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Text File  |  1996-05-07  |  21KB  |  190 lines

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