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成 绩 中 国 矿 业 大 学2016 级 硕 士研究生课程考试试卷考试科目 新一代网络技术 考试时间 学生姓名 学 号 所在院系 任课教师 中国矿业大学研究生院培养管理处印制引 言 云计算是继1980年代大型计算机到客户端-服务器的大转变之后的又一种巨变。云计算（Cloud Computing）是分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）、效用计算（Utility Computing）、 网络存储（Network Storage Technologies）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（Load Balance）、热备份冗余（High Available）等传统计算机和网络技术发展融合的产物。云计算当中包含了许多核心技术，如IASS、PAAS、SAAS等，这些技术与云计算相辅相成，共同进行应用，通过这些应用了解云计算，能加深对于云计算的了解。 一、云计算概述云计算（cloudcomputing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。美国国家标准与技术研究院（NIST）定义：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问， 进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络，服务器，存储，应用软件，服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。11云计算的特点 云计算是通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将与互联网更相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。好比是从古老的单台发电机模式转向了电厂集中供电的模式。它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉。最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。（1） 超大规模 “云”具有相当的规模，企业私有云一般拥有数百上千台服务器。“云”能赋予用户前所未有的计算能力。（2） 虚拟化 云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自“云”，而不是固定的有形的实体。应用在“云”中某处运行，但实际上用户无需了解、也不用担心应用运行的具体位置。只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现我们需要的一切，甚至包括超级计算这样的任务。（3） 高可靠性 “云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机可靠。（4）通用性 云计算不针对特定的应用，在“云”的支撑下可以构造出千变万化的应用，同一个“云”可以同时支撑不同的应用运行。（5）可扩展性 “云”的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。12云计算的阶段演化 云计算主要经历了四个阶段才发展到现在这样比较成熟的水平，这四个阶段依次是电厂模式、效用计算、网格计算和云计算。 电厂模式阶段：电厂模式就好比是利用电厂的规模效应，来降低电力的价格，并让用户使用起来更方便，且无需维护和购买任何发电设备。 效用计算阶段：在1960年左右，当时计算设备的价格是非常高昂的，远非普通企业、学校和机构所能承受，所以很多人产生了共享计算资源的想法。1961年，人工智能之父麦肯锡在一次会议上提出了“效用计算”这个概念，其核心借鉴了电厂模式，具体目标是整合分散在各地的服务器、存储系统以及应用程序来共享给多个用户，让用户能够像把灯泡插入灯座一样来使用计算机资源，并且根据其所使用的量来付费。但由于当时整个IT产业还处于发展初期，很多强大的技术还未诞生，比如互联网等，所以虽然这个想法一直为人称道，但是总体而言“叫好不叫座”。 网格计算阶段：网格计算研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多低性能的计算机来处理，最后把这些计算结果综合起来攻克大问题。可惜的是，由于网格计算在商业模式、技术和安全性方面的不足，使得其并没有在工程界和商业界取得预期的成功。 云计算阶段：云计算的核心与效用计算和网格计算非常类似，也是希望IT技术能像使用电力那样方便，并且成本低廉。但与效用计算和网格计算不同的是，2014年在需求方面已经有了一定的规模，同时在技术方面也已经基本成熟了。13云计算的应用基于云计算的优点，它可广泛应用于下列领域：（1）云物联：“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。（2）云安全：云安全的策略构想是：使用者越多，每个使用者就越安全，因为如此庞大的用户群，足以覆盖互联网的每个角落，只要某个网站被挂马或某个新木马病毒出现，就会立刻被截获。“云安全”通过网状的大量客户端对网络中软件行为的异常监测，获取互联网中木马、恶意程序的最新信息，推送到Server端进行自动分析和处理，再把病毒和木马的解决方案分发到每一个客户端。（3）云存储：云存储是在云计算概念上延伸和发展出来的一个新的概念，是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。 当云计算系统运算和处理的核心是大量数据的存储和管理时，云计算系统中就需要配置大量的存储设备，那么云计算系统就转变成为一个云存储系统，所以云存储是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统。（4）私有云：私有云是将云基础设施与软硬件资源创建在防火墙内，以供机构或企业内各部门共享数据中心内的资源。 创建私有云，除了硬件资源外，一般还有云设备（IaaS）软件；现时商业软件有VMware的 vSphere 和Platform Computing 的ISF，开放源代码的云设备软件主要有Eucalyptus和OpenStack。（5）云游戏是以云计算为基础的游戏方式，在云游戏的运行模式下，所有游戏都在服务器端运行，并将渲染完毕后的游戏画面压缩后通过网络传送给用户。在客户端，用户的游戏设备不需要任何高端处理器和显卡，只需要基本的视频解压能力就可以了。 就现今来说，云游戏还并没有成为家用机和掌机界的联网模式，因为至今X360仍然在使用LIVE，PS是PS NETWORK ，wii是wi-fi。但是几年后或十几年后，云计算取代这些东西成为其网络发展的终极方向的可能性，非常大。 如果这种构想能够成为现实，那么主机厂商将变成网络运营商，他们不需要不断投入巨额的新主机研发费用，而只需要拿这笔钱中的很小一部分去升级自己的服务器就行了，但是达到的效果却是相差无几的。对于用户来说，他们可以省下购买主机的开支，但是得到的确是顶尖的游戏画面（当然对于视频输出方面的硬件必须过硬）。你可以想象一台掌机和一台家用机拥有同样的画面，家用机和我们今天用的机顶盒一样简单，甚至家用机可以取代电视的机顶盒而成为次时代的电视收看方式。（6）云教育：主流媒体平台采用分布式架构部署，分为web服务器，数据库服务器、直播服务器和流服务器，如果在信息中心架设采集工作站搭建网络电视或实况直播应用，在各个学校已经部署录播系统或直播系统的教室配置流媒体功能组件，这样录播实况可以实时传送到流媒体平台管理中心的全局直播服务器上，同时录播的学校本色课件也可以上传存储到教育局信息中心的流存储服务器上，方便今后的检索、点播、评估等各种应用。（7）云会议：云会议是基于云计算技术的一种高效、便捷、低成本的会议形式。使用者只需要通过互联网界面，进行简单易用的操作，便可快速高效地与全球各地团队及客户同步分享语音、数据文件及视频，而会议中数据的传输、处理等复杂技术由云会议服务商帮助使用者进行操作。目前国内云会议主要集中在以SAAS（软件即服务）模式为主体的服务内容，包括电话、网络、视频等服务形式，基于云计算的视频会议就叫云会议。云会议是视频会议与云计算的完美结合，带来了最便捷的远程会议体验。及时语移动云电话会议，是云计算技术与移动互联网技术的完美融合，通过移动终端进行简单的操作，提供随时随地高效地召集和管理会议。（8）云社交：云社交一种物联网、云计算和移动互联网交互应用的虚拟社交应用模式，以建立著名的“资源分享关系图谱”为目的，进而开展网络社交，云社交的主要特征，就是把大量的社会资源统一整合和评测，构成一个资源有效池向用户按需提供服务。参与分享的用户越多，能够创造的利用价值就越大。14云计算的不足之处 云计算服务除了提供计算服务外，还必然提供了存储服务。但是云计算服务当前垄断在私人机构（企业）手中，而他们仅仅能够提供商业信用。对于政府机构、商业机构（特别像银行这样持有敏感数据的商业机构）对于选择云计算服务应保持足够的警惕。一旦商业用户大规模使用私人机构提供的云计算服务，无论其技术优势有多强，都不可避免地让这些私人机构以“数据（信息）”的重要性挟制整个社会。对于信息社会而言，“信息”是至关重要的。另一方面，云计算中的数据对于数据所有者以外的其他用户云计算用户是保密的，但是对于提供云计算的商业机构而言确实毫无秘密可言。所有这些潜在的危险，是商业机构和政府机构选择云计算服务、特别是国外机构提供的云计算服务时，不得不考虑的一个重要的前提。（1）数据隐私问题：如何保证存放在云服务提供商的数据隐私不被非法利用，不仅需要技术的改进，也需要法律的进一步完善。（2）数据安全性：有些数据是企业的商业机密，数据的安全性关系到企业的生存和发展。云计算数据的安全性问题解决不了会影响云计算在企业中的应用。（3）用户的使用习惯：如何改变用户的使用习惯，使用户适应网络化的软硬件应用是长期而且艰巨的挑战。（4）网络传输问题：云计算服务依赖网络，如果网速低且不稳定，将使云应用的性能大打折扣。云计算的普及依赖网络技术的发展。（5）缺乏统一的技术标准：云计算的美好前景让传统IT厂商纷纷向云计算方向转型。但是由于缺乏统一的技术标准，尤其是接口标准，各厂商在开发各自产品和服务的过程中各自为政，这为将来不同服务之间的互连互通带来严峻挑战。2、 云计算的服务形式 云计算可以认为包括以下几个层次的服务：基础设施即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。21 基础设施即服务（IaaS）（1）概念 IaaS（Infrastructure as a Service），即基础设施即服务。消费者通过互联网可以从完善的计算机基础设施获得服务。这类服务称为基础设施即服务。（2）IaaS的应用方式 IaaS通常分为三两种用法：公有云共的和、私有云的和混合云。AmazonEC2在基础设施云中使用公共服务器池（公有云）。更加私有化的服务会使用企业内部数据中心的一组公用或私有服务器池（私有云）。如果在企业数据中心环境中开发软件，那么这两种类型公有云、私有云、混合云都能使用，而且使用EC2临时扩展资源的成本也很低，如比方说开发和测试，混合云。结合使用两者可以更快地开发应用程序和服务，缩短开发和测试周期。 同时，IaaS也存在安全漏洞，例如服务商提供的是一个共享的基础设施，也就是说一些组件或功能，例如CPU缓存，、GPU等对于该系统的使用者而言并不是完全隔离的，这样就会产生一个后果，即当一个攻击者得逞时，全部服务器都向攻击者敞开了大门，即使使用了hypervisor，有些客户机操作系统也能够获得基础平台不受控制的访问权。解决办法：开发一个强大的分区和防御策略，IaaS供应商必须监控环境是否有未经授权的修改和活动。（3）与云计算的应用 提供给消费者的服务是对所有计算基础设施的利用，包括处理CPU、内存、存储、网络和其它基本的计算资源，用户能够部署和运行任意软件，包括操作系统和应用程序。消费者不管理或控制任何云计算基础设施，但能控制操作系统的选择、存储空间、部署的应用，也有可能获得有限制的网络组件（例如路由器，防火墙，负载均衡器等）的控制。22 平台即服务（PaaS）（1）概念 PaaS（Platform-as-a-Service），意思是平台即服务。 把服务器平台作为一种服务提供的商业模式。通过网络进行程序提供的服务称之为SaaS（Software as a Service），而云计算时代相应的服务器平台或者开发环境作为服务进行提供就成为了PaaS。 所谓PaaS实际上是指将软件研发的平台（计世资讯定义为业务基础平台）作为一种服务，以SaaS的模式提交给用户。因此，PaaS也是SaaS模式的一种应用。但是，PaaS的出现可以加快SaaS的发展，尤其是加快SaaS应用的开发速度。 （2）PaaS的应用方式 如果一家企业承受着把应用程序软件迁移至网络或移动设备的压力，那么PaaS则具有明显的优势。企业业务进入市场的时间更短，这样也就避免了开发时间冗长、上市时间过长的产品开发过程。这样的产品必定是高质量的，同时也必须能够被快速提供。PaaS可让企业更专注于他们所开发和交付的应用程序，而不是管理和维护完整的平台系统。 对于小型企业和初创型企业来说，PaaS也是比较有用的，因为这些企业并没有广泛的、具有较高依赖性的旧应用程序需要迁移。PaaS的多租户特性可实现应用程序和数据资源的最大数量共享，同时让开发资源继续专注于应用程序的交付和连接，而不是开发和支持数据库资源。PaaS的未来发展空间似乎在小型企业和初创企业，这类公司由于不依赖于与旧应用程序的集成而更适于在云计算中进行应用程序开发。（3）与云计算的应用 提供给消费者的服务是把客户采用提供的开发语言和工具（例如Java，python, .Net等）开发的云计算SPI关系图或收购的应用程序部署到供应商的云计算基础设施上去。客户不需要管理或控制底层的云基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储等，但客户能控制部署的应用程序，也可能控制运行应用程序的托管环境配置。23 软件即服务（SaaS）（1）概念 SaaS是Software-as-a-Service（软件即服务）的简称，随着互联网技术的发展和应用软件的成熟， 在21世纪开始兴起的一种完全创新的软件应用模式。它与“on-demand software”（按需软件)，the application service provider(ASP，应用服务提供商)，hosted software(托管软件)所具有相似的含义。它是一种通过Internet提供软件的模式，厂商将应用软件统一部署在自己的服务器上，客户可以根据自己实际需求，通过互联网向厂商定购所需的应用软件服务，按定购的服务多少和时间长短向厂商支付费用，并通过互联网获得厂商提供的服务。用户不用再购买软件，而改用向提供商租用基于Web的软件，来管理企业经营活动，且无需对软件进行维护，服务提供商会全权管理和维护软件，软件厂商在向客户提供互联网应用的同时，也提供软件的离线操作和本地数据存储，让用户随时随地都可以使用其定购的软件和服务。对于许多小型企业来说，SaaS是采用先进技术的最好途径，它消除了企业购买、构建和维护基础设施和应用程序的需要。（2）SaaS的应用模式“专卖店”模式（封闭型、完全控制模式） 在“专卖店”模式下，软件服务运营支撑平台提供软件服务运行阶段的完全控制功能。软件应用的运行完全托管到平台中，托管方式可以分为开放托管方式和专有托管方式。开放托管方式是指运营支撑平台可以运行在互联网上，用户能够通过企业外部网络进行访问。专有托管方式是指运营支撑平台运行在企业内部的专有网络中，外部网络不能访问，这通常是出于保障安全性的考虑。此外，这种软件服务运营支撑平台并不对外开放接口，第三方无法使用支撑平台的功能和数据来开发第三方增值应用。 这种模式的优点是：用户无需运维应用，由于应用由平台完全控制，可以做到资源充分的优化配置和管理。 “中介店”模式（开放型、接入及管理控制模式） 这种模式下，软件服务运营支撑平台并不支撑应用的实际运行，而是提供网络化应用接入、用户信息管理、计费等一些基本的功能。这些功能是通过软件服务运营支撑平台的开放接口对外提供的，第三方可以使用这些接口开发相应的功能，来构造更多软件应用，将其接入到平台中，或者对网络化应用的使用进行计费。 这种模式的优点是:用户无需运维应用，运营商可以依托固有品牌快速进入软件服务领域，并带领更多有自主运营能力的软件提供商进入服务市场。“超市”模式（开放型、完全控制模式） 这种模式下，软件服务运营支撑平台是对外开放的，通过对外提供应用开发接口来提供一些基础服务及业务服务，以便于第三方在一定范围内开发插件、进行应用定制和服务集成等。在这种模式下，平台对应用具有完全的控制能力。因而，这种方式对平台的多租户、可配置、可伸缩性、可用性以及可靠性要求较高。“Mall”模式（开放型、非完全控制模式） 这种模式下，软件服务运营支撑平台是对外开放的，第三方可以利用平台所提供的基础服务开发新的网络化应用。不同于“完全控制”模式的软件服务运营支撑平台，这种模式下平台虽然控制着网络化应用的运行，以及部分的管理，但并不能完全控制对网络化应用的管理，而是交给第三方开发商更大的控制权。例如，他们可以控制网络化应用的命名、价格、用户权限、访问规则等重要内容。 这种模式下运营支撑平台也要提供基础服务、应用开发环境以及很多保障性的功能。这种模式对平台通用性要求高，对存储和计算资源虚拟化能力要求高。（3）与云计算的应用 提供给客户的服务是运营商运行在云计算基础设施上的应用程序，用户可以在各种设备上通过客户端界面访问，如浏览器。消费者不需要管理或控制任何云计算基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储等等。24 物联网云平台 物联网现在逐渐成为了软件产业历史上最有重大意义的发展趋势之一。随着连通性、存储性和计算能力变得越来越普及，我们正亲眼目睹物联网解决方案的激增，从体育运动到公共安全，物联网解决方案正在迅速扩张。这个趋势是非常明显的：物联网将会长期存在下去。正如计算机软件历史上许多其他的发展趋势一样，物联网已开始孕育新一代的平台。 虽然物联网解决方案主要的衍生物集中在像是Arduino或者Raspberry Pi这样的能够使交流通过智能传感器得以实现的架构上，但是我相信一种可以使物联网后端功能得以实现的平台即将诞生。如果用行业术语的话，我们可以把这种新型平台叫做物联网平台即服务。3、 云计算的发展方向 21世纪10年代云计算作为一个新的技术趋势已经得到了快速的发展。云计算已经彻