探秘ESnet比谷歌光纤快百倍的影子互联网

该网络能在美国国内以91GB/秒的速度传输数据，在已知同类网络中是最快的。

当谷歌首席财务官帕特里克·皮切特（Patrick Pichette）宣称这家科技巨头将给美国家庭用户带来数据传输速度高达10GB/秒的互联网服务时，这一豪言壮语听起来就像是科幻小说一样不现实，因为与今天的家庭宽带服务相比，谷歌构想中的这种高速网络要快1000倍左右。但对于美国国家航空航天局（NASA）来说，这种速度却显得太慢了。

对美国家庭用户来说，数据传输是通过公共互联网进行的；而与此相比，美国国家航空航天局所使用的则是一个被称作“ESnet”的影子网络，这是“Energy Science Network”（能源科学网络）的缩略词，该网络由一整套私人管道构成，能在全美范围内以91GB/秒的速度进行数据传输，在已知同类网络中是最快的。

美国国家航空航天局不会将这种速度的网络服务带给普通家庭用户，但该局正在利用这种超快的网络技术来探索下一波的计算应用。ESnet就是这样的一个“试验台”，供科学家探索新的想法，随后再将其推广至商用互联网。对于研究人员来说，这是个很重要的工具，能让他们通过这个平台来处理由大型强子对撞机（Large Hadron Collider）和人类基因组计划（Human Genome Project）等项目所生成的海量数据。

借由美国能源部运作下的ESnet，研究人员无需通过邮件的方式来回传递硬盘，只需通过这个超快的网络来交换数据即可。简而言之，ESnet就是一个“窗口”；从这个窗口望出去，人们所能看到的是计算世界将在未来最终演变成的样子。“我们对这个世界的构想是，科学发现不应受到地理的制约。”ESnet负责人格雷戈里·贝尔（Gregory Bell）说道。

另一个网络

第一个覆盖全美的计算机研究网络是美国国防部的ARPAnet，这个网络后来演变成了现代的互联网。但是，ARPAnet并非同类网络中的最后一个。在1976年，美国能源部赞助开发了Magnetic Fusion Energy NETwork（磁聚变能网络），将今天的国家能源研究中心（NERSC）与其他研究实验室连为一体。

随后，美国能源部又在1980年创建了另一个名为“High Energy Physics”（高能物理）的网络，以便全美实验室中的粒子物理研究人员进行通联。而随着网络重要性的日益提高，美国能源部高官认识到维护多个网络并无意义，因此就将这两个网络合为一体 ，从而构成了今天的ESnet。

这个网络经历了与时俱进的演变，早期该网络基于地线和卫星连接运行，而时至今日使用的则是遍布美国能源部下属17个国家实验室及其他很多实验室（如大学研究实验室等）的光纤。ESnet和Internet2——这是在互联网商业化以后，于1995年为研究人员建立起来的非盈利国际网络——一直都在租用“暗光纤”（暗光纤），也就是商业互联网服务提供商在二十世纪九十年代末互联网泡沫时期所建立起来的过剩网络容量。

互联网快速路

去年11月份，美国国家航空航天局下属“高端计算机网络”（High End Computer Networking）团队利用ESnet网络实现了91GB/秒的数据传输速度，这次传输是在丹佛和位于马里兰州格林贝尔（Greenbelt）的美国宇航局戈达德太空飞行中心（Goddard Space Flight Center in Greenbelt）之间进行的，是在“真实世界”环境中进行的最快的一次端对端数据传输。

在很久以前，ESnet就已经有能力进行10GB/秒的数据传输，至少从理论上来说是可以。自2010年以来，网络设备公司就一直都在提供100GB交换机。但在实际使用中，远距离传输的速度则要慢得多，这是因为数据在互联网中的传输并不是直线进行的。

打个比方，数据传输更像是州际公路系统，而较少地类似于超级高速公路。如果有人想要通过州际公路系统从旧金山驾车到纽约，那么就必须沿途穿过多个城市；类似的，如果要通过互联网——或ESnet——从旧金山向纽约传送一个文件，那么这些数据就将流经多个城市中的硬件系统。

ESnet所连接的网站地图（腾讯科技配图）

在2012年，美国国家航空航天局曾通过ESnet网络在戈达德太空飞行中心到犹他大学之间进行过一次98GB/秒的数据传输。今年早些时候，阿尔卡特朗讯和英国电信更是以1.4TB/秒的数据传输速度刷新了这一纪录，当时的传输是在伦敦和伊普斯维奇学校（Ipswich）之间进行的。不过，在这两次数据传输中，两地之间都拥有直连通道，而这在现实世界的网络连接中几乎是看不到的。

无论是在互联网还是在ESnet网络上，数据传输沿途的每一站都有可能会遭遇瓶颈，而每一个网络设备都必须做好处理100GB传输速度的准备。去年11月份，“高端计算机网络”团队最终做到了这一点。

“这次数据传输与使用商业化的现成技术以及在一个大型数据网络中保持数据传输的能力有关。”博科公司的销售负责人托尼·（Brocade）说道，这家公司制造了破纪录测试中所使用的网络设备。

未来实验

与此同时，这个网络正在以其他一些方式来推进最先进的技术发展。研究人员使用ESnet来探索名为“Oscars”（奥斯卡）的虚拟网络线路，这种线路可被用来创造出复杂的网络，却无需在硬件方面作出复杂的改变。同时，研究人员还在致力于构建“DMZ”的网络，这个网络能在没有传统防火墙的情况下执行安全操作，从而实现极其迅速的数据传输速度。

这些解决方案是专门为数量很少但规模庞大的数据传输活动而设计的，相比之下商业互联网则是用于数量庞大但规模较小的传输。尽管如此，商业互联网公司也仍旧可从ESnet身上学到很多东西。电信公司XO Communications已经拥有了一个100GB的骨干网，预计未来将有更多公司追随XO的脚步。

虽然近期内家庭用户不可能拥有10GB/秒的数据传输速度，但互联网骨干网容量的提高则将意味着，尽管将有越来越多的用户会流播放高清视频和下载大文件，网络拥塞的现象却会变得越来越少。

这并非ESnet的止步之所。贝尔表示，美国能源部已经在开发400GB网络，其长期目标是构建1TB/秒的高速网络，也就是说，其数据传输速度相当于今天的家庭网络的10万倍左右。跟谷歌的豪语相比，或许这才该算是真正的科幻小说吧。

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