關(guān)于網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展歷程

1、關(guān)于網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展歷程網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展歷程：網(wǎng)絡技術(shù)是從 1990 年代中期發(fā)展起來的新技術(shù)，它把互聯(lián)網(wǎng)上分散的資源融為有機 整體，實現(xiàn)資源的全面共享和有機協(xié)作，使人們能夠透明地使用資源的整體能力并按需獲 取信息。資源包括高性能計算機、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識資源、專家資源、大型數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡、傳感器等。當前的互聯(lián)網(wǎng)只限于信息共享，網(wǎng)絡則被認為是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的第三階段。網(wǎng)絡可以構(gòu) 造地區(qū)性的網(wǎng)絡、企事業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡、局域網(wǎng)網(wǎng)絡，甚至家庭網(wǎng)絡和個人網(wǎng)絡。網(wǎng)絡的根本 特征并不一定是它的規(guī)模，而是資源共享，消除資源孤島。網(wǎng)絡技術(shù)具有很大的應用潛力，能同時調(diào)動數(shù)白萬臺計算機完成某一個計算任務，能 匯集數(shù)千

2、科學家之力共同完成同一項科學試驗，還可以讓分布在各地的人們在虛擬環(huán)境中 實現(xiàn)面對面交流。網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展歷程網(wǎng)絡研究起源于過去十年美國政府資助的高性能計算科研項目。這項研究的目標是將 跨地域的多臺高性能計算機、大型數(shù)據(jù)庫、大型的科研設備、通信設備、可視化設備和各 種傳感器等整合成一個巨大的超級計算機系統(tǒng)，以支持科學計算和科學研究。微軟公司把開發(fā)力量集中在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡上，關(guān)注使用網(wǎng)絡共享信息，而不是網(wǎng)絡的計算 能力，這反映了學術(shù)和研究領(lǐng)域內(nèi)的分歧。事實上，很多用于學術(shù)領(lǐng)域的網(wǎng)絡技術(shù)都能夠 成為商業(yè)應用。Globus 是美國阿貢 Argonne 國家實驗室的網(wǎng)絡技術(shù)研發(fā)項目，全美 12 所大學和研究 機

3、構(gòu)參與了該項目。Globus 對資源管理、安全、信息服務及數(shù)據(jù)管理等網(wǎng)絡計算的關(guān)鍵理 論進行研究，開發(fā)能在各種平臺上運行的網(wǎng)絡計算工具軟件，幫助規(guī)劃和組建大型的網(wǎng)絡 試驗半臺，開發(fā)適合大型網(wǎng)絡系統(tǒng)運行的大型應用程序。目前，Globus 技術(shù)己在美國航夭 局網(wǎng)絡、歐洲數(shù)據(jù)網(wǎng)絡、美國國家技術(shù)網(wǎng)絡等 8 個項目中得到應用。2021 年 8 月，美國國 際商用機器公司 IBM 宣布投入數(shù)十億美元研發(fā)網(wǎng)絡計算，與 Globus 合作開發(fā)開放的網(wǎng)絡 計算標準，并宣稱網(wǎng)絡的價值不僅僅限丁科學計算，商業(yè)應用也有很好的前景。網(wǎng)絡計算 和 Globus 從開始幕后走到前臺，受到前所未有的關(guān)注。中國非常重視發(fā)展網(wǎng)絡

4、技術(shù)，由 863 計劃“高性能計算機及其核心軟件”重大專項支 持建設的中國國家網(wǎng)絡項目在髙性能計算機、網(wǎng)絡軟件、網(wǎng)絡環(huán)境和應用等方面取得了創(chuàng) 新性成果。具有 18萬億次聚合計算能力、支持網(wǎng)絡研究和網(wǎng)絡應用的網(wǎng)絡試驗床一一中 國國家網(wǎng)絡，已于 2021 年 12月 21 日正式開通運行。這意味著通過網(wǎng)絡技術(shù)，中國已能 有效整合全國范圍內(nèi)大型計算機的計算資源，形成一個強大的計算平臺，幫助科研單位和 科技工作者等實現(xiàn)計算資源共享、數(shù)據(jù)共享和協(xié)同合作。網(wǎng)絡的關(guān)鍵技術(shù)網(wǎng)絡的關(guān)鍵技術(shù)有網(wǎng)絡結(jié)點、寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)、資源管理和任務調(diào)度工具、應用層的可 視化工具。網(wǎng)絡結(jié)點是網(wǎng)絡計算資源的提供者，包括高端服務器、集群

5、系統(tǒng)、HPP 系統(tǒng)大 型存儲設備、數(shù)據(jù)庫等。寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)是在網(wǎng)絡計算環(huán)境中，提供高性能通信的必要手段。資源管理和任務調(diào)度工具用來解決資源的描述、組織和管理等關(guān)鍵問題。任務調(diào)度工具根 據(jù)當前系統(tǒng)的負載情況，對系統(tǒng)內(nèi)的任務進行動態(tài)調(diào)度，提高系統(tǒng)的運行效率。網(wǎng)絡計算 主要是科學計算，它往往伴隨著海量數(shù)據(jù)。如果把計算結(jié)果轉(zhuǎn)換成直觀的圖形信息，就能 幫助研?a href 二/ target 二_blank咳嗽卑諭牙斫餒？驍睦?選 U 冼樺?20.茉諭?純撲聞 寫?浜投寥。孑射丁押糜沒 H 維嫻目墻踴?藝摺?/p網(wǎng)絡技術(shù)的研究現(xiàn)狀網(wǎng)絡計算通常著眼丁大型應用項目，按照 Globus 技術(shù)，大型應用項目應由許

6、多組織 協(xié)同完成，它們形成一個“虛擬組織”，各組織擁有的計算資源在虛擬組織里共享，協(xié)同 完成項目。對于共享而言，有價值的不是設備本身而是實體的接口或界面。從技術(shù)角度看，共享是資源或?qū)嶓w間的互操作。Globus 技術(shù)設定，網(wǎng)絡環(huán)境下的互操 作意味著需要開發(fā)一套通用協(xié)議，用于描述消息的格式和消息交換的規(guī)則。在協(xié)議之上則 需要開發(fā)一系列服務，這與建立在 TCP/IP 傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議上的萬維網(wǎng)服務原理相 同。在服務中先定義應用編程接口，基于這些接口再構(gòu)建軟件開發(fā)工具。Globus 網(wǎng)絡計算協(xié)議建立在網(wǎng)際協(xié)議之上，以網(wǎng)際協(xié)議中的通信、路由、名字解析等 功能為基礎。Globus 協(xié)議分為構(gòu)造層、連

7、接層、資源層、匯集層和應用層五層。每層都有 各口的服務、應用編程接口和軟件開發(fā)工具、上層協(xié)議調(diào)用下層協(xié)議的服務。網(wǎng)絡內(nèi)的全 局應用都需通過協(xié)議提供的服務調(diào)用操作系統(tǒng)。構(gòu)造層功能是向上提供網(wǎng)絡中可供共享的資源，是物理或邏輯實體。常用的共享資源 包括處理能力、存儲系統(tǒng)、目錄、網(wǎng)絡資源、分布式文件系統(tǒng)、分布式計算機池、計算機 集群等。連接層是網(wǎng)絡中網(wǎng)絡事務處理通信與授權(quán)控制的核心協(xié)議。構(gòu)造層提交的各資源 間的數(shù)據(jù)交換都在這一層控制下實現(xiàn)的。各資源間的授權(quán)驗證、安全控制也在此實現(xiàn)。資 源層的作用是對單個資源實施控制，與可用資源進行安全握手、對資源做初始化、監(jiān)測資 源運行狀況、統(tǒng)計與付費有關(guān)的資源使用數(shù)

8、據(jù)。匯集層的作用是將資源層提交的受控資源 匯集在一起，供虛擬組織的應用程序共享、調(diào)用。為了對來口應用的共享進行管理和控制, 匯集層提供目錄服務、資源分配、日程安排、資源代理、資源監(jiān)測診斷、網(wǎng)絡啟動、負荷 控制、賬戶管理等多種功能。應用層是網(wǎng)絡上用戶的應用程序，它先通過各層的應用編程 接口調(diào)用相應的服務，再通過服務調(diào)用網(wǎng)絡上的資源來完成任務。應用程序的開發(fā)涉及大 量庫函數(shù)。為便于網(wǎng)絡應用程序的開發(fā)，需要構(gòu)建支持網(wǎng)絡計算的庫函數(shù)。目前，Globus 體系結(jié)構(gòu)已為一些大型網(wǎng)絡所釆用。研究人員已經(jīng)在天氣預報、高能物 理實驗、航空器研究等領(lǐng)域開發(fā)了一些基 T- Globus 網(wǎng)絡計算的應用程序。雖然這些

9、應用 仍屬試驗性質(zhì)，但它證明了網(wǎng)絡計算可以完成不少超級計算機難以勝任的大型應用任務?？梢灶A見，網(wǎng)絡技術(shù)將很快掀起下一波互聯(lián)網(wǎng)浪潮。面對即將到來的第三代互聯(lián)網(wǎng)應用，很多發(fā)達國家都投入了大量研究資金，希望能抓住機遇，掌握未來的命運。中國也加強了網(wǎng)絡方面的投入。 中科院計算所為口己的網(wǎng)絡起名為“織女星網(wǎng) 絡” Vega Grid,目標是具有大規(guī)模數(shù)據(jù)處理、高性能計算、資源共享和提高資源利用率 的能力。與國內(nèi)外其他網(wǎng)絡研究項目相比，織女星網(wǎng)絡的最大特點是“服務網(wǎng)絡”。中國 許多行業(yè)，如能源、交通、氣象、水利、農(nóng)林、教育、環(huán)保等對高性能計算網(wǎng)絡即信息網(wǎng) 絡的需求非常乜大。預計在最近兩三年內(nèi)，就能看到更多

10、的網(wǎng)絡技術(shù)應用實例。網(wǎng)絡技術(shù)的應用領(lǐng)域網(wǎng)絡技術(shù)的應用領(lǐng)域很廣，主要有以下幾方面。分布式超級計算分布式超級計算將分布在不同地點的超級計算機用高速網(wǎng)絡連接起 來，并用網(wǎng)絡中間件軟件“粘合”起來，形成比單臺超級計算機強大得多的計算平臺。分布式儀器系統(tǒng)分布式儀器系統(tǒng)使用網(wǎng)絡管理分布在各地的貴重儀器系統(tǒng)，提供遠 程訪問儀器設備的手段，提高儀器的利用率，方便用戶的使用。數(shù)據(jù)密集型計算并行計算技術(shù)往往是由一些計算密集型應用推動的，特別是一些帶 有大挑戰(zhàn)性質(zhì)的應用，大大促進了對高性能并行體系結(jié)構(gòu)、編程環(huán)境、大規(guī)?？梢暬?領(lǐng)域的研究。數(shù)據(jù)密集型計算的應用比計算密集型的應用多得多，它對應的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡更側(cè) 重于數(shù)據(jù)

11、的存儲、傳輸和處理，計算網(wǎng)絡則更側(cè)重于計算能力的提高。在這個領(lǐng)域獨占螫 頭的項目是歐洲核子中心開展的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡DataGrid 項目， 其目標是處理 2021 年建成的大 型強子對撞機源源不斷產(chǎn)生的 PB/s 量級實驗數(shù)據(jù)。遠程沉浸這是一種特殊的網(wǎng)絡化虛擬現(xiàn)實環(huán)境。它是對現(xiàn)實或歷史的逼真反映，對 高性能計算結(jié)果或數(shù)據(jù)庫可視化?！俺两笔侵溉丝梢酝耆谌肫渲校焊鞯氐膮⑴c者通過 網(wǎng)絡聚集在同一個虛擬空間里，既可以隨意漫游，乂可以相互溝通，還可以與虛擬環(huán)境交 互，使之發(fā)生改變。目前，已經(jīng)開發(fā)出兒十個遠程沉浸應用，包括虛擬歷史博物館、協(xié)同 學習環(huán)境等。遠程沉浸可以廣泛應用于交互式科學可視化、教育、訓練、

12、藝術(shù)、娛樂、工 業(yè)設計、信息可視化等許多領(lǐng)域。信息集成網(wǎng)絡最初是以集成異構(gòu)計算平臺的身份出現(xiàn)，接著進入分布式海量數(shù)據(jù)處 理領(lǐng)域。信息網(wǎng)絡通過統(tǒng)一的信息交換架構(gòu)和大量的中間件，向用戶提供“信息隨手可得” 式的服務。網(wǎng)絡信息集成將更多應用在商業(yè)上，分布在世界各地的應用程序和各種信息通 過網(wǎng)絡能進行無縫融合和溝通，從而形成嶄新的商業(yè)機會。信息集成如信息網(wǎng)絡、服務網(wǎng)絡、知識網(wǎng)絡等，是近幾年網(wǎng)絡流行起來的應用方向。 2002 年，Globus 聯(lián)盟和 IBM 在全球網(wǎng)絡論壇上發(fā)布了開放性網(wǎng)絡服務架構(gòu)及其詳細規(guī)范， 把 Globus 標準與支持商用的萬維網(wǎng)服務標準結(jié)合起來。2021 年，Globus 聯(lián)盟

13、、IBM 和惠 普 HP 等乂聯(lián)合發(fā)布了新的網(wǎng)絡標準草案，把開放性網(wǎng)絡服務架構(gòu)詳細規(guī)范 I 轉(zhuǎn)換成 6 個 用于擴展萬維網(wǎng)服務的規(guī)范，網(wǎng)絡服務己與萬維網(wǎng)服務徹底融為一體，標志著網(wǎng)絡商用化 時代的來臨。網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，標準是關(guān)鍵。就像 TCP/IP 協(xié)議是因特網(wǎng)的核心一樣，構(gòu)建網(wǎng)絡計 算也需要對核心一一標準協(xié)議和服務進行定義。目前，一些標準化團體正在積極行動。迄 今為止，網(wǎng)絡計算雖還沒有正式的標準，但在核心技術(shù)上，相關(guān)機構(gòu)與企業(yè)已達成一致，由美國阿貢國家實驗室與南加州大學信息科學學院合作開發(fā)的 Globus 計算工具軟件已成 為網(wǎng)絡計算實際的標準，已有 12 家著名計算機和軟件廠商宣布將采用 Globus 計算工具軟 件。 作為一種開放架構(gòu)和開放標準基礎設施