Resumo

  • A Energy Sciences Network (ESnet) é a instalação de rede científica do Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA, operada pelo Lawrence Berkeley National Laboratory. Não é uma operadora comercial nem uma empresa independente, mas uma infraestrutura científica financiada com recursos federais.
  • O ESnet6 combina cerca de 15.000 milhas de fibra dedicada, transmissão óptica, roteamento de pacotes, redes privadas, interconexões com nuvens e redes de pesquisa e educação, medição e serviços programáveis. Os 57 Tbps relatados em 2024 são capacidade agregada, e os 1,77 exabytes são o tráfego anual; isso não significa que um caminho de 57 Tbps seja fornecido a todos os usuários.
  • Uma contribuição fundamental da ESnet é tratar o desempenho da rede como um problema de ponta a ponta. Science DMZ, perfSONAR, iperf3, OSCARS, SENSE, High-Touch e EJFAT melhoram sistemas locais, reservas de rede, telemetria e processamento de dados em tempo real, vinculando a capacidade do backbone a resultados científicos reais.
  • A próxima fase não se trata apenas de maior velocidade. American Science Cloud, Integrated Research Infrastructure, os planos para o ESnet7, streaming em tempo real a partir de instrumentos, redes sem fio de campo e controle de redes quânticas visam integrar a rede diretamente nos fluxos de trabalho científicos. No entanto, os níveis de maturidade variam, e planos ou demonstrações não podem ser tratados como serviços de produção amplamente disponíveis.

Uma rede para a ciência, não um ISP de varejo

A maneira mais simples de entender a ESnet é seguir o caminho de um dado científico. Detectores, telescópios, microscópios e simulações geram informações em instalações de pesquisa; sistemas de coleta as recebem; servidores de armazenamento e transferência as preparam para movimentação. A rede local transporta os dados até um perímetro gerenciado, a partir do qual a ESnet os encaminha para outros locais nos EUA, para instalações de pesquisa transatlânticas, supercomputadores do DOE, redes de pesquisa e educação e nuvens comerciais.

O que retorna são dados analisados, alertas, modelos ou informações para decidir a próxima operação de um experimento.

Nenhuma organização controla todo esse caminho. Equipes de instrumentos, redes locais de laboratórios, redes regionais de pesquisa, provedores de nuvem, parceiros internacionais e instalações de supercomputação provavelmente são operados separadamente. A ESnet fornece a camada de rede de longa distância dedicada à missão científica, colaborando com outros operadores para que o percurso completo funcione. Armazenamento lento, enlaces de campus congestionados ou firewalls inadequados podem desperdiçar um backbone nacional rápido, e uma falha na ESnet pode paralisar instalações locais bem projetadas.

A posição institucional também é clara. A ESnet é uma instalação de usuário do Escritório de Ciência do DOE, financiada e supervisionada principalmente pelo programa Advanced Scientific Computing Research (ASCR) e operada pela Divisão de Redes Científicas do Berkeley Lab. O próprio Berkeley Lab é administrado pela Universidade da Califórnia sob contrato com o DOE. A ESnet não possui acionistas, ações negociadas publicamente, valor corporativo independente ou demonstrações financeiras autônomas como entidade comercial. Portanto, deve ser descrita como uma infraestrutura científica federal, não como uma empresa que vende serviços de rede.

Os pesquisadores geralmente não contratam diretamente a ESnet. Ao usar instrumentos científicos, supercomputadores, serviços de laboratório, redes universitárias ou redes colaborativas, o tráfego passa pela ESnet. A ESnet distingue entre usuários de site e usuários de endpoint, e não registra nem rastreia formalmente usuários finais individuais como assinantes. O número de "mais de 30.000 usuários organizacionais" no relatório anual de 2024 é uma métrica de escala institucional em um determinado momento, não uma contagem de assinantes individuais.

Considerando esse modelo operacional, a função da ESnet não pode ser capturada apenas por comparações com operadoras de telecomunicações tradicionais. Embora opere transmissão óptica, roteamento e interconexões, a ESnet também realiza revisões de requisitos, desenvolvimento de código aberto, serviços experimentais e melhoria de desempenho nos sites. O que ela oferece não é um circuito de varejo. É a capacidade de fazer com que instalações científicas distantes funcionem como um sistema compartilhado único. (Governança da ESnet;Serviços de Rede)

As origens: computadores raros e modems acústicos

A história oficial da ESnet remonta a meados da década de 1970, quando tanto computadores quanto comunicações de longa distância eram escassos. No Controlled Thermonuclear Research Computer Center do Lawrence Livermore National Laboratory, um computador emprestado Control Data Corporation 6600 era conectado por quatro modems acústicos. Os equipamentos e as velocidades são de outra era, mas o problema operacional persiste: uma comunidade científica especializada precisava de acesso remoto a recursos computacionais caros que não podiam ser duplicados em cada instituição.

Do final da década de 1970 ao início da de 1980, diferentes áreas de pesquisa dentro do DOE construíram suas próprias redes. Física de altas energias e fusão magnética tinham instalações, colaboradores e fluxos de dados distintos, e as redes HEPnet e MFEnet refletiam esses limites. Como os serviços comerciais não podiam oferecer o alcance, o desempenho e o suporte operacional necessários, as redes dedicadas faziam sentido.

Mas cada programa adquiria circuitos separadamente, mantinha sua própria tecnologia e equipe especializada, resultando em duplicação de investimentos e operações, fragmentando a renovação de longo prazo e a colaboração entre áreas.

O lançamento oficial da ESnet em 1986 consolidou essas funções em uma rede científica mais ampla. A mudança foi tanto organizacional quanto técnica. Uma instalação comum poderia prever a demanda de vários programas, operar circuitos nacionais, coordenar conexões internacionais e manter pessoal especializado. A capacidade deixou de ser um problema de experimentos individuais para se tornar um planejamento de infraestrutura do DOE.

O modelo inicial já exibia características que perduram. Os usuários eram definidos pela missão científica, não por um mercado de varejo; computadores centrais e instrumentos científicos justificavam o investimento público compartilhado. O design da rede seguia planos de pesquisa de longo prazo, e a operação exigia pessoas que entendessem tanto a tecnologia de comunicação quanto o impacto científico das falhas. A demanda não era uniforme; um único experimento podia gerar tráfego muito acima dos níveis normais.

O Berkeley Lab também tinha sua própria tradição de pesquisa em redes. Em 1974, conectou um CDC 6600 à ARPANET, e posteriormente pesquisadores contribuíram para estudos fundamentais sobre controle de congestionamento TCP. O trabalho de Van Jacobson e Mike Karels pertence ao ambiente de pesquisa mais amplo do Berkeley Lab, não devendo ser tratado como uma conquista exclusiva da ESnet. Ainda assim, a cultura de tratar o comportamento de protocolos, medição e desempenho como problemas de engenharia investigáveis estava próxima da filosofia operacional da ESnet.

As operações da ESnet foram transferidas para o Berkeley Lab em 1996. Isso colocou a atual base operacional no mesmo ambiente que o National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), pesquisadores de rede, engenheiros de software e outros programas do DOE. A configuração atual, na qual a rede de produção e a organização de pesquisa aplicada compartilham pessoas, instalações de pesquisa e desafios técnicos, se consolidou nesse momento. (História da ESnet)

Por que a rede se tornou uma instalação de usuário científico

As instalações de usuário científico existem para compartilhar capacidades que seriam caras, especializadas ou interdependentes demais para cada grupo de pesquisa construir sozinho. Assim como aceleradores de partículas, fontes de luz e supercomputadores, a ESnet aplica essa ideia às comunicações. Concentra direitos de fibra de longa distância, equipamentos ópticos, roteadores, capacidade internacional, operação 24 horas, cibersegurança, medição de desempenho e suporte técnico em uma única instalação usada por vários programas científicos.

O formato da demanda científica explica a necessidade de financiamento público. Operadoras comerciais podem vender circuitos de alta capacidade, mas não necessariamente projetam uma rede nacional com base em detectores que começarão a operar anos depois, supernovas que podem ou não ocorrer durante o contrato, ou fluxos de trabalho científicos de alto valor público mas baixo tráfego comercial. A ESnet pode investir antes que a demanda medida apareça, porque sua missão é fornecer capacidade científica, não maximizar receita de rede no curto prazo.

O modelo de instalação de usuário também muda a forma de entender a demanda. A ESnet realiza revisões formais de requisitos com os programas científicos do DOE. Pesquisadores e equipes das instalações descrevem os instrumentos, volumes de dados, locais de armazenamento e computação, restrições de tempo, estruturas de colaboração e gargalos locais com cinco a dez anos de antecedência. Os resultados orientam decisões sobre capacidade de conexão de sites, diversidade de rotas, capacidade transatlântica, pesquisa de orquestração e design de serviços.

Esse trabalho é menos visível do que novas fibras ópticas, mas pode ser mais importante. Contratos de espectro submarino, aquisição de roteadores e segundas entradas físicas para sites podem levar anos desde a obtenção de recursos até a implantação. Começar quando os experimentos já estão produzindo dados transforma uma necessidade de infraestrutura previsível em uma emergência. As revisões de requisitos convertem planos científicos em prazos de engenharia.

Ao mesmo tempo, as revisões explicitam incertezas. Cronogramas de instrumentos atrasam, software de redução de dados melhora, o uso de nuvem cresce e as instalações podem redesenhar fluxos de trabalho. A ESnet não trata um único estudo de caso como um pedido de tráfego definitivo. Cria múltiplos cenários e determina onde são necessários flexibilidade, capacidade de reserva e implantação em fases.

Nesse modelo, não se cobra dos pesquisadores individuais por gigabyte. As operações centrais são financiadas com recursos federais, e alguns custos de conexão de sites podem ser cobertos por patrocínio de programas ou pela Política de Custo para Usuários de Site. No entanto, permanecem diferentes incentivos: os programas patrocinadores querem taxas de conexão baixas; a ESnet busca capacidade e resiliência que beneficiem vários programas; e os sites podem adiar atualizações locais essenciais para aproveitar plenamente a rede nacional. O papel da governança não é apenas transferir custos entre rubricas orçamentárias, mas vincular essas decisões a resultados científicos. (Comitê de Coordenadores de Site da ESnet e política de custos;Relatórios de Revisão de Requisitos)

Operada pelo Berkeley Lab, com missão definida pelo DOE

A ESnet não possui uma hierarquia corporativa como as operadoras de telecomunicações. A autoridade é distribuída por uma cadeia de programas federais. O Escritório de Ciência do DOE define a missão; o Advanced Scientific Computing Research (ASCR) responde pela principal supervisão programática e gestão orçamentária. A Divisão de Redes Científicas do Berkeley Lab projeta, opera e desenvolve a instalação, enquanto a Universidade da Califórnia administra o Berkeley Lab sob contrato com o DOE. As instituições conectadas participam por meio de coordenadores de site e do Comitê de Coordenadores de Site da ESnet.

Inder Monga é o Diretor Executivo da ESnet e lidera a Divisão de Redes Científicas do Berkeley Lab. Informações públicas de liderança indicam que Chin Guok é Diretor de Tecnologia e responsável por Planejamento e Inovação; Adam Slagell é Diretor de Segurança; Jon-Paul Herron é Diretor de Engenharia de Redes; Susan Lucas é Vice-Diretora de Operações de Negócios. Abaixo deles, há funções em engenharia óptica, roteamento, engenharia de sites, operações de rede, software, medição, orquestração, segurança, gerenciamento de projetos e engajamento científico.

A abrangência dessa organização corrige a visão simplista de uma rede nacional como um conjunto de fibras e roteadores. A ESnet precisa de pessoas capazes de adquirir espectro, operar BGP, construir telemetria, manter software de código aberto, investigar o comportamento de pacotes, planejar instalações, gerenciar informações de segurança e traduzir requisitos científicos em design de rede. É tanto uma organização operacional quanto de desenvolvimento.

As informações públicas apresentam uma divergência não resolvida sobre a gestão do programa. A página atual de governança da ESnet lista Benjamin Brown como gerente de programa do ASCR, enquanto materiais recentes de revisão de requisitos listam Carol Hawk como gerente de programa da ESnet. É possível que as informações não tenham sido atualizadas simultaneamente, que as responsabilidades estejam em transição ou que os papéis sejam divididos. Sem confirmação oficial adicional, não se pode afirmar que apenas uma pessoa seja a responsável atual.

O Comitê de Coordenadores de Site da ESnet oferece um ponto de contato operacional formal para as instituições conectadas. Cada site designa um representante para aprovar mudanças que afetem sua conexão, comunicar requisitos e participar de discussões sobre políticas e planejamento. Isso constitui uma governança de usuários em nível institucional, não um voto direto de cada pesquisador que utiliza a rede.

Essa estrutura cria uma divisão prática de responsabilidades. A ESnet gerencia seu backbone e serviços. Os sites conectados gerenciam equipamentos de campus, nós de transferência de dados, segurança local e energia. O ASCR gerencia o financiamento em nível de programa, e os programas científicos definem o impacto de atrasos ou interrupções. Os parceiros internacionais gerenciam suas próprias redes. Para que um fluxo de trabalho completo funcione, esses diferentes domínios de decisão precisam estar alinhados. (Liderança da ESnet;Governança)

ESnet4 separou o tráfego IP geral dos grandes fluxos científicos

Em meados dos anos 2000, experimentos distribuídos começaram a mudar a natureza do tráfego de rede. O Large Hadron Collider geraria dados no CERN e os distribuiria para laboratórios e centros de computação em todo o mundo. A conectividade geral de internet continuava necessária, mas algumas transferências científicas podiam se tornar tão grandes a ponto de monopolizar enlaces comuns. Lidar com dois padrões em uma única rede homogênea dificulta o gerenciamento de capacidade e as garantias de serviço.

O ESnet4 respondeu com uma arquitetura híbrida. Um núcleo IP transportava a comunicação científica geral, enquanto uma Science Data Network separada fornecia circuitos ópticos de alta capacidade para grandes fluxos científicos. Os principais laboratórios eram conectados por anéis metropolitanos, e as colaborações com a Internet2 e parceiros internacionais estendiam a rede para além dos sites do DOE.

A diferença não era simplesmente entre tráfego "lento" e "rápido". O serviço IP geral precisa de amplo alcance e roteamento flexível. Já uma transferência planejada de vários terabytes pode se beneficiar de um caminho de Camada 2 reservado, com horário de início, largura de banda e endpoints definidos. A Science Data Network reconheceu que alguns fluxos previsíveis e de alto valor precisavam de um modelo de controle diferente do encaminhamento de pacotes comum.

O OSCARS surgiu desse ambiente. O On-demand Secure Circuits and Advance Reservation System permitia que usuários ou aplicações autorizados solicitassem recursos de rede por um período especificado. O sistema buscava caminhos, verificava restrições topológicas e de política, reservava banda e recursos de VLAN, configurava o estado nos equipamentos e removia esse estado ao fim da reserva. O que antes dependia de coordenação manual de engenheiros tornou-se um serviço que podia ser solicitado por software.

O ESnet4 também mostrou que a velocidade pura não era o único gargalo. Mesmo com um circuito reservado garantindo capacidade na rede de longa distância, se o armazenamento não conseguisse ler dados na velocidade necessária ou se firewalls locais descartassem pacotes, a aplicação continuava lenta. Essa experiência levou diretamente ao Science DMZ e à medição ponta a ponta.

Nesse período, estabeleceu-se um padrão de design recorrente da ESnet. Um problema científico surge primeiro como requisito de tráfego; a instalação constrói capacidade física, mecanismos de controle e práticas operacionais; quando validado, o software e as orientações de design se espalham para além do experimento original. (Documento ESnet4;OSCARS)

Science DMZ revelou os gargalos nas fronteiras organizacionais

Mesmo quando o backbone nacional funciona bem, o desempenho de transferência dos pesquisadores pode ser baixo, porque o backbone é apenas parte do caminho. Firewalls de propósito geral, núcleos de campus compartilhados, roteadores antigos, servidores com desempenho insuficiente, perda de pacotes e restrições de armazenamento podem reduzir drasticamente o rendimento efetivo de enlaces de alta capacidade.

O Science DMZ é a resposta da ESnet a esse problema ponta a ponta. Coloca nós de transferência de dados de alto desempenho em um caminho dedicado próximo ao perímetro organizacional gerenciado. As políticas de segurança são desenhadas para sistemas especializados que oferecem um serviço limitado, em vez de passar transferências científicas contínuas por firewalls stateful de múltiplas finalidades.

O nome Science DMZ às vezes é mal interpretado como uma proposta de remoção de segurança. Na verdade, exige hosts reforçados, listas de controle de acesso em roteadores, monitoramento, gerenciamento de vulnerabilidades, exposição limitada de aplicações e disciplina operacional. O design muda o local e a forma do controle, mas não elimina a responsabilidade de segurança.

A medição de desempenho faz parte da arquitetura, não é um painel opcional. Os nós perfSONAR medem vazão, perda de pacotes, latência e mudanças de rota sob condições controladas. Quando dois sites têm visões diferentes sobre uma falha de transferência, é possível identificar se o problema começa no host, no enlace local, na rede regional, no backbone da ESnet ou no parceiro internacional. Sem medição, cada operador relata que seu trecho está bom, enquanto o pesquisador continua sem conseguir mover dados.

Os nós de transferência de dados também exigem engenharia especializada. Interfaces de rede, posicionamento de CPU, memória, sistema de arquivos em disco ou paralelo, buffers TCP e software de transferência afetam o rendimento efetivo. As orientações do Fasterdata da ESnet e o suporte técnico transformaram isso em práticas reproduzíveis. Essa abordagem se difundiu para além das instalações do DOE, embora a ESnet não opere todas as implementações que se autodenominam Science DMZ.

A ampla aceitação do Science DMZ se deve a ter transformado um problema de compra de equipamentos em um problema de design de sistema. Comprar um enlace mais rápido não resolve nada se outro trecho for o gargalo. A unidade de desempenho significativa é o fluxo de trabalho completo, do armazenamento ao armazenamento ou do instrumento aos recursos computacionais, e isso exige medir e atribuir responsabilidades em cada domínio administrativo. (Science DMZ;Ferramentas de Desempenho)

ESnet5 colocou 100G nacional em produção

A próxima transição de capacidade foi apoiada pela Advanced Networking Initiative e pelo estímulo econômico americano. A ESnet recebeu US$ 62 milhões por meio do American Recovery and Reinvestment Act, viabilizando um protótipo de longa distância de 100 Gbps e a migração para o ESnet5. O investimento não foi apenas em novos roteadores, mas também em direitos de espectro sobre fibra nacional, dando à ESnet mais controle direto sobre a implantação e renovação de comprimentos de onda.

O ESnet5 entrou em operação de produção no final de 2012. Na época, DOE e ESnet o descreveram como a rede científica mais rápida do mundo. Essa afirmação histórica deve ser entendida no contexto de uma implantação pioneira de 100G nacional em produção. Não pode ser repetida incondicionalmente como um ranking mundial em 2026. As redes de pesquisa atuais publicam métricas diferentes – velocidade de interface individual, capacidade agregada de backbone, espectro óptico, testes experimentais – e o material fornecido não contém uma referência neutra para comparação.

O impacto do 100G foi além de multiplicar por dez a velocidade da interface. Dados científicos que antes monopolizavam circuitos por longos períodos agora podiam ser planejados como transferências rotineiras de longa distância. Laboratórios podiam centralizar parte da computação e armazenamento em vez de replicar em cada local. Colaborações internacionais ganhavam um backbone doméstico mais capaz. Ao mesmo tempo, o aumento de capacidade expôs mais rapidamente as restrições locais, aumentando o valor do Science DMZ e do perfSONAR.

O ESnet5 manteve a configuração híbrida de serviços de pacotes e circuitos dedicados para ciência. A automação também ganhou importância. Na escala de 100G, tarefas como reserva de capacidade, diagnóstico de falhas e manutenção de serviços consistentes em todo o país não podiam mais depender apenas de configuração manual equipamento por equipamento.

Esse projeto mostrou que o investimento público em infraestrutura pode alterar as opções científicas antes que um único experimento utilize toda a capacidade. A capacidade de reserva existe para eventos futuros ou falhas, não é desperdício no sentido de sobra de varejo. O valor também inclui a possibilidade de testar novos fluxos de trabalho sem esperar pelo próximo ciclo de construção.

Contudo, essa lógica exige disciplina. Os números de capacidade precisam estar vinculados ao uso científico real, e os investimentos devem poder se adaptar quando as projeções de demanda mudam. A posterior ênfase da ESnet em telemetria, cache e orquestração mostra a tentativa de extrair mais valor científico da capacidade instalada, em vez de depender apenas de expansões físicas. (Anúncio do ESnet5)

ESnet6 unificou óptica, pacotes e software

O projeto ESnet6 começou em 2017 e, após cerca de seis anos de design e construção, foi lançado em 11 de outubro de 2022. Na inauguração, o Berkeley Lab anunciou mais de 46 Tbps de capacidade agregada sobre cerca de 15.000 milhas de infraestrutura dedicada, com enlaces de backbone de 400 Gbps a 1 Tbps. O relatório anual de 2024 reflete expansões posteriores, registrando 57 Tbps e enlaces de até 1,2 Tbps. Esses são números de momentos diferentes, não definições contraditórias de uma rede estática.

A camada física inclui fibra de longa distância, sistemas de linha óptica, amplificadores, direitos de espectro, instalações de colocation e pontos de conexão local. O relatório de 2024 contabilizou 278 locais de amplificação óptica. A tecnologia óptica coerente transporta múltiplos canais de alta velocidade sobre a fibra; amplificadores e equipamentos ópticos reconfiguráveis mantêm o sinal e encaminham comprimentos de onda para o destino correto. Um único traçado no mapa pode ser composto por diferentes modalidades: fibra escura, espectro, serviço iluminado ou contratos com parceiros.

A expressão "cerca de 15.000 milhas" não implica que o DOE seja proprietário legal de todos os cabos.

Acima da camada óptica, roteadores e bordas de serviço fornecem IP, ambientes de roteamento privado, serviços de Camada 2, peering e conectividade com nuvens. O relatório de 2024 listou 78 locais de roteadores. Cada site é conectado a 10, 100 ou 400 Gbps conforme a necessidade, e o backbone pode agregar múltiplas interfaces ou comprimentos de onda para capacidades maiores.

A camada de software diferencia o ESnet6 de um simples aumento de capacidade. A automação mantém o estado dos equipamentos e serviços; a telemetria programável oferece evidências operacionais mais ricas. O OSCARS configura caminhos reservados; o SENSE tenta orquestrar múltiplos domínios orientado por aplicações; o High-Touch cria visibilidade detalhada de pacotes e fluxos por meio de hardware programável. Os pontos de contato com APIs e testbeds aproximam os resultados de pesquisa bem-sucedidos da operação de produção.

O ESnet6 também enfatizou resiliência. Rotas diversas, múltiplas entradas de site, fontes de energia independentes, roteadores alternativos e pontos de serviço de alta disponibilidade reduzem a chance de que uma única falha isole um laboratório do sistema nacional. Contudo, a abrangência de cada medida varia. Se dois enlaces locais compartilham o mesmo duto, um backbone redundante não ajuda. Se dois roteadores dependem da mesma alimentação elétrica, adicionar equipamentos não aumenta a resiliência.

O ESnet6 deve ser compreendido como uma instalação científica em camadas. A fibra cria o alcance físico; o equipamento óptico gera a capacidade; os roteadores fornecem serviços de pacotes e serviços privados; o software oferece repetibilidade e programabilidade; a medição confirma se o caminho prometido realmente funciona; e os acordos e colaborações interorganizacionais são necessários para atravessar fronteiras que a ESnet não possui. (Lançamento do ESnet6;Relatório Anual 2024)

O que 57 Tbps significam – e o que não significam

Estatísticas de rede tendem a agregar camadas diferentes em um único número. Os 57 Tbps que a ESnet reportou para 2024 são um valor agregado de capacidade de design distribuída pelo sistema. Não representam um único enlace físico, a vazão disponível para todos os laboratórios, nem o tráfego que flui o tempo todo. O mesmo relatório também lista enlaces de backbone de 400 Gbps a 1,2 Tbps, sete sites nos EUA conectados a 400G ou mais, e 2,7 Tbps de capacidade transatlântica – cada número respondendo a uma pergunta diferente.

O relatório informa cerca de 15.000 milhas de infraestrutura, 78 locais de roteadores e 278 locais de amplificação óptica. A rede conecta todos os 17 laboratórios nacionais do DOE, 28 instalações de usuário do DOE, 277 relacionamentos com redes de pesquisa e educação, comerciais e outras em cinco países, mais de 30.000 usuários organizacionais e 137 funcionários e contratados distribuídos em 24 estados. Essas são populações distintas, que não devem ser somadas como se fossem um total de clientes. Roteadores, instalações, redes parceiras, usuários institucionais e empregados são métricas diferentes.

A conexão de um site indica capacidade em uma fronteira institucional. O enlace de backbone indica capacidade entre pontos da rede. O sistema óptico transporta múltiplos comprimentos de onda, e serviços lógicos podem usar apenas parte da camada física. A capacidade agregada soma recursos que não podem ser usados simultaneamente pela mesma origem e destino. O volume de tráfego mede dados movimentados em um período, não a velocidade máxima em um instante.

A ESnet transportou 1,77 exabytes em 2024, um aumento de 4% em relação aos 1,7 exabytes de 2023. Esse crescimento é baixo comparado à média de longo prazo de cerca de 55% ao ano desde 1989. Um único ano não permite afirmar que a demanda científica se estabilizou. Grandes projetos entram em operação de forma desigual, mudanças de software podem reduzir o volume transferido, e um único experimento ou evento internacional pode alterar significativamente a configuração.

O tráfego também não é uniforme. O relatório de 2024 indica que os dados relacionados ao Large Hadron Collider representaram cerca de metade do tráfego total. O Fermilab foi a maior fonte externa, com 136 petabytes; o NERSC foi o maior destino dentro do DOE, com 75,3 petabytes; e Oak Ridge foi a maior fonte dentro do DOE, com 58,3 petabytes. Esses números destacam as principais cargas de trabalho, mas não constituem um ranking completo de valor científico. Transferências menores podem ter restrições de tempo mais severas ou alimentar instrumentos únicos.

O planejamento de capacidade precisa considerar simultaneamente tráfego médio e de pico, utilização por rota, capacidade de reserva para falhas, velocidade de conexão dos sites, prazos científicos e requisitos futuros. Uma rede dimensionada apenas pela utilização média pode ser insuficiente durante uma supernova ou uma falha de cabo submarino. Dimensionada apenas pelo maior evento teórico, pode criar ativos caros e pouco flexíveis.

O desafio de engenharia da ESnet é colocar capacidade onde os fluxos de trabalho necessários possam ser alcançados e garantir que os sistemas em ambas as pontas possam realmente usar essa capacidade. Por isso, o número de 57 Tbps deve ser explicado juntamente com o Science DMZ, a medição, a orquestração e as revisões de requisitos, e não tratado como um ranking mundial autônomo. (ESnet em Números)

AS293 roteia para a missão científica, não para o mercado de varejo

O Número de Sistema Autônomo público da ESnet é AS293. Ele troca rotas com sites do DOE, redes de pesquisa e educação, redes comerciais e provedores de trânsito pagos. As políticas de roteamento determinam quais caminhos transportam tráfego científico, como ocorre a comutação durante falhas e com quais redes externas a ESnet se conecta diretamente.

A política de peering é seletiva. As redes candidatas precisam usar BGP, manter informações atualizadas no Internet Routing Registry e no PeeringDB, evitar rotas RPKI-inválidas e seguir práticas de segurança de roteamento associadas ao MANRS. A ESnet exige peering IPv6 ou dual-stack e não aceita novas relações somente IPv4. As interconexões privadas diretas começam em portas de 100G, com forte recomendação de 400G.

Essas condições refletem tanto a missão quanto o custo operacional. Conexões diretas consomem portas, tempo de engenheiros e capacidade de monitoramento. A ESnet não precisa fazer peering com todas as redes apenas porque uma rota pública existe. Ela seleciona relacionamentos que melhoram os caminhos científicos do DOE, reduzem a dependência de trânsito e conectam os principais colaboradores. Para destinos não alcançáveis eficientemente por redes de pesquisa ou peering direto, utiliza trânsito pago da Hurricane Electric e da Lumen.

A ESnet publica comunidades BGP que diferenciam sites conectados diretamente, redes de pesquisa e educação e redes comerciais. As instituições conectadas podem usar essas informações em suas políticas, mas a interpretação pelas redes downstream está fora do controle da ESnet. As comunidades são metadados descritivos, não uma garantia de que todas as redes tomarão a mesma decisão de roteamento.

A segurança de roteamento também tem limites. Rejeitar rotas RPKI-inválidas impede uma parte importante de origens incorretas, mas não detém todos os vazamentos de rota, peers comprometidos, rotas vazadas acidentalmente a partir de origens corretas ou ROAs inadequados. O monitoramento de sequestro pode detectar mudanças inesperadas de origem, mas a detecção pode ocorrer após a propagação. O blackholing descarta tráfego para o alvo do ataque, protegendo outros sistemas, mas sacrificando a alcançabilidade do prefixo alvo.

O AS293 transporta tráfego IP público, mas não visa maximizar o número de clientes no mercado de trânsito para consumidores. Seu valor está na qualidade das rotas oferecidas à comunidade científica, na resiliência durante falhas e nas interconexões confiáveis. (Política de Peering)

Conexões físicas, serviços privados e rotas para a nuvem

Os serviços da ESnet começam pela conexão física. Os sites elegíveis podem se conectar a 10, 100 ou 400 Gbps por meio de Pontos de Presença próximos ou remotos. Para instalações distantes da infraestrutura dedicada, o Service On-Ramp pode usar fibra escura ou circuito iluminado de uma operadora. O caminho de acesso também faz parte do fluxo de trabalho científico, e o último trecho fornecido por uma empresa externa pode se tornar o principal gargalo ou ponto de falha.

Os serviços IP de Camada 3 oferecem conectividade roteada IPv4 e IPv6. As VPNs de Camada 3 criam ambientes IP e BGP logicamente isolados para programas científicos com múltiplos sites sobre uma infraestrutura física compartilhada. As VPNs de Camada 2 fornecem conectividade Ethernet ponto a ponto ou multiponto, configurável de forma estática ou via OSCARS. Esses serviços permitem que experimentos ou instalações se conectem sem expor todos os relacionamentos à internet pública.

Serviços privados não significam isolamento físico completo. O isolamento lógico depende de configuração de roteadores, rótulos, instâncias de roteamento, controle de acesso e procedimentos operacionais. Uma falha na plataforma compartilhada pode afetar vários serviços, e erros de configuração podem quebrar o isolamento pretendido. O valor está no isolamento gerenciado e na conectividade previsível, não na alegação de que não existem dependências compartilhadas.

O Cloud Connect estende as rotas da ESnet para nuvens comerciais como AWS, Microsoft Azure, Google Cloud e Oracle. Em vez de usar o roteamento público da internet, os sites podem alcançar os pontos de conexão da nuvem por meio de conectividade dedicada de Camada 2 ou Camada 3. Isso melhora o controle de rota e reduz a exposição a trânsitos instáveis, mas não elimina questões de segurança do lado da nuvem, falhas do provedor, design de identidade, tarifas de transferência de dados ou disponibilidade regional.

O relacionamento com nuvens ilustra a evolução do papel da ESnet. A ciência do DOE não existe apenas dentro de laboratórios e supercomputadores federais. Pesquisadores podem usar armazenamento de objetos comercial, serviços especializados e computação em rajada. A ESnet precisa conectar esses recursos sem fazer parecer que a nuvem é parte da rede federal, nem afirmar que um circuito dedicado torna a conta na nuvem automaticamente segura.

Outros serviços incluem DNS secundário, horário de rede, monitoramento de sequestro de rota e blackholing. Mesmo com capacidade óptica funcionando, falhas de resolução de nomes, erros de horário, vazamentos de rota ou ataques de DoS podem tornar os sistemas científicos inutilizáveis.

O conjunto de serviços é um arranjo operacional que atravessa várias camadas de rede. A conexão física cria o caminho; o roteamento cria a alcançabilidade; os serviços privados criam fronteiras lógicas; a conexão com nuvens se estende à infraestrutura comercial; a segurança e os serviços auxiliares reduzem modos de falha conhecidos. Os usuários precisam ter, em ambas as pontas, endpoints e redes locais em bom funcionamento. (Menu de Serviços de Rede)

OSCARS transforma capacidade em recurso reservável

O tráfego comum de internet usa a capacidade disponível no momento em que os pacotes chegam. Esse modelo funciona para comunicações rotineiras, mas algumas transferências científicas são programadas, muito grandes e têm alto custo de atraso. O OSCARS permite que usuários ou aplicações autorizados reservem recursos de rede por um período especificado.

As reservas podem incluir endpoints, horário de início e término, largura de banda, informações de VLAN, exclusões de rota e outras restrições. O sistema examina a topologia e as reservas existentes, escolhe um caminho que atenda aos critérios, configura o estado necessário na rede e o remove ao final da reserva. É preciso evitar a dupla alocação de recursos limitados e considerar as mudanças na topologia disponível devido a manutenções ou falhas.

A mudança operacional é significativa. A configuração manual de circuitos pode exigir dias de coordenação entre vários engenheiros, enquanto uma reserva programática pode ser criada em minutos e integrada ao fluxo de trabalho do experimento. A rede deixa de ser um pano de fundo fixo e se torna um recurso que o software pode solicitar, assim como armazenamento e computação.

O OSCARS é um sistema de produção de código aberto, também implantado ou avaliado por redes e testbeds fora da ESnet. Contudo, as informações públicas de implantação incluem descrições históricas; não se deve presumir que todas as organizações listadas ainda o operem na mesma configuração.

Uma reserva não garante o rendimento da aplicação. Ela pode assegurar certa capacidade na rede, mas não acelera a leitura do armazenamento, corrige a perda de pacotes na rede do campus ou ajusta adequadamente o sistema operacional. Se a aplicação atingir apenas uma fração da velocidade reservada, o diagnóstico precisa retornar ao caminho ponta a ponta.

As reservas também criam questões de alocação de recursos. Experimentos de alta prioridade se beneficiam da capacidade garantida, mas reservas não utilizadas podem reduzir a flexibilidade para outros usuários. Quem pode solicitar serviços, como resolver conflitos e se é possível preemptar reservas são questões de governança da instalação, mesmo quando automatizadas por código.

O OSCARS é um exemplo claro de como o software aplicado da ESnet se tornou infraestrutura. Transformou procedimentos operacionais manuais em um serviço repetível, mantendo políticas humanas de autorização, e deu às aplicações científicas um meio de expressar requisitos de rede. (OSCARS)

SENSE orquestra conjuntamente rede e sistemas finais

Um caminho de rede reservado resolve apenas parte de um fluxo de trabalho distribuído. Armazenamento, serviços de transferência e recursos computacionais também têm disponibilidade, capacidade e políticas. O SENSE – Software-defined network for End-to-end Networked Science at the Exascale – procura estender a orquestração para além de um único domínio de rede.

O SENSE representa a rede e os sistemas finais como recursos descobríveis. Uma aplicação científica pode descrever uma meta, como mover um conjunto de dados entre instalações a uma determinada velocidade. O SENSE coleta modelos de recursos dos domínios participantes, negocia recursos, configura a rede e os serviços de transferência, monitora a telemetria e libera os recursos ao fim do fluxo de trabalho.

Isso é mais difícil do que configurar um único circuito. As instituições participantes mantêm autoridades e modelos de dados próprios. Um domínio pode expor largura de banda; outro, endpoints de armazenamento ou serviços de transferência. Políticas, credenciais e janelas de manutenção também variam. O SENSE precisa orquestrar sem presumir que um controlador central possa comandar todos os sistemas.

No Large Hadron Collider Data Challenge de 2024, um fluxo de trabalho habilitado pelo SENSE sustentou 330 Gbps entre Caltech e a Universidade da Califórnia em San Diego. Isso demonstra que a orquestração orientada por aplicações em larga escala funcionou em um fluxo de trabalho real específico. Contudo, não significa que seja um serviço de produção disponível em todos os sites da ESnet. O relatório de 2024 ainda classificava o SENSE como fase de pesquisa.

A diferença entre OSCARS e SENSE mostra a mudança na unidade de automação. O OSCARS reserva recursos de rede dentro de um domínio de serviço conhecido. O SENSE tenta negociar um caminho completo que inclui sistemas de propriedade de diferentes organizações. O primeiro tem fronteiras de produção bem definidas; o segundo oferece maior valor científico, mas com riscos mais altos de governança e integração.

A questão prática para os operadores é a responsabilidade por falhas. Se uma aplicação declara um objetivo e o desempenho do fluxo de trabalho fica abaixo do esperado, a causa pode estar no modelo de recursos, na rede, no armazenamento, nas credenciais, na aplicação ou no sincronismo entre domínios. A orquestração precisa produzir evidências que mostrem a cada operador qual parte do estado negociado se desviou da intenção.

O SENSE mira uma infraestrutura na qual as aplicações demandam resultados, não circuitos. Sua maturidade deve ser avaliada não apenas pela taxa de transferência máxima, mas pela capacidade de uso repetível em produção em múltiplos domínios, responsabilidades de suporte claras e recuperação de falhas parciais. (SENSE;Pesquisa Aplicada 2024)

EJFAT envia eventos científicos diretamente para computação remota

A movimentação tradicional de dados científicos costuma ser baseada em arquivos. Um experimento gera dados; o sistema local os escreve em arquivos, armazena, e posteriormente os transfere para análise em outra instalação. Embora seja um método operacional estabelecido, ele atrasa os resultados e exige armazenamento e computação locais dimensionados para os picos de coleta.

O EJFAT – ESnet–Jefferson Lab FPGA Accelerated Transport – oferece um caminho diferente. Ele transmite dados de eventos encapsulados em UDP diretamente do instrumento para workers de computação disponíveis, inclusive em instalações remotas de supercomputação. SmartNICs programáveis baseadas em FPGA leem o ID do evento e enviam todos os fragmentos do mesmo evento para um único worker. Um sistema de controle redireciona a entrega conforme a disponibilidade de nós de computação.

O agrupamento por evento é crucial. Um balanceador de carga genérico pode distribuir pacotes entre vários servidores, mas o processamento científico exige que todos os fragmentos de um mesmo evento detectado cheguem ao mesmo worker. O EJFAT separa o processamento rápido de pacotes do escalonamento de workers de computação, permitindo que cada parte escale independentemente.

Em uma demonstração em abril de 2024, dados foram transmitidos a 100 Gbps do Jefferson Lab, na Virgínia, para o supercomputador Perlmutter, na Califórnia, e processados em tempo real sem armazenamento intermediário em disco. Segundo a ESnet, testes posteriores utilizaram recursos computacionais de múltiplas instalações e cerca de 20 mil núcleos. Esses são resultados de demonstrações específicas, não uma garantia de que todos os instrumentos científicos possam ser implantados na mesma configuração.

O caso da Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) é um exemplo operacional mais recente. Em julho de 2026, a ESnet relatou que pesquisadores enviaram dados brutos a cerca de 5–6 Gbps por meio do EJFAT para um supercomputador remoto. Os 615 GB gerados em 15 horas foram processados em 20 minutos usando inferência de aprendizado de máquina em 8 nós do Perlmutter. A velocidade de rede foi inferior à demonstração de 100G, mas o valor científico está em obter resultados rapidamente durante o fluxo de trabalho real.

O streaming em tempo real também altera a economia das instalações. Em vez de construir recursos computacionais locais dimensionados para todos os picos, os detectores podem usar supercomputação compartilhada. Os pesquisadores podem ver resultados enquanto ainda há tempo de feixe valioso. Por outro lado, falhas de rede, problemas de alocação computacional e erros na entrega de eventos passam a afetar diretamente o processamento durante o experimento, não uma transferência de arquivos posterior.

O EJFAT é um protótipo avançado ou uma plataforma em formação, não um serviço padrão amplamente oferecido. A adoção em produção exige integração com instrumentos, segurança, disponibilidade de FPGAs, responsabilidades operacionais, acordos de escalonamento e comportamento claro sob perda de pacotes UDP. Sua importância está em demonstrar que a rede de longa distância pode se tornar parte do ciclo de aquisição de dados, não apenas um meio de transferência pós-coleta. (EJFAT;Caso FRIB)

High-Touch, perfSONAR e iperf3 tornam o caminho observável

Redes de alta capacidade podem falhar de formas invisíveis em gráficos de utilização agregada. Microbursts curtos podem transbordar filas; pacotes podem ser reordenados; perdas podem aparecer apenas em um sentido ou em parte do tráfego; rotas podem mudar entre os testes. Fluxos com significado de segurança também podem se ocultar na amostragem estatística.

O High-Touch usa hardware e software programáveis para coletar telemetria de pacotes e fluxos com mais detalhes do que os registros tradicionais baseados em amostragem. Em 2024, foi usado para investigar a vazão do Large Hadron Collider, a reordenação de pacotes nas rotas do Observatório Rubin e incidentes de segurança. O objetivo é um diagnóstico com precisão suficiente para identificar comportamentos invisíveis no tráfego agregado.

Evidências mais detalhadas têm custos. Detalhes de pacotes e fluxos exigem capacidade de armazenamento, processamento, controle de acesso e interpretação cuidadosa. Também podem revelar endpoints comunicantes, estruturas de colaboração e horários de atividade científica. Um sistema destinado à visibilidade operacional torna-se simultaneamente um ativo de dados sensível.

O perfSONAR opera em outra camada. É um sistema de medição distribuído sustentado pela colaboração de múltiplas organizações, no qual a ESnet é participante fundadora. Em 2024, havia mais de 2.000 pontos no mundo, e a ESnet operava mais de 30 sites. Testes controlados medem vazão, latência, perda e mudanças de rota entre os nós participantes.

A configuração distribuída é crucial. Quando um pesquisador relata transferência lenta, testes entre nós perfSONAR adequadamente projetados podem mostrar se o caminho subjacente é capaz da velocidade esperada. Testes por direção revelam assimetrias; medições repetidas mostram quando a degradação começou. O traceroute pode indicar mudanças de rota, mas o caminho observado pode não coincidir perfeitamente com a rota real de transferência da aplicação.

O iperf3 oferece testes ativos de vazão usando TCP, UDP e SCTP, com suporte a IPv4 e IPv6. A ESnet mantém essa ferramenta de código aberto e relata testes com mais de 150 Gbps em rotas de 200G sob condições específicas. Testes sintéticos não são benchmarks da aplicação, mas confirmam se os hosts e a rede conseguem transportar tráfego em condições controladas.

High-Touch, perfSONAR e iperf3 observam realidades diferentes. O High-Touch captura fluxos de produção em detalhe; o perfSONAR mede rotas entre múltiplos domínios de forma periódica ou sob demanda; o iperf3 testa diretamente a vazão entre endpoints e a rede. Nenhuma visão única oferece um diagnóstico completo, mas combinadas reduzem o risco de julgar uma falha distribuída apenas pelo painel local de um operador. (Ferramentas de Desempenho;Inovações Operacionais 2024)

A melhor expansão de capacidade pode ser não transportar dados

Adicionar capacidade não é a única forma de melhorar uma rede científica. Se um mesmo conjunto de dados é solicitado repetidamente por pesquisadores na mesma região, mover todas as cópias pela rede de longa distância consome capacidade e aumenta a latência, mesmo com folga no backbone.

O relatório de pesquisa aplicada de 2024 da ESnet destacou cinco nós de cache regionais usados pela comunidade de dados científicos. No geral, o cache reduziu o tráfego de longa distância em 33 terabytes por dia, em média. Dois terços das solicitações foram atendidas localmente, com uma taxa média de acerto de 94%. Os efeitos variaram muito por região: redução de tráfego de longa distância de 69,3% no sul da Califórnia, 48,4% em Chicago e 6,6% em Boston.

As diferenças mostram que o valor do cache depende da popularidade dos conjuntos de dados, dos usuários regionais, da capacidade de armazenamento, da política de evicção e da configuração do serviço. Perto de comunidades que analisam os mesmos dados repetidamente, o cache pode reduzir grandes transferências. Em ambientes que usam dados diferentes com baixa frequência, pode consumir armazenamento sem o mesmo efeito.

O cache também altera o escopo de controle. Os operadores de rede passam a se envolver na colocação de dados; a comunidade científica precisa decidir quais dados podem ser replicados, como manter a atualidade e quem pode acessá-los. Falhas de armazenamento ou cópias desatualizadas tornam-se problemas operacionais adjacentes à rede.

O bit mais eficiente pode ser aquele que nunca entra no backbone. As atualizações ópticas aumentam a oferta; o cache modifica a demanda. O escalonamento de fluxos de trabalho evita horários de pico; a compressão e a filtragem local reduzem os dados antes da transferência. O planejamento maduro de infraestrutura avalia essas medidas em conjunto, em vez de medir o progresso apenas pelos terabits instalados.

Os resultados da pesquisa devem ser entendidos dentro do ambiente específico. Nem todos os dados científicos alcançarão 94% de taxa de acerto, e o cache não substitui a nova capacidade necessária para streams ao vivo únicos. A lição importante é que a arquitetura de dados e a arquitetura de rede podem ser projetadas como um todo. (Pesquisa Aplicada 2024)

A ciência transatlântica exige capacidade, mas também diversidade física

A infraestrutura doméstica da ESnet é inseparável de seu papel internacional. A física de altas energias é composta por instalações e centros de computação em ambos os lados do Atlântico, e o relatório anual de 2024 indica que os dados relacionados ao Large Hadron Collider representaram cerca de metade do tráfego da ESnet. Mesmo com todos os roteadores nos EUA funcionando, uma falha em um cabo submarino entre Europa e América pode interromper cargas de trabalho científicas cruciais.

Entre 2024 e o início de 2025, a capacidade transatlântica divulgada pela ESnet saltou de cerca de 700 Gbps para 2,7 Tbps. Uma parte importante do plano foi um contrato de 15 anos com a Aqua Comms, que garantiu um quarto de um par de fibras em rotas que conectam Nova York, Dublin e Londres. A ESnet compartilha capacidade e custos com a GÉANT em vários cabos submarinos. O objetivo de engenharia é oferecer um mínimo de 3,2 Tbps por quatro rotas fisicamente diversas, com um design capaz de expandir para mais de 10 Tbps.

Capacidade e diversidade são questões distintas. Dois serviços logicamente separados podem compartilhar o mesmo cabo submarino, a mesma estação de amarração e o mesmo duto terrestre, falhando simultaneamente. O reparo de cabos submarinos requer localização da falha, licenças, navio caboeiro, condições climáticas adequadas e recuperação e teste da fibra danificada, podendo levar de semanas a meses. A ESnet considera cenários com até três falhas simultâneas, entendendo que um único caminho de backup é insuficiente.

Direitos de espectro de longo prazo oferecem mais controle sobre as renovações do que a compra repetida de circuitos já prontos, mas também criam compromissos duradouros com sistemas de cabos, estações de amarração e parceiros operacionais específicos. Os contratos de espectro não eliminam o risco marítimo. Permitem distribuir capacidade e resiliência entre vários sistemas, mas a ESnet continua dependente dos proprietários dos cabos, dos processos de reparo e das redes parceiras.

É preciso ter cautela com a palavra "dedicado". A ESnet gerencia direitos dedicados e infraestrutura dedicada em rotas críticas, mas a forma dos ativos físicos não é uniforme. As rotas domésticas e internacionais incluem fibra escura, espectro, serviço iluminado, colocation e capacidade de parceiros. Um único traço no mapa não revela a propriedade nem os poderes de reparo de cada segmento.

O relacionamento com a GÉANT mostra que as redes de pesquisa podem cooperar sem centralização. Ambas as organizações compartilham custos e podem coordenar o tráfego científico, mas cada uma responde perante suas próprias instituições e participantes. O desempenho ponta a ponta também depende das redes nacionais de pesquisa, dos sistemas de campus e das instalações experimentais que estão fora de ambos os backbones. (Marco Transatlântico;Relatório Anual 2024)

A demanda científica combina altas capacidades contínuas, explosões raras e prazos rígidos

O Large Hadron Collider gera alta capacidade contínua. Seu modelo de computação distribuída movimenta dados experimentais entre CERN, Fermilab, Brookhaven, universidades e outros centros, criando tráfego internacional constante. A futura operação de alta luminosidade deve aumentar os dados de detectores, simulações e replicação. A rede precisará transportar fluxos massivos rotineiros e, ao mesmo tempo, ter diversidade de rotas para contornar falhas de cabos submarinos ou de instalações.

O Observatório Vera C. Rubin exemplifica prazos rígidos. O telescópio no Chile foi projetado para gerar imagens de cerca de 13 GB a cada 30 segundos. Os dados devem ser processados rapidamente no SLAC, com alertas para outros observatórios sobre eventos transientes. A ESnet trabalha para transportar cada imagem em menos de sete segundos ao longo de cerca de 12.000 milhas. O caminho inclui redes de pesquisa sul-americanas e internacionais; o resultado depende da engenharia de múltiplas organizações, não apenas da ESnet.

O DUNE projeta explosões extremas. No caso de uma supernova, estima-se a necessidade de mover até 600 TB em 100 segundos, com uma produção total de cerca de 900 PB ao longo de 20 anos. Esses são requisitos de design futuros, não tráfego cotidiano atual. Mas eventos astrofísicos não podem esperar a capacidade ficar disponível. Uma rede dimensionada apenas pela utilização média pode ser insuficiente nos momentos de maior valor científico.

A pesquisa de fusão combina distâncias internacionais e desenvolvimento de longo prazo. Em maio de 2026, 176 TB de dados do ITER foram transferidos a cerca de 80 Gbps de Marselha para a instalação DIII-D da General Atomics em San Diego. O ITER ainda está em construção; este foi um teste preparatório, não uma operação plena de rotina. Os documentos de requisitos preveem fluxos de cerca de 2 PB por dia e um mínimo de 200 Gbps para alguns fluxos de trabalho futuros.

FRIB e Jefferson Lab mostram outro padrão. Experimentos podem exigir análise remota enquanto os dados chegam. O EJFAT pode enviar streams de eventos para recursos computacionais no NERSC ou em Oak Ridge, sem esperar que arquivos sejam finalizados e copiados. Fontes de luz, microscópios eletrônicos e outros instrumentos enfrentam decisões semelhantes sobre filtragem local, inferência remota por IA e a velocidade de retorno dos resultados aos operadores.

As ciências climáticas e da terra acrescentam outras demandas. Simulações de larga escala e dados observacionais se movem entre instalações de computação e armazenamento, e sensores de campo podem estar localizados onde não há fibra convencional. Nenhum número único de velocidade pode representar simultaneamente altas capacidades contínuas, explosões raras, feedback de baixa latência, colaboração internacional e aquisição remota de dados. (Caso Observatório Rubin;Caso DUNE;Revisões de Requisitos)

As revisões de requisitos convertem planos científicos em design de rede

A ESnet não pode adquirir fibra, roteadores e capacidade transatlântica depois que os experimentos começam a gerar dados. Contratos de longo prazo, compra de equipamentos, construção de sites e desenvolvimento de software levam anos. Por isso, a ESnet realiza revisões de requisitos com os programas científicos do DOE, com horizonte de cinco a dez anos.

Pesquisadores e equipes das instalações descrevem instrumentos, volumes de dados previstos, locais de armazenamento, destinos de computação, restrições de tempo, colaborações internacionais, uso de nuvem e requisitos de resiliência. Especialistas em rede e computação examinam o fluxo de trabalho completo. Um pedido por um enlace maior pode, na verdade, indicar problemas de armazenamento local, diversidade de rotas, design de segurança ou software de transferência.

As revisões de requisitos são um codesign. O programa científico explica o que pretende alcançar; a ESnet traduz isso em dependências de infraestrutura; e ambas as partes verificam se o caminho proposto funciona. Os resultados influenciam a capacidade de conexão dos sites, novas rotas, aquisição de capacidade submarina, implantação de Science DMZ, pesquisa de orquestração, dimensionamento de pessoal e o cronograma da próxima geração da rede.

A grande revisão de Física de Altas Energias, concluída em 2025 e publicada em janeiro de 2026, envolveu 127 participantes e condensou 14 estudos de caso em cerca de 400 páginas. O importante não é que todas as previsões estejam corretas – cronogramas de instrumentos atrasam, o software se torna mais eficiente e novas cargas de trabalho surgem. O valor está em criar um registro compartilhado sobre as premissas, que pesquisadores, engenheiros de rede, centros de computação e financiadores possam atualizar intencionalmente.

A demanda científica não cresce de forma sempre contínua. Uma supernova pode não ocorrer durante a vida do experimento, enquanto fluxos de trabalho de IA podem se expandir mais rápido do que o ciclo formal de revisão. O crescimento médio do tráfego é útil para o planejamento orçamentário, mas não substitui o planejamento caso a caso. O baixo crescimento de 4% em 2024, por si só, não deve ditar planos de infraestrutura com décadas de duração.

As revisões de requisitos também distribuem responsabilidades. Os laboratórios não devem presumir que o backbone nacional corrigirá automaticamente um caminho de campus deficiente. A ESnet não deve presumir que os programas científicos se adaptarão automaticamente após a construção da capacidade. Escrever as dependências em um plano compartilhado torna os conflitos futuros mais concretos e gerenciáveis. (Relatórios de Revisão de Requisitos)

Wireless Edge e QUANT-NET testam as fronteiras da instalação

Uma rede nacional de fibra é adequada para conectar instalações fixas, mas os instrumentos científicos nem sempre estão nesses locais. Campos geotérmicos, observatórios ambientais e pontos de pesquisa temporários podem não ter conexão de operadora, energia estável ou rotas de fibra economicamente viáveis. O Wireless Edge da ESnet investiga como estender os fluxos de trabalho científicos a esses locais combinando redes celulares privadas, Wi-Fi, rádio direcional e sistemas de satélite.

Em um estudo geotérmico em Nevada, publicado em junho de 2026, foram combinados 4G privado usando espectro do Citizens Broadband Radio Service, Wi-Fi HaLow de longo alcance, Wi-Fi comum, backhaul Starlink, rádio direcional e torres transportáveis com energia autônoma. Esse foi um design adaptado a uma condição de campo específica, não um serviço nacional de rede sem fio da ESnet nem um substituto para a fibra de longa distância. O terreno, o clima, o espectro, a energia e a operadora de satélite passam a fazer parte do caminho de serviço.

O ponto organizacional importante é que a ESnet não encerrou sua responsabilidade no ponto de fibra mais próximo. A função de engajamento científico tratou a aquisição de dados, o backhaul e a transferência de longa distância como um único fluxo de trabalho. Pontos de pesquisa remotos apresentam condições físicas distintas; nesses casos, uma abordagem adaptada ao local pode ter mais valor do que um produto uniforme.

O QUANT-NET explora outra fronteira. Financiado pelo ASCR, o projeto está construindo um testbed de rede quântica de três nós conectando dois locais do Berkeley Lab e da Universidade da Califórnia, Berkeley, ao longo de cerca de 5 km. A pesquisa envolve armadilhas de íons, acoplamento fotônico, troca de emaranhamento, medição de estado de Bell, controle com restrições temporais rígidas e software modular.

A relação com a ESnet está principalmente no controle e na orquestração. Experimentos quânticos exigem comunicação clássica, temporização precisa e coordenação entre dispositivos difíceis de operar. Um software de controle de código aberto pode aumentar a reprodutibilidade dos experimentos e reduzir os ajustes manuais. O testbed não é uma internet quântica de produção, nem transporta dados científicos comuns em larga escala usando emaranhamento quântico.

O Wireless Edge e o QUANT-NET devem ser avaliados pelo que ensinam e pelo que pode ser reutilizado. Não indicam que todos os usuários da ESnet receberão serviços de acesso sem fio ou enlaces quânticos. Eles expandem a função de pesquisa da ESnet, preparando-se para a possibilidade de que as futuras redes científicas venham a exigir novos meios físicos e novos métodos de controle. (Wireless Edge;Pesquisa em Redes Quânticas)

American Science Cloud e ESnet7 mudam a unidade de planejamento dos sites para os fluxos de trabalho

Integrated Research Infrastructure e American Science Cloud sinalizam uma mudança na unidade pela qual o DOE concebe as instalações. Em vez de tratar instrumentos científicos, redes, repositórios de dados e supercomputadores como serviços independentes, a intenção é fazê-los operar como um ambiente federado que suporta dados científicos, IA e computação de alto desempenho.

A ESnet atua como a camada de conectividade e orquestração. Os dados se movem dos instrumentos para armazenamento e aceleradores; usuários e serviços precisam de acesso gerenciado; os fluxos de trabalho precisam descobrir recursos disponíveis; e a telemetria deve mostrar se os objetivos científicos estão sendo atingidos. EJFAT, SENSE, OSCARS, Cloud Connect e High-Touch tratam de partes desse problema, mas nenhum deles constitui sozinho o American Science Cloud inteiro.

Na Confab26, Inder Monga foi apresentado como Vice-Diretor de Projeto do American Science Cloud, e o programa incluía demonstrações e planejamento da rede de próxima geração. Isso evidencia que o trabalho institucional está em andamento, mas não que uma nuvem científica nacional estivesse pronta em agosto de 2026. As políticas de acesso, o catálogo de recursos conectados, o suporte de produção e a governança ainda estavam sendo construídos.

O ESnet7 aparece no mesmo ambiente de planejamento. O nome existe, e há sessões sobre telemetria, inspeção de pacotes, movimentação de dados, IA e redes quânticas. No entanto, a geração de produção atual é o ESnet6. O material fornecido não contém arquitetura final, linha de base do projeto, seleção de fornecedores, orçamento completo ou data de lançamento.

Essa distinção é importante. Os nomes das gerações de rede influenciam prioridades de pesquisa, relações com fornecedores e demandas de capital antes mesmo de o equipamento ser implantado. Não se deve noticiar um programa de planejamento como um backbone já concluído. A interpretação mais adequada é que a ESnet está usando a experiência operacional do ESnet6 e a pesquisa atual de fluxos de trabalho para determinar as capacidades necessárias para a sétima geração.

A velocidade continuará sendo importante, mas a programabilidade e a inteligência podem se tornar igualmente cruciais. Enlaces mais rápidos não informam à aplicação onde há recursos computacionais disponíveis, não identificam microbursts, não escalonam streams de detectores e não comprovam que os serviços em múltiplos domínios foram corretamente liberados. A pergunta estratégica para o ESnet7 é até que ponto a rede deve compreender e orquestrar os fluxos de trabalho científicos sem se transformar em um controlador centralizado incontrolável. (Confab26;Pesquisa Aplicada 2024)

O orçamento federal sustenta a instalação, mas não é receita corporativa

A ESnet não opera seu backbone vendendo banda para o público geral. Seu principal financiamento vem de uma rubrica orçamentária do ASCR denominada High Performance Network Facilities and Testbeds. O pedido para o ano fiscal de 2027 foi de US$ 103 milhões, acima dos US$ 97,261 milhões indicados como valor aprovado no ano anterior.

Esse número é o melhor indicador público da escala do programa, mas não é uma demonstração de lucros e perdas da ESnet. A rubrica também cobre testbeds relacionados à rede, manutenção de software, renovações e atividades de pesquisa. Não revela o custo operacional anual apenas do backbone de produção, o investimento de capital por geração de rede ou a receita correspondente a cada conexão de site.

O financiamento público permite investir antes que a demanda comercial apareça. Possibilita adquirir direitos de espectro de longo prazo, manter ferramentas de código aberto, apoiar experimentos de baixo tráfego mas alto valor científico e construir diversidade de rotas além da utilização atual. Por outro lado, o modelo depende de dotações do Congresso, das prioridades do DOE e do contrato de operação do Berkeley Lab.

As conexões de site nem sempre são gratuitas. A Política de Custo para Usuários de Site da ESnet pode transferir custos relacionados à conexão para as instituições usuárias, dependendo de patrocínio, elegibilidade e requisitos adicionais. A unidade de relacionamento é o site, não o pesquisador individual. Os usuários finais individuais não são faturados nem registrados separadamente pela ESnet.

Sem demonstrações financeiras independentes, a análise financeira completa é limitada. As informações públicas não mostram a dependência de todos os principais fornecedores, os custos com pessoal, a depreciação, o imobilizado por rota ou o investimento anual de capital. Chamar os US$ 103 milhões de "receita da ESnet" é um equívoco. É mais preciso dizer que um programa federal financia a instalação por meio de uma rubrica ampla que inclui operações de produção, renovações, manutenção de software e testbeds.

A estrutura de financiamento também influencia decisões estratégicas. Redes comerciais podem se retirar de rotas que não cobrem os custos; uma instalação científica pública decide com base na missão nacional, nas oportunidades científicas, na capacidade de longo prazo e nas restrições orçamentárias. É possível justificar investimentos sem retorno financeiro imediato, mas isso exige priorização transparente e evidências oriundas das revisões de requisitos. (Pedido Orçamentário ASCR FY2027;ESCC)

Disponibilidade, segurança de roteamento e telemetria criam responsabilidades próprias

O relatório de 2024 da ESnet apresentou resultados notáveis de disponibilidade. Todos os dez sites do Escritório de Ciência do DOE incluídos na métrica alcançaram 100% de disponibilidade de serviço, excluindo manutenções planejadas. Foi o primeiro ano em que todos os sites superaram simultaneamente o requisito de 99,9%. O relatório anual também apresentou um número de 99,99% para um escopo mais amplo. Ambos são úteis, mas cobrem escopos diferentes, e não significam que todos os serviços, instituições ou rotas internacionais nunca tenham sofrido uma interrupção.

O Site Resilience Program examina as entradas físicas, roteadores, fontes de energia e domínios de falha das instalações conectadas. Um backbone nacional redundante é vulnerável se um único laboratório depende de um único duto local ou equipamento. A resiliência não termina no mapa do backbone; precisa alcançar os edifícios e os sistemas de transferência de dados.

As políticas de roteamento oferecem outra camada de controle. A ESnet rejeita rotas RPKI-inválidas no peering, exige registros de roteamento atualizados e oferece monitoramento de sequestro e blackholing. Essas medidas reduzem riscos conhecidos, mas não tornam o roteamento entre domínios completamente seguro. Rotas com origem correta ainda podem sofrer vazamentos ou erros de política. O blackholing sacrifica a alcançabilidade do destino alvo para proteger outros sistemas.

A automação envolve trade-offs semelhantes. Configurações padronizadas, inventário e orquestração reduzem erros manuais e aceleram a recuperação. Contudo, templates, políticas ou registros de dados incorretos podem se propagar rapidamente para vários equipamentos. São necessárias implantações em fases, verificação independente, clara capacidade de reversão ou recuperação, e limitação dos privilégios concedidos a uma única conta de automação.

Os dados operacionais exigem o mesmo cuidado. A política de dados da instalação da ESnet permite armazenar indefinidamente informações de utilização de roteadores e NetFlow, replicando-os em armazenamento nas costas leste e oeste dos EUA. As medições ativas do perfSONAR são mantidas por seis meses em um único disco, sem backup. A utilização de roteadores e os traceroutes são públicos; o acesso a registros de fluxos e de segurança é restrito.

Isso não contradiz a afirmação de que a ESnet não rastreia usuários finais individuais como assinantes. Os sistemas de assinatura e cobrança são distintos dos metadados de rede. Mesmo sem um contrato individual, os metadados revelam endpoints, instituições comunicantes, horários e padrões de tráfego. Telemetria de alta precisão melhora o diagnóstico e a segurança, mas também torna ainda mais importantes a minimização de dados, o controle de acesso, a revisão periódica dos prazos de retenção e o uso responsável.

O modelo de resiliência mais forte não é a alegação de zero interrupção. É a combinação de diversidade física, engenharia de site, segurança de roteamento, medição, resposta a incidentes, governança de dados e clareza sobre o que cada métrica cobre. (Marco de Disponibilidade;Política de Dados da Instalação;Política de Peering)

O que a ESnet demonstra

A história da ESnet pode ser lida como uma sucessão de redes mais rápidas: das redes precursoras especializadas, passando pelo ESnet4 e pelo ESnet5 nacional de 100G, até o ESnet6 de escala multiterabit. Mas essa cronologia de velocidade não captura a continuidade mais importante. Cada vez que a banda sozinha se mostrava insuficiente para resolver um problema científico, a ESnet modificava a arquitetura ao redor.

A Science Data Network separou os grandes fluxos do tráfego geral; o OSCARS tornou a capacidade reservável. O Science DMZ redesenhou as fronteiras organizacionais; o perfSONAR e o iperf3 tornaram os problemas de desempenho mensuráveis. O SENSE vinculou a intenção das aplicações a múltiplos domínios administrativos; o EJFAT incorporou rotas de longa distância no ciclo de processamento dos detectores. O cache alterou a demanda; o espectro transatlântico reforçou o controle sobre a capacidade internacional.

A autoridade organizacional permanece limitada e distribuída. O DOE e o ASCR definem a missão e o financiamento; o Berkeley Lab opera a instalação; a Universidade da Califórnia gere contratualmente o laboratório. Os coordenadores de site aprovam as mudanças que afetam suas instituições; os parceiros internacionais gerenciam suas próprias redes; provedores de nuvem, operadoras de telecomunicações, proprietários de cabos submarinos e fornecedores de equipamentos controlam outros componentes dos quais a ESnet depende.

Essa distribuição não é um inconveniente que o software possa eliminar. É a própria condição em que as redes científicas operam. A realização prática da ESnet está em criar a coordenação suficiente para viabilizar fluxos de trabalho, sem fingir que uma única instituição é proprietária de todo o caminho.

Quanto ao futuro, é necessário distinguir com precisão os níveis de maturidade. O ESnet7 está em fase de planejamento; o SENSE era classificado como pesquisa no último relatório completo; o EJFAT é um protótipo avançado ou plataforma em formação; o QUANT-NET é experimental; o American Science Cloud estava em construção. Qualificar a maturidade não diminui o valor técnico.

O significado de longo prazo da ESnet está no modelo de instalação de usuário científico: tratar a rede como um instrumento científico que combina requisitos, operações, software, medição, pesquisa e financiamento público. Um detector e um supercomputador separados por milhares de quilômetros não geram valor conjunto suficiente se os sistemas entre eles não forem projetados como um caminho único.

Portanto, a questão importante não é se a ESnet é a mais rápida em algum ranking universal. O material fornecido não contém uma comparação neutra de todas as métricas atuais. Uma conclusão mais sólida e prática é que a ESnet é, com base em informações públicas, uma das principais redes científicas do mundo, e que sua maior contribuição foi tornar a ciência distribuída operacionalmente viável de ponta a ponta. (História da ESnet;Lançamento do ESnet6;Relatório Anual 2024)

Fontes