguimiento, solucionar los problemas y responsabilizarse del servicio de red I2.
En la practica, se espera que los gigapops se dividan en dos grupos principales:
Los gigapops del tipo I, que son relativamente simples, dan servicio solamente a miembros de I2, encaminan su tráfico I2 a través de una o más conexiones con otros gigapops y, por consiguiente, tienen poca necesidad de encaminamiento interno complejo o de utilizar cortafuegos.
Los gigapops del tipo II, que son relativamente complejos, dan servicio tanto a miembros de I2 como a otras redes con las cuales los miembros de I2 necesitan comunicarse, tienen un variado conjunto de conexiones con otros gigapops y, por tanto, proveen mecanismos para encaminar el tráfico correctamente y prevenir un uso no autorizado o impropio de la conectividad I2.
Las conexiones externas a gigapop del tipo Elementos de Conmutación ATM (Asynchronous Transfer Mode) deben ser circuitos directos SONET desde los conmutadores ATM del centro universitario a otros centros del gigapop, o bien un servicio ATM pleno desde operadores comerciales. Los Elementos de Conmutación ATM sirven para multiplexar el nivel de ancho de banda del enlace a través de circuitos permanentes o virtuales (PVCs o SVCs). De esta forma, la conectividad de los intra e inter-gigapop se puede optimizar y asignar un ancho de banda para pruebas o para otros requisitos especiales. El servicio principal del gigapop lo suministran los elementos de encaminamiento IP. Estos pueden ser realimentados directamente desde SONET/PPP externos o circuitos síncronos de alta velocidad, o vía enlaces PVC/SVC hasta la línea ATM. Todas las decisiones sobre el soporte de calidad de servicio y de encaminamiento IP las toma el equipo que realiza el reenvío de los paquetes IP y los datos sobre utilización se extraen allí. Según lo vaya permitiendo la tecnología, el equipamiento de reenvío de paquetes IP hará uso de la capa ATM para establecer QoS o SVC dinámicos con el fin de dar soporte a los diferentes requerimientos del servicio IP.
Protocolos
Dado que el Servicio Común Portador de Internet2 es IP, es evidente que cualquier dispositivo de tercera capa de un gigapop dará soporte IP. Pero ¿qué tipo de IP? Actualmente el estándar es IPv4, pero el proyecto Internet2 puede ayudar a todos a migrar a IPv6. Por ello, todos los dispositivos de capa 3 de los gigapops deberían soportar IPv6 además de IPv4 tan pronto como estén disponibles implementaciones estables. Por supuesto, IP no es el único protocolo en el conjunto TCP/IP. Todos los protocolos de soporte habituales se supone que estarán disponibles allí donde se necesiten. Además, se espera que el IGMP (con soporte multicast), y el RSVP (con soporte de reserva de recursos) sean muy importantes para este proyecto y por tanto deberían estar disponibles en todos los dispositivos relevantes de los gigapops.

5. Dimensiones de Calidad de Servicio
Basándonos en lo expuesto hasta aquí (algo que probablemente cambiará a medida que las aplicaciones concretas empiecen a tomar forma), se espera que I2 permita demandas en al menos cinco dimensiones de calidad de servicio (QoS o Quality of Service):
Velocidad de transmisión. La velocidad mínima efectivo de tráfico de datos, más quizás un objetivo de velocidad media y un límite máximo tolerable. Así, por ejemplo, un usuario podría requerir una conexión cuya velocidad de datos nunca caiga por debajo de 50 Mbps y acepta que no habrá transmisiones con una rapidez superior a los 100 Mbps.
Retardo limitado. Se refiere a la máxima interrupción efectiva permitida, especialmente para vídeo y otras señales que lleven información en tiempo real. Un usuario podría especificar que no haya espacios entre paquetes lo suficientemente largos como para interrumpir o congelar el vídeo en directo.
Rendimiento (Troughput). La cantidad de datos a transmitir en un período determinado de tiempo. Un usuario podría especificar que se moviese un terabyte de datos en diez minutos.
Planificación u horario. Los tiempos de inicio y finalización para el servicio solicitado. Un usuario podría especificar que la conectividad solicitada esté disponible exactamente durante un tiempo en el futuro, para algún periodo determinado (algo que, por supuesto, debería desprenderse de otras especificaciones de calidad de servicio).
Ratio de pérdidas. El máximo ratio de perdida de paquetes esperados en un intervalo de tiempo determinado.
Cuanto más rigurosa sea la solicitud de calidad de servicio, mayor demanda habrá de recursos de red y más influencia negativa tendrá una petición para los otros usuarios. Estos costes de provisión de servicios deben estar lo suficientemente claros para los usuarios, de forma que estén concienciados y no soliciten mayor nivel de servicio del que necesitan. Lo que aún falta por ver es si una información exhaustiva y el espíritu de trabajo en común son suficientes. Se supone que las universidades preferirán costes predecibles a nivel institucional, pero podrán ofrecer diferentes esquemas de asignación a los usuarios de sus centros. En realidad, parte de la agenda de investigación de I2 es identificar las principales normas públicas y económicas que reflejen tanto el mercado como las fuerzas sociales. Es probable que en los centros universitarios puedan emplearse distintos esquemas de asignación, entre los que habrá algunos que promuevan un consumo racional y algunos que cumplan otros objetivos.

6. Protocolos de encaminamiento
En Internet2, el encaminamiento de la capa Internet será gestionado por los protocolos IPv4 e IPv6. Se quiere proporcionar soporte para encaminamiento basado en calidad de servicio. Hasta el momento el soporte para calidad de servicio en encaminamiento entre dominios es prácticamente inexistente. Dado que no hay ningún protocolo de encaminamiento que satisfaga todas las necesidades y no parece que vaya a haber ninguno durante varios años, se necesitan encontrar formas de abordar el problema y promover la investigación sobre encaminamiento a largo plazo.
Los protocolos de encaminamiento con capacidad de calidad de servicio para IPv4 aun son escasos, si es que existen. No hay soporte para calidad de servicio ni en BGP (Border Gateway Protocol) ni en IDRP (Inter Domain Routing Protocol). Aún se está trabajando en lograr OSPF (Open Shortest Path First) con capacidad de calidad de servicio. El PNNI (Private Network to Network Interface) integrado es una posibilidad. El propósito de I-PNNI (Integrated Private Network to Network Interface) es usar el protocolo de encaminamiento desarrollado para PNNI tanto para ATM como para IP. PNNI se ha diseñado a partir del conocimiento adquirido en el uso de sus predecesores y tiene ventajas como diseño de protocolo de encaminamiento. I-PNNI está pensado para ofrecer encaminamiento basado en calidad de servicio, tanto para IP como para ATM. No es un protocolo inter-dominios (si bien se está investigando esta posibilidad), pero tiene abstracción y agregación de elementos de red.
El encaminamiento con capacidades de calidad de servicio para IPv4 será parte de la agenda de desarrollo de Internet2. Esto no significa que sea la comunidad Intemet2 la que necesariamente haga ese trabajo, sino que la comunidad Internet2 dará prioridad a promover el desarrollo de encaminamiento con capacidad de calidad de servicio mediante varios métodos.
El encaminamiento para IPv6 está aun bajo desarrollo. IPNNI está pensado para dar soporte a IPv6. IDRP, en teoría, tiene soporte para IPv6 pero las implementaciones IDRP no se consideran estratégicas y necesitarán más trabajo. IDRP tiene soporte limitado para calidad de servicio. En estos momentos, parece que IDRP será reemplazado por un nuevo proyecto, BGP4++. Se han elaborado especificaciones preliminares de OSPF y RIP (Routing Information Protocol) para IPv6, pero no se está desarrollando OSPF con capacidades de calidad de servicio. Aquellos centros que deseen experimentar con IPv6 pueden usar RIPv6 o rutas estáticas hasta que los protocolos de encaminamiento apropiados estén. Esto es factible, puesto que se espera que en un futuro próximo haya unos pocos centros que estén trabajando con lPv6 y será posible, pues, una estrecha coordinación entre ellos. Las rutas estáticas necesitarán ser implementadas sin tener en cuenta ninguna jerarquía de relación en el Proyecto Intemet2. El encaminamiento con calidad de servicio para IPv6 formará parte de la agenda de desarrollo de Internet2.
Las direcciones IPv6 pueden ser asignadas por la Entidad Colectiva.

7. Gestión de red
La petición por parte de un usuario final de un servicio tendrá lugar a través del uso de una aplicación. Dicha aplicación será responsable de interactuar con el usuario final para seleccionar los niveles de servicio y aconsejar sobre la disponibilidad y el coste del servicio. La aplicación será además responsable de interactuar con el sistema de red para obtener los servicios. La manera en que las aplicaciones, el sistema operativo y la interfaz de red funcionarán juntos dependerá de la implementación de la plataforma. Se busca un objetivo difícil: presentaciones uniformes al usuario final. Lo idóneo, por ejemplo, sería que los mensajes de error se estandarizaran de tal forma que el usuario final entendiera el error incluso si no conoce el sistema, de la misma forma que todo el mundo entiende un tono de ocupado en un teléfono, además de conocer la acción correcta a realizar.
La gestión del sistema de red que suministrará los servicios I2 debe implicar a una o más redes gestionadas por distintas entidades. La red necesita funcionar como un único sistema desde el punto de vista del usuario final. Esto requiere que las redes que funcionan independientemente coordinen las peticiones de red. Se necesita autentificación y autorización para el uso de los recursos antes de que el servicio requerido pueda ser garantizado. A continuación, el sistema debe determinar si los recursos están disponibles o no para lo que se requiere y, si es necesario, reservarlos. Una vez que la petición del servicio está garantizada, es preciso recoger datos sobre los recursos de red consumidos para el control apropiado del recurso o para contabilidad de costes. Para hacer funcionar un servicio extremo-a-extremo, cada red implicada en el camino debe seguir estos pasos de forma coordinada.
Las herramientas actuales para monitorización y diagnosis de red ven la red como dispositivos y enlaces de comunicaciones individuales. Normalmente esto es simplemente un status arriba-abajo y alguna carga simple de información. Estas herramientas no ven el sistema de red como un todo ni consideran la representación extremo-a-extremo. Hay que desarrollar herramientas que tengan en consideración los problemas que plantea la operación extremo-a-extremo con varios niveles de servicio a través de múltiples redes. De igual forma, deberían definirse procedimientos para los operadores humanos de diferentes redes con el fin de facilitar la planificación y la resolución de problemas.
Requisitos
Es importante que el diseño de I2 sea lo suficientemente flexible como para abarcar tanto los requisitos conocidos actualmente como los nuevos requisitos a medida que éstos se vayan conociendo.
Una de las características más potentes de la Internet actual es la capacidad de un nodo de comunicarse con cualquier otro en un formato de transporte compatible. Se debe conservar esa misma potencia en Internet2.
En la medida de lo posible, el servicio portador de I2 debe ser compatible con las prestaciones comunes de Internet ya existentes. Esa infraestructura existente seguirá siendo la ruta de acceso para quienes no participen en Internet2, así como para las universidades miembro servidas por Proveedores de Servicios de Internet locales.
El servicio portador común hoy en día es el Protocolo Internet (IP o Internet Protocol) versión 4. I2 desplegará IP versión 6 (IPv6) tan pronto como sea posible. Pero todas las implementaciones deberán ser compatibles con la anterior versión IPv4. Además de implementar IPv6, I2 debe permitir especificar a las aplicaciones una "calidad de servicio" (QoS o Quality of Service) de red en cuestiones tales como la velocidad de transmisión, el retardo limitado y los límites de variación del mismo, el rendimiento y la planificación. Conseguir todos estos requisitos tan pronto como sea posible es el reto del diseño que se ha emprendido. Afortunadamente, las tecnologías necesarias para dar estos servicios se han venido desarrollando durante varios años y las versiones iniciales de producción están casi preparadas para una comprobación en serio sobre terreno.