1、第11章 网络技术的未来发展 计算机网络11.1 宽带网络技术11.1.2 宽带网相关技术及组成 二个基本概念基带传输：在传输介质上直接传输“数位信号”即基带信号的方法。基带传输时传输信号会占整个频道，因此在同一时间仅能传送一种信号；宽带传输：以“模拟信号”传输数据，这时数据信号被调制成模拟信号，传送时采用频分复用的方法区分成多个子传输频道(子频带、子信息)，使数据、语言、图像等多种信息可以同时在不同频道中传送。 计算机网络按传输速率划分的宽带含义q技术上说宽带是指在同一传输介质上，可以利用不同的频道进行多重(并行)传输，并且速率在1.54Mbs以上。q美国提出将200Kbps以上的传输带宽定
2、义为宽带。 q通常人们把骨干网传输速率在2.5G以上、接入网能够达到1M的网络定义为宽带网。 计算机网络宽带网的划分q宽带网大致可分为全国主(骨)干网(广域网)、城域网和住宅社区这三个层面。q目前在城市激烈竞争的宽带网建设，仅指宽带网人户“最后一公里”的住宅社区层面，而且特别是为解决计算机用户高速上网，以家庭为网络切入点的接入方法。 计算机网络中国电信主干网营运商中国联通(165)中国网通(CNC) 中国吉通中国移动通信 有线电视网宽带综合业务数字网(B-ISDN) 主干网接入技术非对称数字用户线(ADSL) 异步传输模式(ATM) 有线电视网(HFC) 高速以太网 千兆以太网 光纤以太网 端
3、到端以太网 光纤到户 计算机网络11.1.3 宽带有线接入的主要方式 q1. ADS L ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Loop) 即非对称数字用户环路技术，是通过电话线采用高级的数字信号处理技术和新的压缩算法，使大量的信息可通过电话线路高速传输。它不用重新布线，在用户端安装1个ADSL Modem即可，它有公网IP，并且不关机或重新启动电脑IP地址不会改变。上行传输速度为640Kbs，下行(至用户)传输速度可达6.144Mbs，传输距离可达6km，是国内外目前热门的、前景非常好的接入技术之一。 计算机网络11.1.3 宽带有线接入的主要方式 q2. F
4、TTB FTTB(Fiber To The Building) 即光纤到楼。除了一些高层的住宅和写字楼，为了节省投资，通常的情况都是光纤到小区，再用网线到楼，进入每家每户，楼里或楼层之间用集线器或交换机连接。由于FTTB采用的以太网方式传输结构相对简单，其上、下传输速率均能达到10Mbs，客户端不用安装设备和相应的拨号程序(仅需要一块网卡)，甚至连系统设置也几乎不用，故障率也很低。 计算机网络11.1.3 宽带有线接入的主要方式 q3. Cable Modem 利用有线电视网的同轴电缆实现高速接入Internet的方式。由于同轴电缆具有高带宽、信道质量好的优势，目前已成为最重要的宽带数据传输介
5、质之一。经过多年发展，国内的有线电视网络已覆盖了大部分地区，一旦用户所在小区的线路经过双向改造并开通此项服务，用户无需电话线和任何的电话拨号装置，只要拥有电脑和Cable Modem 即可通过有线电视网进行宽带冲浪，传输速率可达10Mbs。 计算机网络11.1.4 宽带无线接入技术 q1. MMDS技术MMDS是一种点对多点分布、提供宽带业务的无线接入技术。其工作频段一般在2.5GHz、3.5GHz，在反射天线周围50公里范围内可以将数据直接传送至用户。一个发射塔的服务区可以覆盖一座中型城市，同时控制上行和下行的数据流。通过MMDS接入Internet时，Modem和无线设备之间通常以电缆连接
6、，然后再连接天线。MMDS虽然有许多优点，但是存在着局限性。例如，阻塞问题；信号质量易受天气变化的影响；可用频段不够宽，最多不超过200MHz等等，使得应用范围还很小。 v 主流的宽带无线接入技术可以分为：固定宽带无线接入方式(如MMDS、LMDS、FSO等)和移动宽带无线接入方式(UWB、WLAN、蓝牙技术等)。 计算机网络11.1.4 宽带无线接入技术 q2. LMDS技术LMDS是一点对多点的宽带无线通信系统，工作在毫米波波段、2040GHz频带上，传输容量可达1Gbit/s，可与光纤比拟，被称为“无线光纤”，可提供双向语音、数据、Internet、视频等服务。WDS系统的一般结构见图计
7、算机网络11.1.4 宽带无线接入技术 LMDS系统的优势是：工作在10GHz以上的毫米波段，可用带宽达1GHz左右，总汇聚速率约4.8Gbit/s，用户的数据传输速率为155Mbit/s；可承载各种通信业务，包括语音、数据、文字、视频图像、静止图片等；LMDS系统的基站和用户终端采用模块化设计，配置灵活、扩展性好，容量扩充和增加新业务十分方便；建设投资低、施工周期短、网络运行和维护费用低；毫米波段方向性好、干扰少、性能稳定。主要缺点是：毫米波段传输距离短，业务覆盖范围较小，不能用于远程通信；通信质量受雨、雪影响较大，吸收损耗加上自由空间传播损耗，甚至会导致通信中断。因此，工作频率应避开吸收点
8、的峰值频率点，采用空间和频率分集，可增强接收效果。 计算机网络11.1.4 宽带无线接入技术 q3.自由空间光通信系统(FSO)FS0也称为无线光网(WON)，是光纤通信与无线通信相结合的产物。它以空气为媒质，通过激光或光脉冲在太赫兹光谱范围内传送分组数据信号。 优点： 不需频率许可证。 频带宽。 成本低廉。 安全性能好。 不足：首先，激光的波束随传输距离的增加而慢慢变宽，超过一定距离就难以被正确接收。另外，由于波束的传输不能受到阻挡，很小的飞行物(如飞鸟)就会对FSO产生影响。第三，由于光信号裸露在大气中进行传输，势必受到气象条件的影响。第四，由于FS0系统的收发设备一般都安装在高楼之上，因
9、此，大风引起建筑物的晃动或地震都会造成光路的偏移。 计算机网络11.1.4 宽带无线接入技术 q4 超宽带无线通信技术(UWB) 广义地讲，超宽带(UWB)技4 超宽带无线通信技术(UWB)术可以指任何占用频带超过其中心频率25，或者带宽超过1.5GHz的无线通信系统。UWB通常依靠持续时间非常短的基带脉冲信号传输数据，占用频带很宽，一般在几个吉赫量级。在很低的功率谱密度下，UWB能够在户内提供超过100Mbit/s的可靠数据传输。 计算机网络11.1.4 宽带无线接入技术 q5卫星宽带 卫星宽带是一种新兴的空中无线宽带技术。利用卫星上网与我们通常使用的地面方式不同，用户通过计算机的调制解调器
10、和卫星配合接入互联网，从而获得高速互联网信息传输、定向发送数据、网站广播等服务。卫星宽带的最大特点是可以覆盖世界任何地方。卫星宽带被广泛应用于远程教育、股市服务、智能小区等。卫星系统可以把信号覆盖全球，但这是一个单向系统，只能用于下载。为了把数据传回去，用户必须使用电话或者有线调制解调器。对于不易铺设光缆的地区，无线接入是最好的补充，可以和地面网相辅相成。 计算机网络11.2 主动网络技术 q11.2.1 主动网络概述q主动网络(Active Network) 概念是由美国国防部高级防御研究计划管理局(DARPA) 在1995 年提出的。作为一种新型网络体系结构，它赋予网络中间节点一定的可编程
11、能力，使用户可以根据需要定制网络，与传统的网络结构相比，主动网络更加灵活，它可以为网络协议、网络服务的快速升级和部署提供简单的网络平台。计算机网络11.2 主动网络技术 q11.2.2 主动网络体系结构qDARPA 主动网络结构可划分成三个主要层次：节点操作系统(Node OS) 、执行环境( Execution Environment，EE) 和主动应用(Active Application，AA) ，节点操作系统类似一般操作系统的内核，它位于主动网络节点最下面的功能层次，管理和控制对主动网络节点硬件资源(包括节点处理机、存储器和通道等) 的使用。它屏蔽了对这些硬件资源使用的细节，通过固定的
12、接口为执行环境层提供服务。执行环境实际上是一个与平台无关的透明的可编程的空间，它运行在网络中各个主动节点上，执行环境为上层应用提供了各种各样的网络应用接口。一个主动网络节点可以具有多个执行环境，每一种执行环境完成一种特定的功能。主动应用是一系列用户定义的程序，它透过执行环境提供的网络应用接口获取运行程序所需的相关资源，实现特定的功能。 计算机网络11.2 主动网络技术 q11.2.2 主动网络体系结构计算机网络11.2 主动网络技术 q11.2.3 主动网络的实现方案q目前，根据主动网络所实现的网络的可编程程度不同，可以划分成许多种实现方案。其中，两个典型的方案是，可编程路由器或交换机( Pr
13、ogrammable switch)方案和集成(Capsule)方案。前者可编程程度较小，后者可编程程度较大。q1.可编程路由器或交换机方案q可编程路由器或交换机方案，保持了现有的数据包或信元的结构，但是提供一个分离机制，用于将程序调入中间节点(路由器或交换机) 中。在这种方案中要让中间节点执行用户定义的功能就需要用户将自己的程序发送到节点上，这样程序会被暂时储存在节点的存储空间里，然后用户发送想要处理的数据包。当数据包按照它在现今网络中的传输方式到达中间节点时，节点会根据数据包的信息来确定应该用哪个用户程序来处理。如果用户不想再用此程序来处理数据包，可以简单地发信息告诉节点放弃原先的程序；如
14、果用户想采用新的程序来处理自己的数据包，他也只需发送新的程序到节点上。该方案对处理大报文的应用尤其适合，但由于网络可编程程度较小，所以对当今安全制度不太健全的公共网络比较适合。 计算机网络11.2 主动网络技术 q11.2.4 主动网络应用 q1.组播q传统的IP组播服务中如果必须严格保证所有接收者都能够可靠地接收到组播数据，传统的组播方法就难以胜任。问题主要出在差错恢复方面。在组播过程中，只要数据在某点发生了问题，则组播树上位于该点下游的所有接收者收到的数据都存在问题，必须进行重传来纠正差错。传统的处理方式是所有接到错误数据的节点向发送端提出请求，由发送端分别进行重传。这种方法极大的浪费了网
15、络资源，导致网络状况恶化，很容易引发更多的传输错误。 q在主动网络中，每个网络节点可以同其附近的节点建立联系，当一个网络节点收到的数据有问题时，它可以和同组的临近节点通信。如果临近节点收到的数据是正确的，它就直接从临近节点取得正确数据，而不必要求发送端重传数据. 将主动网络技术应用于多播领域已被证明是行之有效的，具有主动性的内节点可以很好的解决目前存在于组播领域的诸多问题。研究人员已经提出了一种称为ARM(Active Reliable Multicast)的差错恢复方案，它利用主动网络技术进行差错恢复，比较好的解决上述问题。计算机网络11.2 主动网络技术 q11.2.4 主动网络应用 q2
16、服务质量QoSqQoS 网络状况(如存在阻塞、链路断裂)对应用程序的运行质量有很大影响。由发送方根据网络状况进行数据传输调整的传统方法有很大的缺陷，发送方需要比较长的一段时间来检测网络状况、根据网络情况进行相应调整，进而将调整后的数据发到接收端。在这段调整时间内，接收端可能已蒙受了无法挽回的损失(当环境恶化时) ，也可能无法达到最佳工作状态(环境改善时) 。采用主动网络技术，由网络内节点根据网络状况对传输服务进行调整，能够保证网络内各种状态变化都可以及时地在最佳点得到处理和调整。 计算机网络11.2 主动网络技术 q11.2.4 主动网络应用 q3.流量缓存q如何尽可能地将信息缓存在靠近客户的
17、位置是减少网络流量、提高响应速度的关键。在主动网络中可以将各个主动节点上的小规模的缓存器联合起来，根据实际情况自动作出调整，提供更有效的服务。在传统的广域网络中常采用的技术就是网络缓存。具体讲，就是在一些网络关键节点缓存一些用户最近用过的数据，使得用户再访问这些数据时不需要再从远程的数据源获取数据，而从距自己较近的节点就能获取数据，从而减小数据传输时延及网络负荷。然而，这种网络缓存技术对于实时性应用的性能优化几乎起不到什么作用，在某种程度上讲，由于缓存了一些过时的信息，反而会降低应用的性能。一般地，通过Web 页面缓存机制可以减小用户访问Web 服务器的时延从而提高性能. 但是，普通缓存技术在
18、该系统中却不能起到什么作用. 首先，普通Web 页面缓存无法保证数据的实时性，因为各条信息更新周期不确定：第二，普通缓存技术无法动态调整数据缓存的大小和缓存数据的范围；第三，普通缓存没有考虑最佳缓存点问题，基本都是静态配置，这将会消耗过多的网络资源或影响网络整体性能. 利用主动网络技术，可以使得网络具有自组织性. 将不同的缓存策略注入到网络节点中去，通过分析统计通过该节点的数据特性，从而动态地调整缓存策略，如选置缓存点、确定缓存数据、设置缓存范围及大小，甚至变“拉”为“推”。 计算机网络11.2 主动网络技术 q11.2.4 主动网络应用 q4.主动虚拟网络qInternet 应用的飞速增长对
19、虚拟网的业务要求更复杂，现有的虚拟网方案解决能力有限，并且对不同网络结构的支持不具有可伸缩性，将主动技术引入虚拟网正好能解决这一问题。主动网络能提供全新的方法解决多服务问题及支持多控制结构，这得益于主动网络的可编程性，它使网络具有更好的定制能力和资源控制能力。Spawning就是新的网络结构的自动产生、应用和管理的过程。该词来源于操作系统中的父进程创建子进程，其子进程将继承同一硬件(如CPU) 上父进程的属性。而网络的Spawning过程则是克隆出来的虚拟子网继承了父网的网络结构特性，但虚拟父网和虚拟子网可以分别满足不同用户的需求，而且虚拟子网还可以产生其自己的子网，称之为嵌套(Nested)
20、虚拟子网。而且新的网络结构的产生、应用、管理和构架是一个动态的过程，主要是通过一系列路由小模块(Routelet)和虚拟连接(Virtual Link)完成。其中，Routelet代表虚拟网络拓扑中的虚拟路由器，能够转发基于实例化的虚拟控制对象( Instatiated object)的包，Routelet包括一系列分布式对象：封装、信令(如RSVP)、控制(如区分服务)和管理(如SNMP、CMIP) 等。这些对象和克隆的能力都被封装抽象在Routelet 中。虚拟连接则用于互连Routelet。 计算机网络11.2 主动网络技术 q11.2.4 主动网络应用 q5.网络安全q利用主动网络技术
21、来探测与防止非法入侵与攻击有许多优点. 首先，更新系统的安全防护系统方便迅速快捷，一旦发现了新的网络系统安全漏洞，能迅速更新安全防护系统；再者，主动网络安全技术能自动找到最佳安全设防点；最后，主动安全技术能优化网络资源的利用效率. 主动安全的研究课题很多，目前较成功的是一种称作“主动网络攻击探测与防范(Active Network Intruder Detectionand Response ，ANIDR) ”的技术.ANIDR 系统的核心网由运行SANTS 的主动路由器或交换机构成，ANIDR 根据网络结构自动地找到最佳防护点. 当有人攻击网络中的某服务器时，ANITR 立即就会探测到，AN
22、IDR 随即激活该服务器周围的包过滤器，形成“防火墙”，对所有到该服务器的包进行检查. 同时，利用反向跟踪机制将“防火墙”推向攻击者，最后在最靠近攻击源的ANIDR 系统网络的边界上形成“专用防火墙”阻止攻击。 计算机网络11.2 主动网络技术 q11.2.5 主动网络展望q主动网络节点不仅能转发数据包而且可以执行用户定制的程序对流经该节点的数据进行处理，为用户提供了可以定制的网络环境，用户的需求将更好地得到满足，而且这种动态结构也有利于构建网络技术的测试环境. 这种可编程的网络结构将使得新标准和新技术的采用变得迅速而简单，从而加快了计算机网络发展的步伐. 基于主动网络的应用，也使得网络呈现出
23、新的景象. 在主动网络技术研究中，主动网络节点操作系统和主动网络执行环境仍是重点。 此外，主动节点之间程序代码的传送方式也很重要，因为它直接影响了网络的扩展性. 主动网络的可编程性一方面提高了网络应用的性能，另一方面也给网络节点的安全与稳定带来了新威胁，所以主动节点的安全性稳定性是非常值得研究的课题。 未来的Internet 必将与主动技术相结合发展成为一个多服务的平台，支持各种实时通信和复杂的多媒体数据服务计算机网络11.3 网格计算1. 网格计算的历史2. 网格计算简介3. 网格计算的理论研究进展4. 4.网格计算研究中存在的问题及其发展趋势计算机网络1 网格计算的历史* Sputnik1
24、9601970197519801985199019952000* ARPANET* Email* Ethernet* TCP/IP* IETF* Internet Era* WWW Era* Mosaic* XML* PC Clusters*Crays*MPPs* Mainframes* HTML* W3C* P2P* Grids* XEROX PARC wormCOMPUTINGCommunication* Web Services* Minicomputers* PCs* WS Clusters* PDAs* Workstations* HTC1.1 计算与通信技术的发展年历计算机网络1
25、网格计算的历史1.2 网格计算的发展阶段：q 第一代：早期的元计算环境（90年代中期）如FAFNER和I-WAY 项目（简介见后）q 第二代：计算网格阶段 （96-2002年）核心网格技术，如Globus toolkit和Legion网格资源代理（brokers）和调度（ Schedulers ），如Condor和SGE集成系统，如Cactus，DataGrid，UNICORE，P2P以及Jxta远程控制和可视化应用用户界面，如Portals 和网格计算环境分布式对象系统，如Jini和CORBA q 第三代：服务网格阶段 (2002- ) 面向服务方法的引入，如OGSA（介绍见后） 元数据（
26、metadata： giving more detailed information describing services ）使用的增加计算机网络1 网格计算的历史1.3 网格的雏形：I-Way项目 I-WAY项目，目标是把美国境内的多个高性能计算中心通过高性能网络联接起来。 I-WAY项目最终用10个带宽和协议并不完全相同的网络将位于美国17个不同地点的60多个组织的超级计算设备、数据资源联接起来，构成了一个超级计算环境。 I-WAY由许多I-POP (point of presence)组成， I-POP 通过Internet或ATM网络连接起来。 I-Soft软件能访问配置好的I-PO
27、P 计算机，并提供一个环境，该环境能提供如下服务：调度，安全机制，并行机制，编程支持，分布式系统。计算机网络AFS Kerberos SchedulerI-POPATM SwitchLocalResourceLocalResourcePossible FirewallAFS Kerberos SchedulerI-POPATM SwitchLocalResourceLocalResourcePossible FirewallAFS Kerberos SchedulerI-POPATM SwitchLocalResourceLocalResourcePossible FirewallIntern
28、et or ATMThe I-WAY计算机网络2 网格计算简介2.1 网格概念的演变2.1.1 狭义网格观 1998年，Ian Foster和Carl Kesselman首次对网格（the Grid）行定 ：网格是构筑在互联网上的一组新兴技术，它将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体，为科技人员和普通老百姓提供更多的资源、功能和交互性。互联网主要为人们提供电子邮件、网页浏览等通信功能，而网格功能则更多更强，让人们透明地使用计算、存储等其他资源。 2001年，Ian Foster等人进一步深化定了Grid计算和它的基础构件是作为支持动态的、分布式的Vos（Virtua
29、l Organizations）的不同资源的共享和协作的系统。 计算机网络2 网格计算简介2002年7月22日，Ian Foster在Grid Today-Global Grid周报上，从三个方面更清晰地定义网格；他认为网格是一个满足如下三个条件的系统：（1）在非集中控制的环境中协同使用资源；（2）使用标准的、开放的和通用的协议和接口；（3）提供非平凡的服务。Globus满足Ian Foster给出的狭义的“网格观”的网格定义，而P2P等则被排除在网格之外。计算机网络2 网格计算简介2.1.2 广义网格观 与狭义网格观对应的广义“网格观”定义网格为“巨大全球网格GGG（Great Global
30、 Grid），它不仅包括计算网格、数据网格、信息网格、知识网格、商业网格，还包括一些已有的网络计算模式，例如对等计算P2P(Peer to Peer)、寄生计算等。”计算机网络2 网格计算简介2.2 网格计算系统的特征 可扩展性 多层次异构性 动态自适应性 结构和行为的不可预测性 管理的多重性计算机网络2 网格计算简介2.3 网格计算的分类集中式任务管理系统分布式任务管理系统分布式操作系统参量分析、资源监测及预测分布式计算接口 计算机网络2 网格计算简介2.4 网格计算系统的主要功能管理层次通信服务信息服务名字服务文件系统安全认证监视系统资源管理和调度资源交易机制编程工具用户图形界面计算机网络
31、2 网格计算简介2.5 网格计算系统的潜力 扩大计算能力 突破地理位置的限制 开发剩余资源（节约资源） 以虚拟组织方式共享资源与协调服务计算机网络2 网格计算简介2.6 网格计算系统需要解决的问题（1）资源共享 网格计算需要解决的核心问题和主要目的，即对不同地理位置的、随时间动态变化的、类型多种多样的、隶属不同组织和单位的网格资源实现有效共享。（2）高性能 提供高质量的服务。（3）界面友好 合作的方式和方法方便、有效。（4）安全 认证问题、授权问题、保密问题、入侵检测问题等。计算机网络2 网格计算简介2.7 与其它技术的对比 与网络技术比较 网格计算需要网络技术的支持，一切网格技术的成果都可以
32、为网格计算服务，但网络计算在性能、速度、安全等方面的新要求仅仅靠网络技术是无法解决的。 与分布式技术比较 分布式计算强调为用户提供一个逻辑或虚拟的集成环境，网格计算强调资源共享和不同资源之间的互操作性。 与中间件技术比较 中间件技术是网格计算计算的核心技术之一，各种中间件技术和成果都可以为网格计算所使用。 与超级计算比较 超级计算是网格计算的计算能力的提供者，传统的超级计算技术则强调如何提供特定系统本身的计算速度和性能，较少考虑如何与其它系统的协作，网格计算更强调如何实现超级计算能力的共享和网络化，充分协调和共享不同计算系统的计算能力。计算机网络3 网格计算的理论研究进展3.1 网格计算模型的
33、发展过程3.2 网格计算系统体系结构3.3 网格计算平台计算机网络3.1 网格计算模型的发展过程User Interface / APIResourceDiscovery（RD）ProcessManagement（PM）AuthenticationAuthorizationAccounting（3A）MessagePassing（MP）DataManagement（DM）Operating SystemStorageCompute 单一系统模型（Single System Model）计算机网络3.1 网格计算模型的发展过程RD PM3ADMMPOperating SystemStorage
34、ComputeCluster DRMRD PM3ADMMPOperating SystemStorage ComputeCluster DRMRD PM3ADMMPOperating SystemStorage ComputeCluster DRMRD PM3ADMMPOperating SystemStorage ComputeCluster DRMRD PM3ADMMPUser Interface/APICluster DRMCluster NodeCluster NodeCluster NodeCluster NodeHigh SpeedInterconnectMaster NodeSh
35、aredStorageConfigurationManagement 集群模型（Cluster Model）计算机网络3.1 网格计算模型的发展过程 集群模型（Cluster Model） 分布资源管理器（ DRM，Distributed Resource Manager）负责工作调度 紧耦合高速、低时延网络互连 本地共享存储器吞吐率高 同构性 单一管理域 利用传统机制管理用户帐号计算机网络3.1 网格计算模型的发展过程RD PMAADMMPOperating SystemStorage ComputeCluster InterfaceRD PMAADMMPOperating SystemSt
36、orage ComputeCluster InterfaceRD PMAADMMPOperating SystemStorage ComputeCluster InterfaceRD PM3ADMMPOperating SystemStorage ComputeGrid InterfaceRD PM3ADMMPOperating SystemStorage ComputeGrid InterfaceRD PM3ADMMPUser Interface/APIGrid InterfaceSMPSMPEnterpriseLAN or WANSecurityInfrastructureResource
37、RegistryGrid InterfaceCluster DRMRD PMAADMMPOperating SystemStorage ComputeCluster InterfaceRD PMAADMMPOperating SystemStorage ComputeCluster InterfaceRD PMAADMMPOperating SystemStorage ComputeCluster InterfaceGrid InterfaceCluster DRMRD PM3ADMMPRD PM3ADMMP企业网格模型（Enterprise Grid Model）计算机网络3.1 网格计算模
38、型的发展过程 企业网格模型（Enterprise Grid Model） 异构性 集群（Clusters）, 对称多处理（SMP）, 配置不同的工作站, 但它们通过一个网格中间件层联系起来 轻耦合 100 or 1000Mbps以太网连接 引入一个单一资源注册和网格安全服务 不须单一管理域计算机网络3.1 网格计算模型的发展过程GridWANRRSIClusterGridSMPGridSMPGridClusterUI/APIGridLANGridRRSISMPGridSMPGridSMPGridClusterClusterRRSIClusterSMPGridClusterGridGridGri
39、dLANSite ASite BSite CUI/APIGridUI/APIGridLAN全球网格模型（Global Grid Model）计算机网络3.1 网格计算模型的发展过程 全球网格模型（Global Grid Model） “Grid of Grids“ 企业网格的集合 站点（ sites ）之间进行松耦合 相互不信任管理域 多层网格资源注册和网格安全服务计算机网络3.2 网格计算系统体系结构3.2.1 沙漏结构（hourglass model）3.2.2 开放网格服务结构（ OGSA ，Open Grid Services Architecture ）计算机网络3.2.1 沙漏结构
40、Foster等在2001年左右提出沙漏结构，沙漏结构以“协议”为中心，同时十分强调服务与API和SDK的重要性。3.2.1.1 沙漏结构的几个基本概念共享对各种资源的直接访问互操作共享需要互操作，动态虚拟组织的有利保证协议实现互操作服务抽象掉与资源相关地细节，有利于虚拟组织应用的开发API/SDK加速代码开发，实现代码共享，以及增强应用的移植性计算机网络3.2.1 沙漏结构3.2.1.2 沙漏结构分为五层：应用层应用层汇聚层资源层连接层构造层传输层网络层链接层网格Internet计算机网络3.2.1 沙漏结构（1）构造层：局部控制的界面 网络构造层的基本功能就是控制局部的资源，向上提供访问这些
41、资源的接口。构造层资源是非常广泛的，可以是计算资源，存储系统，目录，网络资源以及传感器（sensor）等等 。 构造层应该实现的基本功能包括：查询机制（发现资源的结构和状态等信息）、控制服务质量的资源管理能力等。（2）连接层：支持便利安全的通信 连接层的基本功能就是实现相互的通信。它定义了核心的通信和认证协议，通信协议允许在构造层资源之间交换数据，要求包括传输、路由、命名等功能。 计算机网络3.2.1 沙漏结构（3）资源层：共享单一资源 资源层的主要功能就是实现对单个资源的共享。资源层建立在连接层的通信和认证协议之上，定义的协议包括安全初始化、监视、控制单个资源的共享操作、审计以及付费等。值得
42、注意的是，资源层协议考虑的完全是单个的局部资源，因此忽略了全局状态和跨越分布资源集合的原子操作（这些问题是由汇聚层考虑的）。（4）汇聚层：协调各种资源 汇聚层的主要功能是协调“多种”资源的共享，而资源层的主要功能则是与“单个”资源的交互。汇聚层协议与服务（包括API/SDK）描述的是资源的共性，并不涉及资源的具体特征，说明不同资源集合之间是如何相互作用的。由于汇聚层建立在资源和连接层形成的协议瓶颈之上，因此不需要在资源上强加其它新的要求。 计算机网络3.2.1 沙漏结构（5）应用层 应用层是在虚拟组织环境中存在的。从应用程序员的观点看网格结构，应用是根据在任一层次上定义的服务来构造的。在每一层
43、，都定义了协议，以提供对相关服务的访问，这些服务包括资源管理、数据存取、资源发现等。在每一层，可以将API定义为与执行特定活动的服务交换协议信息的具体实现。这里的应用可以调用更高级的框架和库调用。这些框架自身可以定义协议、服务和API，这里只是提出网格中要求的基本服务与协议。计算机网络3.2.1 沙漏结构各种全球服务核心服务本地操作系统应用 应用层工具与应用汇集层资源与连接层各种资源比如计算机，存储介质，网络，传感器等构造层资源与服务的安全访问目录代理诊断与监控等计算机网络3.2.1 沙漏结构3.2.1.3 每层提供的协议、服务与APIsLanguages/FrameworksFabric L
44、ayerApplicationsLocal Access APIs and ProtocolsCollective Service APIs and SDKsCollective ServicesCollective Service ProtocolsResource APIs and SDKsResource ServicesResource Service ProtocolsConnectivity APIsConnectivity Protocols计算机网络3.2.2 开放网格服务结构（ OGSA ） 现在网格技术，尤其是GlobusToolkit正朝着OGSA的方向发展，OGSA可以
45、使虚拟组织通过不同的方式提供各种服务。基于来自于Grid和WEB service的概念和技术，OGSA定义了一个公开的服务语义（网格服务），定义了如何创建，命名，和发现瞬时网格服务实例； 提供了捆绑在网格服务上的本地透明性（transparency）和交互协议；并且支持集成到（intergration with）本地平台设施。 根据网络服务描述语言（Web Services Description Language, WSDL）接口以及相关协议,OGSA定义了建立和组成复杂的分布系统的机制，包括lifetime管理，change管理，以及通知（notification）。服务绑定可以支持可靠的
46、请求（invocation），证明(authentication)，授权(authorization)以及委托(delegation)。 计算机网络3.2.2 开放网格服务结构（ OGSA ）3.2.2.1 基本思想 （1）以服务为中心的模型 如果说五层沙漏结构是以协议为中心的“协议结构”，则OGSA就是以服务为中心的“服务结构”。 这里的服务是指具有特定功能的网络化实体。在五层沙漏结构中，强调的是被共享的物理资源（或者是这些资源所支持的服务），在OGSA中，服务所指的概念更广，包括各种计算资源、存储资源、网络、程序、数据库等等，简而言之，一切都是服务。五层模型试图实现的是对资源的共享，而在O
47、GSA中，实现的将是对服务的共享。从资源到服务，这种抽象，将资源、信息、数据等统一起来，十分有利于灵活的、一致的、动态的共享机制的实现，使得分布式系统管理有了标准的接口和行为。 OGSA对计算和存储资源，网络，程序，数据库等等采用了通用的表示方法，所有的一切都作为服务有网络连接的实体都可以通过信息的交换来提供他所能做到的事情。我们不用对象这个词是因为对象的重载，以及OGSA并不是面相对象的。尽管OGSA是运行在物理资源上的，但是采用面向服务的制式模型使周围环境中的所有资源和设备都变成虚拟的了。 计算机网络3.2.2 开放网格服务结构（ OGSA ） 为了使服务的思想更加明确和具体，OGSA定义
48、了网格服务（grid service）- 一个提供定义好的接口的Web service，并且接口还都服从一定的协定。接口服务包括发现，动态服务的建立，生存期的管理，通告，可操控性；协定包括命名和升级。网格服务也包括授权和并存控制。这一核心设定了一致的接口，这样网格服务的执行，hierarchal建立的简化，高要求的服务就都可以从不同的抽象层面上统一起来了。 就像如下图中所展示的，一组定义了不同服务的接口构成了WDSL的接口类型。每个网格服务都得支持网格服务接口，另外，OGSA还定义了通知和实例创建的接口，当然，用户也可以定义任意的应用接口。网格服务的服务类型，WDSL的外延部分，定义了网格服务
49、所支持的接口类型，这和版本类型有关。 计算机网络3.2.2 开放网格服务结构（ OGSA ）网格服务示意图网格服务示意图 计算机网络3.2.2 开放网格服务结构（ OGSA ）（2）统一的Web Service框架 Web Service的定义是这样的：一个Web Service就是一个可以被URI识别的软件应用，它的接口和绑定可以被XML（eXtensible Markup Language）描述与发现，并且可以通过基于Internet的协议直接支持与其它基于XML消息的软件应用的交互。 Web Service标准正在W3C内部以及其它的标准内部被定义，他们形成了新的主要工业提议的基础，比如
50、Microsoft的.NET，IBM的Dynamic eBusiness，Sun的Sun One，三个与网格服务有关的标准分别是：SOAP（Simple Object Access Protocol），WSDL（Web Services Description Language）和UDDI（Universal Description Discovery and Integration）。 Web Service描述了一种新出现的、重要的分布式计算范式，和DCE、CORBA、JAVA RMI等方法不同，它更强调基于单个INTERNET标准（XML）来解决异构分布计算的问题。 OGSA是符合标准的
