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Text File  |  1994-06-10  |  19.7 KB  |  412 lines

  1. Network Working Group                                            V. Cerf
  2. Request for Comments: 1167                                          CNRI
  3.                                                                July 1990
  4.  
  5.  
  6.         THOUGHTS ON THE NATIONAL RESEARCH AND EDUCATION NETWORK
  7.  
  8. Status of this Memo
  9.  
  10.    The memo provides a brief outline of a National Research and
  11.    Education Network (NREN).  This memo provides information for the
  12.    Internet community.  It does not specify any standard.  It is not a
  13.    statement of IAB policy or recommendations.
  14.  
  15.    Distribution of this memo is unlimited.
  16.  
  17. ABSTRACT
  18.  
  19.    This contribution seeks to outline and call attention to some of the
  20.    major factors which will influence the form and structure of a
  21.    National Research and Education Network (NREN).  It is implicitly
  22.    assumed that the system will emerge from the existing Internet.
  23.  
  24. ACKNOWLEDGEMENTS
  25.  
  26.    The author gratefully acknowledges support from the National Science
  27.    Foundation, The Defense Advanced Research Projects Agency, the
  28.    Department of Energy and the National Aeronautics and Space
  29.    Administration through cooperative agreement NCR-8820945.  The author
  30.    also acknowledges helpful comments from colleagues Ira Richer, Barry
  31.    Leiner, Hans-Werner Braun and Robert Kahn.  The opinions expressed in
  32.    this paper are the personal opinions of the author and do not
  33.    represent positions of the U.S. Government, the Corporation for
  34.    National Research Initiatives or of the Internet Activities Board.
  35.    In fact, the author isn't sure he agrees with everything in the
  36.    paper, either!
  37.  
  38. A WORD ON TERMINOLOGY
  39.  
  40.    The expression "national research and education network" is taken to
  41.    mean "the U.S. National Research and Education Network" in the
  42.    material which follows.  It is implicitly assumed that similar
  43.    initiatives may arise in other countries and that a kind of Global
  44.    Research and Education Network may arise out of the existing
  45.    international Internet system.  However, the primary focus of this
  46.    paper is on developments in the U.S.
  47.  
  48.  
  49.  
  50. Cerf                                                            [Page 1]
  51. RFC 1167                          NREN                         July 1990
  52.  
  53.  
  54. FUNDAMENTALS
  55.  
  56.    1. The NREN in the U.S. will evolve from the existing Internet base.
  57.    By implication, the U.S. NREN will have to fit into an international
  58.    environment consisting of a good many networks sponsored or owned and
  59.    operated by non-U.S. organizations around the world.
  60.  
  61.    2. There will continue to be special-purpose and mission-oriented
  62.    networks sponsored by the U.S. Government which will need to link
  63.    with, if not directly support, the NREN.
  64.  
  65.    3. The basic technical networking architecture of the system will
  66.    include local area networks, metropolitan, regional and wide-area
  67.    networks.  Some nets will be organized to support transit traffic and
  68.    others will be strictly parasitic.
  69.  
  70.    4. Looking towards the end of the decade, some of the networks may be
  71.    mobile (digital, cellular).  A variety of technologies may be used,
  72.    including, but not limited to, high speed Fiber Data Distribution
  73.    Interface (FDDI) nets, Distributed-Queue Dual Bus (DQDB) nets,
  74.    Broadband Integrated Services Digital Networks (B-ISDN) utilizing
  75.    Asynchronous Transfer Mode (ATM) switching fabrics as well as
  76.    conventional Token Ring, Ethernet and other IEEE 802.X technology.
  77.    Narrowband ISDN and X.25 packet switching technology network services
  78.    are also likely play a role along with Switched Multi-megabit Data
  79.    Service (SMDS) provided by telecommunications carriers.  It also
  80.    would be fair to ask what role FTS-2000 might play in the system, at
  81.    least in support of government access to the NREN, and possibly in
  82.    support of national agency network facilities.
  83.  
  84.    5. The protocol architecture of the system will continue to exhibit a
  85.    layered structure although the layering may vary from the present-day
  86.    Internet and planned Open Systems Interconnection structures in some
  87.    respects.
  88.  
  89.    6. The system will include servers of varying kinds required to
  90.    support the general operation of the system (for example, network
  91.    management facilities, name servers of various types, email, database
  92.    and other kinds of information servers, multicast routers,
  93.    cryptographic certificate servers) and collaboration support tools
  94.    including video/teleconferencing systems and other "groupware"
  95.    facilities.  Accounting and access control mechanisms will be
  96.    required.
  97.  
  98.    7. The system will support multiple protocols on an end to end basis.
  99.    At the least, full TCP/IP and OSI protocol stacks will be supported.
  100.    Dealing with Connectionless and Connection-Oriented Network Services
  101.    in the OSI area is an open issue (transport service bridges and
  102.  
  103.  
  104.  
  105.  
  106. Cerf                                                            [Page 2]
  107. RFC 1167                          NREN                         July 1990
  108.  
  109.  
  110.    application level gateways are two possibilities).
  111.  
  112.    8. Provision must be made for experimental research in networking to
  113.    support the continued technical evolution of the system.  The NREN
  114.    can no more be a static, rigid system than the Internet has been
  115.    since its inception.  Interconnection of experimental facilities with
  116.    the operational NREN must be supported.
  117.  
  118.    9. The architecture must accommodate the use of commercial services,
  119.    private and Government-sponsored networks in the NREN system.
  120.  
  121.    Apart from the considerations listed above, it is also helpful to
  122.    consider the constituencies and stakeholders who have a role to play
  123.    in the use of, provision of and evolution of NREN services.  Their
  124.    interests will affect the architecture of the NREN and the course of
  125.    its creation and evolution.
  126.  
  127. NREN CONSTITUENTS
  128.  
  129.    The Users
  130.  
  131.       Extrapolating from the present Internet, the users of the system
  132.       will be diverse.  By legislative intent, it will include colleges
  133.       and universities, government research organizations (e.g.,
  134.       research laboratories of the Departments of Defense, Energy,
  135.       Health and Human Services, National Aeronautics and Space
  136.       Administration), non-profit and for-profit research and
  137.       development organizations, federally funded research and
  138.       development centers (FFRDCs), R&D activities of private
  139.       enterprise, library facilities of all kinds, and primary and
  140.       secondary schools.  The system is not intended to be discipline-
  141.       specific.
  142.  
  143.       It is critical to recognize that even in the present Internet, it
  144.       has been possible to accommodate a remarkable amalgam of private
  145.       enterprise, academic institutions, government and military
  146.       facilities.  Indeed, the very ability to accept such a diverse
  147.       constituency turns on the increasing freedom of the so-called
  148.       intermediate-level networks to accept an unrestricted set of
  149.       users.  The growth in the size and diversity of Internet users, if
  150.       it can be said to have been constrained at all, has been limited
  151.       in part by usage constraints placed on the federally-sponsored
  152.       national agency networks (e.g., NSFNET, NASA Science Internet,
  153.       Energy Sciences Net, High Energy Physics Net, the recently
  154.       deceased ARPANET, Defense Research Internet, etc.).  Given the
  155.       purposes of these networks and the fiduciary responsibilities of
  156.       the agencies that have created them, such usage constraints seem
  157.       highly appropriate.  It may be beneficial to search for less
  158.  
  159.  
  160.  
  161. Cerf                                                            [Page 3]
  162. RFC 1167                          NREN                         July 1990
  163.  
  164.  
  165.       constraining architectural paradigms, perhaps through the use of
  166.       backbone facilities which are not federally-sponsored.
  167.  
  168.       The Internet does not quite serve the public in the same sense
  169.       that the telephone network(s) do (i.e., the Internet is not a
  170.       common carrier), although the linkages between the Internet and
  171.       public electronic mail systems, private bulletin board systems
  172.       such as FIDONET and commercial network services such as UUNET,
  173.       ALTERNET and PSI, for example, make the system extremely
  174.       accessible to a very wide variety of users.
  175.  
  176.       It will be important to keep in mind that, over time, an
  177.       increasing number of institutional users will support local area
  178.       networks and will want to gain access to NREN by that means.
  179.       Individual use will continue to rely on dial-up access and, as it
  180.       is deployed, narrow-band ISDN.  Eventually, metropolitan area
  181.       networks and broadband ISDN facilities may be used to support
  182.       access to NREN.  Cellular radio or other mobile communication
  183.       technologies may also become increasingly popular as access tools.
  184.  
  185.    The Service Providers
  186.  
  187.       In its earliest stages, the Internet consisted solely of
  188.       government-sponsored networks such as the Defense Department's
  189.       ARPANET, Packet Radio Networks and Packet Satellite Networks.
  190.       With the introduction of Xerox PARC's Ethernet, however, things
  191.       began to change and privately owned and operated networks became
  192.       an integral part of the Internet architecture.
  193.  
  194.       For a time, there was a mixture of government-sponsored backbone
  195.       facilities and private local area networks.  With the introduction
  196.       of the National Science Foundation NSFNET, however, the
  197.       architecture changed again to include intermediate-level networks
  198.       consisting of collections of commercially-produced routers and
  199.       trunk or access lines which connected local area network
  200.       facilities to the government-sponsored backbones.  The
  201.       government-sponsored supercomputer centers (such as the National
  202.       Aerospace Simulator at NASA/AMES, the Magnetic Fusion Energy
  203.       Computing Center at Lawrence Livermore Laboratory and the half-
  204.       dozen or so NSF-sponsored supercomputer centers) fostered the
  205.       growth of communications networks specifically to support
  206.       supercomputer access although, over time, these have tended to
  207.       look more and more like general-purpose intermediate-level
  208.       networks.
  209.  
  210.       Many, but not all, of the intermediate-level networks applied for
  211.       and received seed funding from the National Science Foundation.
  212.       It was and continues to be NSF's position, however, that such
  213.  
  214.  
  215.  
  216. Cerf                                                            [Page 4]
  217. RFC 1167                          NREN                         July 1990
  218.  
  219.  
  220.       direct subsidies should diminish over time and that the
  221.       intermediate networks should become self-sustaining.  To
  222.       accomplish this objective, the intermediate-level networks have
  223.       been turning to an increasingly diverse user constituency (see
  224.       section above).
  225.  
  226.       The basic model of government backbones, consortium intermediate
  227.       level nets and private local area networks has served reasonably
  228.       well during the 1980's but it would appear that newer
  229.       telecommunications technologies may suggest another potential
  230.       paradigm.  As the NSFNET moves towards higher speed backbone
  231.       operation in the 45 Mb/s range, the importance of carrier
  232.       participation in the enterprise has increased.  The provision of
  233.       backbone capacity at attractive rates by the inter-exchange
  234.       carrier (in this case, MCI Communications Corporation) has been
  235.       crucial to the feasibility of deploying such a high speed system.
  236.  
  237.       As the third phase of the NREN effort gets underway, it is
  238.       becoming increasingly apparent that the "federally-funded
  239.       backbone" model may and perhaps even should or must give way to a
  240.       vision of commercially operated, gigabit speed systems to which
  241.       the users of the NREN have access.  If there is federal subsidy in
  242.       the new paradigm, it might come through direct provision of
  243.       support for networking at the level of individual research grant
  244.       or possibly through a system of institutional vouchers permitting
  245.       and perhaps even mandating institution-wide network planning and
  246.       provision.  This differs from the present model in which the
  247.       backbone networks are essentially federally owned and operated or
  248.       enjoy significant, direct federal support to the provider of the
  249.       service.
  250.  
  251.       The importance of such a shift in service provision philosophy
  252.       cannot be over-emphasized.  In the long run, it eliminates
  253.       unnecessary restrictions on the use and application of the
  254.       backbone facilities, opening up possibilities for true ubiquity of
  255.       access and use without the need for federal control, except to the
  256.       extent that any such services are considered in need of
  257.       regulation, perhaps.  The same arguments might be made for the
  258.       intermediate level systems (metropolitan and regional area access
  259.       networks).  This does NOT mean that private networks ranging from
  260.       local consortia to inter-continental systems will be ruled out.
  261.       The economics of private networking may still be favorable for
  262.       sufficiently heavy usage.  It does suggest, however, that
  263.       achieving scale and ubiquity may largely rely on publicly
  264.       accessible facilities.
  265.  
  266.  
  267.  
  268.  
  269.  
  270.  
  271. Cerf                                                            [Page 5]
  272. RFC 1167                          NREN                         July 1990
  273.  
  274.  
  275.    The Vendors
  276.  
  277.       Apart from service provision, the technology available to the
  278.       users and the service providers will come largely from commercial
  279.       sources.  A possible exception to this may be the switches used in
  280.       the gigabit testbed effort, but ultimately, even this technology
  281.       will have to be provided commercially if the system is to achieve
  282.       the scale necessary to serve as the backbone of the NREN.
  283.  
  284.       An important consequence of this observation is that the NREN
  285.       architecture should be fashioned in such a way that it can be
  286.       constructed from technology compatible with carrier plans and
  287.       available from commercial telecommunications equipment suppliers.
  288.       Examples include the use of SONET (Synchronous Optical Network)
  289.       optical transmission technology, Switched Multimegabit Data
  290.       Services offerings (metropolitan area networks), Asynchronous
  291.       Transmission Mode (ATM) switches, frame relays, high speed,
  292.       multi-protocol routers, and so on.  It is somewhat unclear what
  293.       role the public X.25 networks will play, especially where narrow
  294.       and broadband ISDN services are available, but it is also not
  295.       obvious that they ought to be written off at this point.  Where
  296.       there is still research and development activity (such as in
  297.       network management), the network R&D community can contribute
  298.       through experimental efforts and through participation in
  299.       standards-making activities (e.g., ANSI, NIST, IAB/IETF, Open
  300.       NMF).
  301.  
  302. OPERATIONS
  303.  
  304.    It seems clear that the current Internet and the anticipated NREN
  305.    will have to function in a highly distributed fashion.  Given the
  306.    diversity of service providers and the richness of the constituent
  307.    networks (as to technology and ownership), there will have to be a
  308.    good deal of collaboration and cooperation to make the system work.
  309.    One can see the necessity for this, based on the existing voice
  310.    network in the U.S.  with its local and inter-exchange carrier (IEC)
  311.    structure.  It should be noted that in the presence of the local and
  312.    IEC structure, it has proven possible to support private and virtual
  313.    private networking as well.  The same needs to be true of the NREN.
  314.  
  315.    A critical element of any commercial service is accounting and
  316.    billing.  It must be possible to identify users (billable parties,
  317.    anyway) and to compute usage charges.  This is not to say that the
  318.    NREN component networks must necessarily bill on the basis of usage.
  319.    It may prove preferable to have fixed access charges which might be
  320.    modulated by access data rate, as some of the intermediate-level
  321.    networks have found.  It would not be surprising to find a mixture of
  322.    charging policies in which usage charges are preferable for small
  323.  
  324.  
  325.  
  326. Cerf                                                            [Page 6]
  327. RFC 1167                          NREN                         July 1990
  328.  
  329.  
  330.    amounts of use and flat rate charges are preferred for high volume
  331.    use.
  332.  
  333.    It will be critical to establish a forum in which operational matters
  334.    can be debated and methods established to allow cooperative operation
  335.    of the entire system.  A number of possibilities present themselves:
  336.    use of the Internet Engineering Task Force as a basis, use of
  337.    existing telecommunication carrier organizations, or possibly a
  338.    consortium of all service providers (and private network operators?).
  339.    Even if such an activity is initiated through federal action, it may
  340.    be helpful, in the long run, if it eventually embraces a much wider
  341.    community.
  342.  
  343.    Agreements are needed on the technical foundations for network
  344.    monitoring and management, for internetwork accounting and exchange
  345.    payments, for problem identification, tracking, escalation and
  346.    resolution.  A framework is needed for the support of users of the
  347.    aggregate NREN.  This suggests cooperative agreements among network
  348.    information centers, user service and support organizations to begin
  349.    with.  Eventually, the cost of such operations will have to be
  350.    incorporated into the general cost of service provision.  The federal
  351.    role, even if it acts as catalyst in the initial stages, may
  352.    ultimately focus on the direct support of the users of the system
  353.    which it finds it appropriate to support and subsidize (e.g., the
  354.    research and educational users of the NREN).
  355.  
  356.    A voucher system has been proposed, in the case of the NREN, which
  357.    would permit users to choose which NREN service provider(s) to
  358.    engage.  The vouchers might be redeemed by the service providers in
  359.    the same sort of way that food stamps are redeemed by supermarkets.
  360.    Over time, the cost of the vouchers could change so that an initial
  361.    high subsidy from the federal government would diminish until the
  362.    utility of the vouchers vanished and decisions would be made to
  363.    purchase telecommunications services on a pure cost/benefit basis.
  364.  
  365. IMPORTANCE OF COMMERCIAL INTERESTS
  366.  
  367.    The initial technical architecture should incorporate commercial
  368.    service provision where possible so as to avoid the creation of a
  369.    system which is solely reliant on the federal government for its
  370.    support and operation.  It is anticipated that a hybrid system will
  371.    develop but, for example, it is possible that the gigabit backbone
  372.    components of the system might be strictly commercial from the start,
  373.    even if the lower speed components of the NREN vary from private, to
  374.    public to federally subsidized or owned and operated.
  375.  
  376.  
  377.  
  378.  
  379.  
  380.  
  381. Cerf                                                            [Page 7]
  382. RFC 1167                          NREN                         July 1990
  383.  
  384.  
  385. CONCLUSIONS
  386.  
  387.    The idea of creating a National Research and Education Network has
  388.    captured the attention and enthusiasm of an extraordinarily broad
  389.    collection of interested parties.  I believe this is in part a
  390.    consequence of the remarkable range of new services and facilities
  391.    which could be provided once the network infrastructure is in place.
  392.    If the technology of the NREN is commercially viable, one can readily
  393.    imagine that an economic engine of considerable proportions might
  394.    result from the widespread accessibility of NREN-like facilities to
  395.    business sector.
  396.  
  397. Security Considerations
  398.  
  399.    Security issues are not discussed in this memo.
  400.  
  401. Author's Address
  402.  
  403.    Vinton G. Cerf
  404.    Corporation for National Research Initiatives
  405.    1895 Preston White Drive, Suite 100
  406.    Reston, VA 22091
  407.  
  408.    EMail: vcerf@NRI.Reston.VA.US
  409.  
  410.    Phone: (703) 620-8990
  411. ------------------------------------------------------------------------------
  412.