網路技術

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網格技術(Grid Technology)

　　網路技術是指採取一定的通信協議,將分佈在不同地點上的多個獨立電腦系統,通過互聯通道(即通信線路)連接在一起,從而實現數據和服務共用的電腦技術,是現代電腦技術與通信技術相結合的產物。

　　網路技術是從1990年代中期發展起來的新技術，它把互聯網上分散的資源融為有機整體，實現資源的全面共用和有機協作，使人們能夠透明地使用資源的整體能力並按需獲取信息。資源包括高性能電腦、存儲資源、數據資源、信息資源、知識資源、專家資源、大型資料庫、網路、感測器等。

　　當前的互聯網只限於信息共用，網路則被認為是互聯網發展的第三階段。網路可以構造地區性的網路、企事業內部網路、區域網網路，甚至家庭網路和個人網路。網路的根本特征並不一定是它的規模，而是資源共用，消除資源孤島。

　　網路技術具有很大的應用潛力，能同時調動數百萬台電腦完成某一個計算任務，能彙集數千科學家之力共同完成同一項科學試驗，還可以讓分佈在各地的人們在虛擬環境中實現面對面交流。

　　網路研究起源於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台高性能電腦、大型資料庫、大型的科研設備、通信設備、可視化設備和各種感測器等整合成一個巨大的超級電腦系統，以支持科學計算和科學研究。

　　微軟公司把開發力量集中在數據網路上，關註使用網路共用信息，而不是網路的計算能力，這反映了學術和研究領域內的分歧。事實上，很多用於學術領域的網路技術都能夠成為商業應用。

　　Globus是美國阿貢（Argonne）國家實驗室的網路技術研發項目，全美12所大學和研究機構參與了該項目。Globus對資源管理、安全、信息服務及數據管理等網路計算的關鍵理論進行研究，開發能在各種平臺上運行的網路計算工具軟體，幫助規劃和組建大型的網路試驗平臺，開發適合大型網路系統運行的大型應用程式。目前，Globus技術已在美國航天局網路、歐洲數據網路、美國國家技術網路等 8個項目中得到應用。2005年8月，美國國際商用機器公司（IBM）宣佈投入數十億美元研髮網絡計算，與Globus合作開發開放的網路計算標準，並宣稱網路的價值不僅僅限於科學計算，商業應用也有很好的前景。網路計算和Globus從開始幕後走到前臺，受到前所未有的關註。

　　中國非常重視發展網路技術，由863計劃“高性能電腦及其核心軟體”重大專項支持建設的中國國家網路項目在高性能電腦、網路軟體、網路環境和應用等方面取得了創新性成果。具有18萬億次聚合計算能力、支持網路研究和網路應用的網路試驗床——中國國家網路，已於2005年12月21日正式開通運行。這意味著通過網路技術，中國已能有效整合全國範圍內大型電腦的計算資源，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計算資源共用、數據共用和協同合作。

　　網路的關鍵技術有網路結點、寬頻網路系統、資源管理和任務調度工具、應用層的可視化工具。網路結點是網路計算資源的提供者，包括高端伺服器、集群系統、MPP系統大型存儲設備、資料庫等。寬頻網路系統是在網路計算環境中，提供高性能通信的必要手段。資源管理和任務調度工具用來解決資源的描述、組織和管理等關鍵問題。任務調度工具根據當前系統的負載情況，對系統內的任務進行動態調度，提高系統的運行效率。網路計算主要是科學計算，它往往伴隨著海量數據。如果把計算結果轉換成直觀的圖形信息，就能幫助研究人員擺脫理解數據的困難。這需要開發能在網路計算中傳輸和讀取，並提供友好用戶界面的可視化工具。

　　網路計算通常著眼於大型應用項目，按照Globus技術，大型應用項目應由許多組織協同完成，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用，協同完成項目。對於共用而言，有價值的不是設備本身而是實體的介面或界面。

　　從技術角度看，共用是資源或實體間的互操作。Globus技術設定，網路環境下的互操作意味著需要開發一套通用協議，用於描述消息的格式和消息交換的規則。在協議之上則需要開發一系列服務，這與建立在TCP/IP（傳輸控制協議/網際協議）上的萬維網服務原理相同。在服務中先定義應用編程介面，基於這些介面再構建軟體開發工具。

　　Globus網路計算協議建立在網際協議之上，以網際協議中的通信、路由、名字解析等功能為基礎。Globus協議分為構造層、連接層、資源層、彙集層和應用層五層。每層都有各自的服務、應用編程介面和軟體開發工具、上層協議調用下層協議的服務。網路內的全局應用都需通過協議提供的服務調用操作系統。

　　構造層功能是向上提供網路中可供共用的資源，是物理或邏輯實體。常用的共用資源包括處理能力、存儲系統、目錄、網路資源、分散式文件系統、分散式計算機池、電腦集群等。連接層是網路中網路事務處理通信與授權控制的核心協議。構造層提交的各資源間的數據交換都在這一層控制下實現的。各資源間的授權驗證、安全控制也在此實現。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、監測資源運行狀況、統計與付費有關的資源使用數據。彙集層的作用是將資源層提交的受控資源彙集在一起，供虛擬組織的應用程式共用、調用。為了對來自應用的共用進行管理和控制，彙集層提供目錄服務、資源分配、日程安排、資源代理、資源監測診斷、網路啟動、負荷控制、賬戶管理等多種功能。應用層是網路上用戶的應用程式，它先通過各層的應用編程介面調用相應的服務，再通過服務調用網路上的資源來完成任務。應用程式的開發涉及大量庫函數。為便於網路應用程式的開發，需要構建支持網路計算的庫函數。

　　目前，Globus體繫結構已為一些大型網路所採用。研究人員已經在天氣預報、高能物理實驗、航空器研究等領域開發了一些基於Globus網路計算的應用程式。雖然這些應用仍屬試驗性質，但它證明瞭網路計算可以完成不少超級電腦難以勝任的大型應用任務。可以預見，網路技術將很快掀起下一波互聯網浪潮。面對即將到來的第三代互聯網應用，很多發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。

　　中國也加強了網路方面的投入。中科院計算所為自己的網路起名為“織女星網路”（Vega Grid），目標是具有大規模數據處理、高性能計算、資源共用和提高資源利用率的能力。與國內外其他網路研究項目相比，織女星網路的最大特點是“服務網路 ”。中國許多行業，如能源、交通、氣象、水利、農林、教育、環保等對高性能計算網路即信息網路的需求非常巨大。預計在最近兩三年內，就能看到更多的網路技術應用實例。

　　網路技術的應用領域很廣，主要有以下幾方面。

　　分散式超級計算 分散式超級計算將分佈在不同地點的超級電腦用高速網路連接起來，並用網路中間件軟體“粘合”起來，形成比單台超級電腦強大得多的計算平臺。

　　分散式儀器系統 分散式儀器系統使用網路管理分佈在各地的貴重儀器系統，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。

　　數據密集型計算並行計算技術往往是由一些計算密集型應用推動的，特別是一些帶有巨大挑戰性質的應用，大大促進了對高性能並行體繫結構、編程環境、大規模可視化等領域的研究。數據密集型計算的應用比計算密集型的應用多得多，它對應的數據網路更側重於數據的存儲、傳輸和處理，計算網路則更側重於計算能力的提高。在這個領域獨占鰲頭的項目是歐洲核子中心開展的數據網路（DataGrid）項目，其目標是處理2005年建成的大型強子對撞機源源不斷產生的PB/s量級實驗數據。

　　遠程沉浸這是一種特殊的網路化虛擬現實環境。它是對現實或歷史的逼真反映，對高性能計算結果或資料庫可視化。“沉浸”是指人可以完全融入其中：各地的參與者通過網路聚集在同一個虛擬空間里，既可以隨意漫游，又可以相互溝通，還可以與虛擬環境交互，使之發生改變。目前，已經開發出幾十個遠程沉浸應用，包括虛擬歷史博物館、協同學習環境等。遠程沉浸可以廣泛應用於互動式科學可視化、教育、訓練、藝術、娛樂、工業設計、信息可視化等許多領域。

　　信息集成網路最初是以集成異構計算平臺的身份出現，接著進入分散式海量數據處理領域。信息網路通過統一的信息交換架構和大量的中間件，向用戶提供“信息隨手可得” 式的服務。網路信息集成將更多應用在商業上，分佈在世界各地的應用程式和各種信息通過網路能進行無縫融合和溝通，從而形成嶄新的商業機會。

　　信息集成如信息網路、服務網路、知識網路等，是近幾年網路流行起來的應用方向。2002 年，Globus聯盟和IBM在全球網路論壇上發佈了開放性網路服務架構及其詳細規範，把Globus標準與支持商用的萬維網服務標準結合起來。2004 年，Globus聯盟、IBM和惠普（HP）等又聯合發佈了新的網路標準草案，把開放性網路服務架構詳細規範I轉換成6個用於擴展萬維網服務的規範，網路服務已與萬維網服務徹底融為一體，標志著網路商用化時代的來臨。

　　網路技術的發展，標準是關鍵。就像TCP/IP協議是網際網路的核心一樣，構建網路計算也需要對核心——標準協議和服務進行定義。目前，一些標準化團體正在積極行動。迄今為止，網路計算雖還沒有正式的標準，但在核心技術上，相關機構與企業已達成一致，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的Globus 計算工具軟體已成為網路計算實際的標準，已有12家著名電腦和軟體廠商宣佈將採用Globus 計算工具軟體。作為一種開放架構和開放標準基礎設施，Globus 計算工具軟體提供了構建網路應用所需的很多基本服務，如安全、資源發現、資源管理、數據訪問等。目前所有重大的網路項目都是基於Globus 計算工具軟體提供的協議與服務的。

　　除了標準以外，安全和可管理性、人才的缺乏也是網路計算亟待解決的一個問題，否則它將無法成為企業的商業架構。在真正實現商業應用之前，還需要解決許多問題。即便如此，構建全球網路的前景仍是無法抗拒的。

　　迅猛發展的網路技術造就網路經濟時代。網路經濟的實質是利用網路技術促進經濟和教育社會的發展。這也是科學技術是第一生產力的又一個註解。網路技術一方面能推動現有制度的變革；另一方面，也能實現制度的創新。網路技術對經濟活動基本功能主要是：

　　一是網上交易可以大幅度地降低經濟活動成本。從三個方面實現：一方面它可以降低企業間的交易成本。與傳統的交易方式相比，網上交易的成本至少比原來減少 50％。第二方面是減少企業的信息成本。網路上的信息具有互動性、公開、免費的特點，企業利用這一特點可以自由地發佈自己的相關信息，並搜集自己所需要信息。這就可以大幅度地減少企業用於信息發佈和搜集、處理等方面的費用，減少企業在信息處理方面的重覆投資。第三方面是可以降低企業內部的經營成本，減少企業內部的決策環節，節約甚至於省略企業用於採購和推銷的費用。

　　 二是網上交易具有價格發現的功能。不僅僅因為網上交易供需雙方的信息是充分的，還因為網路技術可把多家供方和需方同時集合在一起，形成集合競價的局面，從而發現一個市場能夠接受的價格。

　　 三是網上交易具有風險規避功能。網路的虛擬性質使其不僅具有現實交易的功能，還具有預約交易的功能，並能把實物交易和合同交易結合起來，把交易和投資結合起來。網路經濟的興起已經對現代企業的研發、生產、經營和管理的各個環節產生了重大的影響。

　　進入網路時代，人們正由穩定的商品供應壟斷者主宰的經濟轉變為臨時的商品供應壟斷者主宰的經濟，大批量製造和大批量銷售正在讓位於大批量定製。因此，網路經濟時代市場競爭的焦點不再集中於誰的科技更優良，誰的規模更強大，誰的資本最雄厚，而是要看誰最先發現最終消費者，並能最先滿足最終消費者的需求。誰最先順利地為消費者提供了其所需的商品或服務，誰就是成功者。這裡並不是說企業可以忽視發展科技，而是要把技術研發滿足消費者的需求才是目的。

　　以網路化為基礎的電子商務將極大地改變傳統的企業經營方式，擺脫常規的交易模式和市場局限。這不僅要求交易雙方和服務部門的商業信用和支付的銀行信用高度成熟，而且要求保險機構、金融機構、供應商和客戶在電子網路交易系統中的高度整合與兼容，使網上市場成為交易參與者密切關聯和利益攸關的集合體，從而改變了傳統企業的經營方式和參與者之間的關係。

　　信息技術與信息系統將會使企業內部機制和管理進一步電子化、信息化，促進企業經營管理技術的變革。基於信息和網路技術的一系列企業內部管理方法和手段不斷開發出來，使企業的內部機制和管理更為高效、協調和及時。通過網際網路實現企業內部的信息溝通，形成內部的高度整合是企業信息化的第一步。第二步是上網尋找客戶、擴大新的銷售渠道，形成新的管理職能。第三步是對價值鏈或供應鏈進行全面整合，實現電子化管理的高效運作，使企業內部機制和管理髮生實質性變化。最後是通過網上銷售擴大相關的服務範圍，使企業的經營管理進一步完善。

　　 網路經濟使企業經營管理的手段得以創新，從而使管理具有更高的效率。運用信息化、網路化手段能夠提高企業的組織效率，使減少管理層次和管理職能部門成為企業改革與調整組織結構的新時尚。

　　隨著信息技術的飛速發展，網路經濟還會繼續展示其巨大的變革力量。這也意味著企業運行方式和管理方式有著無限的創新空間。發展網路經濟已不單純是一個電子信息技術的運用或是商務模式的選擇問題，而是適應和順應國際潮流，在融入全球經濟發展中不斷增強競爭力的戰略性選擇