home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Telecom / 1996-04-telecom-walnutcreek.iso / technical / hi.perf.computing.net < prev    next >
Text File  |  1990-02-01  |  69KB  |  1,473 lines

  1.  
  2. Date: Mon, 1 Jan 90 05:39:40 PST
  3. From: Steve Cisler <sac>
  4. Subject: High Performance Computing and Networking
  5.  
  6.  U.S. Congress, Office of Technology Assessment, High Performance
  7. Computing and Networking for Science--Background Paper, OTA-BP-CIT-59,
  8. September 1989.  Chapter III: Networks (Project Director: Fred
  9. Weingarten 202 228 6760)
  10.  
  11. (This chapter was scanned using a Macintosh IIcx, OmniPage 2.0, and
  12. McSink. Moving a document from a complex format with tables,
  13. footnotes, and multiple columns and fonts to an 80 column ASCII file
  14. loses something in the translation. Footnotes are placed at about the
  15. same place as in the print version.  --Steve Cisler: sac@apple.com
  16. 408-9743258.)
  17.  
  18.  
  19. Networks
  20.  
  21.  Information is the lifeblood of science; communication of that
  22. information is crucial to the advance of research and its
  23. applications. Data communication networks enable scientists to talk
  24. with each other, access unique experimental data, share results and
  25. publications, and run models on remote supercomputers, all with a
  26. speed, capacity, and ease that makes possible the posing of new
  27. questions and the prospect for new answers. Networks ease research
  28. collaboration by removing geographic barriers. They have become an
  29. invaluable research tool, opening up new channels of communication and
  30. increasing access to research equipment and facilities. Most
  31. important, networking is becoming the indispensable foundation for
  32. all other use of information technology in research.
  33.  
  34.   Research networking is also pushing the frontiers of data
  35. communications and network technologies.  Like electric power
  36. highways, and the telephone, data communications is an infrastructure
  37. that will be crucial to all sectors of the economy. Businesses demand
  38. on-line transaction processing, and finan- cial markets run on
  39. globally networked electronic trading. The evolution of telephony to
  40. digital technology allows merging of voice, data and information
  41. services networking, although voice circuits still dominate the
  42. deployment of the technology. Promoting scientific research
  43. networking -- dealing with data-intense outputs like satellite imag-
  44. ing and supercomputer modeling--should push networking technology that
  45. will find application far outside of science.
  46.  
  47.   Policy action is needed, if Congress wishes to see the evolution of
  48. a full-scale national research and education network. The existing
  49. "internet" of scientific networks is a fledgling. As this
  50. conglomeration of networks evolves from an R&D enterprise to an
  51. operational network, users will demand round-the-clock, high-quality
  52. service. Academics, policymakers, and researchers around the world
  53. agree on the pressing need to transform it into a permanent
  54. infrastructure.  This will entail grappling with difficult issues of
  55. public and private roles in funding, management, pricing/cost
  56. recovery, access, security, and international coordination as well
  57. as assuring ade- quate funding to carry out initiatives that are set
  58. by Congress.
  59.  
  60.   Research networking faces two particular policy complications.
  61. First, since the network in its broadest form serves most
  62. disciplines agencies and many different groups of users, it has no
  63. obvious lead champion. As a common resource, its potential sponsors
  64. may each be pleased to use it but unlikely to give it the priority and
  65. funding required to bring it to its full potential. There is a need
  66. for clear central leadership, as well as coordination of governments,
  67. the private sector, and universities. A second complication is a
  68. mismatch between the concept of a national research network and the
  69. traditionally decentralized subsidized, mixed public-private na- ture
  70. of higher education and science. The processes and priorities of
  71. mission agency-based Federal support may need some redesigning as they
  72. are oriented towards supporting ongoing mission-oriented and basic
  73. research, and may work less well at fostering large-scale scientific
  74. facilities and infrastructure that cut across disciplines and agency
  75. missions.
  76.  
  77.   In the near term, the most important step is getting a widely
  78. connected, operational network in place. But the "bare bones" networks
  79. are a small part of the picture. Information that flows over the
  80. network, and the scientific resources and data available through the
  81. network, are the important payoffs. Key long-term issues for the
  82. research community will be those that affect the sort of information
  83. available over the network, who has access to it, and how much it
  84. costs. The main issue areas for scientific data networking are
  85. outlined below:
  86.  
  87. > research--to develop the technology required
  88.   to transmit and switch data at very high rates;
  89.  
  90. > private sector participation--role of the com-
  91.   mon carriers and telecommunication compa-
  92.   nies in developing and managing the network
  93.   and of private information firms in offering
  94.   services;
  95.  
  96. > scope--who the network is designed to serve
  97.   will drive its structure and management;
  98.  
  99. > access--balancing open use against security
  100.   and information control and determining who
  101.   will be able to gain access to the network for
  102.   what purpose;
  103.  
  104. > standards--the role of government, industry,
  105. users, and international organizations in setting
  106. and maintaining technical standards;
  107.  
  108. > management--public and private roles; degree
  109. of decentralization;
  110.  
  111. > funding--an operational network will require
  112. significant, stable, continuing investment; the
  113. financial responsibilities demarcated must re-
  114. flect the interests of various players, from
  115. individual colleges through States and the
  116. Federal Government, in their stake in network
  117. operations and policies;
  118.  
  119. > economics--pricing and cost recovery for net-
  120. work use, central to the evolution and manage-
  121. ment of any infrastructure. Economics will
  122. drive the use of the network;
  123.  
  124. > information services--who will decide what
  125. types of services are to be allowed over the
  126. network, who is allowed to offer them; and who
  127. will resolve inforrnation issues such as privacy,
  128. intellectual property, fair competition, and
  129. security;
  130.  
  131. > long-term science policy issues--the networks'
  132. impacts on the process of science, and on
  133. access to and dissemination of valuable scien-
  134. tific and technical information.
  135.  
  136.  
  137. THE NATIONAL RESEARCH AND EDUCATION NETWORK (NREN)
  138.  
  139. "A universal communications network connected to national and
  140. international networks enables elec- tronic communication among
  141. scholars anywhere in the world, as well as access to worldwide
  142. information sources, special experimental instruments, and computing
  143. resources. The network has sufficient bandwidth for scholarly
  144. resources to appear to be attached to a world local area network."
  145. EDUCOM, 1988.
  146.  
  147. ". . . a national research network to provide a distrib-
  148. uted computing capability that links the government,
  149. industry, and higher education communities
  150. OSTP, 1987.
  151.  
  152. "The goal of the National Research and Education Network is to enhance
  153. national competitiveness and productivity through a high-speed,
  154. high-quality network infrastructure which supports a broad set of
  155. applications and network services for the research and instructional
  156. community."  EDUCOM/NTTF, March 1989.
  157.  
  158. "The NREN will provide high-speed communica- tion access to over 1300
  159. institutions across the United States within five years. It will offer
  160. suffi- cient capacity. performance, and functionality so that the
  161. physical distance between institutions is no longer a barrier to
  162. effective collaboration. It will support access to high-performance
  163. computing facilities and services . . . and advanced information
  164. sharing and exchange, including national file sys- tems and online
  165. libraries ....the NREN will evolve toward fully supported commercial
  166. facilities that support a broad range of applications and services."
  167. FRICC, Program Plan for the NREN. May 23, 1989.
  168.  
  169. This chapter of the background paper reviews the status of and issues
  170. surrounding data networking for science, in particular the proposed
  171. NREN. It describes current Federal activities and plans, and
  172. identifies issues to be examined in the full report, to be completed
  173. in summer 1990.
  174.  
  175. The existing array of scientific networks consists of a hierarchy of
  176. local, regional and national networks, linked into a whole. In this
  177. paper, "NREN" will be used to describe the next generation of the
  178. national "backbone" that ties them together.  The term "Internet" is
  179. used to describe a more specific set of interconnected major networks,
  180. all of which use the same data transmission protocols. The most
  181. important are NSFNET and its major regional subnetworks, ARPANET, and
  182. several other federally initiated networks such as ESNET and NASNET.
  183. The term internet is used fairly loosely.  At its broadest, the more
  184. generic term internet can be used to describe the international
  185. conglomeration of networks, with a variety of protocols and capabili-
  186. ties, which have a gateway into Internet; which could include such
  187. things as BITNET and MCI Mail.
  188.  
  189.  
  190. The Origins of Research Networking
  191.  
  192. Research users were among the first to link computers into networks,
  193. to share information and broaden remote access to computing resources.
  194. DARPA created ARPANET in the 1960s for two purposes: to advance
  195. networking and data communications R&D, and to develop a robust
  196. communications network that would support the data-rich
  197. conversations of computer scientists. Building on the resulting
  198. packet-switched network technology, other agencies developed
  199. specialized networks for their research communities (e.g., ESNET,
  200. CSNET, NSFNET). Telecommunications and electronic in- dustries
  201. provided technology and capacity for these networks, but they were not
  202. policy leaders or innovators of new systems. Meanwhile, other
  203. research oriented networks, such as BITNET and Usenet, were developed
  204. in parallel by academic and industry users who, not being grantees or
  205. contractors of Federal agencies, were not served by the agency-
  206. sponsored networks. These university and lab-based networks serve a
  207. relatively small number of specialized scientific users, a market
  208. that has been ignored by the traditional telecommunications industry.
  209. The networks sprang from the efforts of users -- academic and other
  210. research scientists -- and the Federal managers who were supporting
  211. them.l
  212.  
  213.  
  214. The Growing Demand for Capability and Connectivity
  215.  
  216.   Today there are thousands of computer networks in the United States.
  217. These networks range from temporary linkages between modem-equipped2
  218. desk-top computers linked via common carriers, to institution-wide
  219. area networks, to regional and national networks. Network traffic
  220. moves through different media, including copper wire and optical
  221. cables, signal processors and switches, satellites, and the vast
  222. common carrier system developed for voice communication. Much of this
  223. hodgepodge of networks has been linked (at least in terms of ability
  224. to interconnect) into the internet. The ability of any two systems to
  225. interconnect depends on their ability to recognize and deal with the
  226. form information flows take in each. These "protocols" are sets of
  227. technical standards that, in a sense, are the "lan-guages" of
  228. communication systems. Networks with different protocols can often be
  229. linked together by computer-based "gateways" that translate the proto-
  230. cols between the networks.
  231.  
  232.   National networks have partially coalesced, where technology allows
  233. cost savings without losing connectivity. Over the past years, several
  234. agencies have pooled funds and plans to support a shared national
  235. backbone. The primary driver for this interconnecting and coalescing
  236. of networks has been the need for connectivity among users. The power
  237. of the whole is vastly greater than the sum of the pieces.
  238. Substantial costs are saved by extending connectivity while reducing
  239. duplication of network coverage.  The real payoff is in connecting
  240. people, information, and resources. Linking brings users in reach of
  241. each other. Just as telephones would be of little use if only a few
  242. people had them, a research and education network's connectivity is
  243. central to its usefulness, and this connectivity comes both from
  244. ability of each network to reach the desks, labs, and homes of its
  245. users and the extent to which various networks are, themselves,
  246. interconnected.
  247.  
  248.  
  249. The Present NREN
  250.  
  251.   The national research and education network can be viewed as four
  252. levels of increasingly complex and flexible capability:
  253.  
  254. > physical wire/fiber optic common carrier"high-
  255.   ways";
  256. > user-defined, packet-switched networks;
  257. > basic network operations and services; and
  258. > research, education, database, and information
  259.   services accessible to network users
  260.  
  261.   In a fully developed NREN, all of these levels of service must be
  262. integrated. Each level involves different technologies, serv, policy
  263. issues, research opportunities, engineering requirements, clientele, 
  264. providers, regulators, and policy issues. A more detailed look at the 
  265. policy problems can be drawn by separating the NREN into its major 
  266. components.
  267.  
  268.  
  269. Level 1: Physical wire/fiber optic common carrier highways
  270.  
  271.    The foundation of the network is the physical conduits that carry
  272. digital signals. These telephone wires, optical fibers, microwave
  273. links, and satellites are the physical highways and byways of data
  274. transit. They are invisible to the network user. To provide the
  275. physical skeleton for the internet,
  276.  
  277. ==
  278.  
  279.  1 John S. Quarterman and Josiah C. Hoskins,
  280. "NotableComputerNetworks," Communications ofthe ACM, vol29, No. IO,
  281. October 1986, pp.932-971; John S. Quarterman, The Matrix: Networks
  282. Around the World, Digital Press, August 1989.
  283.  
  284.    2A "Modem" converts information on a computer to a form that a
  285. communication system can carry, and vice versa. It also automates some
  286. simple functions, such as dialing and answering the phone, detecting
  287. and correcting transmission errors.
  288.  
  289. ==
  290.  
  291. government, industry, and university network man- agers lease circuits
  292. from public switched common carriers, such as AT&T, MCI, GTE, and NTN.
  293. In doing so they take advantage of the large system of circuits
  294. already laid in place by the telecommunica- tions common carriers for
  295. other telephony and data markets. A key issue at this level is to what
  296. extent broader Federal agency and national telecommunications
  297. policies will promote, discourage, or divert the evolution of a
  298. research-oriented data network.
  299.  
  300.  
  301. Level 2: User-defined subnetworks
  302.  
  303. The internet is a conglomeration of smaller foreign, regional, State,
  304. local, topical, private, government, and agency networks. Generally,
  305. these separately managed networks, such as SURANET, BARRNET, BITNET,
  306. and EARN, evolved along naturally occurring geographic, topical, or
  307. user lines, or mission agency needs. Most of these logical networks
  308. emerged from Federal research agency (including the Department of
  309. Defense) initiatives. In addition, there are more and more commercial,
  310. State and private, regional, and university networks (such as Accunet,
  311. Telenet, and Usenet) at the same time specialized and interlinked.
  312. Many have since linked through the Internet, while keeping to some
  313. extent their own technical and socioeconomic identity.  This division
  314. into small, focused networks offers the advantage of keeping network
  315. management close to its users; but demands standardization and some
  316. central coordination to realize the benefits of interconnection.
  317.  
  318. Networks at this level of operations are distinguished by
  319. independent management and technical boundaries. Networks often have
  320. different standards and protocols, hardware, and software. They carry
  321. information of different sensitivity and value. The diversity of these
  322. logical subnetworks matters to institutional subscribers (who must
  323. choose among network offerings), to regional and national network
  324. managers (who must manage and coordinate these networks into an
  325. internet), and to users (who can find the variety of alternatives
  326. confusing and difficult to deal with). A key issue is the management
  327. relation- ship among these diverse networks; to what extent is
  328. standardization and centralization desirable?
  329.  
  330.  
  331. Level 3: Basic network operations and services
  332.  
  333.  
  334. A small number of basic maintenance tools keeps the network running
  335. and accessible by diverse, distributed users. These basic services are
  336. software based, provided for the users by network operators and
  337. computer manufacturers in operating systems.  They include software
  338. for password recognition, electronic mail, and file transfer. These
  339. are core services necessary to the operation of any network.  These
  340. basic services are not consistent across the current range of
  341. computers used by research. A key issue is to what extent these
  342. services should be standardized, and as important, who should make
  343. those decisions.
  344.  
  345.  
  346. Level 4: Value-added superstructure: links to research, education, and
  347. information services
  348.  
  349.  
  350. The utility of the network lies in the information, services, and
  351. people that the user can access through the network. These value-added
  352. services provide specialized tools, information, and data for research
  353. and education. Today they include specialized computers and software,
  354. library catalogs and publication databases, archives of research
  355. data, conferencing systems, and electronic bulletin boards and
  356. publishing services that provide access to colleagues in the United
  357. States and abroad. These information resources are provided by
  358. volunteer scientists and by non-profit, for-profit, international, and
  359. government organizations. Some are amateur, poorly maintained bulletin
  360. boards; others are mature information organizations with
  361. well-developed services. Some are "free"; others recover costs through
  362. user charges.
  363.  
  364. Core policy issues are the appropriate roles for various information
  365. providers on the network. If the network is viewed as public
  366. infrastructure, what is "fair" use of this infrastructure? If the
  367. network eases access to sensitive scientific data (whether raw
  368. research data or government regulatory databases), how will this
  369. stress the policies that govern the relationships of industry,
  370. regulators, lobbyists, and experts? Should profit-seeking companies be
  371. al- lowed to market their services? How can we ensure that
  372. technologies needed for network maintenance, cost accounting, and
  373. monitoring will not be used inappropriately or intrusively? Who should
  374. set prices for various users and services? How will intellectual
  375. property rights be structured for electronically available
  376. information? Who is responsible for the quality and integrity of the
  377. data provided and used by researchers on the network?
  378.  
  379.  
  380. Research Networking as a Strategic High Technology Infrastructure
  381.  
  382.  
  383. Research networking has dual roles. First, networking is a
  384. strategic, high technology infrastructure for science. More broadly
  385. applied, data networking enables research, education, business, and
  386. manufacturing, and improves the Nation's knowledge competitiveness.
  387. Second, networking technologies and applications are themselves a
  388. substantial growth area, meriting focused R&D.
  389.  
  390. Knowledge is the commerce of education and research. Today networks
  391. are the highways for information and ideas. They expand access to
  392. computing, data, instruments, the research community, and the
  393. knowledge they create. Data are expensive (relative to computing
  394. hardware) and are increasingly created in many widely distributed
  395. locations, by specialized instruments and enterprises, and then
  396. shared among many separate users.  The more effectively that research
  397. information is disseminated to other researchers and to industry, the
  398. more effective is scientific progress and social application of
  399. technological knowledge. An internet of networks has become a
  400. strategic infrastructure for research.
  401.  
  402. The research networks are also a testbed for data communications
  403. technology. Technologies developed through the research networks are
  404. likely to enhance productivity of all economic sectors, not just
  405. university research. The federally supported Internet has not only
  406. sponsored frontier-breaking network research, but has pulled
  407. data-networking technology with it. ARPANET catalyzed the devel-
  408. opment of packet-switching technology, which has expanded rapidly from
  409. R&D networking to multibillion-dollar data handling for business and
  410. financial transactions. The generic technologies developed for the
  411. Internet -- hardware (such as high-speed switches) and software for
  412. network management, routing, and user interface -- will transfer readily
  413. into general data-networking applications. Government support for
  414. applied research can catalyze and integrate R&D, decrease risk, create
  415. markets for network technologies and services, transcend economic
  416. and regulatory barriers, and accelerate early technology development
  417. and deployment. This would not only bolster U.S. science and
  418. education, but would fuel industry R&D and help support the market and
  419. competitiveness of the U.S. network and information services industry.
  420.  
  421. Govemments and private industries the world over are developing
  422. research networks, to enhance R&D productivity and to create testbeds
  423. for highly advanced communications services and technologies.
  424. Federal involvement in infrastructure is motivated by the need for
  425. coordination and nationally oriented investment, to spread financial
  426. burdens, and promote social policy goals (such as furthering basic
  427. research).3 Nations that develop markets in network-based technologies
  428. and services will create information industry-based productivity
  429. growth.
  430.  
  431.  
  432. Federal Coordination of the Evolving Internet
  433.  
  434.  
  435. NREN plans have evolved rapidly. Congressional interest has grown;
  436. in 1986, Congress requested the Office of Science and Technology
  437. Policy (OSTP) to report on options for networking for research and
  438. supercomputing.4 The resulting report, completed in 1987 by the
  439. interagency Federal Coordinating Council for Science, Engineering, and
  440. Technology (FCCSET), called for a new Federal program to create an
  441. advanced national research network by the year 2000.5 This vision
  442. incorporated two objectives: l) providing vital computer-
  443. communications network services for the Nation's academic research
  444. community, and 2) stimulating networking and communications R&D which
  445. would fuel U.S. industrial technology and commerce in the growing
  446. global data communications market.
  447.  
  448. The 1987 FCCSET report, building on ongoing Federal activities,
  449. addressed near-term questions over the national network's scope,
  450. purposes, agency authority, performance targets, and budget. It did
  451. not resolve issues surrounding the long-term operation of a network,
  452. the role of commercial services in providing network operations and
  453. services, or interface with broader telecommunications policies.
  454.  
  455. ==
  456.  
  457. 3 Congressional Budget Office, New Directions for the Nation's Puolic
  458. Works, September 1988, p. xiii; CBO, Federal Policies for
  459. Infrastructure Management, June 1986.
  460.  
  461. 4 P.L. 99-383, Aug. 21,1986.
  462.  
  463. 5 OSTP, A Research and Development Strategy for High
  464.  Performance Computing, Nov. 20, 1987.
  465.  
  466. ==
  467.  
  468. A 1988 National Research Council report praised ongoing activities,
  469. emphasized the need for coordination, stable funding, broadened
  470. goals and design criteria, integrated management, and increased pri-
  471. vate sector involvement.6
  472.  
  473. FCCSET's Subcommittee on Networking has since issued a plan to upgrade
  474. and expand the network.7 In developing this plan, agencies have worked
  475. together to improve and interconnect several existing networks. Most
  476. regional networks were joint creations of NSF and regional consortia,
  477. and have been part of the NSFNET world since their inception. Other
  478. quasi-private, State, and regional networks (such as CICNET, Inc., and
  479. CERFNET) have been started.
  480.  
  481. Recently, legislation has been reintroduced to authorize and
  482. coordinate a national research network.8 As now proposed, a National
  483. Research and Education Network would link universities, national
  484. laboratories, non-profit institutions and government research
  485. organizations, private companies doing government-supported research
  486. and education, and facilities such as supercomputers, experimental
  487. instruments, databases, and research libraries. Network research, as
  488. a joint endeavor with industry, would create and transfer technology
  489. for eventual commercial exploitation, and serve the data- networking
  490. needs of research and higher education into the next century.
  491.  
  492.  
  493. Players in the NREN
  494.  
  495.  
  496. The current Internet has been created by Federal leadership and
  497. funding, pulling together a wide base of university commitment,
  498. national lab and academic expertise, and industry interest and
  499. technology. The NREN involves many public and private actors. Their
  500. roles must be better delineated for effective policy. Each of these
  501. actors has vested interests and spheres of capabilities. Key players
  502. are:
  503.  
  504. > universities, which house most end users;
  505.  
  506. > networking industry, the telecommunications, data communications,
  507. computer, and information service companies that provide networking
  508. technologies and services;
  509.  
  510. > State enterprises devoted to economic development, research, and
  511. education;
  512.  
  513. > industrial R&D labs (network users); and
  514.  
  515. > the Federal Government, primarily the national labs and
  516. research-funding agencies
  517.  
  518. Federal funding and policy have stimulated the development of the
  519. Internet. Federal initiatives have been well complemented by States
  520. (through funding State networking and State universities'
  521. institutional and regional networking), universities (by funding
  522. campus networking), and industry (by contributing networking
  523. technology and physical circuits at sharply reduced rates). End users
  524. have experienced a highly subsidized service during this "experimen-
  525. tal" stage. As the network moves to a bigger, more expensive, more
  526. established operation, how might these relative roles change?
  527.  
  528.  
  529. Universities
  530.  
  531. Academic institutions house teachers, research- ers, and students in
  532. all fields. Over the past few decades universities have invested
  533. heavily in libraries, local computing, campus networks, and regional
  534. network consortia. The money invested in campus networking far
  535. outweighs the investment in the NSFNET backbone. In general, academics
  536. view the NREN as fulfillment of a longstanding ambition to build a
  537. national system for the transport of information for research and
  538. education. EDUCOM has long labored from the "bottom" up, bringing
  539. together researchers and educators who used networks (or believed they
  540. could use them) for both research and teaching.
  541.  
  542.  
  543. Networking Industry
  544.  
  545.  
  546. There is no simple unified view of the NREN in the fragmented
  547. telecommunications "industry." The long-distance telecommunications
  548. common carriers generally see the academic market as too specialized
  549. and risky to offer much of a profit opportunity.
  550.  
  551. ===
  552.  
  553. 6National Research Councll, Toward a National Research Network
  554. (Washington, DC, National Academy Press, 1988), especially pp. 25-37.
  555.  
  556. 71~CCSET or ~Federal Coordinating Council for Science, Engineering,
  557. and Technology, The Federal High Performance Computing Program,
  558. Washinton, DC, OSTP. Sept. 8. 1989.
  559.  
  560. 8S. 1067, "The National High-Performance Computer Technology Act of
  561. 1989," May 1989, introduced by Mr.  Gore. Hearings were held on June
  562. 21, 1989. H.R. 3131, "The National High-Performance Computer
  563. Technology Act of 1989," introduced by Mr. Walgren.  
  564.  
  565. === 
  566.  
  567. However, companies have gained early experience with new technologies
  568. and applications by participating in university R&D; it is for this
  569. reason that industry has jointly funded the creation and develop- ment
  570. of NSFNET.
  571.  
  572. Various specialized value-added common carriers offer packet-switched
  573. services. They could in principle provide some of the same services
  574. that the NREN would provide, such as electronic mail. They are not,
  575. however, designed to meet the capacity require- ments of researchers,
  576. such as transferring vast files of supercomputer-generated
  577. visualizations of weather systems, simulated airplane test flights, or
  578. econo- metric models. Nor can common carriers provide the "reach" to
  579. all carriers.
  580.  
  581. States
  582.  
  583. The interests of States in research, education, and economic
  584. development parallel Federal concerns.  Some States have also invested
  585. in information infrastructure development. Many States have in- vested
  586. heavily in education and research networking, usually based in the
  587. State university system and encompassing, to varying degrees, private
  588. universities, State government, and industry. The State is a
  589. "natural" political boundary for network financing.  In some States,
  590. such as Alabama, New York, North Carolina, and Texas, special
  591. initiatives have helped create statewide networks.
  592.  
  593.  
  594. Industry Users
  595.  
  596.  
  597. There are relatively few industry users of the internet; most are very
  598. large R&D-intensive compa- nies such as IBM and DEC, or small high-
  599. technology companies. Many large companies have intemal business and
  600. research networks which link their offices and laboratories within the
  601. United States and overseas; many also subscribe to commercial
  602. services such as MCI Mail. However, these proprietary and commercial
  603. networks do not provide the internet's connectivity to scientists or
  604. the high bandwidth and services so useful for research communications.
  605. Like universities and national labs, companies are a part of the
  606. Nation's R&D endeavor; and being part of the research community today
  607. includes being "on" the internet. Appropriate industry use of the NREN
  608. should encourage interaction of industry, university, and government
  609. re- searchers, and foster technology transfer. Industry internet users
  610. bring with them their own set of concerns such as cost accounting,
  611. proper network use, and information security. Other non-R&D companies,
  612. such as business analysts, also are likely to seek direct network
  613. connectivity to universities, government laboratories, and
  614. R&D-intensive companies.
  615.  
  616.  
  617. Federal
  618.  
  619. Three strong rationales--support of mission and basic science,
  620. coordinating a strategic national infrastructure, and promotion of
  621. data-networking technology and industrial productivity~drive a
  622. substantial, albeit changing, Federal involvement.  Another more
  623. modest goal is to rationalize duplication of effort by integrating,
  624. extending, and modern- izing existing research networks. That is in
  625. itself quite important in the present Federal budgetary environment.
  626. The international nature of the network also demands a coherent
  627. national voice in international telecommunications standardization.
  628. The Internet's integration with foreign networks also justifies
  629. Federal concern over the international flow of militarily or
  630. economically sensitive technical information. The same
  631. university-government-industry linkages on a domestic scale drive
  632. Federal interests in the flow of information.
  633.  
  634. Federal R&D agencies' interest in research networking is to enhance
  635. their external research support missions. (Research networking is a
  636. small, special- ized part of agency telecommunications. It is de-
  637. signed to meet the needs of the research community, rather than agency
  638. operations and administrative telecommunications that are addressed in
  639. FTS 2000.) The hardware and software communications technologies
  640. involved should be of broad commercial importance. The NREN plans
  641. reflect national interest in bolstering a serious R&D base and a
  642. competitive industry in advanced computer communications.
  643.  
  644. The dominance of the Federal Government in network development means
  645. that Federal agency interests have strongly influenced its form and
  646. shape. Policies can reflect Federal biases; for instance, the
  647. limitation of access to the early ARPANET to ARPA contractors left
  648. out many academics, who consequently created their own grass-roots,
  649. lower-capability BITNET.
  650.  
  651. International actors are also important. As with the telephone system,
  652. the internet is inherently international. These links require
  653. coordination, for example for connectivity standards, higher level
  654. network management, and security. This requirement implies the need
  655. for Federal level management and policy.
  656.  
  657.  
  658. The NREN in the International Telecommunications Environment
  659.  
  660.  
  661. The nature and economics of an NREN will depend on the international
  662. telecommunications context in which it develops. Research networks are
  663. a leading edge of digital network technologies, but are only a tiny
  664. part of the communications and information services markets.
  665.  
  666. The l990s will be a predominantly digital world; historically
  667. different computing, telephony, and business communications
  668. technologies are evolving into new information-intensive systems.
  669. Digital technologies are promoting systems and market integration.
  670. Telecommunications in the l990s will revolve around flexible,
  671. powerful, "intelligent" networks. However, regulatory change and
  672. uncertainty, market turbulence, international competition, the
  673. explosion in information services, and significant changes in foreign
  674. telecommunications policies, all are making telecommunications
  675. services more turbulent. This will cloud the research network's
  676. long-term planning.
  677.  
  678. High-bandwidth, packet-switched networking is at present a young
  679. market in comparison to commercial telecommunications. Voice
  680. overwhelmingly dominates other services (e.g. fax, e-mail, on-line
  681. data retrieval). While flexible, hybrid voice-data services are being
  682. introduced in response to business demand for data serv, the
  683. technology base is optimized for voice telephony.
  684.  
  685. Voice communications brings to the world of computer
  686. telecommunications complex regulatory and economic baggage.
  687. Divestiture of the AT&T regulated monopoly opened the
  688. telecommunications market to new entrants, who have slowly gained
  689. long-haul market share and offered new technologies and information
  690. services. In general, however, the post-divestiture telecommunications
  691. industry remains dominated by the descendants of old AT&T, and most of
  692. the impetus for service innovations comes from the voice market. One
  693. reason is uncertainty about the legal limits, for providing
  694. information services, imposed on the newly divested companies. (In
  695. comparison, the computer industry has been unregulated. With the
  696. infancy of the technology, and open markets, computer R&D has been
  697. exceptionally productive.) A crucial concern for long-range NREN
  698. planning is that scientific and educational needs might be ignored
  699. among the regulations, technology priorities, and eco- nomics of a
  700. telecommunications market geared toward the vast telephone customer
  701. base.
  702.  
  703.  
  704. POLICY ISSUES
  705.  
  706. The goal is clear; but the environment is complex, and the details
  707. will be debated as the network evolves.
  708.  
  709. There is substantial agreement in the scientific and higher education
  710. community about the pressing national need for a broad-reaching,
  711. broad-bandwidth, state-of-the-art research network. The existing
  712. Internet provides vital communication, research, and information
  713. services, in addition to its concomitant role in pushing networking
  714. and data handling technology. Increasing demand on network capacity
  715. has quickly saturated each network upgrade. In addition, the
  716. fast-growing demand is overburdening the current informal
  717. administrative arrangements for running the Internet. Expanded
  718. capability and connectivity will require substantial budget increases.
  719. The current network is adequate for broad e-mail service and for more
  720. restricted file transfer, remote logon, and other sophisticated uses.
  721. Moving to gigabit bandwidth, with appropriate network services, will
  722. demand substantial techno- logical innovation as well as investment.
  723.  
  724. There are areas of disagreement and even broader areas of uncertainty
  725. in planning the future national research network. There are several
  726. reasons for this: the immaturity of data network technology, serv-
  727. ices, and markets; the Internet's nature as strategic infrastructure
  728. for diverse users and institutions; and the uncertainties and
  729. complexities of overriding telecommunications policy and economics.
  730.  
  731. First, the current Internet is, to an extent, an experiment in
  732. progress, similar to the early days of the telephone system.
  733. Technologies, uses, and potential markets for network services are
  734. still nascent.  Pattems of use are still evolving; and a reliable
  735. network has reached barely half of the research community. Future uses
  736. of the network are difficult to identify; each upgrade over the past
  737. 15 years has brought increased value and use as improved network
  738. capacity and access have made new applications feasible.
  739.  
  740. The Internet is a conglomeration of networks that grew up ad hoc.
  741. Some, such as ARPANET, CSNET, and MFENET, were high-quality national
  742. networks supported by substantial Federal funding. Other smaller
  743. networks were built and maintained by the late-night labors of
  744. graduate students and computer centers operators. One of these,
  745. BITNET, has become a far-reaching and widely used university network,
  746. through the coordination of EDUCOM and support of IBM. The Internet
  747. has since become a more coherent whole, under Federal coordination led
  748. by NSF and DARPA and advised by the Internet Activities Board.
  749. Improvements in service and connectivity have been astounding. Yet the
  750. patchwork nature of the Internet still dominates; some campus and
  751. regional networks are high quality and well maintained; others are
  752. lower speed, less reliable, and reach only a few institutions in
  753. their region.  Some small networks are gatewayed into the Internet;
  754. others are not. This patchwork nature limits the effectiveness of the
  755. Internet, and argues for better planning and stronger coordination.
  756.  
  757. Second, the network is a strategic infrastructure, with all the
  758. difficulties in capitalizing, planning, financing, and maintaining
  759. that seem to attend any infrastructure.9 Infrastructures tend to
  760. suffer from a "commons" problem, leading to continuing underin-
  761. vestment and conflict over centralized policy. By its nature the
  762. internet has many diverse users, with diverse interests in and demands
  763. on the network. The network's value is in linking and balancing the
  764. needs of these many users, whether they want advanced supercomputer
  765. services or merely e-mail. Some users are network-sophisticated, while
  766. many users want simple, user-friendly communications. This diversity
  767. of users complicates network planning and management. The scope and
  768. offerings of the network must be at least sketched out before a
  769. management structure appropriate to the desired mission is
  770. established.
  771.  
  772. Third, the network is part of the telecommunications world, rampant
  773. with policy and economic confusion. The research community is small,
  774. with specialized data needs that are subsidiary to large markets. It
  775. is not clear that science's particular networking needs will be met.
  776.  
  777.  
  778. Planning Amidst Uncertainty
  779.  
  780.  
  781. Given these three large uncertainties, there is straightforward or
  782. well-accepted model for "best" way to design, manage, and upgrade
  783. future national research network. Future network will depend on cost
  784. recovery and charging practices about which very little is understood.
  785. These uncertainties should be accommodated in the design network
  786. management as well as the network itself.
  787.  
  788. One way to clarify NREN options might be look at experiences with
  789. other infrastructures (e.g., waterways, telephones, highways) for
  790. lessons about how different financing and charging policies affect who
  791. develops and deploys technology, how fast technology develops, and who
  792. has access to infrastructure. Additionally, some universities
  793. beginning trials in charging for network services these should provide
  794. experience in how various charging practices affect usage, technology
  795. deployment and upgrading, and the impacts of network policies on
  796. research and education at the level of the institution.
  797.  
  798. Table 3-1 lists the major areas of agreement and disagreement in
  799. various "models" of the proper form of network evolution.
  800.  
  801.  
  802. Network Scope and Access
  803.  
  804. Where should an NREN reach: beyond research~ intensive government
  805. laboratories and universities to all institutions of higher education?
  806. high schools?  nonprofit and corporate labs? Many believe that
  807. eventually--perhaps in 20 years--de facto data networking will provide
  808. universal linkage, akin to a sophisticated phone system.
  809.  
  810. 9 Congressional Budget Office, New Directions for The Nation's Public
  811. Works, September 1988; National Council on Public Works Improvement
  812. Fragile Foundations: A Report on America's Public Works, Washington,
  813. DC, February 1988.
  814.  
  815. ----------------------------- 
  816.  
  817. Table 3-1
  818.  
  819. Principal Policy Issues In Network Development
  820.  
  821.                     Main areas of agreement                           
  822.  
  823.  
  824. Scope and access
  825.  
  826. 1. The national need for a broad state-of-the-art research network
  827. that links basic research, government, and higher education.
  828.  
  829.  
  830. Policy and management structure
  831.  
  832. 2. The need for a more formal mechanism for planning and operating the
  833. NREN, to supersede and bener coordinate informal interagency
  834. cooperation and ad hoc university and State participation, and for
  835. international coordination.
  836.  
  837.  
  838. Financing and cost recovery
  839.  
  840. 3. The desirability of moving from the current "market-
  841. establishing" environment of Federal and State grants and
  842. subsidies, with services ~free" to users, to more formal cost
  843. recovery, shifting more of the cost burden and financial
  844. incentives to end users.
  845.  
  846.  
  847. Network Use
  848.  
  849. 4. The desirability of realizing the potenial of a network; the need
  850. for standards and policies to link to information services,
  851. databases, and non research networks.
  852.  
  853.  
  854. Main areas of disagreement And Uncertainty
  855.  
  856. 1 a. The exact scope of the NREN; whether and how to control     
  857. domestic and foreign access.
  858.  
  859. 1 b. Hierarchy of network capability. Cost and effort limit the reach
  860. of state-of-the-art networking; an appropriate networking scenario
  861. would have the most intensive users on a leading edge network and less
  862. demanding users on a lower-cost network that suffices for their needs.
  863. Where should those lines be drawn, and who should draw them? How can
  864. the Federal Government ensure that the gap between leading edge and
  865. casual is not too large, and that access is appropriate and equitable?
  866.  
  867. 2a. The form and function of an NREN policy and management authority;
  868. the extent of centralization, particularly the role of Federal
  869. Government; the extent of participation of industry users, networking
  870. industry, common carriers, and universities in policy and operations;
  871. mechanisms for standard setting.
  872.  
  873. 3a. How the transition to commercial operations and charging can and
  874. should be made; more generally, Federal-private sector roles in
  875. network policy and,pricing; how pricing practices will shape access,
  876. use, and demand.
  877.  
  878. 4a. Who should be able to use the network for what purposes, and at
  879. what entry cost; the process of guiding economic structure of
  880. services, subsidies, price of for multi-product services; intellectual
  881. property policies.
  882.  
  883. (SOURCE: Office of Technology Assessment, 1989.)
  884. ----------------------------------
  885.  
  886. The appropriate breadth of the network is unlikely to be fully
  887. resolved until more user communities gain more experience with
  888. networking, and a better understanding is gained of the risks and
  889. benefits of various degrees of network coverage. A balance must be
  890. struck in network scope, which provides a small network optimized for
  891. special users (such as scientists doing full-time, computationally
  892. intensive research) and also a broader network serving more diverse
  893. users. The scope of the internet, and capabil- ities of the networks
  894. encompassed in the internet, will need to balance the needs of
  895. specialized users without diluting the value for top-end and low-end
  896. users. NREN plans, standards, and technology should take into account
  897. the possibility of later expansion and integration with other networks
  898. and other communities currently not linked up. After-the- fact
  899. technical patches are usually inefficient and expensive. This may
  900. require more government participation in standard-setting to make it
  901. feasible for currently separated communities, such as high schools and
  902. universities, to interconnect later on.
  903.  
  904. Industry-academic boundaries are of particular concern.
  905. Interconnection generally promotes research and innovation.
  906. Companies are dealing with risk of proprietary information release by
  907. maintaining independent corporate networks and by restricting
  908. access to open networks. How can funding and pricing be structured to
  909. ensure that for-profit companies bear an appropriate burden of
  910. network costs?
  911.  
  912.  
  913. Access
  914.  
  915. Is it desirable to restrict access to the internet?  Who should
  916. control access? Open access is desired by many, but there are privacy,
  917. security, and commercial arguments for restricting access. Re-
  918. stricting access is difficult, and is determined more by access
  919. controls (e.g., passwords and monitoring) on the computers that attach
  920. users to the network, than by the network itself. Study is needed on
  921. whether and how access can be controlled by technical fixes within the
  922. network, by computer centers attached to the network, informal codes
  923. of behavior, or laws.
  924.  
  925. Another approach is not to limit access, but minimize the
  926. vulnerability of the network -- and its information resources and
  927. users -- to accidents or malice. In comparison, essentially anyone who
  928. has a modest amount of money can install a phone, or use a public
  929. phone, or use a friend's phone, and access the national phone system.
  930. However, criminal, fraudulent, and harassing uses of the phone
  931. system are illegal. Access is unrestricted, but use is governed.
  932.  
  933.  
  934. Controlling International Linkages
  935.  
  936. Science, business, and industry are international; their networks are
  937. inherently international. It is difficult to block private
  938. telecommunications links with foreign entities, and public
  939. telecommunications is already international. However, there is a
  940. fundamental conflict between the desire to capture infommation for
  941. national or corporate economic gain, and the inherent openness of a
  942. network. Scientists generally argue that open network access fosters
  943. scientifically valuable knowledge exchange, which in turn leads to
  944. commercially valuable innovation.
  945.  
  946.  
  947. Hierarchy of Network Capability
  948.  
  949. Investment in expanded network access must be balanced continually
  950. with the upgrading of network performance. As the network is a
  951. significant com- petitive advantage in research and higher education,
  952. access to the "best" network possible is important.  There are also
  953. technological considerations in linking networks of various
  954. performance levels and various architectures. There is already a
  955. consensus that there should be a separate testbed or research network
  956. for developing and testing new network technologies and services,
  957. which will truly be at the cutting edge (and therefore also have the
  958. weaknesses of cutting edge technology, particularly unreliability and
  959. difficulty of use).
  960.  
  961.  
  962. Policy and Management Structure
  963.  
  964. Possible management models include: federal chartered nonprofit
  965. corporations, single lead agen- cies, interagency consortium,
  966. government-owned contractor operations, commercial operations;
  967.  
  968. Tennessee Valley Authority, Atomic Energy Commission, the NSF
  969. Antarctic Program, and Fannie Mae. What are the implications of
  970. various scenarios for the nature of traffic and users?
  971.  
  972.  
  973. Degree of Centralization
  974.  
  975. What is the value of centralized, federally accountable management
  976. for network access control, traffic management and monitoring, and
  977. security compared to the value of decentralized operations, open
  978. access and traffic? There are two key technical questions here: to
  979. what extent does network technology limit the amount of control that
  980. can be exerted over access and traffic content? To what extent does
  981. technology affect the strengths and weaknesses of centralized and
  982. decentralized management?
  983.  
  984.  
  985. Mechanisms for Interagency Coordination
  986.  
  987. Interagency coordination has worked well so far, but with the scaling
  988. up of the network, more formal mechanisms are needed to deal with
  989. larger budgets and to more tightly coordinate further development.
  990.  
  991.  
  992. Coordination With Other Networks
  993.  
  994. National-level resources allocation and planning must coordinate with
  995. interdependent institutions and mid-level networking (the other two
  996. legs of networking).
  997.  
  998.  
  999. Mechanisms for Standard Setting
  1000.  
  1001. Who should set standards, when should they be set, and how overarching
  1002. should they be? Standards at some common denominator level are
  1003. absolutely necessary to make networks work. But excessive
  1004. standardization may deter innovation in network technology,
  1005. applications and services, and other standards.
  1006.  
  1007. Any one set of standards usually is optimal for some applications or
  1008. users, but not for others. There are well-established international
  1009. mechanisms formal standards-setting, as well as strong intertional
  1010. involvement in more informal standards development. These mechanisms
  1011. have worked well, albeit slowly. Early standard-setting by agencies
  1012. and their advisers accelerated the development of U.S.  networks. In
  1013. many cases the early established standards have become, with some
  1014. modification, de facto national and even international standards. This
  1015. is proving the case with ARPANET's protocol suite, TCP/IP. However,
  1016. many have complained that agencies' relatively precipitous and closed
  1017. standards determination has resulted in less-than-satisfactory
  1018. standards. NREN policy should embrace standards setting. Should it,
  1019. however, encourage wider partici- pation, especially by industry, than
  1020. has been the case? U.S. policy must balance the need for interational 
  1021. compatibility with the furthering of national interests.
  1022.  
  1023.  
  1024. Financing and Cost Recovery
  1025.  
  1026. How can the capital and operating costs of the NREN be met? Issues
  1027. include subsidies, user or access charges, cost recovery policies, and
  1028. cost accounting. As an infrastructure that spans disciplines and
  1029. sectors, the NREN is outside the traditional grant mechanisms of
  1030. science policy. How might NREN economics be structured to meet costs
  1031. and achieve various policy goals, such as encouraging widespread yet
  1032. efficient use, ensuring equity of access, pushing technological
  1033. development while maintaining needed standards, protecting intellec-
  1034. tual property and sensitive information while encourging open
  1035. communication, and attracting U.S.  commercial involvement and
  1036. third-party information services?
  1037.  
  1038.  
  1039. Creating a Market
  1040.  
  1041. One of the key issues centers around the extent to which deliberate
  1042. creation of a market should be built into network policy, and into the
  1043. surrounding science policy system. There are those who believe that it
  1044. is important that the delivery of network access and services to
  1045. academics eventually become a commercial operation, and that the
  1046. current Federal subsidy and apparently "free" services will get
  1047. academics so used to free services that there will never be a market.
  1048. How do you gradually create an information market, for networks, or
  1049. for network-accessible value-added services?
  1050.  
  1051.  
  1052. Funding and Charge Structures
  1053.  
  1054. Financing issues are akin to ones in more traditional
  1055. infrastructures, such as highways and waterways. These issues, which
  1056. continue to dominate infrastructure debates, are Federal private
  1057. sector roles and the structure of Federal subsidies and incentives
  1058. (usually to restructure payments and access to infrastructure
  1059. services). Is there a continuing role for Federal subsidies? How can
  1060. university accounting, OMB circular A-21, and cost recovery practices
  1061. be accommodated?
  1062.  
  1063. User fees for network access are currently charged as
  1064. membership/access fees to institutions. End users generally are not
  1065. charged. In the future, user fees may combine access/connectivity
  1066. fees, and use related fees. They may be secured via a trust fund (as
  1067. is the case with national highways, inland waterways, and airports),
  1068. or be returned directly to operating authorities. A few regional
  1069. networks (e.g., CICNET, Inc.) have set membership/connectivity fees to
  1070. recover full costs. Many fear that user fees are not adequate for full
  1071. funding/cost recovery.
  1072.  
  1073.  
  1074. Industry Participation
  1075.  
  1076. Industry has had a substantial financial role in network development.
  1077. Industry participation has been motivated by a desire to stay abreast
  1078. of data-networking technology as well as a desire to develop a niche
  1079. in potential markets for research networking. It is thus desirable to
  1080. have significant industry participation in the development of the
  1081. NREN. Industry participation does several things: industry cost
  1082. sharing makes the projects financially feasible; industry has the
  1083. installed long-haul telecommunications base to build on; and
  1084. industry involvement in R&D should foster technology transfer and,
  1085. generally, the competitiveness of U.S.  telecommunications industry.
  1086. Industry in-kind contributions to NSFNET, primarily from MCI and
  1087. IBM, are estimated at $40 million to $50 million compared to NSF's 5
  1088. year, $14 million budget.l0 It is anticipated that the value of
  1089. industry cost sharing (e.g., donated switches, lines, or software) for
  1090. NREN would be on the order of hundreds of millions of dollars.
  1091.  
  1092.  
  1093. Network Use
  1094.  
  1095. Network service offerings (e.g., databases and database searching
  1096. services, news, publication, and software) will need some policy
  1097. treatment. There need to be incentives to encourage development of and
  1098. access to network services, yet not unduly subsidize such services, or
  1099. compete with private business, while maintaining quality control. Many
  1100. network services used by scientists have been "free" to the end user.
  1101.  
  1102. Economic and legal policies will need to be clarified for reference
  1103. services, commercial information industry, Federal data banks,
  1104. university data resources, libraries, publishers, and generally all
  1105. potential services offered over the network. 11 These policies should
  1106. be designed to encourage use of services, while allowing developers to
  1107. capture the potential benefits of network services and ensure legal
  1108. and economic incentives to develop and market network services.
  1109.  
  1110.  
  1111. Longer Term Science Policy Issues
  1112.  
  1113. The near-term technical implementation of the NREN is well laid out.
  1114. However, longer-term policy issues will arise as the national network
  1115. affects more deeply the conduct of science, such as:
  1116.  
  1117. > patterns of collaboration, communication and information transfer,
  1118. education, and apprenticeship;
  1119.  
  1120. > intellectual property, the value and ownership of information;
  1121.  
  1122. > export control of scientific information;
  1123.  
  1124. > publishing of research results;
  1125.  
  1126. > the "productivity" of research and attempts to measure it
  1127.  
  1128. > communication among scientists, particularly across disciplines and
  1129. between university, government, and industry scientists.
  1130.  
  1131. > potential economic and national security risks of international
  1132. scientific networking, collaboration, and scientific communication;
  1133.  
  1134. > equity of access to scientific resources, such as facilities,
  1135. equipment, databases, research grants, conferences, and other
  1136. scientists. (Will a fully implemented NREN change the concentration
  1137. of academic science and Federal fund ing in a limited number of
  1138. departments and research universities, and of corporate science in a
  1139. few large, rich corporations; what might be the impacts of networks on
  1140. traditional routes to scientific priority and prestige?)
  1141.  
  1142. > controlling scientific information flow. What technologies and
  1143. authority to control network resident scientific information? How
  1144. might these controls affect misconduct, quality control, economic and
  1145. corporate proprietary pro tection, national security, and preliminary
  1146. release of tentative or confidential research information that is
  1147. scientifically or medically sensitive?
  1148.  
  1149. > cost and capitalization of doing research; to what extent might
  1150. networking reduce the need for facilities or equipment?
  1151.  
  1152. > oversight and regulation of science, such a quality control,
  1153. investigations of misconduct research monitoring, awarding and
  1154. auditing government grants and contracts, data collection,
  1155. accountability, and regulation of research procedures.l2 Might
  1156. national networking enable or encourage new oversight roles for
  1157. governments?
  1158.  
  1159. > the access of various publics to scientists an research information;
  1160.  
  1161. > the dissemination of scientific information from raw data, research
  1162. results, drafts of papers through finished research reports and
  1163. reviews; might some scientific journals be replaced by electronic
  1164. reports?
  1165.  
  1166. > legal issues, data privacy, ownership of data.  copyright. How might
  1167. national networking interact with trends already underway in the
  1168. scientific enterprise, such as changes in the nature of collaboration,
  1169. sharing of data, and impacts of commercial potential on scientific
  1170. research? Academic science traditionally has emphasized open and early
  1171. communication, but some argue that pressures from competition for
  1172. research grants and increasing potential for commercial value from
  1173. basic research have dampened free communication. Might networks
  1174. counter, or strengthen, this trend?  
  1175.  
  1176. --- ll OMB, Circular A- 130, 50
  1177. Federal Register 52730 (Dec. 24, 1985);-130. H.R. 2381, The
  1178. Information Policy Act of 1989. which restates the role of OMP and
  1179. policies on government information dissemination.
  1180.  
  1181. l2 U.S.Congress,Office of Technology Assessment,The Regulatory
  1182. Environment for Science,OTA-TM-SET-34(Washington,DC:U.S.
  1183. Government Printing Office, February 1986).
  1184. ---
  1185.  
  1186. Technical Questions
  1187.  
  1188. Several unresolved technical challenges are important to policy
  1189. because they will help determine who has access to the network for
  1190. what purposes.  Such technical challenges include:
  1191.  
  1192. > standards for networks and network-accessible
  1193. information services;
  1194.  
  1195. > requirements for interface to common carriers
  1196. (local through international);
  1197.  
  1198. > requirements for interoperability across many
  1199. different computers;
  1200.  
  1201. > improving user interfaces;
  1202.  
  1203. > reliability and bandwidth requirements;
  1204.  
  1205. > methods for measuring access and usage, to
  1206. charge users that will determine who is most
  1207. likely to pay for network operating costs; and
  1208.  
  1209. > methods to promote security, which will affect
  1210. the balance between net work and information
  1211. vulnerability, privacy, and open access.
  1212.  
  1213. Federal Agency Plans: FCCSET/FRICC
  1214.  
  1215. A recently released plan by the Federal Research
  1216. Internet Coordinating Committee (FRICC) outlines
  1217. a technical and management plan for NREN.13 This
  1218. plan has been incorporated into the broader FCCSET
  1219. implementation plan. The technical plan is well
  1220. thought through and represents further refinement of
  1221. the NREN concept. The key stages are:
  1222.  
  1223. Stage 1: upgrade and interconnect existing agency
  1224. networks into a jointly funded and
  1225. managed Tl (1.5 Mb/s) National Net-
  1226. working Testbed. 14
  1227.  
  1228. Stage 2: integrate national networks into a T3 (45
  1229. Mb/s) backbone by 1993.
  1230.  
  1231. Stage 3: push a technological leap to a mutigiga--
  1232. bit NREN starting in the mid-l990s.
  1233.  
  1234. The Proposal identifies two parts of an NREN, an
  1235. operational network and networking R&D. A serv-
  1236. ice network would connect about 1,500 labs and
  1237. universities by 1995, providing reliable service and
  1238. rapid transfer of very large data streams, such as are
  1239. found in interactive computer graphics, in apparent
  1240. real time. The currently operating agency networks
  1241. would be integrated under this proposal, to create a
  1242. shared 45Mb/s service net by 1992. The second part
  1243. of the NREN would be R&D on a gigabit network,
  1244. to be deployed in the latter 1990s. The first part is
  1245. primarily an organizational and financial initiative,
  1246. requiring little new technology. The second involves
  1247. major new research activity in government and
  1248. industry.
  1249.  
  1250. The "service" initiative extends present activities
  1251. of Federal agencies, adding a governance structure
  1252. which includes the non-Federal participants (re-
  1253. gional and local networking institutions and indus-
  1254. try), in a national networking council. It formalizes
  1255. what are now ad-hoc arrangements of the FRICC,
  1256. and expands its scale and scope. Under this effort,
  1257. virtually all of the Nation's research and higher
  1258. education communities will be interconnected. Traf-
  1259. fic and traffic congestion will be managed via
  1260. priority routing, with service for participating agen-
  1261. cies guaranteed via "policy" routing techniques. The
  1262. benefits will be in improving productivity for
  1263. researchers and educators, and in creating and
  1264. demonstrating the demand for networks and network
  1265. services to the computing, telecommunications, and
  1266. inforrnation industries.
  1267.  
  1268. The research initiative (called stage 3 in the
  1269. FCCSET reports) is more ambitious, seeking sup-
  1270. port for new research on communications technolo-
  1271. gies capable of supporting a network that is at least
  1272. a thousand times faster than the 45Mb/s net. Such a
  1273. net could use the currently unused capabilities of
  1274. optical fibers to vastly increase effective capability
  1275. and capacity, which are congested by today's
  1276. technology for switching and routing, and support
  1277. the next generation of computers and communica-
  1278. tions applications. This effort would require a
  1279. substantial Federal investment, but could invigorate
  1280. the national communication technology base, and
  1281. boost the long-term economic competitiveness of
  1282.  
  1283. ---
  1284. 13FRlCC.Program Plan for the National Research
  1285. and  Edllcation      Network.May 23. 1989.FRlCC has
  1286. members from DHHS,DOE,DARPA,USGS, NASA,
  1287. NSF, NOAA, and observers from the Internet
  1288. Activities Board. FRICC is an informal committee
  1289. that grew out of agencies' shared interest in
  1290. coordinating related network activities and avoiding
  1291. duplication of resources. As the de facto interagency
  1292. coordination forum, FRICC was asked by NSF to
  1293. prepare the NREN program plan.
  1294.  
  1295. 14 See also NYSERNETNOTE,vol. 1, No. 1, Feb.6,
  1296. 1989 NYSERNET has been awarded a multimillion
  1297. dollar contract from DARPA to develop the
  1298. National Networking Testbed.
  1299. ---
  1300. the telecommunications and computing industries.
  1301. The gigabit network demonstration can be consid-
  1302. ered similar to the Apollo project for communica-
  1303. tions technologies, albeit on a smaller and less
  1304. spectacular scale. Technical research needed would
  1305. involve media, switches, network design and control
  1306. software, operating systems in connected comput-
  1307. ers, and applications.
  1308.  
  1309. There are several areas where the FRICC manage-
  1310. ment plan--and other plans--is unclear. It calls for,
  1311. but does not detail any transition to commercial
  1312. operations. It does not outline potential structures for
  1313. long-term financing or cost recovery. And the
  1314. national network council's formal area of responsi-
  1315. bility is limited to Federal agency operations. While
  1316. this scope is appropriate for a Federal entity, and the
  1317. private sector has participated influentially in past
  1318. Federal FRICC plans, the proposed council does not
  1319. encompass all the policy actors that need to partici-
  1320. pate in a coordinated national network. The growth
  1321. of non-Federal networks demonstrates that some
  1322. interests--such as smaller universities on the fringes
  1323. of Federal-supported R&l~have not been served.
  1324. The FRICC/FCCSET implementation plan for net-
  1325. working research focuses on the more near-term
  1326. management problems of coordinated planning and
  1327. management of the NREN. It does not deal with two
  1328. extremely important and complex interfaces. At the
  1329. most fundamental level, the common carriers, the
  1330. network is part of the larger telecommunications
  1331. labyrinth with all its attendant regulations, vested
  1332. interests, and powerful policy combatants. At the top
  1333. level, the network is a gateway into a global
  1334. information supermarket. This marketplace of infor-
  1335. mation services is immensely complex as well as
  1336. potentially immensely profitable, and policy and
  1337. regulation has not kept up with the many new
  1338. opportunities created by technology.
  1339.  
  1340. The importance of institutional and mid-level
  1341. networking to the performance of a national net-
  1342. work, and the continuing fragmentation and regula-
  1343. tory and economic uncertainty of lower-level net-
  1344. working, signals a need for significant policy
  1345. attention to coordinating and advancing lower-level
  1346. networking. While there is a formal advisory role for
  1347. universities, industry, and other users in the FRICC
  1348. plan, it is difficult to say how and how well their
  1349. interests would be represented in practice. It is n~
  1350. clear what form this may take, or whether it will
  1351. necessitate some formal policy authority, but the
  1352. is need to accommodate the interests of universities~
  1353. (or some set of universities), industry research lab
  1354. and States in parallel to a Federal effort. The
  1355. concerns of universities and the private sector about
  1356. their role in the national network are reflected in
  1357. EDUCOM's proposal for an overarching Federal
  1358. private nonprofit corporation, and to a lesser extent
  1359. in NRI's vision. The FRICC plan does not exclude
  1360. such a broader policy-setting body, but the Current
  1361. plan stops with Federal agency coordination.
  1362.  
  1363. Funding for the FRICC NREN, based on the
  1364. analysis that went into the FCCSET report,
  1365. proposed at $400 million over 5 years, as show
  1366. below. This includes all national backbone Federal;
  1367. spending on hardware, software, and research
  1368. which would be funneled through DARPA and NS
  1369. and overseen by an interagency council. It includes
  1370. some continued support for mid-level or institu
  1371. tional networking, but not the value of any cost
  1372. sharing by industry, or specialized network R&D by
  1373. various agencies. This budget is generally regarded
  1374. as reasonable and, if anything, modest considering
  1375. the potential benefits (see table 3-2).15
  1376.  
  1377. NREN Management Desiderata
  1378.  
  1379. All proposed initiatives share the policy goal of
  1380. increasing the nation's research productivity and
  1381. creating new opportunities for scientific collabora-.
  1382. tion. As a technological catalyst, an explicit national
  1383. NREN initiative would reduce unacceptably high
  1384. levels of risk for industry and help create new
  1385. markets for advanced computer-communication
  1386. services and technologies. What is needed now is
  1387. sustained Federal commitment to consolidate an
  1388. fortify agency plans, and to catalyze broader  na-
  1389. tional involvement. The relationship between science
  1390. oriented data networking and the broader telecom-
  1391. munications world will need to be better sorted out
  1392. before the NREN can be made into a partly or full
  1393. commercial operation. As the engineering challenge
  1394. of building a fully national data network is sur-
  1395. mounted, management and user issues of econom
  1396. ics, access, and control of scientific information will
  1397. rise in importance.
  1398. ---
  1399. 15 For example. National Research Council, Toward a
  1400. Nation~al Research Network (Washington, DC: National
  1401. Academy Press, 1988), pp. 28-31.
  1402. ---
  1403. Table 3-2--Proposed NREN Budget ($ millions)
  1404.  
  1405.                                                    FY90   FY91   FY92  FY93 
  1406. FY94
  1407.  
  1408. FCCSET Stage 1 & 2 (upgrade; NSF) ..14     23    55     50    50  
  1409. FCCSET Stage 3 (gigabit+; DARPA) ..16     27     40    55    60  
  1410.  
  1411. Total ..........................                            30    50     95    
  1412.  105  110
  1413.  
  1414. S. 1067 authorization .............                50    50     100   100  100
  1415. HR. 3131 authorization ..........               50    50     100   100  100
  1416.  
  1417. SOURCE: OTA, 1989
  1418.  
  1419. The NREN is a strategic, complex infrastructure
  1420. which requires long-term planning. Consequently,
  1421. network management should be stable (insulated
  1422. from too much politics and budget vagaries), yet
  1423. allow for accountability, feedback, and course con-
  1424. rection. It should be able to leverage funding,
  1425. maximize cost efficiency, and create incentives for
  1426. commercial networks. Currently, there is no single
  1427. entity that is big enough, risk-protected enough, and
  1428. regulatory-free enough to make a proper national
  1429. network happen. While there is a need to formalize
  1430. current policy and management, there is concern that
  1431. setting a strong federally focused structure in place
  1432. might prevent a move to a more desirable, effective,
  1433. appropriate management system in the long run.
  1434.  
  1435. There is need for greater stability in NREN policy.
  1436. The primary vehicle has been a voluntary coordinat-
  1437. ing group, the FRICC, consisting of program offi-
  1438. cers from research-oriented agencies, working within
  1439. agency missions with loose policy guidance from
  1440. the FCCSET. The remarkable cooperation and
  1441. progress made so far depends on a complex set of
  1442. agency priorities and budget fortunes, and continued
  1443. progress must be considered uncertain.
  1444.  
  1445. The pace of the resolution of these issues will be
  1446. controlled initially by the Federal budget of each
  1447. participating agency. While the bulk of the overall
  1448. investment rests with midlevel and campus net-
  1449. works, it cannot be integrated without strong central
  1450. coordination, given present national telecommuni-
  1451. cations policies and market conditions for the
  1452. required network technology. The relatively modest
  1453. investment proposed by the initiative can have major
  1454. impact by providing a forum for public-private
  1455. cooperation for the creation of new knowledge, and
  1456. a robust and willing experimental market to test new
  1457. ideas and technologies.
  1458.  
  1459. For the short term there is a clear need to maintain
  1460. the Federal initiative, to sustain the present momen-
  1461. tum, to improve the technology, and coordinate the
  1462. expanding networks. The initiative should acceler-
  1463. ate the aggregation of a sustainable domestic market
  1464. for new information technologies and services.
  1465. These goals are consistent with a primary purpose of
  1466. improving the data communications infrastructure
  1467. for U.S. science and engineering.
  1468.  
  1469. -end-
  1470. 1/1/1990
  1471.  
  1472.  
  1473.