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Text File  |  1994-08-01  |  20KB  |  451 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Network Working Group                                            V. Cerf
  8. Request for Comments: 1167                                          CNRI
  9.                                                                July 1990
  10.  
  11.  
  12.         THOUGHTS ON THE NATIONAL RESEARCH AND EDUCATION NETWORK
  13.  
  14. Status of this Memo
  15.  
  16.    The memo provides a brief outline of a National Research and
  17.    Education Network (NREN).  This memo provides information for the
  18.    Internet community.  It does not specify any standard.  It is not a
  19.    statement of IAB policy or recommendations.
  20.  
  21.    Distribution of this memo is unlimited.
  22.  
  23. ABSTRACT
  24.  
  25.    This contribution seeks to outline and call attention to some of the
  26.    major factors which will influence the form and structure of a
  27.    National Research and Education Network (NREN).  It is implicitly
  28.    assumed that the system will emerge from the existing Internet.
  29.  
  30. ACKNOWLEDGEMENTS
  31.  
  32.    The author gratefully acknowledges support from the National Science
  33.    Foundation, The Defense Advanced Research Projects Agency, the
  34.    Department of Energy and the National Aeronautics and Space
  35.    Administration through cooperative agreement NCR-8820945.  The author
  36.    also acknowledges helpful comments from colleagues Ira Richer, Barry
  37.    Leiner, Hans-Werner Braun and Robert Kahn.  The opinions expressed in
  38.    this paper are the personal opinions of the author and do not
  39.    represent positions of the U.S. Government, the Corporation for
  40.    National Research Initiatives or of the Internet Activities Board.
  41.    In fact, the author isn't sure he agrees with everything in the
  42.    paper, either!
  43.  
  44. A WORD ON TERMINOLOGY
  45.  
  46.    The expression "national research and education network" is taken to
  47.    mean "the U.S. National Research and Education Network" in the
  48.    material which follows.  It is implicitly assumed that similar
  49.    initiatives may arise in other countries and that a kind of Global
  50.    Research and Education Network may arise out of the existing
  51.    international Internet system.  However, the primary focus of this
  52.    paper is on developments in the U.S.
  53.  
  54.  
  55.  
  56.  
  57.  
  58. Cerf                                                            [Page 1]
  59.  
  60. RFC 1167                          NREN                         July 1990
  61.  
  62.  
  63. FUNDAMENTALS
  64.  
  65.    1. The NREN in the U.S. will evolve from the existing Internet base.
  66.    By implication, the U.S. NREN will have to fit into an international
  67.    environment consisting of a good many networks sponsored or owned and
  68.    operated by non-U.S. organizations around the world.
  69.  
  70.    2. There will continue to be special-purpose and mission-oriented
  71.    networks sponsored by the U.S. Government which will need to link
  72.    with, if not directly support, the NREN.
  73.  
  74.    3. The basic technical networking architecture of the system will
  75.    include local area networks, metropolitan, regional and wide-area
  76.    networks.  Some nets will be organized to support transit traffic and
  77.    others will be strictly parasitic.
  78.  
  79.    4. Looking towards the end of the decade, some of the networks may be
  80.    mobile (digital, cellular).  A variety of technologies may be used,
  81.    including, but not limited to, high speed Fiber Data Distribution
  82.    Interface (FDDI) nets, Distributed-Queue Dual Bus (DQDB) nets,
  83.    Broadband Integrated Services Digital Networks (B-ISDN) utilizing
  84.    Asynchronous Transfer Mode (ATM) switching fabrics as well as
  85.    conventional Token Ring, Ethernet and other IEEE 802.X technology.
  86.    Narrowband ISDN and X.25 packet switching technology network services
  87.    are also likely play a role along with Switched Multi-megabit Data
  88.    Service (SMDS) provided by telecommunications carriers.  It also
  89.    would be fair to ask what role FTS-2000 might play in the system, at
  90.    least in support of government access to the NREN, and possibly in
  91.    support of national agency network facilities.
  92.  
  93.    5. The protocol architecture of the system will continue to exhibit a
  94.    layered structure although the layering may vary from the present-day
  95.    Internet and planned Open Systems Interconnection structures in some
  96.    respects.
  97.  
  98.    6. The system will include servers of varying kinds required to
  99.    support the general operation of the system (for example, network
  100.    management facilities, name servers of various types, email, database
  101.    and other kinds of information servers, multicast routers,
  102.    cryptographic certificate servers) and collaboration support tools
  103.    including video/teleconferencing systems and other "groupware"
  104.    facilities.  Accounting and access control mechanisms will be
  105.    required.
  106.  
  107.    7. The system will support multiple protocols on an end to end basis.
  108.    At the least, full TCP/IP and OSI protocol stacks will be supported.
  109.    Dealing with Connectionless and Connection-Oriented Network Services
  110.    in the OSI area is an open issue (transport service bridges and
  111.  
  112.  
  113.  
  114. Cerf                                                            [Page 2]
  115.  
  116. RFC 1167                          NREN                         July 1990
  117.  
  118.  
  119.    application level gateways are two possibilities).
  120.  
  121.    8. Provision must be made for experimental research in networking to
  122.    support the continued technical evolution of the system.  The NREN
  123.    can no more be a static, rigid system than the Internet has been
  124.    since its inception.  Interconnection of experimental facilities with
  125.    the operational NREN must be supported.
  126.  
  127.    9. The architecture must accommodate the use of commercial services,
  128.    private and Government-sponsored networks in the NREN system.
  129.  
  130.    Apart from the considerations listed above, it is also helpful to
  131.    consider the constituencies and stakeholders who have a role to play
  132.    in the use of, provision of and evolution of NREN services.  Their
  133.    interests will affect the architecture of the NREN and the course of
  134.    its creation and evolution.
  135.  
  136. NREN CONSTITUENTS
  137.  
  138.    The Users
  139.  
  140.       Extrapolating from the present Internet, the users of the system
  141.       will be diverse.  By legislative intent, it will include colleges
  142.       and universities, government research organizations (e.g.,
  143.       research laboratories of the Departments of Defense, Energy,
  144.       Health and Human Services, National Aeronautics and Space
  145.       Administration), non-profit and for-profit research and
  146.       development organizations, federally funded research and
  147.       development centers (FFRDCs), R&D activities of private
  148.       enterprise, library facilities of all kinds, and primary and
  149.       secondary schools.  The system is not intended to be discipline-
  150.       specific.
  151.  
  152.       It is critical to recognize that even in the present Internet, it
  153.       has been possible to accommodate a remarkable amalgam of private
  154.       enterprise, academic institutions, government and military
  155.       facilities.  Indeed, the very ability to accept such a diverse
  156.       constituency turns on the increasing freedom of the so-called
  157.       intermediate-level networks to accept an unrestricted set of
  158.       users.  The growth in the size and diversity of Internet users, if
  159.       it can be said to have been constrained at all, has been limited
  160.       in part by usage constraints placed on the federally-sponsored
  161.       national agency networks (e.g., NSFNET, NASA Science Internet,
  162.       Energy Sciences Net, High Energy Physics Net, the recently
  163.       deceased ARPANET, Defense Research Internet, etc.).  Given the
  164.       purposes of these networks and the fiduciary responsibilities of
  165.       the agencies that have created them, such usage constraints seem
  166.       highly appropriate.  It may be beneficial to search for less
  167.  
  168.  
  169.  
  170. Cerf                                                            [Page 3]
  171.  
  172. RFC 1167                          NREN                         July 1990
  173.  
  174.  
  175.       constraining architectural paradigms, perhaps through the use of
  176.       backbone facilities which are not federally-sponsored.
  177.  
  178.       The Internet does not quite serve the public in the same sense
  179.       that the telephone network(s) do (i.e., the Internet is not a
  180.       common carrier), although the linkages between the Internet and
  181.       public electronic mail systems, private bulletin board systems
  182.       such as FIDONET and commercial network services such as UUNET,
  183.       ALTERNET and PSI, for example, make the system extremely
  184.       accessible to a very wide variety of users.
  185.  
  186.       It will be important to keep in mind that, over time, an
  187.       increasing number of institutional users will support local area
  188.       networks and will want to gain access to NREN by that means.
  189.       Individual use will continue to rely on dial-up access and, as it
  190.       is deployed, narrow-band ISDN.  Eventually, metropolitan area
  191.       networks and broadband ISDN facilities may be used to support
  192.       access to NREN.  Cellular radio or other mobile communication
  193.       technologies may also become increasingly popular as access tools.
  194.  
  195.    The Service Providers
  196.  
  197.       In its earliest stages, the Internet consisted solely of
  198.       government-sponsored networks such as the Defense Department's
  199.       ARPANET, Packet Radio Networks and Packet Satellite Networks.
  200.       With the introduction of Xerox PARC's Ethernet, however, things
  201.       began to change and privately owned and operated networks became
  202.       an integral part of the Internet architecture.
  203.  
  204.       For a time, there was a mixture of government-sponsored backbone
  205.       facilities and private local area networks.  With the introduction
  206.       of the National Science Foundation NSFNET, however, the
  207.       architecture changed again to include intermediate-level networks
  208.       consisting of collections of commercially-produced routers and
  209.       trunk or access lines which connected local area network
  210.       facilities to the government-sponsored backbones.  The
  211.       government-sponsored supercomputer centers (such as the National
  212.       Aerospace Simulator at NASA/AMES, the Magnetic Fusion Energy
  213.       Computing Center at Lawrence Livermore Laboratory and the half-
  214.       dozen or so NSF-sponsored supercomputer centers) fostered the
  215.       growth of communications networks specifically to support
  216.       supercomputer access although, over time, these have tended to
  217.       look more and more like general-purpose intermediate-level
  218.       networks.
  219.  
  220.       Many, but not all, of the intermediate-level networks applied for
  221.       and received seed funding from the National Science Foundation.
  222.       It was and continues to be NSF's position, however, that such
  223.  
  224.  
  225.  
  226. Cerf                                                            [Page 4]
  227.  
  228. RFC 1167                          NREN                         July 1990
  229.  
  230.  
  231.       direct subsidies should diminish over time and that the
  232.       intermediate networks should become self-sustaining.  To
  233.       accomplish this objective, the intermediate-level networks have
  234.       been turning to an increasingly diverse user constituency (see
  235.       section above).
  236.  
  237.       The basic model of government backbones, consortium intermediate
  238.       level nets and private local area networks has served reasonably
  239.       well during the 1980's but it would appear that newer
  240.       telecommunications technologies may suggest another potential
  241.       paradigm.  As the NSFNET moves towards higher speed backbone
  242.       operation in the 45 Mb/s range, the importance of carrier
  243.       participation in the enterprise has increased.  The provision of
  244.       backbone capacity at attractive rates by the inter-exchange
  245.       carrier (in this case, MCI Communications Corporation) has been
  246.       crucial to the feasibility of deploying such a high speed system.
  247.  
  248.       As the third phase of the NREN effort gets underway, it is
  249.       becoming increasingly apparent that the "federally-funded
  250.       backbone" model may and perhaps even should or must give way to a
  251.       vision of commercially operated, gigabit speed systems to which
  252.       the users of the NREN have access.  If there is federal subsidy in
  253.       the new paradigm, it might come through direct provision of
  254.       support for networking at the level of individual research grant
  255.       or possibly through a system of institutional vouchers permitting
  256.       and perhaps even mandating institution-wide network planning and
  257.       provision.  This differs from the present model in which the
  258.       backbone networks are essentially federally owned and operated or
  259.       enjoy significant, direct federal support to the provider of the
  260.       service.
  261.  
  262.       The importance of such a shift in service provision philosophy
  263.       cannot be over-emphasized.  In the long run, it eliminates
  264.       unnecessary restrictions on the use and application of the
  265.       backbone facilities, opening up possibilities for true ubiquity of
  266.       access and use without the need for federal control, except to the
  267.       extent that any such services are considered in need of
  268.       regulation, perhaps.  The same arguments might be made for the
  269.       intermediate level systems (metropolitan and regional area access
  270.       networks).  This does NOT mean that private networks ranging from
  271.       local consortia to inter-continental systems will be ruled out.
  272.       The economics of private networking may still be favorable for
  273.       sufficiently heavy usage.  It does suggest, however, that
  274.       achieving scale and ubiquity may largely rely on publicly
  275.       accessible facilities.
  276.  
  277.  
  278.  
  279.  
  280.  
  281.  
  282. Cerf                                                            [Page 5]
  283.  
  284. RFC 1167                          NREN                         July 1990
  285.  
  286.  
  287.    The Vendors
  288.  
  289.       Apart from service provision, the technology available to the
  290.       users and the service providers will come largely from commercial
  291.       sources.  A possible exception to this may be the switches used in
  292.       the gigabit testbed effort, but ultimately, even this technology
  293.       will have to be provided commercially if the system is to achieve
  294.       the scale necessary to serve as the backbone of the NREN.
  295.  
  296.       An important consequence of this observation is that the NREN
  297.       architecture should be fashioned in such a way that it can be
  298.       constructed from technology compatible with carrier plans and
  299.       available from commercial telecommunications equipment suppliers.
  300.       Examples include the use of SONET (Synchronous Optical Network)
  301.       optical transmission technology, Switched Multimegabit Data
  302.       Services offerings (metropolitan area networks), Asynchronous
  303.       Transmission Mode (ATM) switches, frame relays, high speed,
  304.       multi-protocol routers, and so on.  It is somewhat unclear what
  305.       role the public X.25 networks will play, especially where narrow
  306.       and broadband ISDN services are available, but it is also not
  307.       obvious that they ought to be written off at this point.  Where
  308.       there is still research and development activity (such as in
  309.       network management), the network R&D community can contribute
  310.       through experimental efforts and through participation in
  311.       standards-making activities (e.g., ANSI, NIST, IAB/IETF, Open
  312.       NMF).
  313.  
  314. OPERATIONS
  315.  
  316.    It seems clear that the current Internet and the anticipated NREN
  317.    will have to function in a highly distributed fashion.  Given the
  318.    diversity of service providers and the richness of the constituent
  319.    networks (as to technology and ownership), there will have to be a
  320.    good deal of collaboration and cooperation to make the system work.
  321.    One can see the necessity for this, based on the existing voice
  322.    network in the U.S.  with its local and inter-exchange carrier (IEC)
  323.    structure.  It should be noted that in the presence of the local and
  324.    IEC structure, it has proven possible to support private and virtual
  325.    private networking as well.  The same needs to be true of the NREN.
  326.  
  327.    A critical element of any commercial service is accounting and
  328.    billing.  It must be possible to identify users (billable parties,
  329.    anyway) and to compute usage charges.  This is not to say that the
  330.    NREN component networks must necessarily bill on the basis of usage.
  331.    It may prove preferable to have fixed access charges which might be
  332.    modulated by access data rate, as some of the intermediate-level
  333.    networks have found.  It would not be surprising to find a mixture of
  334.    charging policies in which usage charges are preferable for small
  335.  
  336.  
  337.  
  338. Cerf                                                            [Page 6]
  339.  
  340. RFC 1167                          NREN                         July 1990
  341.  
  342.  
  343.    amounts of use and flat rate charges are preferred for high volume
  344.    use.
  345.  
  346.    It will be critical to establish a forum in which operational matters
  347.    can be debated and methods established to allow cooperative operation
  348.    of the entire system.  A number of possibilities present themselves:
  349.    use of the Internet Engineering Task Force as a basis, use of
  350.    existing telecommunication carrier organizations, or possibly a
  351.    consortium of all service providers (and private network operators?).
  352.    Even if such an activity is initiated through federal action, it may
  353.    be helpful, in the long run, if it eventually embraces a much wider
  354.    community.
  355.  
  356.    Agreements are needed on the technical foundations for network
  357.    monitoring and management, for internetwork accounting and exchange
  358.    payments, for problem identification, tracking, escalation and
  359.    resolution.  A framework is needed for the support of users of the
  360.    aggregate NREN.  This suggests cooperative agreements among network
  361.    information centers, user service and support organizations to begin
  362.    with.  Eventually, the cost of such operations will have to be
  363.    incorporated into the general cost of service provision.  The federal
  364.    role, even if it acts as catalyst in the initial stages, may
  365.    ultimately focus on the direct support of the users of the system
  366.    which it finds it appropriate to support and subsidize (e.g., the
  367.    research and educational users of the NREN).
  368.  
  369.    A voucher system has been proposed, in the case of the NREN, which
  370.    would permit users to choose which NREN service provider(s) to
  371.    engage.  The vouchers might be redeemed by the service providers in
  372.    the same sort of way that food stamps are redeemed by supermarkets.
  373.    Over time, the cost of the vouchers could change so that an initial
  374.    high subsidy from the federal government would diminish until the
  375.    utility of the vouchers vanished and decisions would be made to
  376.    purchase telecommunications services on a pure cost/benefit basis.
  377.  
  378. IMPORTANCE OF COMMERCIAL INTERESTS
  379.  
  380.    The initial technical architecture should incorporate commercial
  381.    service provision where possible so as to avoid the creation of a
  382.    system which is solely reliant on the federal government for its
  383.    support and operation.  It is anticipated that a hybrid system will
  384.    develop but, for example, it is possible that the gigabit backbone
  385.    components of the system might be strictly commercial from the start,
  386.    even if the lower speed components of the NREN vary from private, to
  387.    public to federally subsidized or owned and operated.
  388.  
  389.  
  390.  
  391.  
  392.  
  393.  
  394. Cerf                                                            [Page 7]
  395.  
  396. RFC 1167                          NREN                         July 1990
  397.  
  398.  
  399. CONCLUSIONS
  400.  
  401.    The idea of creating a National Research and Education Network has
  402.    captured the attention and enthusiasm of an extraordinarily broad
  403.    collection of interested parties.  I believe this is in part a
  404.    consequence of the remarkable range of new services and facilities
  405.    which could be provided once the network infrastructure is in place.
  406.    If the technology of the NREN is commercially viable, one can readily
  407.    imagine that an economic engine of considerable proportions might
  408.    result from the widespread accessibility of NREN-like facilities to
  409.    business sector.
  410.  
  411. Security Considerations
  412.  
  413.    Security issues are not discussed in this memo.
  414.  
  415. Author's Address
  416.  
  417.    Vinton G. Cerf
  418.    Corporation for National Research Initiatives
  419.    1895 Preston White Drive, Suite 100
  420.    Reston, VA 22091
  421.  
  422.    EMail: vcerf@NRI.Reston.VA.US
  423.  
  424.    Phone: (703) 620-8990
  425.  
  426.  
  427.  
  428.  
  429.  
  430.  
  431.  
  432.  
  433.  
  434.  
  435.  
  436.  
  437.  
  438.  
  439.  
  440.  
  441.  
  442.  
  443.  
  444.  
  445.  
  446.  
  447.  
  448.  
  449.  
  450. Cerf                                                            [Page 8]
  451.