網(wǎng)絡(luò)計算概述

1、新一代網(wǎng)絡(luò)計算與Web服務 概論2005/9/131主要內(nèi)容什么是網(wǎng)絡(luò)計算？為什么要研究網(wǎng)絡(luò)計算？網(wǎng)絡(luò)計算主要包含哪些內(nèi)容，彼此的異同？該課程的教學內(nèi)容、方法與考核方式相關(guān)參考資料2主要內(nèi)容什么是網(wǎng)絡(luò)計算？為什么要研究網(wǎng)絡(luò)計算？網(wǎng)絡(luò)計算主要包含哪些內(nèi)容，彼此的異同？該課程的教學內(nèi)容、方法與考核方式相關(guān)參考資料3什么是網(wǎng)絡(luò)計算“網(wǎng)絡(luò)計算”是把網(wǎng)絡(luò)連接起來的各種自治資源和系統(tǒng)組合起來，以實現(xiàn)資源共享、協(xié)同工作和聯(lián)合計算，為各種用戶提供基于網(wǎng)絡(luò)的各類綜合性服務。4資源的整合與利用全世界數(shù)以億計上網(wǎng)的計算機多數(shù)時間里被閑置或者利用率不高. 當今的PC機計算能力已達每秒數(shù) 千萬次,億次左右. 如果被利用

2、起來, 不僅是一筆巨 大的財富,而且人們用手機, 就可能調(diào)用每秒數(shù)百萬 億次的神奇的計算能力. 這種強大能力, 有效的利用率和方便的使用性是十分誘人.5主要內(nèi)容什么是網(wǎng)絡(luò)計算？為什么要研究網(wǎng)絡(luò)計算？網(wǎng)絡(luò)計算主要包含哪些內(nèi)容，彼此的異同？該課程的教學內(nèi)容、方法與考核方式相關(guān)參考資料6為什么研究網(wǎng)絡(luò)計算？技術(shù)發(fā)展的趨勢業(yè)界的需求行業(yè)的拉動7網(wǎng)絡(luò)計算的發(fā)展遵循四大定律Gilders Law 帶寬Metcalfes Law 內(nèi)容和用戶Moores Law 性能 Bells Law 價格良性循環(huán)8Original Food Chain Picture9MainframeVector Supercompu

3、terMPP (Multiple Parallel Processing )WorkstationPC1990s Computer Food ChainMini Computer(hitting wall soon)(future is bleak)10Computer Food Chain (Now and Future)11為什么研究網(wǎng)絡(luò)計算？技術(shù)發(fā)展的趨勢業(yè)界的需求行業(yè)的拉動12CAD/CAM對性能的需求生命科學數(shù)字生物學13遙感 天文學1415380多萬臺計算機參加，已投入百萬年CPU時間，平均每臺返回142.81個結(jié)果，已經(jīng)有547,488,318 個結(jié)果16軍事17GIG（Glob

4、al Information Grid）網(wǎng)格 網(wǎng)絡(luò)為中心的戰(zhàn)爭 信息制優(yōu)權(quán) 決策制優(yōu)權(quán)全面制勝美國正在把其軍事戰(zhàn)略架構(gòu)從C4ISR轉(zhuǎn)向GIG網(wǎng)格GIG 是美國作戰(zhàn)戰(zhàn)略的基礎(chǔ)18為什么研究網(wǎng)絡(luò)計算？技術(shù)發(fā)展的趨勢業(yè)界的需求行業(yè)的拉動19美國福布斯雜志的科技版Forbes ASAP2001年9月10日發(fā)表一組文章，預測信息技術(shù)的下一波大浪潮將在2004、2005年度出現(xiàn)，這一波浪潮的本質(zhì)特征就是萬維網(wǎng)（World Wide Web）升華為網(wǎng)格（Great Global Grid），2020年，由此產(chǎn)生的互聯(lián)網(wǎng)將成長為一個20萬億美元產(chǎn)值的大產(chǎn)業(yè)。 行業(yè)的拉動202002年2月下旬，和Web服務的積

5、極參與者一樣，IBM、Microsoft、SUN等著名公司在多倫多舉辦了全球網(wǎng)格論壇（Global Grid Forum），為此奠定了網(wǎng)格進入商業(yè)計算的基礎(chǔ)，而且有將Grid和Web服務融合的趨勢。 行業(yè)的拉動21主要內(nèi)容什么是網(wǎng)絡(luò)計算？為什么要研究網(wǎng)絡(luò)計算？網(wǎng)絡(luò)計算主要包含哪些內(nèi)容，彼此的異同？該課程的教學內(nèi)容、方法與考核方式相關(guān)參考資料22網(wǎng)絡(luò)計算的主要內(nèi)容人們把企業(yè)計算(Enterprise Computing)、網(wǎng)格計算(Grid Computing)、對等計算(Peer-To-Peer)和普及計算(Pervasive Computing)歸類為網(wǎng)絡(luò)計算。23企業(yè)計算 企業(yè)計算是“以實

6、現(xiàn)大型組織內(nèi)部和組織之間的信息共享和協(xié)同工作為主要需求而形成的網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)”.其核心是Client/Server計算模型和相關(guān)的中間件技術(shù)。 24企業(yè)計算發(fā)展歷程（1）早在20世紀80年代，人們就提出在互連的計算機硬件上部署新型的分布式操作系統(tǒng)，全面徹底地管理整個系統(tǒng)，給用戶單一的系統(tǒng)視圖。盡管這一努力產(chǎn)生了許多技術(shù)成果和實驗系統(tǒng)，但一直沒有形成可用的產(chǎn)品，人們直覺地感到在不斷擴展的局部自治異構(gòu)系統(tǒng)上實現(xiàn)資源的集中管理幾乎是不可能的，于是開始采用中間件平臺技術(shù)，以屏蔽系統(tǒng)的異構(gòu)性，支持局部自治系統(tǒng)的信息交互和協(xié)同。 經(jīng)過十幾年的發(fā)展，中間件取得了令人矚目的發(fā)展，出現(xiàn)了遠程數(shù)據(jù)庫訪問、遠程過程調(diào)

7、用、消息傳遞、交易管理等各類中間件。 25企業(yè)計算發(fā)展歷程（2）20世紀90年代末，面向?qū)ο蟮闹虚g件技術(shù)成為中間件平臺的主流技術(shù)，出現(xiàn)了以Sun公司的EJB/J2EE、Microsoft的COM/DNA和OMG的CORBA/OMA為代表的三個技術(shù)分支。 其研究熱點是建立標準化的對象請求代理，屏蔽網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下計算平臺、操作系統(tǒng)、編程語言、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的異構(gòu)性和復雜性，使分布在網(wǎng)絡(luò)上的應用系統(tǒng)能夠協(xié)同工作，為網(wǎng)絡(luò)應用提供通用的高級網(wǎng)絡(luò)管理服務以及與應用領(lǐng)域相關(guān)的增值服務。 26企業(yè)計算發(fā)展歷程（3）進入新世紀，隨著電子商務需求的發(fā)展，企業(yè)計算面臨企業(yè)間的信息共享和協(xié)同工作問題，面向Web的企業(yè)計算解決方

8、案成為熱點，為此W3C提出了Web Service技術(shù)體系，Microsoft推出了.Net技術(shù)，Sun推出SUN ONE架構(gòu)，企業(yè)計算技術(shù)全面進入Internet時代。 27什么是Web Service定義一：Web Service是自包含的、模塊化的應用程序，它可以在網(wǎng)絡(luò)（通常為Web）中被描述、發(fā)布、查詢以及調(diào)用。定義二：Web Service是基于網(wǎng)絡(luò)的、分布式的模塊化組件，它執(zhí)行特定的任務，遵守具體的技術(shù)規(guī)范，這些規(guī)范使得Web Service能與其他兼容的組件進行互操作。定義三：所謂Web服務，它是指由企業(yè)發(fā)布的完成其特別商務需求的在線應用服務，其他公司或應用軟件能夠通過Inter

9、net來訪問并使用這項應用服務。（UDDI規(guī)范2.0） 28什么是Web Service解釋：1、采用開放的標準通用標準來描述（WSDL，XML）2、發(fā)現(xiàn)和調(diào)用：XML over HTTP 和 SOAP, WSDL, UDDI3、工作模式：Server（服務）-Client（程序）SOAP：Simple Object Access Protocol, 簡單對象訪問協(xié)議WSDL：Web Service Discription Language, Web服務描述語言UDDI： Universal Description, Discovery, and Integration, 統(tǒng)一描述，發(fā)現(xiàn)和集成

10、29什么是Web Service一個簡單的Web Service的訪問流程30Web Service Standards StackTransport Layer:HTTP, SMTP, FTPXML Messaging Layer:Simple Object Access Protocol (SOAP)Service Description Layer:Web Service Description Language (WSDL)Publication and Discovery:Universal Description Discovery and Integration (UDDI)We

11、b Services Composition:Business Process Execution Language for Web Services (BPEL4WS), XLANG, Web Services Flow Language31什么是Web Service傳統(tǒng)的Web應用及存在的問題示例圖32Web Service的特點完好的封裝性：具備對象的良好封裝性，對使用者而言，僅能看到服務的描述信息和調(diào)用接口信息松散耦合：源于對象/組件技術(shù)，當Web服務的具體實現(xiàn)發(fā)生改變時，調(diào)用者不會覺察。對調(diào)用者來說，只要Web服務的調(diào)用接口不變，Web服務實現(xiàn)的任何改變對他們來說都是透明的；適合與

12、Internet這種松耦合環(huán)境33Web Service的特點平臺無關(guān)性：采用開放的標準協(xié)議進行描述、傳輸和交換。如XML、SOAP、HTTP等。服務的實現(xiàn)可以采用各種各樣的方式（系統(tǒng)：Linux,Windows,AIX等；編程語言：C/C+,Java,VB等）。高度可集成能力：采取標準Web協(xié)議作為組件界面描述和協(xié)同描述規(guī)范，屏蔽了不同軟件平臺的差異，無論是CORBA、DCOM還是EJB都可以通過這種標準的協(xié)議進行互操作，實現(xiàn)當前環(huán)境下最高的可集成性。34Web Service的特點開放性：Web Service可以與其他Web Service進行交互。它具有語言和平臺無關(guān)性。支持CORBA

13、、EJB、DCOM 等多種組件標準。支持各種通訊協(xié)議如：HTTP、SMTP、FTP等。 35主要的工程MicrosoftSunIBMW3C36網(wǎng)格計算 （Grid Computing ）目標：讓計算能力公用化定義：一個計算網(wǎng)格是一個硬件和軟件基礎(chǔ)設(shè)施，此基礎(chǔ)設(shè)施提供對高端計算能力可靠的、一致的、普遍的和不昂貴接入-Ian Foster 阿岡國家實驗室，芝加哥大學網(wǎng)格計算關(guān)心的是：在動態(tài)的，多機構(gòu)的虛擬組織中協(xié)調(diào)資源共享和協(xié)同解決問題注釋：“我們關(guān)心的共享主要不在于文件交換，而在于對計算機、軟件、數(shù)據(jù)和其它資源的直接接入使用，這是工業(yè)界、科學界、機械界中大量出現(xiàn)的協(xié)同解決問題和資源代理策略的需要

14、。這種共享必須被高度控制，資源提供者和消費者要清晰和詳細的定義哪些資源可被共享，誰可享用這些資源，及共享發(fā)生的條件。用這樣的共享規(guī)則定義的一組個人和機構(gòu)，我們稱之為虛擬組織?！?7網(wǎng)格的三個要素：1。動態(tài)的資源共享：2。協(xié)調(diào)地利用在不同地點的資源；3。對于不同地點、不同單位的資源、人員等等按需要動態(tài)地組構(gòu)成“虛擬機構(gòu)”（VO）。38網(wǎng)格計算的理解網(wǎng)格是一種技術(shù)。為了達到多種類型的分布資源共享和協(xié)作，網(wǎng)格計算技術(shù)必須解決多個層次的資源共享和合作技術(shù)，制定網(wǎng)格的標準，將Internet從通信和信息交互的平臺提升到一個資源共享的平臺。 網(wǎng)格是基礎(chǔ)設(shè)施39發(fā)展歷程最初，網(wǎng)格計算研究的目標是希望將超級計

15、算機連接成為一個可遠程控制的元計算機系統(tǒng)（MetaComputers） 現(xiàn)在，這一目標已經(jīng)深化為建立大規(guī)模計算和數(shù)據(jù)處理的通用基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)上的各種高性能計算機、服務器、PC、信息系統(tǒng)、海量數(shù)據(jù)存儲和處理系統(tǒng)、應用模擬系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、儀器設(shè)備和信息獲取設(shè)備（如傳感器）集成在一起，為各種應用開發(fā)提供底層技術(shù)支撐，將Internet變?yōu)橐粋€功能強大、無處不在的計算設(shè)施。 目前從計算領(lǐng)域。商業(yè)。VOD等等40著名的網(wǎng)格計算研究項目美國自然科學基金于1997年底開始實施的“分布式網(wǎng)格”研究項目，其目標是在美國建立遍及全國的計算網(wǎng)格，支持重大科學與工程計算，為用戶提供到桌面上的虛擬高性能計算環(huán)

16、境。 美國國家航空和宇宙航行局（NASA）的IPG（Information Power 網(wǎng)格）項目。這是一個20年的研究計劃，目的是讓人們使用計算資源和信息資源就像使用電力網(wǎng)提供的電力資源一樣方便快捷。 美國能源部開發(fā)的ASCI 網(wǎng)格已經(jīng)投入生產(chǎn)性使用，其主要用途是核武器研究。 41著名的網(wǎng)格計算研究項目（續(xù)）美國國防部的全球信息網(wǎng)格（GIG）項目是最龐大的網(wǎng)格計劃，用于美軍新世紀作戰(zhàn)支撐，預計2020年完成。 歐洲共同體的Euro網(wǎng)格和Data 網(wǎng)格。主要用于包括高能物理、生物計算、氣候模擬等多個領(lǐng)域的應用。 2001年8月，美國NSF宣布了一個重大科研項目，研制名為“分布式萬億級設(shè)施”（D

17、istributed Terascale Facility）的網(wǎng)格系統(tǒng)，簡稱Tera網(wǎng)格，它是世界上第一個從設(shè)計開始就面向網(wǎng)格的廣域超級計算平臺，也是第一個無處不在的計算機基礎(chǔ)設(shè)施。 42著名的網(wǎng)格計算研究項目（續(xù)）我國科技部在“九五”開展了國家高性能計算環(huán)境（網(wǎng)格）建設(shè)和關(guān)鍵技術(shù)的研究?！笆濉逼陂g科技部加大了對網(wǎng)格技術(shù)研究和推廣的力度，目標是突破網(wǎng)格關(guān)鍵技術(shù)，建立網(wǎng)格計算技術(shù)標準，將網(wǎng)格計算技術(shù)應用到行業(yè)和企業(yè)應用中，建立行業(yè)和企業(yè)應用網(wǎng)格，進一步加強全社會共享的國家高性能網(wǎng)格計算環(huán)境的建設(shè)，推動我國網(wǎng)格產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展。 43對等計算 （P2P）IBM為P2P下了如下定義：P2P系統(tǒng)由若

18、干互聯(lián)協(xié)作的計算機構(gòu)成，且至少具有如下特征之一：系統(tǒng)依存于邊緣化（非中央式服務器）設(shè)備的主動協(xié)作，每個成員直接從其他成員而不是從服務器的參與中受益；系統(tǒng)中成員同時扮演服務器與客戶機的角色；系統(tǒng)應用的用戶能夠意識到彼此的存在，構(gòu)成一個虛擬或?qū)嶋H的群體。 44特點P2P把網(wǎng)絡(luò)計算模式從集中式引向分布式，也就是說，網(wǎng)絡(luò)應用的核心從中央服務器向網(wǎng)絡(luò)邊緣的終端設(shè)備擴散：服務器到服務器、服務器到PC機、PC機到PC機，PC機到WAP手機，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的設(shè)備都可以建立P2P對話。 P2P給Internet的分布、共享精神帶來了無限的遐想。有觀點認為，至少能開發(fā)出幾百種應用。但從目前的應用看，P2P的威力還

19、主要體現(xiàn)在大范圍的共享、搜索和流媒體傳輸?shù)膬?yōu)勢上，諸如對等計算、協(xié)同工作、搜索引擎、文件交換等 4546普及計算 （Pervasive Computing）所謂普及計算指的是，無所不在的、隨時隨地可以進行計算的一種方式；無論何時何地，只要需要，就可以通過某種設(shè)備訪問到所需的信息。普及計算研究的內(nèi)容主要包括兩個方面：自然的人機交互和網(wǎng)絡(luò)計算解決如下的問題：是我們?nèi)ミm應機器計算，還是讓計算融入生活 ？47 普及計算（Pervasive Computing）普及計算強調(diào)環(huán)境驅(qū)動性。這要求普及計算對環(huán)境信息具有高度的可感知性，人機交互更自然化，設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的自動配置和自適應能力更強，所以普及計算的研究涵

20、蓋傳感器、人機交互、中間件、移動計算、嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等領(lǐng)域。48Smart ClassroomExperience Record of the classroom Realtime Distributed Multimedia CommunicationTelepresence of Remote StudentsThe Smart Classroom Projectan augmented classroom where a teacher can instruct remote and local students at the same time and in a similar

21、fashion. 49Tele-presenceInterface of Remote ClientsStudent Board in the ClassroomSmart CameramanOverviewShowing a ModelWriting on the Board50Invisibility: Natural UI Pen-based writing Highlight remote student by laser pointer and voice command Speech-capable virtual assistant Biometrics-based login5

22、1Experience CaptureAuto-record the synchronized multiple data streamsLecture on Mediaboard and its presentation progress Writing and pointing on the boradLive Audio/VideoInteraction with remote studentsPost-editPlayback52主要研究項目美國排名前10位的大學無一例外地投巨資設(shè)立了以“普及計算”為主要方向的研究計劃。目前有4個研究計劃最具影響力，這些計劃的目標是提出全新的體系結(jié)構(gòu)、

23、應用模式、編程模型等基礎(chǔ)理論模型和方法。 53主要研究項目（1）MIT的Oxygen研究計劃 該計劃的研究人員認為，未來世界將是一個到處充斥著嵌入式計算機的環(huán)境，它們已經(jīng)融入了人們的日常生活中。Oxygen希望充分利用這些計算資源，達到“做得更少，完成更多（to do more by doing less）”的目的。 CMU的Aura研究計劃 它致力于研究在普及計算時代，在用戶和計算環(huán)境之間增加一層軟件層（稱為Aura），由Aura代理用戶去管理、維護分布式計算環(huán)境中頻繁變化、松散耦合的多個計算設(shè)備，以完成用戶的目標任務。Aura推崇的理念是：“人的精力（User Attention）是最寶貴

24、的資源，應該讓它集中在用戶要完成的任務上，而不是管理、配置硬件和軟件資源上”。 54主要研究項目（2）UC Berkeley的Endeavour計劃 這是UC Berkeley進行的旨在通過運用信息技術(shù)，提供全新的、全球規(guī)模的信息基礎(chǔ)設(shè)施，從根本上方便人們與信息、設(shè)備和他人進行交互的計劃。這些信息設(shè)施應該能夠動態(tài)實時地協(xié)調(diào)世界上任何可用的資源來滿足用戶計算的需要，其創(chuàng)新點之一是“流體軟件”（Fluid Software），這種軟件能夠自適應地選擇在何處執(zhí)行、在何處存儲，它通過協(xié)議獲得可用資源并向其他實體提供服務。 華盛頓大學的Portolano計劃 該計劃提出了“數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)”以適應讓計算

25、本身變成不可見的（Invisible Computing）的要求。該計劃認為目前計算機技術(shù)的發(fā)展仍然是技術(shù)驅(qū)動而非用戶需求驅(qū)動。為了改變這一現(xiàn)狀，該計劃致力于研究根據(jù)用戶的位置變化而自適應地改變軟件用戶界面的機制、以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)以及新型的分布式服務模型。 55各類網(wǎng)絡(luò)計算之間共同點（1） 以上四類網(wǎng)絡(luò)計算雖然側(cè)重點不同，但最終的目標是一致的：廣泛共享、有效聚合、充分釋放。 所謂廣泛共享，是指通過各種方法、技術(shù)和策略將網(wǎng)絡(luò)上的各種資源提供給網(wǎng)絡(luò)上眾多用戶共享、使用； 56各類網(wǎng)絡(luò)計算之間共同點 （2）有效聚合，是指將網(wǎng)絡(luò)上的巨大資源通過協(xié)同工作連接集成起來，產(chǎn)生巨大的綜合效能，聯(lián)合完成應用任

26、務； 充分釋放，是指為用戶提供良好的開發(fā)手段和使用環(huán)境，將網(wǎng)絡(luò)上多種資源的聚合效能按照需求傳遞給用戶，為用戶提供個性化的信息服務、計算服務和決策支持服務。 57各類網(wǎng)絡(luò)計算之間的差異（Web Service）企業(yè)計算或者Web Service強調(diào)的是分布系統(tǒng)的集成能力，注重分布系統(tǒng)之間的協(xié)同工作和快速的應用開發(fā)和實現(xiàn)，強調(diào)應用服務之間的可交互、可操作性和代碼的可移植性，通常關(guān)注一個商業(yè)應用領(lǐng)域內(nèi)的資源共享。58各類網(wǎng)絡(luò)計算之間的差異（網(wǎng)格）網(wǎng)格計算在Internet基礎(chǔ)上強調(diào)對計算、數(shù)據(jù)、設(shè)備等網(wǎng)絡(luò)基本資源進行整合，力圖將Internet作為一個社會化的計算基礎(chǔ)設(shè)施。在計算模型、技術(shù)路徑和研究

27、目標上，網(wǎng)格計算和目前分布計算中間件領(lǐng)域面向應用級別的交互、互操作和開發(fā)有很大的不同。它強調(diào)多機構(gòu)之間大規(guī)模的資源共享和合作使用，提供了資源共享的基本方法，而分布計算技術(shù)沒有提供多組織之間的資源共享通用框架。顯然，網(wǎng)格計算正在建立一種新的Internet基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)（如同TCP/IP、WWW協(xié)議和相應的軟件系統(tǒng)奠定了現(xiàn)行Internet的基礎(chǔ)），是21世紀Terascale設(shè)施的信息處理基礎(chǔ)設(shè)施的先期實踐。 59Web Service VS 網(wǎng)格技術(shù)由IBM、Sun和Microsoft倡導的全球Grid論壇(Global Grid Forum)，把目標鎖定在把網(wǎng)格計算技術(shù)與Web服務計算結(jié)合起

28、來提供商務應用服務，從而將網(wǎng)格計算技術(shù)從科學計算領(lǐng)域引入到商務應用領(lǐng)域，并引發(fā)了IBM、Sun和Microsoft采取行動，將網(wǎng)格計算與Web服務相結(jié)合，實現(xiàn)一種使業(yè)務交易在分布于Internet服務器上運行的技術(shù)。 60各類網(wǎng)絡(luò)計算之間的差異（P2P）P2P技術(shù)弱化了集中服務器的功能，重視網(wǎng)絡(luò)中所有個體的作用，強調(diào)的是個體之間、系統(tǒng)之間、計算機之間的直接通信和聯(lián)系，每一個參與者既是客戶又是服務方，這使人們在Internet上的共享行為被提升到了一個更廣泛的層次，使人們以更主動的方式參與到網(wǎng)絡(luò)中去。它與現(xiàn)行以中間件為主的分布式計算技術(shù)所采用的Client/Server模式有本質(zhì)區(qū)別。 61各類網(wǎng)絡(luò)計算之間的差異（普及計算）普及計算模式則是要顛覆“人使用計算機”的傳統(tǒng)方式，將人與計算機的關(guān)系改變?yōu)椤坝嬎銠C為人服務”，從某種意義上說，是讓人與計算環(huán)境更好地融合在一起。 普及計算是主要針對移動設(shè)備，如汽車、手機、筆記本計算機、手表、智能卡和銷售機等新一代智能設(shè)備與Interne