ESnet y la red científica que hace que las instalaciones remotas funcionen como una máquina distribuida única

Resumen

• ESnet es una instalación científica para usuarios del Departamento de Energía de Estados Unidos, operada por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, y no una empresa de telecomunicaciones comercial ni una institución independiente.
• ESnet6 integra aproximadamente 15,000 millas de fibra dedicada, sistemas ópticos y de paquetes, servicios especializados, interconexión, medición y control programable; la cifra de 57 terabits por segundo es una capacidad total, no una velocidad de usuario.
• Science DMZ, perfSONAR, OSCARS, SENSE, High-Touch y EJFAT demuestran que la contribución distintiva de ESnet es la ingeniería del camino completo, desde el instrumento y el borde de la red del sitio hasta la computación remota.
• Los planes para ESnet7 y la American Science Cloud apuntan a una red más integrada en los flujos de trabajo científicos, aunque varios componentes siguen siendo demostraciones experimentales, sistemas de investigación o servicios emergentes.

Una red científica que entra en el corazón del experimento

En abril de 2024, datos del Jefferson Lab en Virginia viajaron a través de Estados Unidos hasta la supercomputadora Perlmutter en California a 100 gigabits por segundo y se procesaron sin escribirse primero en disco. La demostración utilizó el sistema experimental EJFAT de ESnet, colocando la red de área amplia dentro del flujo de trabajo científico en lugar de operar después de completada la recolección de datos.

Este cambio resume la pregunta principal que enfrenta ESnet: ¿puede la red conectar instrumentos, almacenamiento y computación remota de tal manera que instalaciones separadas por miles de kilómetros funcionen como partes de una sola máquina?

El camino típico comienza con un detector, telescopio, microscopio o simulación dentro de un laboratorio o instalación de investigación. Los sistemas locales de adquisición recogen los datos, los servidores de almacenamiento y transferencia los preparan para el movimiento, y luego la red del sitio los lleva a un perímetro institucional controlado. Después, ESnet puede transportar el tráfico a través de Estados Unidos o del Atlántico, hacia una supercomputadora del Departamento de Energía, a través de un socio de redes de investigación y educación, o hacia un entorno de nube comercial.

El resultado puede regresar como un conjunto de datos analizados, una alerta, un modelo o una decisión que determina el siguiente paso del experimento.

Ninguna institución controla este camino completo. Los equipos de instrumentos, las redes de laboratorios, las redes regionales de investigación, los proveedores de nube, los socios internacionales y las instalaciones de supercomputación pueden pertenecer a organizaciones diferentes. ESnet opera la capa de área amplia orientada a la misión científica y trabaja con estos operadores para que el camino funcione como un solo sistema.

Un servidor de almacenamiento lento, un enlace de sitio congestionado o un cortafuegos mal configurado pueden desperdiciar la capacidad de una red troncal nacional rápida, del mismo modo que una falla dentro de ESnet puede detener una instalación local bien diseñada.

Institucionalmente, ESnet es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía. El programa Advanced Scientific Computing Research proporciona la supervisión principal, mientras que la División de Redes Científicas del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley la opera. El propio Laboratorio Berkeley es administrado para el Departamento de Energía por la Universidad de California bajo contrato.

ESnet no tiene acciones, accionistas, valoración institucional ni presupuesto comercial independiente conocido, por lo que su papel se entiende mejor como una infraestructura científica federal, no como una empresa de redes con una base de clientes general.

Los investigadores suelen interactuar con ESnet de forma indirecta, a través de un instrumento, una supercomputadora, un servicio de laboratorio, una conexión universitaria o una red colaboradora. La instalación distingue entre usuarios de sitios institucionales y usuarios finales, y afirma que no registra ni rastrea formalmente a cada usuario final de manera individual. Por lo tanto, la cifra de más de 30,000 usuarios organizacionales que aparece en el informe anual de 2024 representa una métrica institucional, no un número de suscriptores.

Las comparaciones comunes con las empresas de telecomunicaciones solo explican parte del papel. ESnet gestiona enrutamiento, transporte óptico e interconexión, pero también realiza revisiones de requisitos, desarrolla herramientas de código abierto, prueba nuevos servicios y ayuda a los sitios a diagnosticar el rendimiento de extremo a extremo. Su propósito general no es vender conectividad, sino permitir que las instalaciones científicas distribuidas geográficamente trabajen juntas con la velocidad, la evidencia y la claridad operativa necesarias para apoyar la investigación misma. (Gobernanza de ESnet;Servicios de red)

La computación remota creó la necesidad de una red científica compartida

La historia oficial de ESnet se remonta a mediados de los años 70, cuando la computación y las telecomunicaciones de larga distancia eran escasas. En el Centro de Computación para la Investigación de la Fusión por Confinamiento Magnético del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, los operadores conectaban una computadora prestada Control Data Corporation 6600 a través de cuatro módems de voz. El equipo y las velocidades pertenecen a otra época, pero el problema operativo sigue siendo familiar: una comunidad científica especializada necesitaba acceso remoto a una computación costosa que no podía replicarse en cada institución participante.

Comunidades de investigación separadas dentro del DOE desarrollaron sus propias redes durante finales de los 70 y principios de los 80. La física de altas energías y la investigación de fusión magnética tenían instalaciones, colaboradores y flujos de datos diferentes, y redes anteriores como HEPnet y MFEnet reflejaban esas fronteras. Construir redes dedicadas tenía sentido lógico cuando los servicios comerciales no podían ofrecer el ancho de banda, el rendimiento o la atención operativa requeridos, pero también generaba duplicación.

Cada programa negociaba circuitos, mantenía la tecnología y desarrollaba experiencia de forma independiente, lo que fragmentaba la colaboración y las actualizaciones a largo plazo.

La fundación formal de ESnet en 1986 unificó estas funciones dentro de una red científica más amplia. El cambio fue tanto organizativo como técnico. La instalación compartida podía anticipar la demanda entre programas, operar enlaces nacionales, coordinar conexiones internacionales y conservar experiencia especializada. La capacidad podía pasar de ser un asunto de un solo proyecto a un plan de infraestructura a nivel del departamento.

El modelo temprano consolidó varias características que todavía son visibles. La definición de los usuarios se basaba en la misión científica, no en el mercado minorista. Las computadoras centrales y los instrumentos justificaban una inversión pública compartida. El diseño de la red seguía programas de investigación con horizontes largos. La operación requería personal que entendiera tanto los sistemas de comunicación como las consecuencias científicas de las fallas. La demanda llegaba de forma irregular, ya que un solo experimento podía generar tráfico muy por encima del nivel habitual.

El Laboratorio Berkeley tiene su propia historia de redes. Una CDC 6600 se conectó a ARPANET en 1974, y más adelante investigadores del laboratorio contribuyeron al trabajo fundacional sobre el control de congestión TCP. El trabajo de Van Jacobson y Mike Karels pertenece al entorno más amplio del Laboratorio Berkeley y no debe atribuirse únicamente a ESnet.

Sin embargo, la conexión institucional sigue siendo importante porque situó la operación de una red científica de producción cerca de investigadores que trataban el comportamiento de los protocolos, la medición y el rendimiento como problemas de ingeniería estudiables, no como condiciones fijas que debían aceptarse.

Las operaciones se trasladaron al Laboratorio Berkeley en 1996. Ese traslado estableció la sede actual de ESnet, junto al National Energy Research Scientific Computing Center, investigadores de redes, ingenieros de software y otros programas del DOE. También fortaleció una cultura en la que una instalación de producción y una organización de investigación aplicada comparten personal, laboratorios y preguntas técnicas. (Historia de ESnet)

La financiación pública permite a ESnet construir antes de que llegue la demanda

Una instalación científica para usuarios existe porque ciertas capacidades son demasiado costosas, especializadas o interdependientes para que cada equipo de investigación las construya por sí mismo. Esta lógica se aplica a un acelerador de partículas, una fuente de luz o una supercomputadora de vanguardia, y ESnet la aplica a las comunicaciones. Los derechos de fibra de larga distancia, el equipo óptico, los enrutadores, la capacidad internacional, las operaciones continuas, la ciberseguridad, la medición del rendimiento y el soporte de ingeniería se agrupan en una sola instalación que sirve a múltiples programas.

La justificación de la financiación pública surge de la forma de la demanda científica. Una empresa de telecomunicaciones puede vender un circuito de alta capacidad, pero normalmente no diseña su infraestructura nacional en torno a un detector que comenzará a operar años después, una ráfaga de datos de una supernova que quizás no ocurra durante la duración del contrato, o un flujo de trabajo de investigación de bajo volumen comercial y alto valor público. ESnet puede construir antes de que aparezca el uso medido porque su misión es la capacidad científica, no generar ingresos de red a corto plazo.

El modelo de instalación también cambia la forma en que se descubre la demanda. ESnet realiza revisiones formales de requisitos con los programas de ciencia del DOE. Los investigadores y los equipos de las instalaciones describen los instrumentos, volúmenes de datos, ubicaciones de almacenamiento, destinos de computación, necesidades de temporización, patrones de colaboración y cuellos de botella locales en un horizonte de cinco a diez años. Los resultados se convierten en insumos para dimensionar los enlaces de los sitios, la diversidad de rutas, las adquisiciones transatlánticas, la investigación de coordinación y el diseño de servicios.

Este proceso puede parecer menos emocionante que un nuevo enlace óptico coherente, pero puede tener más impacto. Un acuerdo de espectro submarino, la compra de un enrutador o la construcción de una segunda entrada a un sitio pueden requerir años de financiación e implementación. Esperar a que el experimento produzca sus datos convierte necesidades de infraestructura previsibles en emergencias. Las revisiones de requisitos convierten los planes científicos en un margen de tiempo de ingeniería con el que se puede trabajar.

Las revisiones también revelan incertidumbre. Las previsiones pueden cambiar, los cronogramas de los instrumentos retrasarse, el software de reducción de datos mejorar, el uso de la nube expandirse o rediseñarse el flujo de trabajo de la instalación. ESnet no trata un caso de estudio como una demanda de tráfico garantizada; utiliza la evidencia para construir un rango de requisitos y luego decide dónde se justifican la flexibilidad, la capacidad de reserva y el despliegue gradual.

El modelo de instalación evita facturar a cada científico por gigabyte. Las operaciones básicas se financian con fondos federales, mientras que algunos costos de conexión de los sitios pueden distribuirse según el patrocinio del programa y la política de Site User Cost. Este arreglo no está exento de incentivos divergentes; un programa patrocinador puede preferir un costo de conexión menor, ESnet puede preferir capacidad y redundancia que sirvan a múltiples programas, y un sitio puede retrasar las actualizaciones locales necesarias para aprovechar la red nacional. La misión de la gobernanza es alinear estas decisiones con los resultados científicos, en lugar de competir por trasladar el costo a otra partida presupuestaria. (Comité de Coordinadores de Sitios de ESnet y política de costos;Informes de revisión de requisitos)

El DOE define la misión y el Laboratorio Berkeley opera la red

ESnet no tiene la cadena de mando institucional de una empresa de telecomunicaciones. Su autoridad se distribuye a través de una jerarquía de programas federales. La Oficina de Ciencias del DOE establece la misión, el programa Advanced Scientific Computing Research proporciona la supervisión primaria y el control presupuestario, mientras que el Laboratorio Berkeley alberga la División de Redes Científicas que diseña, opera y desarrolla la instalación.

La Universidad de California opera el Laboratorio Berkeley para el DOE bajo contrato, y las instituciones conectadas participan a través de coordinadores de sitio y el Comité de Coordinadores de Sitios de ESnet.

Inder Monga es el director ejecutivo de ESnet y director de la División de Redes Científicas del Laboratorio Berkeley. Las fuentes públicas actuales identifican a Chin Guok como jefe de tecnología y líder de planificación e innovación, a Adam Slagell como jefe de seguridad, a Jon-Paul Herron como director de ingeniería de redes y a Susan Lucas como subdirectora de operaciones comerciales. Debajo de estos puestos, las funciones incluyen ingeniería óptica, enrutamiento, ingeniería de sitios, operación de red, software, medición, coordinación, seguridad, gestión de proyectos y divulgación científica.

La amplitud de esta estructura corrige la imagen simplista de una red nacional como un conjunto de fibra y enrutadores. ESnet necesita personas que puedan comprar espectro, ejecutar BGP, construir sistemas de medición, mantener software de código abierto, investigar el comportamiento de los paquetes, planificar instalaciones, gestionar evidencia de seguridad y traducir los requisitos científicos en diseños de red. La organización es operativa y de desarrollo al mismo tiempo.

Los registros públicos contienen un detalle no resuelto sobre la gestión del programa. La página de gobernanza actual nombra a Benjamin Brown como gerente de programa designado por ASCR, pero materiales recientes de revisión de requisitos identifican a Carol Hawk como gerente del programa ESnet. La evidencia permite afirmar que las fuentes públicas aún no se han conciliado o que las responsabilidades pueden haber cambiado o dividido, pero no permite elegir un orden exclusivo actual sin confirmación adicional.

El Comité de Coordinadores de Sitios de ESnet proporciona un canal operativo formal para las instituciones conectadas. Cada sitio designa un coordinador que puede aprobar solicitudes que afecten la conexión ESnet de la institución, transmitir requisitos y participar en discusiones de políticas y planificación. Esta es una gobernanza institucional de usuarios, no un voto directo de cada científico cuyos datos pasan por la red.

El resultado es una distribución práctica de responsabilidad. ESnet controla su red troncal y sus servicios, el sitio conectado controla el equipo de red del campus, los nodos de transferencia de datos, la seguridad local y la energía, ASCR controla la financiación a nivel de programa, los programas científicos determinan las consecuencias de las demoras o fallas, y los socios internacionales controlan sus redes. El flujo de trabajo completo solo tiene éxito cuando estas autoridades separadas permanecen alineadas. (Liderazgo de ESnet;Gobernanza)

ESnet4 separó el tráfico ordinario de los flujos científicos excepcionales

A mediados de la década de 2000, los experimentos distribuidos comenzaron a cambiar el patrón de tráfico. El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) produciría datos en el CERN y los distribuiría a través de una jerarquía global de laboratorios y centros de cómputo. Las conexiones públicas de Internet seguían siendo necesarias, pero un número limitado de transferencias científicas podía crecer lo suficiente como para dominar los enlaces ordinarios. Construir una sola red indiferenciada para ambos patrones dificultaba la gestión de la capacidad y la garantía de los servicios.

ESnet4 abordó el problema con una arquitectura híbrida. Un núcleo IP transportaba las comunicaciones científicas generales, mientras que una Red de Datos Científicos (Science Data Network) separada utilizaba circuitos ópticos de alta velocidad para los grandes flujos y admitía la configuración dinámica de rutas. Anillos metropolitanos conectaban los principales laboratorios, y la colaboración con Internet2 y socios internacionales extendía el sistema más allá de los sitios del DOE.

La arquitectura separó el tráfico según los requisitos operativos, no según una división simplista en «rápido» y «lento». El servicio IP general necesitaba acceso amplio y enrutamiento flexible, mientras que una transferencia planificada de varios terabytes podía beneficiarse de una ruta de Capa 2 reservada, con un tiempo de inicio conocido, una asignación de ancho de banda definida y puntos finales conocidos. La Red de Datos Científicos reconoció que un número limitado de flujos predecibles y de alto valor podía justificar un modelo de control diferente al reenvío de paquetes habitual.

OSCARS surgió de este entorno. El Sistema de Circuitos Seguros Bajo Demanda y Reserva Anticipada (On-demand Secure Circuits and Advance Reservation System) permitía a los usuarios o aplicaciones autorizados solicitar recursos de red por un período definido. El sistema debía encontrar la ruta, verificar las restricciones de topología y políticas, reservar ancho de banda y recursos VLAN, crear el estado en los dispositivos y luego eliminarlo al finalizar la reserva. Convirtió una tarea que dependía de la coordinación manual en un servicio que el software podía solicitar.

ESnet4 también demostró que la velocidad bruta ya no era el único cuello de botella. Un circuito reservado podía proteger la capacidad dentro de la red de área amplia, mientras que la aplicación seguía siendo lenta porque el sistema de almacenamiento no podía leer a la velocidad requerida o porque un cortafuegos local descartaba paquetes. Esta lección condujo directamente a la arquitectura Science DMZ y a la medición de ruta completa.

Esta fase consolidó un patrón recurrente en el diseño de ESnet. El problema científico aparece primero como un requisito de tráfico, luego la instalación construye capacidad física, un mecanismo de control y una forma de operación a su alrededor. Cuando el enfoque demuestra ser útil, el software y las guías de ingeniería se difunden más allá del experimento original. (Materiales históricos de ESnet4 y ESnet5;OSCARS)

Science DMZ demostró que el cuello de botella suele estar en el borde

Una red troncal nacional puede funcionar correctamente mientras un científico sufre un rendimiento de transferencia deficiente. La razón es clara: la red troncal es solo una parte del recorrido. Cortafuegos institucionales, núcleos de red universitarios compartidos, enrutadores obsoletos, servidores mal configurados, pérdida de paquetes y límites de almacenamiento pueden reducir una ruta de alta velocidad a una fracción de su capacidad diseñada.

Science DMZ representa la respuesta de ESnet a esta realidad de extremo a extremo. La arquitectura coloca los nodos de transferencia de datos en una ruta de alto rendimiento cerca del perímetro institucional controlado. La política de seguridad se adapta a los servicios limitados que exponen esos sistemas, en lugar de forzar el tráfico científico continuo a través de un cortafuegos con estado diseñado para múltiples tipos de aplicaciones institucionales.

El término puede malinterpretarse como una invitación a eliminar la seguridad. Sin embargo, Science DMZ se basa en hosts reforzados, listas de control de enrutadores, monitoreo, gestión de vulnerabilidades, servicios expuestos mínimos y disciplina operativa. El diseño cambia dónde y cómo se aplican algunos controles, y evita colocar un dispositivo con rendimiento o comportamiento de sesión inadecuado en la ruta de datos principal solo porque forma parte del patrón de seguridad institucional habitual.

La medición del rendimiento es parte de la arquitectura, no un panel opcional. Los nodos perfSONAR realizan pruebas controladas de rendimiento, pérdida de paquetes, latencia y cambio de ruta. Cuando dos sitios no se ponen de acuerdo sobre la causa de una transferencia lenta, las mediciones ayudan a determinar si el problema comienza en el host, el enlace local, la red regional, la red troncal de ESnet o el socio internacional. Sin esa evidencia, cada operador puede afirmar que su segmento está bien mientras el investigador sigue sin poder transferir datos.

Los nodos de transferencia de datos necesitan su propia ingeniería. Las tarjetas de red, la ubicación del procesador, la memoria, el disco o los sistemas de archivos paralelos, los búferes TCP y el software de transferencia determinan el nivel de rendimiento posible. Las guías Fasterdata y las consultas técnicas de ESnet convierten estos detalles en una práctica reproducible. El enfoque se ha extendido más allá de los laboratorios del DOE, pero ESnet no opera todas las implementaciones que usan el nombre.

Science DMZ se volvió influyente porque replanteó una pregunta de adquisición como una pregunta de sistema. Un circuito más rápido no resuelve un camino limitado en otro lugar. La unidad útil de rendimiento es el flujo de trabajo completo, de almacenamiento a almacenamiento o de instrumento a cómputo, con cada ámbito administrativo medido y con una responsabilidad clara. (Guía de Science DMZ;Herramientas de rendimiento de red)

ESnet5 convirtió la red continental de 100G en un servicio de producción

La siguiente gran transición de capacidad fue impulsada por la Iniciativa de Redes Avanzadas (Advanced Networking Initiative) y la financiación del estímulo económico estadounidense. ESnet recibió 62 millones de dólares en virtud de la Ley de Recuperación y Reinversión Estadounidense (ARRA) para desarrollar un prototipo de larga distancia de 100 gigabits por segundo y apoyar la transición a ESnet5. La inversión no se limitó a nuevos enrutadores: ESnet también obtuvo derechos de capacidad espectral sobre una huella de fibra nacional, lo que otorgó al programa un mayor control sobre el despliegue y la actualización de longitudes de onda.

ESnet5 entró en producción a finales de 2012. El DOE y ESnet la describieron en ese momento como la red científica más rápida del mundo. Esa afirmación histórica estaba ligada a un despliegue continental pionero de 100G y no debe repetirse en 2026 como una clasificación mundial absoluta. Hoy en día, las redes de investigación publican cifras de capacidad a través de diferentes métricas, incluidas velocidades de interfaz individuales, capacidad total de la red troncal, espectro óptico y experimentos de prueba. La evidencia disponible no incluye una comparación moderna neutral que determine un único ganador según una métrica mundial.

El impacto económico de los 100G fue mayor que simplemente multiplicar por diez la velocidad de la interfaz. Los proyectos científicos podían planificar transferencias remotas regulares que antes habrían ocupado los enlaces durante períodos mucho más largos. Los laboratorios podían consolidar parte de la computación o el almacenamiento de forma centralizada en lugar de duplicarlos localmente, y las colaboraciones internacionales obtuvieron una red troncal estadounidense más capaz. La nueva capacidad reveló las limitaciones locales más rápidamente, lo que aumentó la importancia de Science DMZ y perfSONAR.

ESnet5 mantuvo la relación híbrida entre el servicio de paquetes y las rutas científicas dedicadas. También profundizó la importancia de la automatización. A escala de 100G, ya no era posible reservar capacidad, diagnosticar fallas y mantener un servicio consistente en una huella nacional basándose en configuraciones manuales de dispositivos.

El proyecto ilustra cómo la inversión pública en infraestructura modifica las opciones científicas antes de que un solo experimento utilice toda la red. La capacidad crea un margen para instrumentos futuros, pero la capacidad de reserva no es un desperdicio en el mismo sentido que un servicio comercial inactivo. Su valor incluye evitar retrasos en los experimentos, absorber fallas y permitir probar nuevos flujos de trabajo sin esperar otro ciclo de construcción.

Sin embargo, la inversión debe evaluarse según el uso científico, y el diseño debe seguir siendo adaptable cuando cambien las previsiones. El trabajo posterior de ESnet en medición, almacenamiento en caché y coordinación refleja un intento de extraer más valor científico de cada bit instalado, en lugar de tratar la expansión física continua como la única solución. (Anuncio histórico de ESnet5)

ESnet6 combina capacidad óptica con control programable

El proyecto ESnet6 comenzó en 2017 y se lanzó públicamente el 11 de octubre de 2022, tras unos seis años de diseño y construcción. En el lanzamiento, el Laboratorio Berkeley anunció más de 46 terabits por segundo de capacidad total en una huella dedicada de aproximadamente 15,000 millas, con enlaces troncales de entre 400 gigabits por segundo y un terabit por segundo. El informe anual de 2024 presentó posteriormente una cifra de 57 terabits por segundo y un rango de enlaces de hasta 1.2 terabits por segundo. Las cifras corresponden a fechas diferentes y a un sistema en expansión, no a definiciones contradictorias de una red fija.

La capa física incluye rutas de fibra de larga distancia, sistemas de línea óptica, amplificadores, derechos de espectro, instalaciones de alojamiento y puntos de entrada de servicios locales. El informe de 2024 contabilizó 278 sitios de amplificadores ópticos. La óptica coherente transporta múltiples canales de alta velocidad sobre la fibra, mientras que los amplificadores y el equipo óptico reconfigurable mantienen los niveles de señal y dirigen las longitudes de onda. La ruta que aparece en un mapa puede estar bajo control mediante fibra oscura, espectro, un servicio iluminado o un acuerdo con un socio.

La descripción de 15,000 millas no prueba que el DOE sea propietario legal de cada cable.

Por encima de la capa óptica, los enrutadores y los bordes de servicio proporcionan IP, entornos de enrutamiento especializados, servicios de Capa 2, interconexión (peering) y conectividad a la nube. El informe anual contabilizó 78 ubicaciones de enrutadores. Los sitios individuales pueden conectarse a 10, 100 o 400 gigabits por segundo según sus requisitos, mientras que los enlaces troncales pueden agregar múltiples interfaces o longitudes de onda para alcanzar cifras más altas.

La capa de software distingue a ESnet6 de una simple actualización de capacidad. La automatización mantiene el estado de los dispositivos y servicios, y la medición programable proporciona a los operadores evidencias más detalladas. OSCARS configura rutas reservadas, SENSE prueba la coordinación orientada a aplicaciones a través de múltiples dominios, y High-Touch utiliza hardware programable para obtener una visibilidad más rica de paquetes y flujos. Las API y los enlaces de prueba permiten que la investigación exitosa avance hacia la operación.

La construcción también se centró más en la resiliencia. Rutas diversas, múltiples entradas a los sitios, energía independiente, enrutadores de respaldo y ubicaciones de servicios de alta disponibilidad reducen la probabilidad de que un solo fallo desconecte un laboratorio del sistema nacional. Sin embargo, esta protección tiene alcances diferentes; una red troncal redundante no sirve de nada si los dos circuitos locales comparten el mismo conducto, ni un segundo enrutador crea resiliencia si ambos dependen del mismo sistema de energía.

Por lo tanto, ESnet6 debe entenderse como una instalación de múltiples capas. La fibra proporciona el acceso físico, la óptica crea la capacidad, los enrutadores ofrecen servicios de paquetes y servicios especializados, el software permite la repetibilidad y la programabilidad, y la medición verifica si la ruta prometida funciona. Los acuerdos institucionales permiten cruzar fronteras que ESnet no posee. (Lanzamiento de ESnet6;Informe anual 2024)

Lo que significan (y lo que no) los 57 terabits por segundo

A menudo, las estadísticas de red resumen capas diferentes en una sola cifra. Los 57 terabits por segundo de 2024 representan la capacidad total diseñada en todo el sistema. No es un enlace físico único, ni el rendimiento disponible para cada laboratorio, ni el tráfico transmitido en un momento dado. El propio informe describe enlaces troncales de entre 400 gigabits por segundo y 1.2 terabits por segundo, siete sitios estadounidenses conectados a 400G o más, y una capacidad transatlántica de 2.7 terabits por segundo. Cada cifra responde a una pregunta diferente.

El mismo informe contabilizó 78 ubicaciones de enrutadores y 278 sitios de amplificadores ópticos en una huella de aproximadamente 15,000 millas. Conectaba los 17 laboratorios nacionales del DOE, 28 instalaciones de usuarios del DOE, 277 relaciones con redes de investigación y educación, redes comerciales y otras en cinco países, más de 30,000 usuarios organizacionales y 137 empleados y contratistas trabajando en 24 estados. Estas cifras describen conjuntos diferentes y no deben sumarse como un número de clientes; los enrutadores, las instalaciones, las redes asociadas, los usuarios institucionales y la fuerza laboral son métricas separadas.

La conexión de un sitio representa la capacidad en un límite institucional único, mientras que un enlace troncal representa la capacidad entre dos ubicaciones de la red. El sistema óptico puede transportar múltiples longitudes de onda, y un servicio lógico puede usar solo una parte de la capa física. La capacidad total agrega recursos que no todos pueden servir al mismo origen y destino simultáneamente. El volumen de tráfico mide los datos transferidos durante un período, no la tasa más alta disponible en un instante.

ESnet transportó 1.77 exabytes durante el año calendario 2024, frente a los 1.7 exabytes de 2023. El aumento del 4% fue bajo en comparación con el crecimiento anual promedio histórico reportado por la instalación, de alrededor del 55% desde 1989. Un solo año no demuestra que la demanda científica se haya estabilizado. Los grandes proyectos entran en servicio de forma irregular, los cambios de software pueden reducir las transferencias, y un solo experimento o evento internacional puede cambiar rápidamente la mezcla.

El tráfico también está concentrado. El informe de 2024 indicó que la actividad del LHC representó aproximadamente la mitad del tráfico total. Fermilab fue el mayor emisor externo con 136 petabytes, NERSC el mayor receptor del DOE con 75.3 petabytes, y Oak Ridge el mayor emisor del DOE con 58.3 petabytes. Estas cifras revelan cargas de trabajo importantes, pero no constituyen una clasificación completa del valor científico; una transferencia más pequeña puede ser más sensible al tiempo o respaldar un instrumento único.

La planificación de la capacidad necesita, por tanto, varias perspectivas simultáneas: tráfico pico y promedio, uso a nivel de ruta, margen de fallo, tasas de enlace de sitio, plazos científicos y requisitos futuros. Una red diseñada solo para el uso promedio puede fallar durante una ráfaga de supernova o una rotura de cable, mientras que una red diseñada para el evento teórico más grande puede construir activos costosos e inflexibles.

El problema de ingeniería de ESnet es colocar la capacidad donde los flujos de trabajo que la necesitan puedan acceder a ella y luego verificar que los sistemas finales puedan usarla. Por eso, la cifra de capacidad debe situarse junto a Science DMZ, la medición, la coordinación y las revisiones de requisitos, no al frente del artículo como una clasificación autoexplicativa. (ESnet en cifras)

AS293 enruta para la misión, no para el mercado minorista

El número de sistema autónomo público de ESnet es AS293. La red intercambia rutas con sitios del DOE, redes de investigación y educación, redes comerciales y proveedores de tránsito de pago. La política de enrutamiento determina qué rutas pueden transportar tráfico científico, cómo se manejan los fallos y qué redes externas obtienen interconexión directa.

La política de peering es selectiva. Los socios potenciales deben usar BGP, mantener información actualizada en el Internet Routing Registry y PeeringDB, evitar anuncios no válidos según RPKI y seguir las prácticas de seguridad de enrutamiento asociadas a MANRS. ESnet requiere peering IPv6 o doble pila, y no acepta nuevas relaciones solo IPv4. El peering privado directo comienza con un puerto de 100G, con una fuerte preferencia por 400G.

Estas condiciones reflejan tanto la misión como el costo operativo. El peering directo consume puertos, tiempo de ingeniería y capacidad de monitoreo. ESnet no necesita interconectarse con todas las redes solo porque existan rutas públicas; busca relaciones que mejoren las rutas científicas del DOE, reduzcan la dependencia del tránsito o lleguen a colaboradores clave. El acceso público a Internet se complementa con tránsito de pago de Hurricane Electric y Lumen para los destinos a los que la red no llega de manera eficiente a través de redes de investigación o peering directo.

La red publica comunidades BGP que diferencian los sitios de ESnet, las redes de investigación y educación y las redes comerciales. Las instituciones conectadas pueden usar estas etiquetas para aplicar su propia política, pero su interpretación en redes posteriores queda fuera del control de ESnet. Son metadatos, no una garantía global de que cada red tomará la misma decisión de enrutamiento.

La seguridad del enrutamiento también tiene límites. El rechazo de anuncios RPKI no válidos evita una clase importante de rutas incorrectas, pero no impide todas las fugas, los socios comprometidos, las fuentes correctas mal utilizadas o las delegaciones de origen de ruta inexactas. La supervisión de secuestro de rutas puede identificar cambios inesperados en el origen, pero la detección puede llegar después de la propagación. El enrutamiento de agujero negro puede proteger un sitio durante un ataque descartando tráfico hacia un destino, pero la protección se logra sacrificando la accesibilidad al prefijo.

El diseño orientado a la misión se manifiesta en los límites del servicio. ESnet transporta tráfico IP general, pero no intenta ganar un mercado de tránsito de consumo. Su política está organizada en torno al acceso científico, la resiliencia y el peering confiable. El valor de la red proviene de la calidad de las rutas que crea para la comunidad a la que sirve, no de aumentar el número de clientes minoristas conectados a AS293. (Política de peering de ESnet)

Las rutas especializadas amplían el alcance sin eliminar el riesgo externo

La lista de servicios de ESnet comienza con la conectividad física. Los sitios elegibles pueden conectarse localmente o a través de un punto de presencia remoto a velocidades de 10, 100 o 400 gigabits por segundo. Cuando la instalación está lejos de la huella dedicada, un Service On-Ramp puede utilizar fibra oscura o un circuito iluminado de un operador. El diseño del acceso se convierte en parte de la ruta científica, y el último tramo proporcionado por un proveedor puede convertirse en la restricción más importante para el rendimiento o la falla.

El servicio IP de Capa 3 proporciona enrutamiento IPv4 e IPv6. Una red privada virtual de Capa 3 crea un entorno IP y BGP lógicamente separado para un programa multisitio, compartiendo la infraestructura física con otros servicios. Las redes privadas virtuales de Capa 2 ofrecen conectividad Ethernet punto a punto o multipunto, ya sea con configuración estática o a través de OSCARS. Estos servicios permiten que los experimentos conecten instalaciones sin exponer cada relación a través de la Internet pública.

Un servicio especializado no implica un aislamiento físico completo. La separación lógica depende de las configuraciones de los enrutadores, las etiquetas, los estados de enrutamiento, las listas de control y la práctica operativa. Una falla en la plataforma compartida puede afectar a varios servicios, y un error de configuración puede anular la separación prevista. El valor reside en la segmentación controlada y la conectividad predecible, no en la afirmación de que no existe ninguna dependencia compartida.

Cloud Connect extiende las rutas de ESnet a los principales entornos de nube comercial, incluidos AWS, Microsoft Azure, Google Cloud y Oracle. Un sitio puede acceder al punto de conexión del proveedor a través de una conexión de Capa 2 o Capa 3 dedicada, en lugar del enrutamiento público de Internet. Esto puede mejorar el control de la ruta y reducir la exposición a un tránsito variable, pero no elimina la seguridad de la nube, las fallas del proveedor, el diseño de identidad, las tarifas de salida de datos o la disponibilidad regional.

La relación con la nube ilustra el papel cambiante de ESnet. La ciencia del DOE ya no existe solo dentro de laboratorios y supercomputadoras federales; los investigadores pueden usar almacenamiento de objetos comercial, servicios especializados o computación temporal. ESnet debe conectar estos recursos sin pretender que la nube es parte de la red federal o que el circuito dedicado hace que la cuenta de nube sea segura por sí misma.

Otros servicios incluyen DNS secundario, hora de red, supervisión de secuestro de rutas y enrutamiento de agujero negro. Cada uno aborda una dependencia auxiliar que puede detener la investigación incluso cuando la capacidad óptica está disponible. Una falla en el servicio de nombres, un error de hora, una fuga de ruta o un ataque de denegación de servicio pueden inutilizar un sistema científico sin dañar la fibra.

La lista de servicios es un conjunto de contratos operativos entre las capas de red. La conectividad física define el camino, el enrutamiento crea la accesibilidad, los servicios especializados proporcionan límites lógicos, la conexión a la nube extiende el sistema a la infraestructura comercial, y los servicios de seguridad y soporte mitigan los modos de falla conocidos. Sin embargo, el usuario sigue siendo responsable de construir un punto final y una red local que funcionen correctamente en cada extremo. (Lista de servicios de ESnet)

OSCARS hace que la capacidad sea reservable

La mayor parte del tráfico de Internet utiliza la capacidad disponible cuando llegan los paquetes. Este modelo funciona bien para las comunicaciones generales, pero algunas transferencias científicas son programadas, grandes y costosas si se retrasan. OSCARS proporciona a los usuarios y aplicaciones autorizados un medio para reservar recursos de red durante un período definido.

Una reserva puede especificar puntos finales, horas de inicio y finalización, ancho de banda, información de VLAN, exclusiones de ruta y otras restricciones. El sistema examina la topología y los compromisos existentes, encuentra una ruta aceptable, crea el estado requerido en la red y lo elimina cuando finaliza la reserva. Debe evitar asignar el mismo recurso escaso dos veces y tener en cuenta el mantenimiento o las fallas que cambian la topología disponible.

La importancia es operativa, no cosmética. Configurar un circuito manualmente puede requerir días de coordinación entre ingenieros, mientras que una reserva programática puede crearse en minutos e integrarse en el flujo de trabajo del experimento. La red deja de ser una tubería fija en segundo plano y se convierte en un recurso que el software puede solicitar junto con el almacenamiento o la computación.

OSCARS es un sistema de producción de código abierto, y ha sido adoptado o probado por otras redes y plataformas de prueba. Algunas cifras de adopción públicas aparecen en páginas con material histórico, por lo que la conclusión más segura es que el sistema se ha difundido más allá de ESnet sin considerar que cada implementación enumerada esté actualmente activa y sea idéntica.

Una reserva no garantiza el rendimiento de la aplicación. Puede proteger una cantidad específica de capacidad de red, pero no puede hacer que un servidor de almacenamiento lea más rápido, reparar la pérdida de paquetes dentro de la red del sitio o ajustar el sistema operativo. Si la aplicación solo alcanza una fracción de la tasa reservada, el diagnóstico debe volver a la ruta completa.

Las reservas también plantean preguntas de asignación. Un experimento de alta prioridad puede beneficiarse de una capacidad garantizada, mientras que las reservas no utilizadas reducen la flexibilidad disponible para otros. Las políticas deben definir quién puede solicitar el servicio, cómo se resuelven los conflictos y si una reserva puede ser expropiada. Estas decisiones siguen siendo parte de la gobernanza de la instalación incluso cuando el código de configuración está automatizado.

OSCARS sigue siendo uno de los ejemplos más claros de cómo ESnet convierte el software aplicado en infraestructura. Transformó una práctica operativa en un servicio repetible, mantuvo la política humana en torno a la autorización y dio a las aplicaciones científicas una forma controlada de expresar los requisitos de red. (OSCARS)

SENSE prueba la capacidad de las aplicaciones para solicitar un resultado de extremo a extremo

Una ruta de red reservada solo resuelve una parte del flujo de trabajo distribuido. Los sistemas de almacenamiento, los servicios de transferencia de datos y los recursos de computación tienen su propia disponibilidad, capacidad y políticas. SENSE (Software-defined network for End-to-end Networked Science at the Exascale) amplía la coordinación más allá de un solo dominio de red.

El proyecto representa las redes y los sistemas finales como recursos descubribles. Una aplicación científica puede describir un resultado deseado, como transferir un conjunto de datos entre dos instalaciones a una tasa específica. SENSE recopila modelos de los dominios participantes, negocia recursos, configura la red y los servicios de transferencia, monitorea la medición y libera los recursos una vez completado el flujo de trabajo.

Esta tarea es más difícil que configurar un solo circuito. Las instituciones participantes conservan su autoridad y sus modelos de datos. Un dominio puede ofrecer ancho de banda de red, mientras que otro ofrece puntos de almacenamiento o servicios de transferencia, y las políticas, credenciales y ventanas de mantenimiento difieren. SENSE debe coordinar sin asumir que un controlador central puede ordenar a cada sistema.

Durante el Desafío de Datos del LHC de 2024, los flujos de trabajo respaldados por SENSE mantuvieron 330 gigabits por segundo entre Caltech y la Universidad de California en San Diego. El resultado muestra que la coordinación orientada a aplicaciones puede funcionar a una tasa significativa en una ruta viva específica, pero no prueba que SENSE sea un servicio de producción general en todos los sitios de ESnet. El informe de 2024 seguía describiendo el proyecto como en fase de investigación.

OSCARS y SENSE automatizan dos unidades de trabajo diferentes. OSCARS reserva recursos de red dentro de un dominio de servicio conocido, mientras que SENSE intenta negociar una ruta completa que incluye sistemas propiedad de diferentes instituciones. El primero tiene límites de producción más claros; el segundo ofrece un valor científico más amplio pero con mayores riesgos de gobernanza e integración.

La cuestión práctica para los operadores es la propiedad del fallo. Si una aplicación declara su intención y el flujo de trabajo tiene un rendimiento deficiente, la causa puede estar en el modelo de recursos, la red, el servicio de almacenamiento, las credenciales, la aplicación o un problema de temporización entre dominios. La coordinación necesita evidencia lo suficientemente precisa como para indicar a cada operador en qué parte se desvió el estado acordado.

SENSE apunta a una arquitectura donde las aplicaciones pueden solicitar resultados en lugar de circuitos. Su progreso debe juzgarse por el uso productivo repetido en múltiples dominios, la claridad de la responsabilidad del soporte y la capacidad de recuperación ante fallos parciales, no solo por la tasa de transferencia más alta en una prueba. (SENSE;Investigación aplicada 2024)

EJFAT lleva los eventos científicos directamente a la computación remota

La transferencia de datos científicos tradicional suele seguir una secuencia basada en archivos. El experimento produce datos, los sistemas locales procesan lo suficiente para escribir archivos, los archivos ingresan al almacenamiento y un proceso posterior los transfiere a otra instalación para su análisis. Este patrón es conocido y operativamente confiable, pero retrasa la retroalimentación y requiere almacenamiento y computación locales capaces de manejar el pico de adquisición.

EJFAT (ESnet–Jefferson Lab FPGA Accelerated Transport) admite una ruta diferente. El sistema distribuye datos de eventos en vivo encapsulados en UDP desde el instrumento a trabajadores de cómputo disponibles, que pueden estar en un centro de supercomputación remoto. Una SmartNIC programable basada en FPGA lee los identificadores de eventos y envía todos los fragmentos pertenecientes al mismo evento a un solo trabajador. Cuando los nodos de cómputo están disponibles u ocupados, el sistema de control puede cambiar la distribución.

El ensamblaje de fragmentos de eventos es un factor importante. Un balanceador de carga genérico puede distribuir paquetes entre servidores, pero el procesamiento científico puede requerir que todos los fragmentos de un mismo evento de detector lleguen al mismo trabajador. EJFAT separa la función de reenvío de alta velocidad de la programación de los trabajadores de cómputo, permitiendo que cada lado escale de forma independiente.

La demostración de abril de 2024 entre Jefferson Lab y Perlmutter mencionada en la introducción alcanzó los 100 gigabits por segundo sin una etapa intermedia en disco. Pruebas posteriores utilizaron recursos de cómputo distribuidos entre varias instalaciones y cerca de 20,000 núcleos, según informes de ESnet. Estos resultados ilustran el potencial del sistema, pero no significan que cualquier instrumento pueda adoptarlo sin modificaciones de ingeniería.

La Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) proporciona un ejemplo operativo más reciente. En julio de 2026, ESnet informó que los investigadores transmitieron datos experimentales en bruto a través de EJFAT a aproximadamente 5-6 gigabits por segundo hacia supercomputadoras remotas. Una sola ejecución produjo 615 gigabytes en 15 horas, que luego se procesaron en 20 minutos en ocho nodos de Perlmutter utilizando inferencia de aprendizaje automático. La menor velocidad de red respecto a los 100G no hace que el resultado sea menos importante, porque el resultado científico fue una retroalimentación más rápida durante un flujo de trabajo real.

La transmisión en vivo cambia la economía de la instalación. Un detector puede tomar prestada computación compartida en lugar de construir una capacidad local suficiente para cada pico, y los investigadores pueden examinar los resultados mientras el escaso tiempo de haz está disponible. Pero el sistema también crea nuevas dependencias; una interrupción de la red, un problema de asignación de cómputo o un error de distribución de eventos puede afectar el experimento en tiempo real, en lugar de retrasar una transferencia de archivos posterior.

EJFAT sigue siendo un prototipo avanzado o una plataforma emergente, no un servicio universalmente soportado. La transición a producción requiere integración de instrumentos, seguridad, disponibilidad de FPGA, propiedad operativa, acuerdos de programación y un comportamiento claro ante la pérdida de paquetes UDP. Su importancia radica en demostrar que la red de área amplia puede entrar en el bucle de adquisición en lugar de operar después. (EJFAT;Informe científico de FRIB)

High-Touch, perfSONAR e iperf3 hacen visible la ruta

Una red de alta velocidad puede fallar de maneras que los gráficos de uso agregado no muestran. Las micro-ráfagas llenan una cola, los paquetes llegan en un orden diferente, la pérdida afecta a una dirección o a una clase de tráfico, la ruta cambia entre dos pruebas o flujos críticos para la seguridad desaparecen dentro del muestreo estadístico.

High-Touch utiliza hardware y software programables para recopilar mediciones de paquetes y flujos más ricas que los registros tradicionales basados en muestras. En 2024, se utilizó para investigar el rendimiento del LHC, el reordenamiento de paquetes relacionado con el tráfico del Observatorio Rubin y eventos de seguridad. El propósito es la precisión diagnóstica: identificar comportamientos que las cifras de tráfico generales ocultan.

La evidencia más detallada tiene un costo. Los datos de paquetes y flujos requieren almacenamiento, procesamiento, control de acceso e interpretación cuidadosa, y pueden revelar puntos finales que se comunican, patrones de colaboración y la temporización de la actividad científica. Por eso, un sistema diseñado para la visibilidad operativa se convierte en un activo de datos sensible.

perfSONAR aborda una capa diferente. Es un sistema de medición distribuido respaldado por una asociación de múltiples instituciones, donde ESnet es uno de los participantes fundadores clave. En 2024, se informó de más de dos mil sitios a nivel mundial, y ESnet opera más de 30. Las pruebas controladas miden el rendimiento, la latencia, la pérdida y el comportamiento de la ruta entre nodos participantes.

El diseño distribuido es fundamental. Un investigador puede informar de una transferencia lenta, pero una prueba entre nodos perfSONAR bien diseñados muestra si la ruta subyacente admite la tasa esperada. Las pruebas direccionales pueden aislar asimetrías, las mediciones repetidas pueden mostrar cuándo comenzó la degradación, y los datos de traceroute pueden identificar un cambio de ruta, aunque la ruta observada y el comportamiento de reenvío real de la aplicación pueden diferir.

iperf3 proporciona una prueba activa de rendimiento a través de TCP, UDP o SCTP, y admite IPv4 e IPv6. ESnet mantiene la herramienta de código abierto y reporta pruebas que superan los 150 gigabits por segundo en rutas de 200G bajo condiciones específicas. La prueba sintética no es un punto de referencia de la aplicación, pero ayuda a determinar si el host y la red pueden mover tráfico en condiciones controladas, después de lo cual el almacenamiento y el comportamiento de la aplicación pueden examinarse por separado.

High-Touch, perfSONAR e iperf3 ofrecen, juntos, diferentes perspectivas de la verdad. High-Touch supervisa los flujos de producción con mayor detalle, perfSONAR proporciona mediciones programadas o bajo demanda de la ruta a través de dominios, e iperf3 prueba directamente el rendimiento del host y la red. Ninguna visión única ofrece el cuadro completo, pero la combinación reduce la tentación de diagnosticar una falla distribuida desde el panel de control local de un solo operador. (Herramientas de rendimiento de red;Innovaciones operativas 2024)

El almacenamiento en caché puede eliminar tráfico en lugar de moverlo más rápido

Agregar capacidad no es la única forma de mejorar una red científica. Algunos conjuntos de datos se solicitan repetidamente desde investigadores en la misma región, y transferir cada copia a través de la red de área amplia desperdicia ancho de banda y aumenta la latencia, incluso cuando la red troncal puede absorber el tráfico.

Los informes de investigación aplicada de ESnet de 2024 describieron cinco nodos regionales de caché utilizados con comunidades de datos científicos. Los nodos redujeron el tráfico de la red de área amplia en un promedio de 33 terabytes por día a lo largo del estudio. Dos tercios de las solicitudes se sirvieron localmente, con una tasa de acierto promedio del 94%. Sin embargo, el impacto varió drásticamente según la ubicación, con reducciones reportadas del 69.3% en el sur de California, del 48.4% en Chicago y del 6.6% en Boston.

Estas diferencias revelan la naturaleza del valor. La utilidad del almacenamiento en caché depende de la popularidad del conjunto de datos, los usuarios locales, el tamaño del almacenamiento, la política de expulsión y la configuración del servicio. Un nodo colocado cerca de una comunidad que analiza los mismos datos repetidamente puede eliminar grandes transferencias, mientras que un nodo que sirve datos diversos o poco consultados puede consumir almacenamiento sin ofrecer el mismo beneficio.

El almacenamiento en caché también cambia la cuestión del control. El operador de red comienza a participar en la ubicación de los datos, mientras que las comunidades científicas deben identificar qué conjuntos de datos pueden replicarse, cómo mantener su actualidad y quién tiene derecho a acceder a ellos. Las fallas de almacenamiento y el contenido obsoleto se convierten en problemas operativos adyacentes a la red.

El estudio ilustra por qué el bit más eficiente puede ser el que nunca ingresa a la red troncal. Las actualizaciones ópticas aumentan el ancho de banda, mientras que el almacenamiento en caché modifica la demanda. La programación de flujos de trabajo puede trasladar las operaciones fuera de los períodos de congestión, y la compresión o el filtrado local reducen los datos antes de la transferencia. Un programa de infraestructura maduro evalúa todos estos mecanismos en lugar de medir el progreso solo por la cantidad de terabits instalados.

El resultado debe circunscribirse al estudio analizado. No prueba que cada conjunto de datos científicos alcance una tasa de acierto del 94% o que el almacenamiento en caché pueda reemplazar la nueva capacidad para flujos en vivo únicos. Pero ofrece evidencia de que la arquitectura de datos y la arquitectura de red pueden diseñarse conjuntamente. (Actividades de investigación aplicada 2024)

La ciencia transatlántica necesita diversidad física además de capacidad

La huella doméstica de ESnet no puede separarse de sus compromisos internacionales. La física de altas energías se organiza en torno a instalaciones y centros de cómputo a ambos lados del Atlántico, y el informe anual de 2024 atribuyó aproximadamente la mitad del tráfico de ESnet a la actividad del LHC. Por lo tanto, una falla de cable entre Europa y América del Norte puede afectar una carga de trabajo científica central incluso cuando todos los enrutadores domésticos están intactos.

Durante 2024 y principios de 2025, ESnet amplió la capacidad transatlántica reportada de aproximadamente 700 gigabits por segundo a 2.7 terabits por segundo. Un elemento clave fue un acuerdo de 15 años con Aqua Comms por un cuarto de par de fibra en una ruta que conecta Nueva York con Dublín y Londres. ESnet también comparte capacidad y costos con GÉANT a través de varios sistemas de cable. El objetivo de ingeniería es alcanzar al menos 3.2 terabits por segundo a través de cuatro rutas físicamente independientes, con capacidad de diseño para crecer a más de 10 terabits por segundo.

La capacidad y la diversidad resuelven dos problemas diferentes. Dos servicios lógicos pueden compartir el mismo cable, estación de amarre o ruta terrestre y, por tanto, fallar juntos. La reparación de un cable submarino puede requerir localización de la falla, permisos, un barco cableador, clima adecuado y recuperación física de la fibra dañada, y puede llevar semanas o meses. Por eso ESnet planifica escenarios que incluyen la rotura de tres cables simultáneamente, en lugar de asumir que una sola ruta de respaldo es suficiente.

Los derechos de espectro a largo plazo otorgan a la instalación un mayor control sobre las actualizaciones en comparación con la compra repetida de circuitos fijos completos. Pero también crean compromisos con sistemas de cable, infraestructura de amarre y socios operativos específicos. ESnet no elimina el riesgo submarino al alquilar espectro; adquiere la capacidad de diseñar capacidad y resiliencia a través de múltiples sistemas, pero sigue dependiendo de los propietarios de cables, los procedimientos de reparación y las redes asociadas.

Este es otro punto donde la descripción «dedicada» necesita precisión. ESnet controla derechos e infraestructura dedicada en rutas críticas, pero el modelo de propiedad del activo físico varía. Las rutas domésticas e internacionales pueden incluir fibra oscura, espectro, servicios iluminados, coubicación o capacidad de socios. Una línea en un mapa no revela el mismo nivel de propiedad o autoridad de reparación en cada segmento.

La relación con GÉANT muestra por qué las redes de investigación cooperan sin estar bajo un control centralizado. Ambas organizaciones pueden compartir costos y coordinar el tráfico científico, pero cada una sigue siendo responsable ante sus propias instituciones y miembros. El rendimiento completo sigue dependiendo de las redes nacionales de investigación, los sistemas universitarios y las instalaciones experimentales que están fuera de cualquier red troncal única. (Hito de capacidad transatlántica;Informe anual 2024)

La demanda científica llega como carga permanente, ráfagas raras y plazos estrictos

El LHC proporciona la carga permanente. El modelo de computación distribuida transfiere datos de los experimentos entre el CERN, Fermilab, Brookhaven, universidades y otros centros, creando un tráfico internacional continuo. Se espera que la operación de alta luminosidad planificada aumente la producción de los detectores, las simulaciones y las réplicas. La red debe transportar grandes flujos en condiciones normales, manteniendo suficiente diversidad de rutas para hacer frente a fallas de cables o instalaciones.

El Observatorio Vera C. Rubin proporciona el plazo estricto. El telescopio en Chile está diseñado para producir una imagen de aproximadamente 13 gigabytes cada 30 segundos. La ruta de procesamiento rápido de datos en SLAC y la emisión de alertas sobre objetos transitorios dependen de que otros observatorios respondan. ESnet reporta un objetivo de transferir cada imagen a través de unas 12,000 millas en menos de siete segundos. La ruta incluye socios de redes de investigación en Sudamérica y socios internacionales, por lo que el resultado depende de una ingeniería coordinada más allá de ESnet por sí sola.

DUNE proporciona la ráfaga excepcional. Durante un evento de supernova, se espera que el programa de neutrinos necesite transferir hasta 600 terabytes en 100 segundos. Se prevé que el programa más amplio produzca alrededor de 900 petabytes en veinte años. Estos son requisitos de planificación para operaciones futuras, no una descripción del tráfico diario actual. Su importancia radica en que el evento no se puede programar después de que la capacidad esté disponible; una red diseñada para el uso promedio puede fallar en el momento de mayor valor científico.

La investigación de fusión combina la distancia internacional con un horizonte de desarrollo prolongado. En mayo de 2026, una prueba transfirió 176 terabytes de datos de ITER desde Marsella a la instalación DIII-D de General Atomics en San Diego a una velocidad cercana a los 80 gigabits por segundo. ITER todavía estaba en construcción, por lo que la transferencia demostró preparación en lugar de una operación completa habitual. Los materiales de requisitos anticipan que algunos flujos de trabajo de fusión futuros alcancen alrededor de dos petabytes por día y al menos 200 gigabits por segundo.

FRIB y Jefferson Lab muestran un tercer patrón: un experimento puede necesitar análisis remoto mientras los datos aún se están adquiriendo. EJFAT permite que los flujos de eventos lleguen a la computación en NERSC u Oak Ridge en lugar de esperar a que los archivos se completen y se copien. Las fuentes de luz, los microscopios electrónicos y otros instrumentos enfrentan opciones similares sobre el filtrado local, la inferencia remota de IA y la velocidad con la que los resultados regresan al operador.

Las ciencias del clima y de la Tierra amplían una vez más la forma de la demanda. Las grandes simulaciones y los conjuntos de datos de observación se mueven entre instalaciones de cómputo y almacenamiento, mientras que los sensores de campo pueden ubicarse en lugares sin fibra convencional. Ninguna tasa principal única puede describir todas estas necesidades. ESnet debe soportar la transferencia masiva continua, las ráfagas raras, la retroalimentación de baja latencia, la colaboración internacional y la adquisición remota dentro de un solo modelo de instalación. (Estudio de caso del Observatorio Rubin;Estudio de caso DUNE;Revisiones de requisitos)

Las revisiones de requisitos convierten los planes científicos en infraestructura de red

ESnet no puede esperar a que un experimento produzca su primer conjunto de datos para solicitar fibra, enrutadores o capacidad transatlántica. Los acuerdos a largo plazo, las adquisiciones de equipos, la construcción de sitios y el desarrollo de software requieren años. Por eso, la instalación realiza revisiones de requisitos con los programas de ciencia del DOE en un horizonte de cinco a diez años.

Los investigadores y los equipos de las instalaciones describen los instrumentos, los volúmenes de datos esperados, las ubicaciones de almacenamiento, los destinos de cómputo, las restricciones de temporización, los colaboradores internacionales, el uso de la nube y las necesidades de resiliencia. Luego, los especialistas en redes y computación examinan el flujo de trabajo completo. Una solicitud de un enlace más grande puede revelar un problema más importante en el almacenamiento local, la diversidad de rutas, la arquitectura de seguridad o el software de transferencia de datos.

El proceso de revisión es una forma de codiseño. Los programas científicos explican lo que intentan lograr, y ESnet traduce el objetivo en dependencias de infraestructura y prueba si la ruta propuesta puede funcionar. El resultado puede influir en el tamaño del enlace del sitio, nuevas rutas, adquisiciones submarinas, despliegues de Science DMZ, investigación de coordinación, contratación o el cronograma de la próxima generación de red.

La revisión principal de física de altas energías, completada en 2025 y publicada en enero de 2026, contó con 127 participantes y 14 estudios de caso en un informe de unas 400 páginas. Su importancia no reside en suponer que cada predicción es correcta, ya que los instrumentos pueden retrasarse, el software volverse más eficiente y aparecer nuevas cargas de trabajo. El valor es un registro documentado donde los investigadores, los ingenieros de redes, los centros de cómputo y los financiadores pueden ver los mismos supuestos y ajustarlos de manera informada.

La predicción sigue siendo difícil porque la demanda científica es intermitente. Una supernova puede no ocurrir durante la vida útil del experimento, mientras que un flujo de trabajo de IA puede expandirse más rápido que el ciclo de revisión formal. El crecimiento promedio del tráfico ayuda a la presupuestación, pero no puede reemplazar la planificación de escenarios específicos. El inusualmente bajo aumento del 4% en el tráfico de 2024 no prueba que la demanda a largo plazo se haya detenido, sino que ilustra por qué un solo año no debe dictar un programa de infraestructura que abarca décadas.

Las revisiones de requisitos también distribuyen la responsabilidad. Un laboratorio no puede asumir que la red troncal nacional arreglará una ruta local inadecuada, y ESnet no puede asumir que el programa científico se adaptará después de que se construya la capacidad. Colocar las dependencias dentro de un plan compartido hace que los desacuerdos posteriores sean más visibles. (Informes de revisión de requisitos)

Los proyectos inalámbricos y cuánticos prueban los límites de la misión de ESnet

La red nacional de fibra llega bien a las instituciones fijas, pero los instrumentos científicos no siempre funcionan en esos lugares. Los campos geotérmicos, los observatorios ambientales y las campañas temporales pueden carecer de cobertura de operador, energía confiable o una ruta de fibra práctica. El programa Wireless Edge de ESnet investiga si las redes celulares privadas, Wi-Fi, radio direccional y satélites pueden extender el flujo de trabajo científico a esos sitios.

Un despliegue en un sitio geotérmico en Nevada, anunciado en junio de 2026, combinaba una red 4G privada usando espectro de Citizens Broadband Radio Service, Wi-Fi HaLow de largo alcance, Wi-Fi convencional, un enlace Starlink, radio direccional y una torre portátil autoalimentada. El diseño respondía a las condiciones de un solo sitio de campo, no era un producto de acceso inalámbrico general de ESnet, y no puede proporcionar la capacidad continua de la fibra de larga distancia. El terreno, el clima, el espectro, la energía y el proveedor de satélites siguen siendo partes de la ruta de servicio.

El punto organizativo importante es que ESnet no se detuvo en el punto de fibra más cercano y trató el resto como responsabilidad de otro. La función de divulgación científica abordó la adquisición, el backhaul y el transporte de área amplia como un solo flujo de trabajo. Este enfoque puede ser más útil que un producto estandarizado, porque los sitios científicos remotos enfrentan restricciones físicas diferentes.

QUANT-NET explora otra frontera. El proyecto financiado por ASCR está construyendo un banco de pruebas de red cuántica de tres nodos que conecta el Laboratorio Berkeley con dos sitios de la Universidad de California en Berkeley a lo largo de unos cinco kilómetros. El trabajo incluye trampas de iones, interconexión fotónica, conmutación de entrelazamiento, mediciones de Bell, control sensible al tiempo y un marco de software modular.

La conexión con ESnet es principalmente de control y coordinación. Los experimentos cuánticos necesitan comunicaciones clásicas, temporización precisa y coordinación entre dispositivos que todavía son difíciles de operar. El software de control de código abierto puede hacer que los experimentos sean más reproducibles y reducir el ajuste manual. Pero el banco de pruebas no es una Internet cuántica de producción, ni transporta los grandes datos científicos tradicionales a través del entrelazamiento.

Por lo tanto, Wireless Edge y QUANT-NET deben medirse por lo que aprenden y lo que se puede reutilizar. Ninguno de los dos demuestra que cada usuario de ESnet reciba un servicio de acceso inalámbrico o un enlace cuántico. Extienden la función de investigación de la instalación a áreas donde las futuras redes científicas pueden necesitar nuevos medios físicos y sistemas de control. (Despliegue de Wireless Edge;Investigación de redes cuánticas)

La American Science Cloud y ESnet7 trasladan la planificación de los sitios a los flujos de trabajo

El programa de Infraestructura de Investigación Integrada y el naciente proyecto American Science Cloud reflejan un cambio en la forma en que el DOE describe sus instalaciones. En lugar de tratar el instrumento, la red, el almacenamiento de datos y la supercomputadora como servicios independientes, los programas buscan que funcionen como un entorno federado para la ciencia de datos, la IA y la computación de alto rendimiento.

El papel de ESnet es la capa de conectividad y coordinación. Los datos deben moverse desde los instrumentos al almacenamiento y los aceleradores, los usuarios y servicios necesitan acceso controlado, los flujos de trabajo deben descubrir los recursos disponibles y la medición debe mostrar si el sistema está logrando el objetivo científico. EJFAT, SENSE, OSCARS, Cloud Connect y High-Touch abordan cada uno una parte del problema, pero ninguno constituye la American Science Cloud por sí solo.

En la Confab26, se identificó a Inder Monga como subdirector del proyecto American Science Cloud, y las sesiones del programa incluyeron demostraciones y planificación para la próxima generación de la red. Esto representa evidencia de trabajo institucional activo, no una prueba de que una nube científica pública completa esté operativa en agosto de 2026. La política de acceso, el inventario de recursos conectados, el soporte de producción y la gobernanza seguían siendo cuestiones en desarrollo.

ESnet7 aparece dentro del mismo entorno de planificación. El nombre es real, y las sesiones de innovación estudiaron la medición, la inspección de paquetes, el movimiento de datos, la IA y las redes cuánticas. Sin embargo, ESnet6 sigue siendo la generación de producción actual. La evidencia disponible no ha fijado una arquitectura pública final, una línea base del proyecto, una selección de proveedores, un presupuesto completo o una fecha de lanzamiento.

Los nombres de las generaciones de red crean expectativas mucho antes de que se instale el equipo. Un programa de planificación puede dar forma a las prioridades de investigación, las interacciones con los proveedores y las solicitudes de capital, pero no debe presentarse como una red troncal terminada. La interpretación más precisa es que ESnet está utilizando la experiencia operativa de ESnet6 y los proyectos de flujo de trabajo actuales para determinar qué forma debería tomar la séptima generación.

La velocidad seguirá siendo importante, pero la evidencia sugiere que la programabilidad y la inteligencia pueden volverse igual de importantes. Un enlace más rápido no puede decirle a una aplicación dónde está disponible la computación, identificar una micro-ráfaga, programar un flujo de detector o demostrar correctamente la liberación de un servicio a través de múltiples dominios. Por lo tanto, la pregunta estratégica para ESnet7 es cuánto debe entender y coordinar la red del flujo de trabajo científico sin convertirse en un controlador central difícil de gestionar. (Programa de la Confab26;Investigación aplicada 2024)

La financiación federal respalda la instalación, pero la partida presupuestaria no es un ingreso

ESnet no financia su red troncal vendiendo ancho de banda al público. Está financiada principalmente por el DOE a través de la actividad de ASCR denominada High Performance Network Facilities and Testbeds. La solicitud para el año fiscal 2027 proponía 103 millones de dólares para esta partida, en comparación con los 97.261 millones de la columna de crédito anterior.

Estas cifras ofrecen el mejor indicador público del nivel del programa, pero no son una cuenta de resultados de ESnet. La partida también respalda bancos de pruebas relacionados con redes, mantenimiento de software, actualizaciones y actividades de investigación. No revela un costo operativo anual separado para la red troncal de producción, el gasto de capital de cada generación de red o los ingresos asociados con las conexiones de sitios individuales.

La financiación pública permite a la instalación invertir antes de que la demanda se vuelva comercial. Puede comprar derechos de espectro a largo plazo, mantener herramientas de código abierto, apoyar experimentos de bajo volumen y alto valor científico, y construir diversidad de rutas más allá de lo que justificaría el uso inmediato. El mismo modelo crea una dependencia de las asignaciones del Congreso, las prioridades del departamento y el marco operativo del Laboratorio Berkeley.

Las conexiones de los sitios no siempre son gratuitas. La política de Site User Cost permite que los usuarios institucionales asuman costos relacionados con la conexión según el patrocinio, la elegibilidad y los requisitos adicionales. La unidad de relación es el sitio, no el investigador individual, y los puntos finales no se facturan ni registran por separado a través de ESnet.

La ausencia de cuentas independientes limita el análisis financiero. Los materiales públicos no revelan una concentración completa de proveedores, salarios, un calendario de depreciación, un registro de activos por ruta o un presupuesto de capital anual. Por lo tanto, describir los 103 millones de dólares como «ingresos de ESnet» sería incorrecto. Es más preciso decir que un programa federal financia una instalación de producción, su trabajo de actualización, el mantenimiento de su software y sus bancos de pruebas a través de una partida de actividad más amplia.

La estructura de financiación también influye en las decisiones estratégicas. Una red comercial puede abandonar una ruta que no cubre su costo, mientras que una instalación científica pública debe equilibrar la misión nacional, la oportunidad científica y la capacidad a largo plazo con las restricciones presupuestarias. Esto puede justificar una inversión que no ofrece un retorno financiero inmediato, pero hace que la claridad de las prioridades y la evidencia de los requisitos sean esenciales. (Solicitud de presupuesto de ASCR para el año fiscal 2027;Comité ESCC y política de sitios)

La confiabilidad y la visibilidad crean obligaciones más allá del tiempo de actividad

Los informes de ESnet de 2024 registraron un resultado de disponibilidad notable: los diez sitios de la Oficina de Ciencias incluidos en la métrica lograron una disponibilidad del servicio del 100% después de excluir el mantenimiento planificado. Fue el primer año en que todos los sitios superaron simultáneamente el requisito del 99.9%. El informe anual también presentó una cifra de tiempo de actividad más amplia del 99.99%. Estas son métricas útiles pero de alcance diferente, y no prueban que cada servicio, institución y ruta internacional no experimentara ninguna interrupción.

El Programa de Resiliencia de Sitios examina las entradas, enrutadores, energía y dominios de falla diversos dentro de las instalaciones conectadas. Esto refleja una verdad incómoda: la red troncal nacional puede tener múltiples rutas mientras un laboratorio sigue dependiendo de un solo conducto local o un solo dispositivo. La resiliencia debe llegar al edificio y al sistema de transferencia de datos, no detenerse en el mapa de la red troncal.

La política de enrutamiento proporciona otra capa de control. ESnet rechaza los anuncios RPKI no válidos en el peering, requiere registros de enrutamiento actualizados y admite la supervisión de secuestro de rutas y el enrutamiento de agujero negro para destinos. Estos controles reducen los riesgos conocidos, pero no hacen que el enrutamiento entre sistemas autónomos sea infalible. Un origen de ruta correcto puede estar asociado con una fuga o un error de política, y el agujero negro protege a otros sistemas haciendo que el destino objetivo sea inaccesible.

La automatización crea una compensación similar. Las configuraciones estandarizadas, el inventario y la coordinación reducen el error manual y aceleran la recuperación, pero una plantilla, política o registro de datos incorrectos puede propagarse rápidamente a través de muchos dispositivos. La respuesta adecuada es el despliegue por fases, la verificación independiente, los procedimientos claros de reversión o avance y los límites a la autoridad de cualquier cuenta de automatización única.

Los datos operativos merecen una atención similar. La política de datos de la instalación establece que los datos de uso del enrutador y NetFlow pueden conservarse indefinidamente y replicarse entre los almacenes de las costas este y oeste. Las mediciones activas de perfSONAR se conservan seis meses en un solo disco sin copia de seguridad. Los datos de uso del enrutador y traceroute son públicos, mientras que los registros de flujo y seguridad están sujetos a acceso restringido.

ESnet puede no tener una relación de suscripción individual con el usuario y, sin embargo, recopilar datos operativos detallados; son dos sistemas diferentes. No existe una relación de membresía ni facturación individual, pero los metadatos de red pueden identificar puntos finales, instituciones comunicantes, temporización y patrones de tráfico. Una medición de alta precisión mejora el diagnóstico y la seguridad, pero aumenta la necesidad de minimización de datos, control de acceso, revisión de la retención y uso responsable.

Un modelo de resiliencia creíble se basa en mecanismos de alcance definido: diversidad física, ingeniería de sitios, seguridad de enrutamiento, medición, respuesta a incidentes, gobernanza de datos y métricas claramente definidas. (Logro de disponibilidad;Política de datos de la instalación;Política de peering)

La verdadera prueba es si la ciencia distribuida funciona en la práctica

La historia de ESnet puede leerse como una serie de redes más rápidas: los sistemas especializados predecesores, ESnet4, la red continental de 100G de ESnet5 y la ESnet6 de múltiples terabits. Esta secuencia es real, pero omite la continuidad más importante. La instalación modificó repetidamente la infraestructura que rodea el trabajo científico cuando aumentar el ancho de banda por sí solo no podía resolver el problema.

La Red de Datos Científicos separó los flujos excepcionales del tráfico ordinario, OSCARS hizo que la capacidad fuera reservable, Science DMZ modificó el perímetro institucional, y perfSONAR e iperf3 convirtieron las disputas de rendimiento en mediciones. SENSE vinculó la intención de la aplicación a través de múltiples dominios administrativos, EJFAT introdujo la ruta de área amplia en el bucle del detector, el almacenamiento en caché modificó la demanda, y el espectro transatlántico cambió el nivel de control de ESnet sobre el crecimiento internacional.

La autoridad de la organización sigue siendo limitada. El DOE y ASCR definen la misión y la financiación, el Laboratorio Berkeley opera la instalación y la Universidad de California gestiona el laboratorio bajo contrato. Los coordinadores de sitio aprueban los cambios que afectan a sus instituciones, mientras que los socios internacionales controlan sus redes. Las empresas de nube, los operadores, los propietarios de cables y los proveedores de equipos conservan la autoridad sobre componentes de los que depende ESnet.

La distribución del control no es un problema que el software pueda borrar; es la condición dentro de la cual opera la red científica. El logro práctico es coordinar lo suficiente para entregar el flujo de trabajo sin pretender que una sola institución es dueña de todo el camino.

La misma disciplina debe aplicarse a las afirmaciones futuras. ESnet7 sigue en planificación, SENSE permanece en fase de investigación según el último informe completo, EJFAT es un prototipo avanzado o una plataforma emergente, QUANT-NET es experimental y la American Science Cloud aún estaba en construcción. El valor de la evidencia sobre ellos radica en describir su etapa de madurez con precisión.

La importancia a largo plazo de ESnet es el modelo de instalación para usuarios. La red se trata como un instrumento científico con requisitos, operaciones, software, medición, investigación y financiación pública. Este modelo reconoce que un detector y una supercomputadora separados por miles de kilómetros ofrecen un valor conjunto limitado a menos que los sistemas intermedios se diseñen como una sola ruta.

Ninguna métrica moderna y neutral en la evidencia disponible puede clasificar a ESnet como la red más rápida del mundo, y esa no es la prueba más útil. La prueba más sólida es si un instrumento puede alcanzar el almacenamiento o la computación remota a la tasa requerida, recuperarse cuando falla una parte del camino y producir evidencia que muestre dónde está la responsabilidad. La posición de ESnet se confirmará o debilitará en función de estos resultados de producción, a medida que la American Science Cloud, la transmisión en vivo y el futuro programa ESnet7 pasen de demostraciones y planes a servicios científicos respaldados. (Historia de ESnet;Lanzamiento de ESnet6;Informe anual 2024)

Fuentes

• Gobernanza y políticas de ESnet
• Historia de ESnet
• Informe anual de ESnet 2024
• ESnet en cifras: 2024
• Innovaciones operativas 2024
• Actividades de investigación aplicada 2024
• Hito de capacidad transatlántica
• Logro de disponibilidad
• Liderazgo de ESnet
• Comité de Coordinadores de Sitios de ESnet
• Lista de servicios de red
• Conexiones de peering y política de enrutamiento
• Política de gestión de datos de la instalación
• Solicitud de presupuesto del DOE ASCR para el año fiscal 2027
• Lanzamiento de ESnet6 en el Laboratorio Berkeley
• Arquitectura de ESnet4 y la Red de Datos Científicos
• Lanzamiento de la ESnet5 continental de 100G
• Science DMZ
• OSCARS
• SENSE
• EJFAT
• Herramientas de rendimiento de red
• Revisiones de requisitos científicos
• Despliegue de Wireless Edge en el sitio geotérmico
• Investigación de redes cuánticas
• Resultado de la transmisión directa de datos de FRIB
• Estudio de caso del Observatorio Rubin
• Estudio de caso DUNE
• Programa de la Confab26