国际大科学计划和大科学工程介绍系列—大型强子对撞机(LHC)(5)信息基础设施

欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC-Large Hadron Collider)作为最庞大的国际大科学工程之一。本文将从工程简介、我国参与情况以及信息基础设施等方面进行初略介绍。
三、信息基础设施

03 LHC网络

为了支持国际高能物理网格(WLCG)的分层计算模型，其间部署了LHC光学专用网络(LHCOPN)，以实现从0级站点到1级站点的预处理实验数据的分发，并附带支持1级站点之间的数据移动处理。而后，随着计算模型发展成为一个更加网状的配置，对2级站点之间以及2级站点与1级站点之间的数据移动的支持变得越来越重要，开发了LHC开放网络环境(LHCONE)，为第2层提供了必要的网络支持。

01 LHCOPN

LHCOPN拓扑结构

LHCOPN的连接如图所示。它是为LHC数据传输和分析而保留的，具有高度弹性的体系结构，并依赖于单独部署或作为捆绑包部署的专用长距离10G和100G以太网链路。随着LHCONE的发展，第1层站点之间的大部分流量都从LHCOPN转移到LHCONE。此外，LHCOPN链路由LHCONE备份，因为CERN本身可直接连接到LHCONE。

02 LHCONE

LHCONE是从计算模型更新中自然产生的，面向完全分布式处理，需要在任何1级和2级站点之间进行传输。它允许分担昂贵的资源成本，并使HEP(高能物理)流量与普通互联网流量分开。

LHCONE的核心服务是第三层VPN(虚拟专用网络)，目前正在进行点对点(P2P)服务的工作，提供一定带宽的按需链接。它依靠路由VPN，使用VRF(虚拟路由和推进)实现，为HEP数据传输和分析提供专用的全球骨干网。

LHCONE L3VPN服务功能包括：

-以高带宽连接第1层、第2层和第3层的全球主干网

-专用于HEP数据传输的带宽

-允许绕过慢速外围防火墙的受信任流量

LHCONE L3VPN结构

LHCONE发展的意义：

•因为社区希望它发挥作用

–从网络运营商的角度来看，它可以有效地提供标记流量，这些流量可以通过流量工程来管理其对网络中特殊资源(如跨洋链路)的使用。

–从网络政治的角度来看，它允许LHC流量使用一般互联网流量无法使用的资源(主要是跨洋链接)。

–从LHC社区的视角来看，它提供了一种创建和管理定义良好且相对可信的环境的方法。

•因为CERN有(松散的)中央管理

•因为LHCONE使用与一般互联网相同的协议、路由、流程和程序进行操作。

–这使得它能够在全球范围内跨网络域扩展。

•由于LHC是许多R&E网络环境中的一个重要项目，因此它受到了供应商网络的工程师关注。

•因为它受到参与网络的国家和perfSONAR的密切监控

–如果要保持端到端的高吞吐量，perfSONAR监控至关重要

LHCONE是研究教育网络供应商的一个合作项目，合作组织包括ESnet、GEANT、Internet2、SURFnet和NORDUnet等。2018年，在中国科技网、中国教育网的大力支持和帮助下，依托中欧国际互联网络资源，中国科学院高能物理研究所正式开通LHCONE。

同时，对LHCONE资源的完全访问支持了位于日本筑波的SuperKEKB加速器的国际合作项目Belle II。它是KEKB加速器的升级项目。尽管大多数Belle II成员站点已经参与了WLCG合作，两个主要地点，主实验室(日本的KEK)和美国的太平洋西北国家实验室(PNNL)没有。LHC社区允许了它对LHCONE的访问，随着PNNL现在完全连接和KEK的即将整合，BelleII合作项目成员的生产力将很快得到提高。

为了限制对授权来源的访问，并将LHCONE的范围扩大到非WLCG MoU(谅解备忘录)签署方，CERN还定义并商定了一项新的AUP(可接受使用政策)。AUP包括以下方面：

•发布LHCONE流量的IP前缀;

•成为LHCONE网站的资格及安全事件响应;

•角色和职责;

•不遵守AUP的后果。

03

CERN与LHCONE/LHCOPN的互联网连接已经升级，以利用多条100G链路：

L3VPN最新更改：

-UK-T1-RAL将很快连接(仅1级站点尚未连接)

-智利开始实施LHCONE的过程，将首先连接到GEANT

在亚洲：

-中国IHEPT2连接LHCONE，这得益于CSTNet、CERNet和TEIN

-ASGC直接通过新加坡到达欧洲(RTT较短)

-ASGC连接至NORDUnet、TWAREN

-Kronet连接到CERNlight、TEIN、ASGC、JGN、ESnet

- KrONET计划100G连接到西雅图、芝加哥和香港

-Sinet现在连接到ESnet和Internet2

-JGN现在连接到TEIN和ESnet

-CAE100G：考虑100G环，亚欧经西伯利亚和印度洋

ESnet(美国能源科学网络)，LHCONE 研究教育网络供应商之一，已经扩展到欧洲，现在是LHCOPN/LHCONE跨大西洋服务的最大供应商，包括带宽方面。

为了支持LHC合作正在进行的和预期的扩张，并向全世界的物理研究所提供LHC数据，ESnet还建立了两个新的LHCONEVRF的合作项目：一个在亚洲与TEIN和APAN合作，一个在南美与CBPF(巴西物理研究中心)合作，作为第2层站点，RPNBrazil作为研究教育网络供应商。

随着网络发展，IPv4地址不断耗尽，WLCG网站在获得必要的IPv4地址方面遇到了困难，未来新网站只能通过IPv6访问。为了整合这些站点，在WLCG中全面支持IPv6变得非常重要。虽然HEPiX IPv6工作组正在积极测试WLCG应用的IPv6兼容性，但仍需要改善IPv6的互联性。LHCOPN站点的IPv6连接已达到100%，而具有IPv6连接的LHCONE站点的比例较低。预计将持续改善IPv6互联互通。