Resumo

  • A Energy Sciences Network, geralmente chamada de ESnet, é uma infraestrutura de rede de uso científico do Office of Science do Departamento de Energia dos Estados Unidos, operada pelo Lawrence Berkeley National Laboratory. Não é uma operadora comercial nem uma empresa independente, mas infraestrutura federal construída para a ciência.
  • A ESnet6 reúne cerca de 15 mil milhas de infraestrutura dedicada de fibra, sistemas ópticos, roteamento de pacotes, redes privadas, interconexão com nuvens e redes de pesquisa, ferramentas de medição e serviços programáveis. O relatório anual de 2024 registrou 57 Tbps de capacidade agregada e 1,77 exabyte de tráfego anual, mas os números medem aspectos diferentes do sistema e não significam que cada usuário disponha de um caminho de 57 Tbps.
  • Uma das contribuições mais duradouras da ESnet pode ser seu modelo de engenharia ponta a ponta. Science DMZ, perfSONAR, iperf3, OSCARS, SENSE, High-Touch e EJFAT tratam dos sistemas locais, das reservas de rede, da telemetria e da movimentação de dados em tempo real que determinam se a capacidade do backbone se transforma em desempenho científico útil.
  • O próximo passo estratégico não é apenas um backbone mais rápido. American Science Cloud, infraestrutura integrada de pesquisa, planejamento da ESnet7, streaming de instrumentos em tempo real, redes sem fio de campo e controle de redes quânticas apontam para uma rede que participa diretamente dos workflows científicos. Os níveis de maturidade variam, e planejamento ou demonstrações não devem ser apresentados como serviços universais de produção.

Uma rede científica, não um provedor de internet de varejo

A forma mais simples de compreender a ESnet é acompanhar um dado científico. Um detector, telescópio, microscópio ou uma simulação produz informações em um laboratório ou instalação de pesquisa. Sistemas locais de aquisição coletam os dados, servidores de armazenamento e transferência os preparam para o transporte, e a rede do laboratório os conduz até um perímetro controlado. A partir daí, uma conexão da ESnet pode levar os dados pelos Estados Unidos, atravessar o Atlântico, alcançar um supercomputador do Departamento de Energia, passar por uma rede de pesquisa e educação ou entrar em uma nuvem comercial.

O resultado retorna como um conjunto de dados analisado, um alerta, um modelo ou uma decisão sobre o próximo passo do experimento.

Nenhuma organização controla todo esse percurso. A equipe do instrumento, a rede do laboratório, a rede regional de pesquisa, o provedor de nuvem, o parceiro internacional e a instalação de supercomputação podem pertencer a operadores diferentes. A ESnet fornece a camada de longa distância orientada à missão e trabalha com os demais operadores para que o caminho funcione como um sistema. Um servidor de armazenamento lento, um link de campus congestionado ou um firewall inadequado pode desperdiçar a capacidade de um backbone nacional rápido, enquanto uma falha da ESnet pode interromper uma instalação local bem projetada.

A posição institucional também é específica. A ESnet é uma instalação de rede do Office of Science do Departamento de Energia, financiada e supervisionada principalmente por meio do Advanced Scientific Computing Research e operada pela Scientific Networking Division do Lawrence Berkeley National Laboratory. O próprio Berkeley Lab é administrado para o Departamento de Energia pela University of California, mediante contrato de operação do laboratório. A ESnet não tem acionistas identificados, ações, avaliação corporativa ou balanço comercial independente.

Deve ser descrita como infraestrutura científica federal, não como uma empresa que vende serviços de rede.

Os pesquisadores geralmente entram em contato com a ESnet de forma indireta. Eles usam um instrumento, um supercomputador, um serviço de laboratório, uma conexão universitária ou uma rede colaboradora cujo tráfego atravessa a ESnet. A instalação diferencia usuários institucionais de sites e usuários finais, e afirma que não cadastra nem acompanha formalmente cada usuário final individual. O número de mais de 30 mil usuários organizacionais apresentado no relatório anual de 2024 é, portanto, uma medida institucional datada, não uma contagem precisa de assinantes.

Esse modelo operacional explica por que comparações com operadoras convencionais são incompletas. A ESnet opera roteamento, transporte óptico e interconexão, mas também realiza revisões de requisitos, desenvolve ferramentas de código aberto, constrói serviços experimentais e ajuda os sites a corrigir problemas de desempenho ponta a ponta. Seu produto não é uma conexão de varejo. É a capacidade de fazer instalações científicas geograficamente distribuídas funcionarem como componentes de uma única máquina compartilhada. (Governança da ESnet; serviços de rede)

A história começa com computadores escassos e modems acústicos

A história oficial da ESnet remonta à metade da década de 1970, quando tanto a computação como as comunicações de longa distância eram escassas. No Controlled Thermonuclear Research Computer Center do Lawrence Livermore National Laboratory, funcionários conectaram um Control Data Corporation 6600 emprestado por meio de quatro modems acústicos. Os equipamentos e as velocidades pertencem a outra época, mas o problema operacional continua reconhecível: uma comunidade científica especializada precisava de acesso remoto a uma capacidade computacional cara demais para ser reproduzida em todas as instituições participantes.

Diferentes comunidades de pesquisa do Departamento de Energia desenvolveram suas próprias redes durante o fim da década de 1970 e o início da década de 1980. A física de altas energias e a pesquisa em fusão magnética tinham instalações, colaboradores e fluxos de dados distintos, e redes precursoras como HEPnet e MFEnet refletiam essas fronteiras. Redes construídas para fins específicos eram racionais quando os serviços comerciais não ofereciam alcance, desempenho ou atenção operacional suficientes.

Ao mesmo tempo, criavam duplicação: cada programa podia negociar circuitos, manter tecnologias e desenvolver competências de forma independente, deixando a colaboração e as atualizações de longo prazo fragmentadas.

A criação formal da ESnet em 1986 consolidou essas funções em uma rede científica mais ampla. A mudança foi organizacional tanto quanto técnica. Uma instalação compartilhada podia prever a demanda de vários programas, operar links nacionais, coordenar conexões internacionais e reter profissionais especializados. Também podia transformar a capacidade de uma preocupação isolada de um projeto em um plano de infraestrutura para todo o Departamento.

O modelo inicial estabeleceu várias características que permanecem visíveis. Os usuários eram definidos pela missão científica, não por um mercado de varejo. Computadores centrais e instrumentos justificavam investimento público compartilhado. O desenho da rede acompanhava programas de pesquisa com horizontes longos. A operação exigia profissionais capazes de compreender tanto os sistemas de comunicação como as consequências científicas de uma falha. A demanda chegava de forma irregular, pois um único experimento podia gerar tráfego muito acima da linha de base habitual.

Berkeley Lab também tinha sua própria história de redes. Em 1974, conectou um CDC 6600 à ARPANET, e pesquisadores do laboratório contribuíram posteriormente para trabalhos fundamentais sobre controle de congestionamento do TCP. O trabalho de Van Jacobson e Mike Karels pertence ao ambiente mais amplo de Berkeley Lab e não deve ser atribuído apenas à ESnet. A sobreposição institucional, no entanto, foi importante: colocou uma rede científica de produção próxima de pesquisadores que tratavam o comportamento de protocolos, a medição e o desempenho como problemas de engenharia que podiam ser estudados, e não como condições fixas.

A operação foi transferida para Berkeley Lab em 1996. A mudança estabeleceu a atual sede ao lado do National Energy Research Scientific Computing Center, de pesquisadores de redes, engenheiros de software e outros programas do Departamento de Energia. Também reforçou uma cultura em que uma instalação de produção e uma organização de pesquisa aplicada compartilham profissionais, laboratórios e questões técnicas. (História da ESnet)

Por que a rede se tornou uma instalação científica compartilhada

Uma instalação científica compartilhada existe porque algumas capacidades são caras, especializadas ou interligadas demais para que cada equipe de pesquisa as construa sozinha. Um acelerador de partículas, uma fonte de luz ou um supercomputador de liderança segue essa lógica. A ESnet aplica o mesmo princípio às comunicações. Direitos de fibra de longa distância, equipamentos ópticos, roteadores, capacidade internacional, operações contínuas, cibersegurança, medição de desempenho e suporte de engenharia são reunidos em uma única instalação que atende vários programas.

A justificativa para o financiamento público acompanha o formato da demanda científica. Uma operadora comercial pode vender um circuito de alta capacidade, mas normalmente não define sua arquitetura nacional em torno de um detector programado para começar a operar anos depois, de um fluxo associado a uma supernova que talvez nunca ocorra durante o contrato ou de um workflow com pouco volume de varejo e elevado valor público. A ESnet pode construir antes que a utilização seja medida porque seu mandato é criar capacidade científica, não gerar receita de rede no curto prazo.

O modelo de instalação também muda a forma como a demanda é identificada. A ESnet realiza revisões formais de requisitos com os programas científicos do Departamento de Energia. Pesquisadores e equipes das instalações descrevem instrumentos, volumes de dados, locais de armazenamento, destinos de computação, necessidades de tempo, padrões de colaboração e gargalos locais ao longo de um horizonte de cinco a dez anos. Esses resultados orientam a capacidade das conexões dos sites, a diversidade de rotas, a contratação transatlântica, a pesquisa em orquestração e o desenho dos serviços.

Esse processo é menos visível do que uma nova conexão óptica coerente, mas pode ser mais importante. Um acordo de espectro submarino, a compra de um roteador ou uma segunda entrada física em um site podem levar anos para receber financiamento e ser implantados. Esperar até que um experimento comece a produzir dados transformaria necessidades previsíveis de infraestrutura em emergências. As revisões de requisitos convertem planos científicos em tempo de preparação para a engenharia.

As revisões também tornam a incerteza explícita. Previsões podem mudar, cronogramas de instrumentos podem atrasar, softwares de redução de dados podem melhorar, o uso de nuvem pode crescer e uma instalação pode redesenhar seu workflow. A ESnet não trata um estudo de caso como uma ordem garantida de tráfego. Usa as evidências para construir uma faixa de requisitos e decidir onde flexibilidade, capacidade de reserva ou implantação por etapas são justificadas.

O modelo evita a cobrança por gigabyte de cada cientista. As operações centrais recebem financiamento federal, enquanto alguns custos de conexão dos sites podem ser distribuídos de acordo com o patrocínio do programa e a Site User Cost Policy. Isso não elimina diferenças de incentivo. Um programa patrocinador pode preferir uma conexão mais barata; a ESnet pode preferir capacidade e resiliência que atendam vários programas; e um site pode adiar atualizações locais necessárias para utilizar a rede nacional. A tarefa da governança é alinhar essas decisões aos resultados científicos, e não permitir que cada instituição apenas transfira custos para outra rubrica orçamentária. (ESnet Site Coordinators Committee e política de custos; relatórios de revisão de requisitos)

Berkeley Lab opera o sistema, enquanto o DOE define a missão

A ESnet não tem a hierarquia corporativa de uma operadora. Sua autoridade é distribuída por uma cadeia de programas federais. O Office of Science do Departamento de Energia define a missão. O Advanced Scientific Computing Research fornece a principal supervisão programática e orçamentária. Berkeley Lab abriga a Scientific Networking Division, responsável por projetar, operar e desenvolver a instalação. A University of California administra Berkeley Lab para o Departamento por meio de contrato. As instituições conectadas participam por meio de coordenadores de sites e do ESnet Site Coordinators Committee.

Inder Monga atua como Executive Director da ESnet e dirige a Scientific Networking Division de Berkeley Lab. A liderança pública também identifica Chin Guok como Chief Technology Officer e responsável por Planning and Innovation, Adam Slagell como Chief Security Officer, Jon-Paul Herron como Director of Network Engineering e Susan Lucas como Deputy of Business Operations. Abaixo desses cargos estão funções de engenharia óptica, roteamento, engenharia de sites, operações de rede, software, medição, orquestração, segurança, gestão de projetos e relacionamento com a comunidade científica.

A amplitude dessa estrutura corrige a imagem simplificada de uma rede nacional como uma coleção de fibras e roteadores. A ESnet precisa de profissionais capazes de contratar espectro, operar BGP, construir sistemas de telemetria, manter software de código aberto, investigar o comportamento de pacotes, planejar instalações, administrar evidências de segurança e traduzir requisitos científicos em projetos de rede. A organização é simultaneamente operacional e voltada ao desenvolvimento.

Os registros públicos apresentam uma questão não resolvida de gestão de programa. A atual página de governança da ESnet identifica Benjamin Brown como seu programme manager designado no ASCR, enquanto materiais recentes de revisão de requisitos identificam Carol Hawk como programme manager da ESnet. As fontes públicas podem não ter sido atualizadas de forma coordenada, ou as responsabilidades podem ter mudado ou sido divididas. Os dados disponíveis não sustentam a escolha de uma única estrutura atual sem confirmação adicional.

O ESnet Site Coordinators Committee oferece às instituições conectadas um canal formal de operação. Cada site nomeia um coordenador capaz de aprovar solicitações que afetem a conexão da instituição, comunicar requisitos e participar de discussões de política ou planejamento. Trata-se de governança institucional de usuários, não de votação direta por cada cientista cujos dados atravessam a rede.

Essa estrutura cria uma divisão prática de responsabilidades. A ESnet controla seu backbone e seus serviços. Um site conectado controla seus equipamentos de campus, Data Transfer Nodes, segurança local e energia. O ASCR controla o financiamento no nível do programa. Os programas científicos definem as consequências de atrasos ou falhas. Os parceiros internacionais controlam suas próprias redes. O workflow completo só funciona quando essas diferentes áreas de decisão permanecem alinhadas. (Liderança da ESnet; governança)

A ESnet4 separou o tráfego IP comum dos grandes fluxos científicos

Em meados da década de 2000, experimentos distribuídos começaram a mudar o perfil do tráfego. O Large Hadron Collider produziria dados no CERN e os distribuiria por uma hierarquia global de laboratórios e centros de computação. A conectividade geral à internet continuava necessária, mas um pequeno número de transferências científicas podia ser grande o suficiente para dominar links comuns. Construir uma única rede indiferenciada para os dois padrões tornava mais difícil administrar capacidade e oferecer garantias de serviço.

A ESnet4 respondeu com uma arquitetura híbrida. Um núcleo IP transportava as comunicações científicas gerais. Uma Science Data Network separada utilizava circuitos ópticos de alta capacidade para grandes fluxos e permitia o provisionamento dinâmico de caminhos. Anéis metropolitanos conectavam os principais laboratórios, enquanto a colaboração com a Internet2 e parceiros internacionais estendia o sistema para além dos sites do Departamento de Energia.

A diferença não era simplesmente entre tráfego lento e rápido. O serviço IP geral precisa de amplo alcance e roteamento resiliente. Uma transferência planejada de vários terabytes pode se beneficiar de um caminho de camada 2 reservado, com horário de início, capacidade e endpoints conhecidos. A Science Data Network reconheceu que um pequeno número de fluxos previsíveis e de alto valor podia justificar um modelo de controle diferente do encaminhamento convencional de pacotes.

O OSCARS surgiu nesse ambiente. O On-demand Secure Circuits and Advance Reservation System permitia que usuários ou aplicações autorizadas solicitassem recursos de rede por um período definido. O sistema precisava encontrar um caminho, verificar restrições de topologia e política, reservar capacidade e recursos de VLAN, criar o estado nos equipamentos e remover esse estado quando a reserva terminasse. Transformou uma tarefa antes realizada por meio de coordenação manual em um serviço que o software podia solicitar.

A ESnet4 também mostrou que velocidade bruta já não era o único gargalo. Um circuito reservado pode proteger capacidade na rede de longa distância, mas a aplicação ainda pode ser lenta se um sistema de armazenamento não conseguir ler os dados com rapidez suficiente ou se um firewall local descartar pacotes. Essa constatação levou diretamente à arquitetura Science DMZ e à medição ponta a ponta.

O período estabeleceu um padrão recorrente de desenho da ESnet. Um problema científico aparece primeiro como requisito de tráfego. A instalação constrói capacidade física, um mecanismo de controle e um método operacional ao redor desse requisito. Quando o método se mostra útil, o software e a orientação arquitetural se espalham para além do experimento original. (Material histórico sobre ESnet4 e ESnet5; OSCARS)

Science DMZ levou o gargalo até a borda da instituição

Um backbone nacional pode funcionar corretamente enquanto o pesquisador enfrenta baixo desempenho de transferência. A razão é direta: o backbone é apenas um segmento do caminho. Firewalls empresariais, núcleos de campus compartilhados, roteadores antigos, servidores insuficientes, perda de pacotes e limitações de armazenamento podem reduzir uma rota de alta capacidade a uma pequena fração de sua velocidade projetada.

Science DMZ é a resposta da ESnet a essa realidade ponta a ponta. A arquitetura coloca Data Transfer Nodes em um caminho de alto desempenho próximo a um perímetro institucional controlado. A política de segurança é adaptada aos serviços limitados expostos por esses sistemas, em vez de obrigar fluxos científicos sustentados a atravessar um firewall stateful de uso geral, projetado para muitas categorias de aplicações empresariais.

A expressão pode ser interpretada incorretamente como uma proposta para retirar a segurança. Uma Science DMZ ainda depende de hosts protegidos, listas de controle de acesso em roteadores, monitoramento, gestão de vulnerabilidades, exposição limitada de aplicações e disciplina operacional. O desenho muda o local e a forma de aplicação dos controles. Evita colocar no caminho principal um equipamento com desempenho ou comportamento de sessões inadequado apenas porque esse dispositivo faz parte do padrão convencional de segurança da instituição.

A medição de desempenho integra a arquitetura, em vez de ser um painel opcional. Nós perfSONAR executam testes controlados de throughput, perda de pacotes, latência e mudanças de caminho. Quando dois sites discordam sobre uma transferência, as medições podem ajudar a localizar se o problema começa em um host, em um link local, em uma rede regional, no backbone da ESnet ou em um parceiro internacional. Sem essas evidências, cada operador pode afirmar que seu próprio segmento está saudável enquanto o pesquisador continua incapaz de transferir os dados.

Os Data Transfer Nodes também exigem engenharia própria. Placas de rede, posicionamento de CPU, memória, discos ou sistemas de arquivos paralelos, buffers TCP e softwares de transferência determinam o throughput alcançável. As orientações Fasterdata e a consultoria técnica da ESnet convertem esses detalhes em práticas que podem ser repetidas. A abordagem se disseminou muito além dos laboratórios do Departamento de Energia, mas a ESnet não opera toda instalação que utiliza o nome.

Science DMZ tornou-se influente porque transformou uma questão de compra em uma questão de sistema. Adquirir um circuito mais rápido não resolve um caminho limitado em outro ponto. A unidade útil de desempenho é o workflow completo, do armazenamento ao armazenamento ou do instrumento à computação, com cada domínio administrativo medido e associado a uma responsabilidade clara. (Orientações sobre Science DMZ; ferramentas de desempenho de rede)

A ESnet5 levou o 100G continental à produção

A transição seguinte de capacidade foi apoiada pela Advanced Networking Initiative e por financiamento do programa de estímulo econômico dos Estados Unidos. A ESnet recebeu US$ 62 milhões por meio do American Recovery and Reinvestment Act para desenvolver um protótipo de longa distância de 100 Gbps e apoiar a migração para a ESnet5. O investimento incluiu mais do que novos roteadores. A ESnet obteve direitos sobre capacidade espectral em uma infraestrutura nacional de fibra, dando ao programa maior controle sobre a implantação e a atualização dos comprimentos de onda.

A ESnet5 entrou em produção no fim de 2012. Na época, o Departamento de Energia e a ESnet a descreveram como a rede científica mais rápida do mundo. Essa alegação histórica estava associada a uma implantação continental pioneira de 100G. Não deve ser repetida como um ranking mundial sem qualificações em 2026. As redes de pesquisa agora publicam capacidade por diferentes medidas, incluindo velocidades de interfaces individuais, capacidade agregada do backbone, espectro óptico e demonstrações experimentais. As evidências disponíveis não fornecem uma comparação atual neutra que estabeleça um vencedor universal.

O efeito econômico do 100G foi maior do que uma atualização de dez vezes na interface. Projetos científicos puderam planejar transferências de longa distância rotineiras que anteriormente ocupariam links por muito mais tempo. Laboratórios puderam centralizar parte da computação ou do armazenamento, em vez de reproduzi-los localmente. Colaborações internacionais ganharam um backbone norte-americano mais capaz. A nova capacidade também expôs limitações locais com maior rapidez, aumentando o valor de Science DMZ e perfSONAR.

A ESnet5 manteve a relação híbrida entre serviços de pacotes e caminhos científicos dedicados. Também aprofundou a importância da automação. Em escala de 100G, reservar capacidade, diagnosticar falhas e manter serviços consistentes em uma infraestrutura nacional não podia depender apenas de configurações pontuais dos equipamentos.

O projeto mostra como o investimento público em infraestrutura muda as opções científicas antes que um único experimento utilize toda a rede. A capacidade cria uma reserva para instrumentos futuros, mas essa reserva não equivale a desperdício da mesma forma que um produto de varejo ocioso. Seu valor inclui evitar atrasos em experimentos, acomodar falhas e permitir que novos workflows sejam testados sem aguardar outro ciclo de construção.

Essa lógica também exige disciplina. A capacidade anunciada precisa ser ligada ao uso científico real, e os investimentos devem permanecer adaptáveis quando as previsões mudam. Os trabalhos posteriores da ESnet em telemetria, armazenamento em cache e orquestração refletem um esforço para extrair mais valor científico de cada bit instalado, em vez de tratar a expansão física contínua como a única resposta. (Anúncio histórico da ESnet5)

A ESnet6 é um sistema óptico, de pacotes e de software

O projeto ESnet6 começou em 2017 e foi lançado publicamente em 11 de outubro de 2022, após aproximadamente seis anos de desenho e construção. Berkeley Lab informou mais de 46 Tbps de capacidade agregada no lançamento, distribuídos por uma infraestrutura dedicada de cerca de 15 mil milhas, com links de backbone entre 400 Gbps e 1 Tbps. O relatório anual de 2024 posteriormente registrou 57 Tbps e links de até 1,2 Tbps. Os números pertencem a datas diferentes e descrevem um sistema em expansão, não definições conflitantes de uma rede estática.

A camada física inclui caminhos de fibra de longa distância, sistemas de linha óptica, amplificadores, direitos de espectro, instalações de colocation e pontos locais de entrada. O relatório de 2024 contabilizou 278 locais com amplificadores ópticos. Óptica coerente transporta vários canais de alta velocidade pela fibra, enquanto amplificadores e equipamentos ópticos reconfiguráveis mantêm os níveis de sinal e encaminham comprimentos de onda. Um caminho apresentado em um mapa pode ser controlado por meio de fibra escura, espectro, serviço iluminado ou acordo com um parceiro.

A descrição de 15 mil milhas não estabelece que o Departamento de Energia detenha o título jurídico de todos os cabos.

Acima da camada óptica, roteadores e bordas de serviço fornecem IP, ambientes privados de roteamento, serviços de camada 2, peering e conectividade com nuvens. O relatório anual contabilizou 78 locais com roteadores. Sites individuais podem se conectar a 10, 100 ou 400 Gbps, conforme os requisitos, enquanto os links do backbone podem agregar várias interfaces ou comprimentos de onda para alcançar valores superiores.

A camada de software diferencia a ESnet6 de uma atualização baseada apenas em capacidade. A automação mantém o estado de equipamentos e serviços. A telemetria programável fornece evidências mais detalhadas aos operadores. OSCARS provisiona caminhos reservados. SENSE experimenta a coordenação orientada por aplicações entre diferentes domínios. High-Touch utiliza hardware programável para produzir maior visibilidade sobre pacotes e fluxos. APIs e interfaces de testbeds permitem que pesquisas bem-sucedidas avancem em direção à operação.

A construção também deu maior ênfase à resiliência. Rotas diversas, múltiplas entradas em sites, energia independente, roteadores alternativos e locais de alta disponibilidade reduzem a possibilidade de uma única falha retirar um laboratório do sistema nacional. Essas proteções têm escopos diferentes. Um backbone redundante não ajuda se os dois circuitos locais passam pelo mesmo duto, e um segundo roteador não cria resiliência quando os dois equipamentos dependem da mesma alimentação elétrica.

A ESnet6 deve, portanto, ser entendida como uma instalação em camadas. A fibra cria o alcance físico. A óptica cria capacidade. Os roteadores criam serviços de pacotes e redes privadas. O software cria repetibilidade e programabilidade. A medição verifica se o caminho prometido realmente funciona. Acordos organizacionais permitem atravessar fronteiras que a ESnet não possui. (Lançamento da ESnet6; relatório anual de 2024)

O que 57 Tbps significa — e o que não significa

Estatísticas de rede frequentemente condensam várias camadas em um único número. Os 57 Tbps divulgados pela ESnet para 2024 representam capacidade agregada de engenharia distribuída pelo sistema. Não correspondem a um único link físico, ao throughput disponível para cada laboratório ou ao tráfego transportado a todo momento. O mesmo relatório descreve links de backbone entre 400 Gbps e 1,2 Tbps, sete sites nos Estados Unidos conectados a 400 Gbps ou mais e 2,7 Tbps de capacidade transatlântica. Cada número responde a uma pergunta diferente.

O relatório também descreveu 78 locais com roteadores e 278 locais com amplificadores ópticos em uma infraestrutura de aproximadamente 15 mil milhas. A rede conectava todos os 17 laboratórios nacionais do Departamento de Energia e registrava 28 instalações científicas de usuários do Departamento, 277 relações com redes de pesquisa e educação, redes comerciais e outros tipos de rede em cinco países, mais de 30 mil usuários organizacionais e 137 funcionários e prestadores distribuídos por 24 estados.

Os números descrevem populações diferentes e não devem ser somados como se formassem um total de clientes: roteadores, instalações, redes parceiras, usuários institucionais e força de trabalho são medidas separadas.

A conexão de um site representa a capacidade em uma fronteira institucional. Um link do backbone representa capacidade entre pontos da rede. Um sistema óptico pode transportar vários comprimentos de onda, e um serviço lógico pode usar apenas parte da camada física. A capacidade agregada soma vários recursos que não podem atender simultaneamente à mesma origem e ao mesmo destino. O volume de tráfego mede os dados transportados ao longo do tempo, não a taxa máxima disponível em um instante.

A ESnet transportou 1,77 exabyte durante o ano civil de 2024, acima dos 1,7 exabyte de 2023. O aumento de 4% foi baixo em comparação com a média histórica de crescimento anual de aproximadamente 55% relatada pela instalação desde 1989. Um único ano não demonstra que a demanda científica se estabilizou. Grandes projetos entram em operação de forma irregular, mudanças de software podem reduzir transferências, e um experimento ou evento internacional pode alterar rapidamente a composição do tráfego.

O tráfego também é concentrado. O relatório de 2024 afirmou que as atividades do Large Hadron Collider representaram aproximadamente metade do tráfego total. Fermilab foi o maior remetente externo, com 136 petabytes; NERSC foi o maior destinatário do Departamento de Energia, com 75,3 petabytes; e Oak Ridge foi o maior remetente do Departamento, com 58,3 petabytes. Esses números revelam cargas importantes, mas não constituem um ranking completo de valor científico. Uma transferência menor pode ser mais urgente ou apoiar um instrumento único.

O planejamento de capacidade exige, portanto, várias perspectivas ao mesmo tempo: tráfego médio e de pico, utilização por rota, reserva para falhas, velocidades dos links dos sites, prazos científicos e requisitos futuros. Uma rede projetada apenas em torno do uso médio pode falhar durante uma supernova ou um rompimento de cabo. Uma rede projetada apenas para o maior evento teórico pode criar ativos caros e pouco flexíveis.

O problema de engenharia da ESnet é colocar capacidade onde os workflows que precisam dela possam alcançá-la e, em seguida, verificar se os sistemas das extremidades conseguem utilizá-la. Por isso, o número de capacidade deve ser apresentado ao lado de Science DMZ, medição, orquestração e revisões de requisitos, e não como um ranking autoexplicativo no topo do artigo. (ESnet by the Numbers)

A AS293 roteia para uma missão, não para um mercado de varejo

O número público de sistema autônomo da ESnet é AS293. A rede troca rotas com sites do Departamento de Energia, redes de pesquisa e educação, redes comerciais e provedores de trânsito pagos. A política de roteamento determina quais caminhos podem transportar tráfego científico, como as falhas são tratadas e quais redes externas recebem interconexões diretas.

A política de peering é seletiva. Potenciais pares precisam utilizar BGP, manter informações atualizadas no Internet Routing Registry e no PeeringDB, evitar anúncios inválidos segundo RPKI e seguir práticas de segurança de roteamento associadas ao MANRS. A ESnet exige peering IPv6 ou dual stack e não aceita novos relacionamentos somente em IPv4. A interconexão privada direta começa em uma porta de 100G, com preferência forte por 400G.

Essas condições refletem a missão e o custo operacional. Uma interconexão direta consome portas, tempo de engenharia e capacidade de monitoramento. A ESnet não precisa estabelecer peering com todas as redes apenas porque existem rotas públicas. Busca relações que melhorem os caminhos científicos do Departamento de Energia, reduzam a dependência de trânsito ou conectem colaboradores importantes. O acesso à internet pública é complementado por trânsito pago da Hurricane Electric e da Lumen para destinos que não são alcançados eficientemente por redes de pesquisa ou peering direto.

A rede publica comunidades BGP que diferenciam sites conectados à ESnet, redes de pesquisa e educação e redes comerciais. As instituições conectadas podem usar essas marcações para aplicar políticas, embora a interpretação posterior permaneça fora do controle da ESnet. Uma comunidade é metadado descritivo, não garantia universal de que todas as redes tomarão a mesma decisão de roteamento.

A segurança de roteamento também tem limites. Rejeitar anúncios RPKI-invalid bloqueia uma categoria importante de rota incorreta, mas não impede todos os vazamentos, pares comprometidos, origens válidas anunciadas por engano ou autorizações incorretas de origem. O monitoramento de hijacks pode identificar mudanças inesperadas de origem, mas a detecção pode ocorrer depois da propagação. O blackholing pode proteger um site durante um ataque ao descartar o tráfego destinado a um endereço, mas essa proteção funciona sacrificando a acessibilidade do prefixo afetado.

O desenho orientado à missão aparece nos limites do serviço. A ESnet transporta tráfego IP público, mas não busca conquistar o mercado de trânsito para consumidores. Sua política de rotas é organizada em torno de alcance científico, resiliência e interconexão confiável. O valor da rede vem da qualidade dos caminhos que cria para a comunidade atendida, não da maximização do número de clientes de varejo conectados à AS293. (Política de peering da ESnet)

Conexões físicas, serviços privados e caminhos para a nuvem

O catálogo de serviços da ESnet começa pela conectividade física. Sites elegíveis podem se conectar localmente ou por meio de um ponto de presença remoto a 10, 100 ou 400 Gbps. Quando uma instalação está distante da infraestrutura dedicada, um Service On-Ramp pode utilizar fibra escura ou um circuito iluminado fornecido por uma operadora. O desenho do acesso faz parte do caminho científico, e o último segmento fornecido por um prestador pode se tornar a principal limitação de desempenho ou o principal ponto de falha.

O serviço IP de camada 3 oferece conectividade roteada em IPv4 e IPv6. Uma rede virtual privada de camada 3 cria um ambiente lógico separado de IP e BGP para um programa com vários sites, enquanto compartilha a infraestrutura física com outros serviços. Redes virtuais privadas de camada 2 oferecem conectividade Ethernet ponto a ponto ou multiponto, configurada estaticamente ou provisionada por meio do OSCARS. Esses serviços permitem que experimentos conectem instalações sem expor todas as relações pela internet pública.

Serviço privado não significa serviço fisicamente isolado. A separação lógica depende de configuração de roteadores, marcações, instâncias de roteamento, controles de acesso e práticas operacionais. Uma falha na plataforma compartilhada pode afetar vários serviços, enquanto um erro de configuração pode comprometer a separação pretendida. O valor está na segmentação controlada e na conectividade previsível, não na afirmação de que não existem dependências compartilhadas.

Cloud Connect estende os caminhos da ESnet a grandes ambientes comerciais de nuvem, incluindo AWS, Microsoft Azure, Google Cloud e Oracle. Um site pode alcançar o ponto de entrada do provedor por conectividade dedicada de camada 2 ou 3, em vez de depender do roteamento comum da internet pública. Isso pode melhorar o controle do caminho e reduzir a exposição ao trânsito variável, mas não elimina a segurança do lado da nuvem, as falhas do provedor, o desenho de identidade, os custos de saída de dados ou a disponibilidade regional.

A relação com a nuvem mostra como o papel da ESnet está mudando. A ciência do Departamento de Energia já não existe apenas em laboratórios e supercomputadores federais. Pesquisadores podem usar armazenamento comercial de objetos, serviços especializados ou computação sob demanda. A ESnet precisa conectar esses recursos sem afirmar que a nuvem faz parte da rede federal ou que um circuito privado torna uma conta de nuvem segura por si só.

Outros serviços incluem DNS secundário, horário de rede, monitoramento de hijacks de rotas e blackholing. Cada um trata de uma dependência de apoio que pode interromper a pesquisa mesmo quando a capacidade óptica continua disponível. Uma falha de nomes, horário incorreto, vazamento de rota ou ataque de negação de serviço pode tornar um sistema científico inutilizável sem danificar a fibra.

Em conjunto, o catálogo de serviços representa uma série de contratos operacionais entre camadas da rede. A conectividade física estabelece o caminho. O roteamento cria alcance. Os serviços privados criam limites lógicos. A interconexão em nuvem estende o sistema à infraestrutura comercial. Os serviços de segurança e apoio reduzem modos de falha conhecidos. O usuário ainda precisa construir um endpoint e uma rede local funcionais em cada extremidade. (Catálogo de serviços de rede da ESnet)

OSCARS torna a capacidade reservável

A maior parte do tráfego da internet utiliza a capacidade disponível quando os pacotes chegam. Esse modelo funciona bem para comunicações gerais, mas algumas transferências científicas são programadas, grandes e caras de atrasar. OSCARS permite que usuários e aplicações autorizados reservem recursos de rede por um período específico.

Uma reserva pode identificar endpoints, horários de início e término, capacidade, informações de VLAN, exclusões de rota e outras restrições. O sistema examina a topologia e os compromissos existentes, encontra um caminho aceitável, cria o estado necessário na rede e o remove quando a reserva termina. O serviço precisa impedir que o mesmo recurso escasso seja alocado duas vezes e considerar manutenções ou falhas que alterem a topologia disponível.

A importância é operacional, não cosmética. O provisionamento manual de um circuito pode exigir dias de coordenação entre engenheiros. Uma reserva programática pode ser criada em minutos e tornar-se parte do workflow de um experimento. A rede deixa de ser um tubo fixo em segundo plano e passa a ser um recurso que o software pode solicitar junto com armazenamento ou computação.

OSCARS é um sistema de produção de código aberto e foi adotado ou avaliado por outras redes e testbeds. Algumas métricas públicas de adoção aparecem em páginas que também incluem material histórico. A conclusão segura é que o sistema se expandiu para além da ESnet, sem presumir que toda implantação listada continue atual ou seja tecnicamente idêntica.

Uma reserva não garante o throughput da aplicação. Pode proteger uma quantidade definida de capacidade da rede, mas não pode fazer um servidor de armazenamento ler mais rápido, reparar perda de pacotes em uma rede de campus ou ajustar um sistema operacional. Se a aplicação alcança apenas uma fração da taxa reservada, o diagnóstico precisa retornar ao caminho ponta a ponta.

As reservas também introduzem questões de alocação. Um experimento prioritário pode se beneficiar de capacidade garantida, enquanto reservas não utilizadas podem reduzir a flexibilidade para outros usuários. As políticas precisam decidir quem pode solicitar o serviço, como os conflitos são resolvidos e se uma reserva pode ser interrompida em favor de outra. Essas decisões fazem parte da governança da instalação, mesmo quando o código de provisionamento é automático.

OSCARS permanece um dos exemplos mais claros de software aplicado da ESnet transformando-se em infraestrutura. Converteu uma prática operacional em um serviço repetível, preservou a política humana em torno da autorização e ofereceu às aplicações científicas uma forma controlada de expressar requisitos de rede. (OSCARS)

SENSE tenta coordenar a rede com os sistemas finais

Um caminho de rede reservado resolve apenas uma parte de um workflow distribuído. Sistemas de armazenamento, serviços de transferência e recursos computacionais também têm disponibilidade, capacidade e políticas próprias. SENSE — Software-defined network for End-to-end Networked Science at the Exascale — estende a orquestração para além de um único domínio de rede.

O projeto representa redes e sistemas finais como recursos que podem ser descobertos. Uma aplicação científica pode descrever o resultado pretendido, como transferir um conjunto de dados entre instalações a uma determinada taxa. SENSE reúne modelos dos domínios participantes, negocia recursos, provisiona serviços de rede e transferência, observa a telemetria e libera os recursos quando o workflow termina.

Isso é mais difícil do que configurar um único circuito. As organizações participantes mantêm sua própria autoridade e seus próprios modelos de dados. Um domínio pode expor capacidade, enquanto outro expõe endpoints de armazenamento ou serviços de transferência. Políticas, credenciais e janelas de manutenção diferem. SENSE precisa coordenar esses elementos sem presumir que um controlador central possa comandar todos os sistemas.

Durante o Large Hadron Collider Data Challenge de 2024, workflows habilitados pelo SENSE sustentaram 330 Gbps entre Caltech e a University of California, San Diego. O resultado mostra que a orquestração orientada por aplicações pode operar em uma taxa substancial em um workflow real específico. Não demonstra que SENSE seja um serviço universal de produção em todos os sites da ESnet. O relatório de 2024 ainda descrevia o projeto como estando em fase de pesquisa.

A distinção entre OSCARS e SENSE revela uma evolução da unidade de automação. OSCARS reserva recursos de rede dentro de um domínio de serviço conhecido. SENSE tenta negociar um caminho completo que inclui sistemas pertencentes a organizações diferentes. O primeiro tem uma fronteira de produção mais clara. O segundo oferece maior valor científico, mas carrega mais risco de governança e integração.

Para os operadores, a questão prática é quem responde pela falha. Quando uma aplicação declara uma intenção e o workflow apresenta desempenho insuficiente, a causa pode estar no modelo de recursos, na rede, no armazenamento, em uma credencial, na aplicação ou em um problema de sincronização entre domínios. A orquestração precisa fornecer evidências precisas o suficiente para mostrar a cada operador qual parte do estado negociado divergiu.

SENSE aponta para uma infraestrutura em que aplicações solicitam resultados, e não apenas circuitos. Seu progresso deve ser medido pelo uso repetível em produção entre vários domínios, por responsabilidades claras de suporte e pela capacidade de se recuperar de falhas parciais, e não apenas pela maior taxa de transferência demonstrada. (SENSE; pesquisa aplicada de 2024)

EJFAT leva eventos científicos diretamente à computação remota

A movimentação tradicional de dados científicos costuma seguir uma sequência baseada em arquivos. Um experimento produz dados, sistemas locais os processam até que possam ser gravados em arquivos, os arquivos entram no armazenamento e uma transferência posterior os envia a outra instalação para análise. Esse padrão é bem compreendido e operacionalmente confiável, mas atrasa o feedback e exige armazenamento e computação locais dimensionados para o pico de aquisição.

EJFAT — ESnet–Jefferson Lab FPGA Accelerated Transport — oferece um caminho diferente. Distribui dados de eventos em tempo real, encapsulados em UDP, de um instrumento para workers computacionais disponíveis, possivelmente em um centro de supercomputação remoto. Uma SmartNIC programável baseada em FPGA lê os identificadores de eventos e envia todos os fragmentos pertencentes ao mesmo evento para um único worker. À medida que os nós de computação ficam disponíveis ou ocupados, o sistema de controle pode alterar a distribuição.

O agrupamento de eventos é importante. Um balanceador de carga genérico pode distribuir pacotes entre servidores, mas o processamento científico pode exigir que todos os fragmentos de um evento do detector cheguem ao mesmo worker. EJFAT separa a função de encaminhamento em alta velocidade da programação dos workers computacionais e permite que cada lado cresça de forma independente.

Em abril de 2024, uma demonstração transmitiu dados do Jefferson Lab, na Virgínia, para o supercomputador Perlmutter, na Califórnia, a 100 Gbps, para processamento em tempo real sem uma etapa intermediária em disco. Testes posteriores utilizaram recursos computacionais em várias instalações e aproximadamente 20 mil núcleos, segundo relatos da ESnet. São demonstrações específicas, não garantia de que todo instrumento possa adotar o sistema sem mudanças de engenharia.

A Facility for Rare Isotope Beams oferece um exemplo operacional mais recente. A ESnet informou em julho de 2026 que pesquisadores transmitiram dados brutos de experimentos por meio do EJFAT, a aproximadamente 5–6 Gbps, para supercomputadores remotos. Uma execução que produziu 615 GB durante 15 horas foi processada em 20 minutos em oito nós do Perlmutter, utilizando inferência de machine learning. A taxa de rede inferior à demonstração de 100G não torna o resultado menos importante; o benefício científico foi o feedback mais rápido durante um workflow real.

O streaming em tempo real muda a economia de uma instalação. Um detector pode utilizar computação compartilhada em vez de construir capacidade local suficiente para todos os picos. Pesquisadores podem examinar resultados enquanto o tempo escasso do feixe ainda está disponível. O sistema também cria novas dependências. Uma interrupção da rede, um problema de alocação de computação ou um erro na distribuição de eventos pode afetar o experimento em tempo real, em vez de apenas atrasar uma transferência posterior de arquivos.

EJFAT permanece um protótipo avançado ou uma plataforma emergente, e não um serviço com suporte universal. A adoção em produção exigirá integração com os instrumentos, segurança, disponibilidade de FPGAs, responsabilidade operacional, acordos de agendamento e comportamento claramente definido quando pacotes UDP forem perdidos. Sua importância está em mostrar que a rede de longa distância pode fazer parte do ciclo de aquisição, e não apenas entrar em ação depois dele. (EJFAT; destaque científico da FRIB)

High-Touch, perfSONAR e iperf3 tornam o caminho observável

Uma rede de alta capacidade pode falhar de maneiras que os gráficos agregados de utilização não revelam. Rajadas curtas podem encher uma fila, pacotes podem chegar fora de ordem, perdas podem afetar apenas uma direção ou uma classe de tráfego, e uma rota pode mudar entre testes. Fluxos relevantes para a segurança também podem desaparecer dentro de uma amostragem estatística.

High-Touch utiliza hardware e software programáveis para coletar telemetria de pacotes e fluxos mais detalhada do que os registros tradicionais por amostragem. Em 2024, foi usado para investigar o throughput do Large Hadron Collider, o reordenamento de pacotes associado ao tráfego do Rubin Observatory e eventos de segurança. O objetivo é obter precisão diagnóstica e identificar comportamentos que um total agregado de tráfego ocultaria.

Evidências mais detalhadas têm um custo. Informações sobre pacotes e fluxos exigem armazenamento, processamento, controle de acesso e interpretação cuidadosa. Podem revelar endpoints que se comunicam, padrões de colaboração e o momento de atividades científicas. Um sistema criado para oferecer visibilidade operacional torna-se, portanto, um ativo de dados sensível.

perfSONAR trata de outra camada. É um sistema distribuído de medição apoiado por uma parceria entre várias organizações, da qual a ESnet é participante central e fundadora. Mais de 2 mil locais foram reportados globalmente em 2024, e a ESnet opera mais de 30 sites. Testes controlados medem throughput, latência, perda e comportamento do caminho entre os nós participantes.

O desenho distribuído é central. Um pesquisador pode relatar uma transferência lenta, mas um teste entre nós perfSONAR bem projetados pode mostrar se o caminho subjacente sustenta a taxa esperada. Testes direcionais podem isolar assimetrias. Medições repetidas podem revelar quando a degradação começou. Dados de traceroute podem identificar uma mudança de caminho, embora a rota observada e o comportamento real de encaminhamento da aplicação possam diferir.

iperf3 oferece testes ativos de throughput em TCP, UDP ou SCTP, com suporte a IPv4 e IPv6. A ESnet mantém a ferramenta de código aberto e informa testes acima de 150 Gbps em caminhos de 200G, sob condições específicas. Um teste sintético não é um benchmark de aplicação. Ele ajuda a determinar se o host e a rede conseguem transportar tráfego em condições controladas, depois das quais o comportamento do armazenamento e da aplicação pode ser analisado separadamente.

Em conjunto, High-Touch, perfSONAR e iperf3 oferecem diferentes visões da realidade. High-Touch observa fluxos de produção com maior precisão. perfSONAR fornece medições agendadas ou sob demanda entre vários domínios. iperf3 testa diretamente o throughput do endpoint e da rede. Nenhuma visão é completa, mas a combinação reduz a tentação de diagnosticar uma falha distribuída a partir do painel local de um único operador. (Ferramentas de desempenho de rede; inovações operacionais de 2024)

O cache pode eliminar tráfego em vez de transportá-lo mais rapidamente

Adicionar capacidade não é a única forma de melhorar uma rede científica. Alguns conjuntos de dados são solicitados repetidamente por pesquisadores da mesma região. Transportar cada cópia pela rede de longa distância desperdiça capacidade e aumenta o atraso, mesmo quando o backbone consegue absorver a carga.

O relatório de pesquisa aplicada da ESnet para 2024 descreveu cinco nós regionais de cache usados por comunidades de dados científicos. No conjunto do estudo, os caches reduziram o tráfego de longa distância em uma média de 33 terabytes por dia. Dois terços das solicitações foram atendidos localmente, e a taxa média de acerto do cache foi de 94%. O efeito variou significativamente por local: a redução reportada do tráfego de longa distância alcançou 69,3% no sul da Califórnia, 48,4% em Chicago e 6,6% em Boston.

As diferenças são informativas. O valor de um cache depende da popularidade dos conjuntos de dados, dos usuários locais, do tamanho do armazenamento, da política de substituição e da configuração do serviço. Um cache colocado próximo de uma comunidade que analisa repetidamente os mesmos dados pode remover grandes transferências. Um cache que atende conjuntos diversos ou raramente repetidos pode consumir armazenamento sem produzir o mesmo benefício.

O armazenamento em cache também muda o controle. A operadora da rede começa a participar do posicionamento dos dados, enquanto as comunidades científicas precisam decidir quais conjuntos podem ser copiados, como a atualização será mantida e quem está autorizado a acessá-los. Falhas de armazenamento e conteúdo desatualizado passam a ser preocupações operacionais adjacentes à rede.

O estudo mostra por que o bit mais eficiente pode ser aquele que nunca entra no backbone. Atualizações ópticas aumentam a oferta. O cache altera a demanda. O agendamento de workflows pode deslocar transferências para fora dos períodos de maior utilização. Compressão ou filtragem local podem reduzir os dados antes da transmissão. Um programa de infraestrutura maduro avalia todos esses mecanismos, em vez de medir o progresso apenas pelos terabits instalados.

O resultado deve permanecer limitado à implantação estudada. Não prova que todo conjunto científico alcançará uma taxa de acerto de 94% nem que o cache pode substituir nova capacidade para fluxos únicos em tempo real. Fornece evidência de que arquitetura de dados e arquitetura de rede podem ser projetadas em conjunto. (Atividades de pesquisa aplicada de 2024)

A ciência transatlântica exige diversidade física e capacidade

A infraestrutura doméstica da ESnet não pode ser separada de suas obrigações internacionais. A física de altas energias é organizada em torno de instalações e centros de computação nos dois lados do Atlântico, e o relatório anual de 2024 atribuiu aproximadamente metade do tráfego da ESnet às atividades do Large Hadron Collider. Uma falha de cabo entre a Europa e a América do Norte pode, portanto, afetar uma carga científica central mesmo quando todos os roteadores domésticos continuam funcionando.

Durante 2024 e o início de 2025, a ESnet ampliou a capacidade transatlântica reportada de aproximadamente 700 Gbps para 2,7 Tbps. Uma parte importante do programa foi um acordo de 15 anos com a Aqua Comms para um quarto de um par de fibras em uma rota que liga Nova York, Dublin e Londres. A ESnet também compartilha capacidade e custos com a GÉANT em vários sistemas de cabos. A meta de engenharia é alcançar pelo menos 3,2 Tbps em quatro caminhos fisicamente diversos, com uma arquitetura capaz de crescer para além de 10 Tbps.

A diferença entre capacidade e diversidade é decisiva. Dois serviços lógicos podem compartilhar um cabo, uma estação de aterragem ou um duto terrestre e falhar juntos. A reparação submarina pode exigir localização da falha, licenças, navio de cabos, condições climáticas adequadas e recuperação física da fibra danificada. A restauração pode levar semanas ou meses. Por isso, a ESnet planeja cenários com três falhas simultâneas de cabos, em vez de presumir que uma única rota de backup seja suficiente.

Direitos de espectro de longo prazo dão à instalação mais controle sobre atualizações do que compras repetidas de circuitos prontos. Também criam compromissos com determinados sistemas de cabos, infraestrutura de aterragem e parceiros operacionais. A ESnet não elimina o risco marítimo ao contratar espectro. Ganha a capacidade de projetar capacidade e resiliência entre vários sistemas, mas continua dependente dos proprietários dos cabos, dos processos de reparo e das redes parceiras.

Esse é outro contexto em que a palavra “dedicada” exige cuidado. A ESnet controla direitos e infraestrutura dedicados em rotas importantes, mas o modelo de ativos físicos varia. Caminhos domésticos e internacionais podem envolver fibra escura, espectro, serviços iluminados, colocation e capacidade de parceiros. Uma linha no mapa não revela o mesmo nível de propriedade ou autoridade sobre reparações em todos os segmentos.

A relação com a GÉANT mostra por que as redes de pesquisa podem ser cooperativas sem serem controladas centralmente. As duas organizações podem compartilhar custos e coordenar tráfego científico, mas cada uma continua responsável por suas próprias instituições e membros. O desempenho ponta a ponta ainda depende de redes nacionais de pesquisa, sistemas de campus e instalações experimentais que estão além do controle de ambos os backbones. (Marco transatlântico; relatório anual de 2024)

A demanda científica combina escala contínua, picos raros e prazos rígidos

O Large Hadron Collider fornece escala contínua. Seu modelo de computação distribuída movimenta dados de experimentos entre CERN, Fermilab, Brookhaven, universidades e outros centros, produzindo tráfego internacional sustentado. A operação planejada de alta luminosidade deve aumentar os dados dos detectores, as simulações e as replicações. A rede precisa transportar rotineiramente fluxos enormes e, ao mesmo tempo, manter diversidade de rotas suficiente para sobreviver a falhas de cabos ou instalações.

O Vera C. Rubin Observatory impõe um prazo. O telescópio no Chile foi projetado para produzir uma imagem de aproximadamente 13 GB a cada 30 segundos. O caminho dos dados permite processamento rápido no SLAC e a geração de alertas sobre objetos transitórios para que outros observatórios possam responder. A ESnet informa uma meta de transportar cada imagem por aproximadamente 12 mil milhas em menos de sete segundos. A rota inclui redes parceiras de pesquisa na América do Sul e em outros países, de modo que o resultado depende de engenharia coordenada além do domínio da ESnet.

DUNE cria um pico excepcional. Durante uma supernova, o programa de neutrinos prevê a necessidade de movimentar até 600 TB em 100 segundos. Ao longo de vinte anos, o programa deve gerar aproximadamente 900 PB. Esses são requisitos de planejamento para uma operação futura, não uma descrição do tráfego atual. São importantes porque o evento não pode ser reagendado depois que a capacidade estiver disponível. Uma rede construída apenas em torno da utilização média pode falhar no momento de maior valor científico.

A pesquisa em fusão combina distância internacional com um longo horizonte de desenvolvimento. Em maio de 2026, um teste transportou 176 TB de dados do ITER de Marselha até a instalação DIII-D da General Atomics, em San Diego, a quase 80 Gbps. O ITER ainda estava em construção, de modo que a transferência demonstrou preparação, e não operação normal em escala plena. Materiais de requisitos preveem alguns workflows futuros de fusão com aproximadamente dois petabytes por dia e pelo menos 200 Gbps.

FRIB e Jefferson Lab mostram um terceiro padrão: o experimento pode precisar de análise remota enquanto os dados ainda estão chegando. EJFAT permite que fluxos de eventos alcancem recursos computacionais no NERSC ou em Oak Ridge sem esperar que os arquivos sejam concluídos e copiados. Fontes de luz, microscópios eletrônicos e outros instrumentos enfrentam decisões semelhantes sobre filtragem local, inferência remota de inteligência artificial e a velocidade com que os resultados precisam retornar ao operador.

As ciências climáticas e da Terra ampliam novamente a demanda. Grandes simulações e conjuntos de dados observacionais se deslocam entre instalações de computação e armazenamento, enquanto sensores de campo podem estar localizados onde a fibra convencional não está disponível. Nenhuma taxa anunciada representa todas essas necessidades. A ESnet precisa atender transferências persistentes em massa, picos raros, feedback de baixa latência, colaboração internacional e aquisição remota dentro do mesmo modelo de instalação. (Estudo de caso do Rubin Observatory; estudo de caso do DUNE; revisões de requisitos)

Revisões de requisitos transformam planos científicos em arquitetura de rede

A ESnet não pode esperar que um experimento produza seu primeiro conjunto de dados antes de contratar fibra, roteadores ou capacidade transatlântica. Acordos de longa distância, compra de equipamentos, construção em sites e desenvolvimento de software levam anos. A instalação realiza, portanto, revisões de requisitos com os programas científicos do Departamento de Energia ao longo de um horizonte de cinco a dez anos.

Pesquisadores e equipes das instalações descrevem instrumentos, volumes esperados de dados, locais de armazenamento, destinos de computação, restrições de tempo, colaboradores internacionais, uso de nuvem e necessidades de resiliência. Especialistas em redes e computação analisam então o workflow completo. Um pedido por um link maior pode revelar um problema mais importante no armazenamento local, na diversidade de rotas, na arquitetura de segurança ou no software de transferência.

O processo de revisão é uma forma de co-design. Os programas científicos explicam o que tentam realizar; a ESnet traduz o objetivo em dependências de infraestrutura e testa se o caminho proposto pode funcionar. O resultado pode influenciar a capacidade de conexões dos sites, novas rotas, contratação submarina, implantação de Science DMZ, pesquisa em orquestração, contratação de pessoal e o cronograma de uma futura geração de rede.

A principal revisão de High Energy Physics, concluída em 2025 e publicada em janeiro de 2026, envolveu 127 participantes e 14 estudos de caso em um relatório de aproximadamente 400 páginas. Sua importância não está em garantir que todas as previsões estejam corretas. Instrumentos podem atrasar, softwares podem se tornar mais eficientes e novas cargas podem aparecer. O valor está em um registro documentado no qual pesquisadores, engenheiros de rede, centros de computação e financiadores podem ver as mesmas premissas e revisá-las deliberadamente.

A previsão continua difícil porque a demanda científica é descontínua. Uma supernova pode nunca ocorrer durante a vida de um experimento, enquanto um workflow de inteligência artificial pode crescer mais rápido do que o ciclo de revisão formal. O crescimento médio do tráfego é útil para orçamentos, mas não pode substituir o planejamento específico de cada caso. O aumento excepcionalmente baixo de 4% no tráfego da ESnet em 2024 não demonstra que a demanda de longo prazo parou; mostra por que um único ano não deve determinar um programa de infraestrutura com duração de décadas.

As revisões de requisitos também distribuem responsabilidade. Um laboratório não pode presumir que o backbone nacional corrigirá um caminho de campus inadequado, e a ESnet não pode presumir que um programa científico se adaptará depois que a capacidade for construída. Colocar as dependências em um plano compartilhado torna as divergências posteriores mais concretas. (Relatórios de revisão de requisitos)

Wireless Edge e QUANT-NET testam os limites da instalação

Uma rede nacional de fibra atende bem a instituições fixas. Os instrumentos científicos nem sempre operam nesses locais. Campos geotérmicos, observatórios ambientais e campanhas temporárias podem não ter cobertura de operadora, energia confiável ou uma rota de fibra economicamente viável. O programa Wireless Edge da ESnet investiga como redes celulares privadas, Wi-Fi, rádio direcional e sistemas de satélite podem estender um workflow científico até esses locais.

Uma implantação geotérmica em Nevada, divulgada em junho de 2026, combinou 4G privado usando espectro Citizens Broadband Radio Service, Wi-Fi HaLow de longo alcance, Wi-Fi convencional, backhaul Starlink, rádio direcional e uma torre portátil com alimentação própria. O desenho respondeu às condições de um único campo. Não era um produto sem fio geral da ESnet e não podia oferecer a capacidade sustentada da fibra de longa distância. Terreno, clima, espectro, energia e o provedor de satélite continuavam fazendo parte do caminho do serviço.

O ponto organizacional mais importante é que a ESnet não parou no ponto mais próximo de fibra e tratou o restante como responsabilidade de outra instituição. Sua função de relacionamento com a ciência tratou aquisição, backhaul e transporte de longa distância como um único workflow. Essa abordagem pode ser mais valiosa do que um produto uniforme, pois locais científicos remotos enfrentam diferentes restrições físicas.

QUANT-NET explora outra fronteira. O projeto financiado pelo ASCR está construindo um testbed de rede quântica com três nós, ligando Berkeley Lab e dois locais da University of California, Berkeley, em aproximadamente cinco quilômetros. O trabalho inclui armadilhas de íons, acoplamento de fótons, troca de emaranhamento, medições de estados de Bell, controle sensível ao tempo e uma estrutura modular de software.

A relação com a ESnet está principalmente no controle e na orquestração. Experimentos quânticos precisam de comunicação clássica, temporização precisa e coordenação entre dispositivos ainda difíceis de operar. Software de controle de código aberto pode tornar os experimentos mais repetíveis e reduzir ajustes manuais. O testbed não é uma internet quântica de produção e não transporta grandes volumes de dados científicos convencionais por emaranhamento.

Wireless Edge e QUANT-NET devem, portanto, ser avaliados pelo que ensinam e pelo que pode ser reutilizado. Nenhum deles demonstra que todo usuário da ESnet receberá serviço de acesso sem fio ou um link quântico. Eles estendem a função de pesquisa da instalação para áreas em que futuras redes científicas podem exigir novos meios físicos e sistemas de controle. (Implantação Wireless Edge; pesquisa em redes quânticas)

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

O programa Integrated Research Infrastructure e a American Science Cloud emergente refletem uma mudança na forma como o Departamento de Energia descreve suas instalações. Em vez de tratar um instrumento, uma rede, um repositório de dados e um supercomputador como serviços independentes, os programas pretendem fazê-los operar como um ambiente federado para dados científicos, inteligência artificial e computação de alto desempenho.

O papel da ESnet está na conectividade e na orquestração. Os dados precisam se deslocar de instrumentos para armazenamento e aceleradores; usuários e serviços precisam de acesso controlado; workflows precisam descobrir os recursos disponíveis; e a telemetria precisa mostrar se o sistema está alcançando o objetivo científico. EJFAT, SENSE, OSCARS, Cloud Connect e High-Touch tratam de partes desse problema, mas nenhum deles constitui sozinho a American Science Cloud.

Na Confab26, Inder Monga foi identificado como Project Deputy da American Science Cloud, e as sessões do programa incluíram demonstrações e planejamento para a próxima geração de rede. Isso é evidência de trabalho institucional ativo, não prova de que uma nuvem científica universal estivesse concluída em agosto de 2026. Política de acesso, inventário de recursos conectados, suporte em produção e governança ainda eram questões em desenvolvimento.

ESnet7 aparece no mesmo ambiente de planejamento. O nome é real, e sessões de inovação examinaram telemetria, inspeção de pacotes, movimentação de dados, inteligência artificial e redes quânticas. A ESnet6, no entanto, continua sendo a geração atual de produção. Nenhuma arquitetura pública final, baseline de projeto, seleção de fornecedores, orçamento completo ou data de lançamento foi identificada nas evidências disponíveis.

Essa distinção é importante porque gerações de rede criam expectativas muito antes da instalação dos equipamentos. Um programa de planejamento pode influenciar prioridades de pesquisa, relacionamento com fornecedores e solicitações de capital. Não deve ser apresentado como um backbone concluído. A interpretação mais defensável é que a ESnet utiliza a experiência operacional da ESnet6 e os atuais projetos de workflow para decidir o que uma sétima geração deve ser.

A velocidade continuará importante, mas as evidências sugerem que a programabilidade e a inteligência podem se tornar igualmente centrais. Um link mais rápido não informa a uma aplicação onde existe computação disponível, não identifica uma microburst, não agenda um fluxo de detector e não comprova que um serviço entre vários domínios foi encerrado corretamente. A questão estratégica da ESnet7 é quanto do workflow científico a rede deve compreender e coordenar sem se transformar em um controlador central impossível de administrar. (Programa Confab26; pesquisa aplicada de 2024)

O financiamento federal sustenta a instalação, mas a linha orçamentária não é receita

A ESnet não financia seu backbone vendendo capacidade ao público. O Departamento de Energia a financia principalmente por meio da atividade do ASCR chamada High Performance Network Facilities and Testbeds. O pedido para o ano fiscal de 2027 propôs US$ 103 milhões para essa linha de programa, em comparação com US$ 97,261 milhões na coluna aprovada anterior.

Os números são o melhor indicador público da escala do programa, mas não constituem uma demonstração de resultados da ESnet. A linha também apoia testbeds relacionados a redes, manutenção de software, atualizações e atividades de pesquisa. Não revela um custo operacional anual separado para o backbone de produção, o investimento de capital de cada geração de rede ou a receita associada às conexões individuais dos sites.

O financiamento público permite que a instalação invista antes que a demanda se torne comercial. Pode adquirir espectro de longo prazo, manter ferramentas de código aberto, apoiar experimentos de baixo volume e alto valor científico e construir diversidade de rotas além do que a utilização imediata justificaria. O mesmo modelo cria dependência das dotações do Congresso, das prioridades do Departamento e da estrutura de operação de Berkeley Lab.

As conexões dos sites nem sempre são isentas de custos. A Site User Cost Policy da ESnet permite que usuários institucionais assumam despesas relacionadas à conexão, dependendo do patrocínio, da elegibilidade e dos requisitos incrementais. A unidade da relação é o site, não o pesquisador individual. Usuários finais não são cobrados nem cadastrados separadamente pela ESnet.

A ausência de contas independentes limita a análise financeira. Os materiais públicos não revelam concentração completa de fornecedores, folha de pagamento, cronograma de depreciação, registro de ativos por rota ou orçamento anual de capital. Chamar os US$ 103 milhões de “receita da ESnet” seria incorreto. A conclusão mais precisa é que um programa federal financia uma instalação de produção, suas atualizações, a manutenção de software e seus testbeds por meio de uma linha de atividade mais ampla.

A estrutura de financiamento também afeta a escolha estratégica. Uma rede comercial pode abandonar uma rota que não cobre seus custos. Uma instalação científica pública precisa equilibrar missão nacional, oportunidade científica e capacidade de longo prazo com limitações orçamentárias. Isso pode justificar investimentos sem retorno financeiro imediato, mas também torna essenciais a priorização transparente e as evidências produzidas pelas revisões de requisitos. (Pedido orçamentário do ASCR para o ano fiscal de 2027; ESCC e política de sites)

Confiabilidade, segurança de roteamento e telemetria criam obrigações próprias

O relatório de 2024 da ESnet registrou um resultado relevante de disponibilidade: todos os dez sites do Office of Science incluídos na métrica alcançaram 100% de disponibilidade de serviço, excluindo manutenção programada. Foi o primeiro ano em que todos os sites superaram simultaneamente o requisito de 99,9%. O relatório anual também apresentou um número mais amplo de disponibilidade de 99,99%. São medidas úteis, mas com escopos diferentes, e não provam que todos os serviços, instituições e caminhos internacionais permaneceram sem interrupções.

O Site Resilience Program examina entradas diversas, roteadores, energia e domínios de falha em instalações conectadas. Isso reflete uma realidade incômoda: um backbone nacional pode ser redundante enquanto um laboratório continua dependente de um único duto ou equipamento local. A confiabilidade precisa alcançar o edifício e o sistema de transferência de dados, e não terminar no mapa do backbone.

A política de roteamento oferece outra camada de controle. A ESnet rejeita anúncios RPKI-invalid em relações de peering, exige registros de roteamento atualizados e oferece monitoramento de hijacks e blackholing de destinos. Esses controles reduzem riscos conhecidos, mas não tornam o roteamento entre domínios infalível. Uma origem válida ainda pode estar associada a um vazamento ou erro de política, e o blackholing protege outros sistemas ao tornar o destino afetado inacessível.

A automação cria uma troca semelhante. Configuração padronizada, inventário e orquestração podem reduzir erros manuais e acelerar a recuperação. Um template, uma política ou um registro de dados incorreto também pode se propagar rapidamente por vários equipamentos. A resposta apropriada inclui implantação por etapas, validação independente, procedimentos claros de rollback ou recuperação progressiva e limites sobre a autoridade de uma única conta de automação.

Os dados operacionais merecem a mesma atenção. A política de dados da instalação afirma que informações de utilização dos roteadores e NetFlow podem ser retidas por tempo indeterminado e replicadas em armazenamento nas costas leste e oeste dos Estados Unidos. Medições ativas do perfSONAR são mantidas por seis meses em um único disco, sem backup. Informações de utilização de roteadores e traceroute são públicas, enquanto registros de fluxos e segurança têm acesso restrito.

Isso não contradiz a afirmação de que a ESnet não acompanha formalmente cada usuário final como assinante. São dois sistemas diferentes. A ESnet não mantém uma relação individual de cadastro e cobrança, mas os metadados da rede podem identificar endpoints, instituições que se comunicam, horários e padrões de tráfego. Telemetria de alta fidelidade melhora o diagnóstico e a segurança, mas aumenta a necessidade de minimização, controle de acesso, revisão dos períodos de retenção e uso responsável.

O modelo mais sólido de resiliência não é uma alegação de disponibilidade perfeita. É um conjunto de mecanismos com limites definidos: diversidade física, engenharia de sites, segurança de roteamento, medição, resposta a incidentes, governança de dados e disposição para publicar o escopo de cada métrica. (Marco de disponibilidade; política de dados da instalação; política de peering)

O que a ESnet representa

A história da ESnet pode ser lida como uma sequência de redes mais rápidas: sistemas precursores especializados, a ESnet4, a ESnet5 continental de 100G e a ESnet6 com vários terabits. A cronologia é real, mas não capta a continuidade mais importante. A instalação alterou repetidamente a arquitetura ao redor do trabalho científico quando a capacidade bruta deixou de resolver o problema.

A Science Data Network separou fluxos excepcionais do tráfego comum. OSCARS tornou a capacidade reservável. Science DMZ alterou o perímetro institucional. perfSONAR e iperf3 transformaram disputas de desempenho em medições. SENSE ligou a intenção da aplicação a vários domínios administrativos. EJFAT levou o caminho de longa distância para dentro do ciclo do detector. O cache mudou a demanda, e o espectro transatlântico ampliou o controle da ESnet sobre o crescimento internacional.

A autoridade da organização continua limitada. DOE e ASCR definem missão e financiamento. Berkeley Lab opera a instalação. A University of California administra o laboratório por contrato. Coordenadores de sites aprovam mudanças que afetam suas instituições. Parceiros internacionais controlam suas próprias redes. Provedores de nuvem, operadoras, proprietários de cabos e fornecedores de equipamentos mantêm poder sobre componentes dos quais a ESnet depende.

Essa distribuição de controle não é um inconveniente que o software possa eliminar. É a condição sob a qual uma rede científica funciona. A realização prática está em oferecer coordenação suficiente para entregar um workflow sem fingir que uma única instituição possui todo o caminho.

A mesma disciplina deve reger as alegações sobre o futuro. ESnet7 está em planejamento, SENSE permanece em fase de pesquisa no relatório completo mais recente, EJFAT é um protótipo avançado ou uma plataforma emergente, QUANT-NET é experimental e a American Science Cloud ainda estava sendo construída. As evidências são mais úteis quando o nível de maturidade é descrito com precisão.

A importância de longo prazo da ESnet está no modelo de instalação científica compartilhada. A rede é tratada como um instrumento científico, com requisitos, operações, software, medição, pesquisa e financiamento público. Esse modelo reconhece que um detector e um supercomputador separados por milhares de quilômetros geram pouco valor conjunto se os sistemas entre eles não forem projetados como um único caminho.

A questão, portanto, não é se a ESnet é a rede mais rápida segundo um ranking universal. Nenhuma medida atual neutra nas evidências disponíveis sustenta essa afirmação. A conclusão defensável é mais forte e mais útil: a ESnet é uma das redes científicas documentadas mais capazes do mundo, e sua principal contribuição é tornar a ciência distribuída operacional de ponta a ponta. (História da ESnet; lançamento da ESnet6; relatório anual de 2024)

Fontes