Internet_新技术及其发展.doc

Internet 新技术及其发展摘 要：在这个科学技术不断发展的社会里，Internet新技术也在蓬勃发展，以其强大的功能影响着人们的生活和工作。智能、速度、便捷将成为Internet的主要特点。可以预见在不久的将来，互联网将是一个多网合一、多业务综合平台和智能化的平台，未来将是以互联网为主导的信息时代。因此，我们要紧跟时代的脚步，了解Internet的新技术及其发展。关键字：网络计算;网络存储；新一代因特网Internets New Technology and Development Abstract: Internets new technology is developing fast in this increasing society of science technology, and has a great effect on peoples life and work. Intelligence、speed and convenience become the main characteristic. We can see, in the future, the Internet will be more than nets gathers one、the multi-services synthesizes the platform and the intellectualized platform. Future will take the Internet as the leading information age. Therefore, we importantly take the times footsteps, and know the Internet the new technology and its development.Key words：Grid computing;Network storage; New generation of Internet；1网格计算网格计算的产生、发展必须具备以下三个基本条件：计算资源的广域分布、网络技术（特别是Internet）以及不断增长的对资源共享的需求。在计算机技术发展的早期阶段，只有很少数量的大型计算机，它们通常被安装在相互独立的计算中心内，多个计算机用户通过使用终端来共享一台大型机的资源，但却不能同时共享多台大型机的计算资源。随着网络技术的发展，多台大型计算机可以在局域网（LAN）内互连，用户通过网络便可以同时使用多台计算机的资源。而Internet的飞速发展和普及使得网格计算技术的产生成为可能。1.1系统构成 网格系统可以分为三个基本层次：资源层、中间件层和应用层。 网格资源层是构成网格系统的硬件基础，它包括各种计算资源，如超级计算机、贵重仪器、可视化设备、现有应用软件等，这些计算资源通过网络设备连接起来。网格资源层仅仅实现了计算资源在物理上的连通，但从逻辑上看，这些资源仍然是孤立的，资源共享问题仍然没有得到解决。因此，必须在网格资源层的基础上通过网格中间件层来完成广域计算资源的有效共享。 网格中间件层是指一系列工具和协议软件，其功能是屏蔽网格资源层中计算资源的分布、异构特性，向网格应用层提供透明、一致的使用接口。网格中间件层也称为网格操作系统（Grid Operating System），它同时需要提供用户编程接口和相应的环境，以支持网格应用的开发。 网格应用层是用户需求的具体体现。在网格操作系统的支持下，网格用户可以使用其提供的工具或环境开发各种应用系统。能否在网格系统上开发应用系统以解决各种大型计算问题是衡量网格系统优劣的关键。最近两年，在美国的高性能计算研究领域，网格计算成为非常引人注目的热点。与此同时，企业界也纷纷推出了各自的产品，但到目前为止，仍有相当多的关键技术还有待突破。 1.2三大挑战 网格计算要真正步入实用阶段必须解决以下三大问题： 1.21体系结构设计 从第一台计算机出现到现在，计算机体系结构已经发生了一系列变化，经历了大规模并行处理系统、共享存储型多处理器系统、群集系统等各个发展阶段，这些系统的共性是构成系统的资源相对集中。与此相反的是，组成网格系统的资源是广域分散的，不再局限于单台计算机和小规模局域网范围内。网格计算的最终目标是用网上的多台计算机构成一台虚拟的超级计算机，因此，网格系统的体系结构是我们必须首先解决的问题。简言之，网格系统有哪些组成部分、组成部分之间的关系以及如何协同工作是网格体系结构研究需要解决的问题。 1.22操作系统设计 伴随着计算机体系结构的发展，计算机操作系统也经历了一系列发展变化，总的发展趋势是如何更高效、更合理地使用计算机资源。网格操作系统是网格系统资源的管理者，它所管理的将是广域分布、动态、异构的资源，现有操作系统显然无法满足这一需求。 1.23使用模式设计 网格使用模式解决的是如何使用网格超级计算机的问题。在现有的操作系统上，计算机用户可以使用各种软件工具来完成各种任务。而在网格环境下，用户可能需要通过新的方式来利用网格系统资源。因此，在网格操作系统上设计开发各种工具、应用软件是网格使用模式研究需要解决的关键问题。 研究现状 在国外，最著名的网格计算研究是美国的Globus项目。该项目的主要研究目标有两个：其一是网格技术的研究;其二是相应软件的开发和标准的制定。同时，Globus项目还涉及到网格应用的开发及试验床的建立。最近，Globus项目提出了网格的体系结构模型（图2）。 网格体系结构主要分为以下几个部分： 网格结构层（Grid Fabric） 提供资源相关、站点相关的基本功能，便于高层分布式网格服务的实现； 网格服务层（Grid Services） 实现资源无关和应用无关的功能，网格服务的实现涉及到地域和机构的分布； 网格应用工具层（Grid Application Toolkits） 提供更为专业化的服务和组件用于不同类型的应用； 应用层（Application） 由用户开发的应用系统组成，网格用户可以使用其他层次的接口和服务完成网格应用的开发。 我国对网格计算的研究起步较晚，相关工作开始于1998年。由于网格计算是一项刚起步的研究，因此我们在网格计算关键技术的研究方面与国外差距不大，基本处于相同的起跑线上。目前，我国的网格计算研究主要集中于中科院计算所、国防科大、江南计算所、清华大学等几家在高性能计算方面有较强实力的研究单位。这些单位在高性能计算研究方面有很好的技术积累和很强的科研能力。其中，中科院计算所在高性能计算领域的主要成果是曙光3000超级服务器，其他单位的主要成果有银河巨型机、同方探索机群系统等。 从1999年底到2001年初，中科院计算所联合国内十几家科研单位，共同承担了“863”重点项目“国家高性能计算环境（National High Performance Computing Environment，简称NHPCE）”的研发任务。该项目的目标是建立一个计算资源广域分布、支持异构特性的计算网格示范系统，它把我国的8个高性能计算中心通过Internet连接起来，进行统一的资源管理、信息管理和用户管理，并在此基础上开发了多个需要高性能计算能力的网格应用系统，取得了一系列研究成果。 目前，Globus体系结构已为一些大型网格应用所采用。研究人员已经在天气预报、高能物理实验、航空器研究等领域已开发了一些基于Globus网格计算的应用程序，较果较好。虽然这些应用虽仍属试验性质，但它至少表明，网格计算可以胜任不少用超级计算机难以胜任的大型应用任务。2 网络存储网络存储技术是基于数据存储的一种通用网络术语。网络存储结构大致分为三种：直连式存储（DAS：Direct Attached Storage）、网络存储设备（NAS：Network Attached Storage）和存储网络（SAN：Storage Area Network）。 直连式存储（DAS）：这是一种直接与主机系统相连接的存储设备，如作为服务器的计算机内部硬件驱动。到目前为止，DAS 仍是计算机系统中最常用的数据存储方法。 DAS即直连方式存储，英文全称是Direct Attached Storage。中文翻译成“直接附加存储”。顾名思义，在这种方式中，存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直接到服务器的。I/O（输入/输入）请求直接发送到存储设备。DAS，也可称为SAS（Server-Attached Storage，服务器附加存储）。它依赖于服务器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统。 NAS是英文“Network Attached Storage”的缩写, 中文意思是“网络附加存储”。按字面简单说就是连接在网络上, 具备资料存储功能的装置，因此也称为“网络存储器”或者“网络磁盘阵列”。 从结构上讲，NAS是功能单一的精简型电脑，因此在架构上不像个人电脑那么复杂，在外观上就像家电产品，只需电源与简单的控制钮， 结构图如下： NAS是一种专业的网络文件存储及文件备份设备，它是基于LAN（局域网）的，按照TCP/IP协议进行通信，以文件的I/O（输入/输出）方式进行数据传输。在LAN环境下，NAS已经完全可以实现异构平台之间的数据级共享，比如NT、UNIX等平台的共享。 一个NAS系统包括处理器，文件服务管理模块和多个硬盘驱动器(用于数据的存储)。 NAS 可以应用在任何的网络环境当中。主服务器和客户端可以非常方便地在NAS上存取任意格式的文件，包括SMB格式（Windows）NFS格式(Unix, Linux)和CIFS（Common Internet File System）格式等等。典型的NAS的网络结构如下图所示： 存储网络（SAN）：SAN 是指存储设备相互连接且与一台服务器或一个服务器群相连的网络。其中的服务器用作 SAN 的接入点。在有些配置中，SAN 也与网络相连。SAN 中将特殊交换机当作连接设备。它们看起来很像常规的以太网络交换机，是 SAN 中的连通点。SAN 使得在各自网络上实现相互通信成为可能，同时并带来了很多有利条件。 SAN英文全称：Storage Area Network，即存储区域网络。它是一种通过光纤集线器、光纤路由器、光纤交换机等连接设备将磁盘阵列、磁带等存储设备与相关服务器连接起来的高速专用子网。 SAN由三个基本的组件构成：接口（如SCSI、光纤通道、ESCON等）、连接设备（交换设备、网关、路由器、集线器等）和通信控制协议（如IP和SCSI等）。这三个组件再加上附加的存储设备和独立的SAN服务器，就构成一个SAN系统。SAN提供一个专用的、高可靠性的基于光通道的存储网络，SAN允许独立地增加它们的存储容量，也使得管理及集中控制（特别是对于全部存储设备都集群在一起的时候）更加简化。而且，光纤接口提供了10 km的连接长度，这使得物理上分离的远距离存储变得更容易在SAN存储网络里所指的主要设备包括光纤通道交换机和光纤通道卡。 光纤通道交换机：（FC SWITCH） 光纤通道交换机在逻辑上是SAN的核心，它连接着主机和存储设备。 光纤通道交换机有着许多不同的功能，包括支持GBIC、冗余风扇、电源、分区、环操作和多管理接口等。每一项功能都可以增加整个交换网络的可操作性，理解这些特点可以帮助用户设计一个功能强大的大规模的SAN。光纤交换机的主要功能如下：自配置端口、环路设备支持、交换机级联、自适应速度检测、可配置的帧缓冲、分区（基于物理端口和基于WWN的分区）、IP over Fiber Channel（IPFC）广播、远程登录、Web管理、简单网络管理协议（SNMP）以及SCSI接口独立设备服务（SES）等。 光纤交换机往往根据其功能和特点被分为不同的类别。通常硬件可能都是基于相同的基本架构或者相同的ASIC芯片，只是软件的功能不同，光纤交换机的价格是根据它所能满足的需求来制定的。高冗余的核心级交换机是个例外，它往往是根据自己的硬件容错平台开发设计的。 2.1 端口数量端口数量通常是对固定端口光纤交换机而言。与普通的交换机类似，一般的光纤通道交换机具有4口、8口、16口、32口、64口等数量。相对而言，入门级光纤交换机具有的端口数量较少，工作组光纤交换机和核心光纤交换机都具有较多的端口和高可用的带宽。2.2端口类型在光纤连接的SAN结构中，一共有5种端口类型：N型、NL型、F型、FL型和E型。其中前2种是主机和存储设备需要具备的工作机制，后3种是光纤交换机需要提供的连接机制。由此可见，同一片光纤卡、同一台光纤通道磁盘阵列和同一台光纤交换机、工作在不同的环境中，其内部的工作机制是不同的。这就要求设备具有自动识别、判断和动态调整工作机制的能力。现在，一些光纤交换机提供一种叫做G型端口的工作方式，其实，这个G就是Global的意思。即指这个端口可以提供F型、FL型和E型3种类型的工作方式，而且可以完全自动侦测环境，动态调整工作方式，完全无须人工干预。2.3 传输速度传输速度通常是指光纤交换机的端口传输速度或光纤通道卡的传输速度。一般这个速度都在100Mbps、200Mbps、400Mbps或者1Gbps以上。注:bps为bit per second,位/秒。 网络存储通信中使用到的相关技术和协议包括 SCSI 、RAID 、iSCSI 以及光纤信道。一直以来 SCSI 支持高速、可靠的数据存储。RAID（独立磁盘冗余阵列）指的是一组标准，提供改进的性能和/或磁盘容错能力。光纤信道是一种提供存储设备相互连接的技术，支持高速通信（将