计算网络技术的发展概论

李科

（湖北工业大学，湖北 武汉 432200）

1 互联网的发展历程

记得曾任美国总统信息技术顾问委员会主席，同时也是IBM百亿美元网格计划领导人的Wladawsky-Berger在GGF上曾做过著名的“BeyondTechnology：on-DemandComputing”的主题报告，他在报告中提到“：计算机的第一阶段是专家使用期，是大型机一终端时代；第二阶段是早期流行期，是客户机-服务器时代；第三阶段是公众认识期，是因特网时代；第四阶段是广泛使用期，是即将到来的按需计算，即网格时代。网格技术将影响整个IT基础设施，从高性能服务器、操作系统，到应用模式、使用方式。”[1]按照Wladawsky-Berger的提法，网格即是下一代的互联网，是信息化应用的第四阶段。也的确如此，我们知道，第一代互联网主要是设备级的互联，即将世界上的计算机硬件连通，形成因特网；而第二代互联网是万维网，即实现了网页的连通，将各种信息资源连接起来，由硬件相连的因特网向网页相连的万维网，互联网的发展跨越了两大里程。而21世纪初出现的网格技术则是互联网发展的第三大里程碑，也可以称为互联网发展的第三次浪潮，或者可以称为第三代互联网。

2 什么是网格和网格计算

负责美国计算网格项目的领导人之一的伊安·福斯特在1998年他所主编的题为《网格：21世纪信息技术基础设施的蓝图》一书中这样描述网格：“网格就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函件、网页浏览等通信功能，而网格的功能则更多更强，它能让人们透明地使用计算、存储等其他资源。”

网格计算是伴随着互联网而迅速发展起来的，专门针对复杂科学计算的新型计算模式。这种计算模式是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机都是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”、所以这种计算方式叫网格计算。这样组织起来的“虚拟的超级计算机”有两个优势：一个是数据处理能力超强，另一个是能充分利用网上的闲置处理能力。随着超级计算机的不断发展，它已经成为复杂科学计算领域的主宰。但超级计算机造价极高，通常只有一些国家级的部门，如航天、气象等部门才有能力配置这样的设备。而随着人们日常工作遇到的商业计算越来越复杂，人们越来越需要数据处理能力更强大的计算机，而超级计算机的昂贵的价格使得它很难进入普通人的工作领域。

3 网格计算时代给我们带来了什么

总体上说，网格计算时代的到来能使我们比较轻松地实现以下目标：（1）按需计算（ComputingonDemand）。有了计算网格，我们可以进行复杂而费时的科学计算和工程计算，而不必关心计算机放在何处、是什么型号、有多少CPU和存储资源，只求所用，不求所有。（2）个性索取（FetchingonDemand）。因数据网格的存在，我们可以按一定的规则随意地去访问我们所要的数据（可以公开的数据），如有关天体的轨道参数、地球上的各种气象数据，而且可以进行各种数据处理。（3）信息共享（InformationShare）。信息网格的应用可能是我们最为关心且使用最为频繁的一件事情，如查询各种信息，甚至还可以对所取信息进行各种集成，最后提供给我们的可能是一份报告、一份建议书、一个实施方案、一份关于某个主题的总结或摘要、一份商品的全球报价表等等。（4）服务点播（ServiceDemand）。服务网格可能是全面提高我们生活质量的另一个不可缺少的应用工具，如应用面非常广泛的视频点播服务就是一个高度智能化的系统，我们可以观看到任何一部已经在国内甚至是国外发行的影片或电视剧，不受任何时间和空间上的限制。（5）协同工作（CooperativeWork）。有了应用网格，在产品设计方面可以完全不受空间的限制，因为设计师们可以通过应用网格来协同设计，进行异地团队合作和跨国协同工作，即节省了交通、住宿等费用，又提高了工作效率和缩短了研发周期，使得整个地球真正地成为了一个“村庄”。在计算机辅助制造方面的出色表现也是令人兴奋的，当设计人员在美国的某个设计室设计好了汽车模型，位于美国本土的加工工厂和中国的合资工厂就同时开始了生产，可以以最短的时间将新车型投放全球市场。（6）普适计算（PervasiveComputing）。它是计算、通信和数字技术等多种技术的融合，它把信息空间与人们生活的物理空间集成在一起成为一个整体，从而使计算和通信像水、电、空气这样的生活必需品。它充分满足了人们以“5A”方式使用计算设备的愿望，即任何人(Anybody)在任何地点(Anywhere)、任何时间(Anytime)可以使用任何设备(Anydevice)访问任何信息资源（Anything）。从计算机科学的角度看，普适计算本质上是一种继主机计算 (MainframeComputing)和桌面计算(DesktopComputing)之后的全新的计算模式，它是移动计算(MobileComputing)和分布式计算(DistributedComputing)的自然发展，而移动计算和分布式计算将随着普适计算技术得到进一步的发展和完善。一般地，学术界把“普适计算”对应为PervasiveComputing，而工业界则对应为UbiquitousComputing。

4 网格计算时代离我们有多远？

当然，综上所述的景象目前还只是实现了很小的一部分，还有大量的法律上、技术上、环境及规则上的问题有待解决，主要表现在以下几个方面的问题：（1）计算模型方面还存在着诸如适应范围不够宽、模型不够实用、编程工具不够齐全等问题；存储模型方面存在存储效率不够高、数据组织与分布的异构性、寻址与访问方法复杂且不够有效等问题；在信息模型方面主要有信息表示的标准性和一致性、模式转换的准确性和有效性、信息抽取的歧义性和多义性等。（2）资源管理及调度的高效性问题；服务的部署、定位及使用问题；安全性方面包括信赖关系、安全保护、用户资料保密等问题。（3）普适计算方面目前还远未达到它的应用程度。普适环境主要包括网络、设备和服务；网络环境包括Internet、移动网络、电话网、电视网和各种无线网络等；普适计算设备更是多种多样，包括计算机、手机、汽车、家电等能够通过任意网络上网的设备；服务内容包括计算、管理、控制、资源浏览等。（4）标准问题主要包括互联互通标准、互操作标准、操作规范及新旧标准过渡问题。（5）网格计算环境方面包含经济模型、盈利机制、利益分配机制、市场运营机制等。

5 高度信息化催生智能化社会的诞生

综观以上叙述不难看出，网格计算时代实际上是信息化社会的高级发展阶段，有些应用甚至已经是非常智能化的，随着社会的高度信息化，人类必然会逐渐迈向智能化时代，从而离智能化社会也就不远了。

[1]何宝宏，于群.40年网络技术发展历程.《中兴通讯技术》，2010年Z1期.