1、新一代網絡計算與Web服務 概論2005/9/131主要內容什么是網絡計算？為什么要研究網絡計算？網絡計算主要包含哪些內容，彼此的異同？該課程的教學內容、方法與考核方式相關參考資料2主要內容什么是網絡計算？為什么要研究網絡計算？網絡計算主要包含哪些內容，彼此的異同？該課程的教學內容、方法與考核方式相關參考資料3什么是網絡計算“網絡計算”是把網絡連接起來的各種自治資源和系統組合起來，以實現資源共享、協同工作和聯合計算，為各種用戶提供基于網絡的各類綜合性服務。4資源的整合與利用全世界數以億計上網的計算機多數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 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, 就可能調用每秒數百萬 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主要內容什么是網絡計算？為什么要研究網絡計算？網絡計算主要包含哪些內容，彼此的異同？該課程的教學內容、方法與考核方式相關參考資料6為什么研究網絡計算？技術發展的趨勢業界的需求行業的拉動7網絡計算的發展遵循四大定律Gilders Law 帶寬Metcalfes Law 內容和用戶Moores Law 性能 Bells Law 價格良性循環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為什么研究網絡計算？技術發展的趨勢業界的需求行業的拉動12CAD/CAM對性能的需求生命科學數字生物學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個結果，已經有547,488,318 個結果16軍事17GIG（Glob

4、al Information Grid）網格 網絡為中心的戰爭 信息制優權 決策制優權全面制勝美國正在把其軍事戰略架構從C4ISR轉向GIG網格GIG 是美國作戰戰略的基礎18為什么研究網絡計算？技術發展的趨勢業界的需求行業的拉動19美國福布斯雜志的科技版Forbes ASAP2001年9月10日發表一組文章，預測信息技術的下一波大浪潮將在2004、2005年度出現，這一波浪潮的本質特征就是萬維網（World Wide Web）升華為網格（Great Global Grid），2020年，由此產生的互聯網將成長為一個20萬億美元產值的大產業。 行業的拉動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格論壇（Global Grid Forum），為此奠定了網格進入商業計算的基礎，而且有將Grid和Web服務融合的趨勢。 行業的拉動21主要內容什么是網絡計算？為什么要研究網絡計算？網絡計算主要包含哪些內容，彼此的異同？該課程的教學內容、方法與考核方式相關參考資料22網絡計算的主要內容人們把企業計算(Enterprise Computing)、網格計算(Grid Computing)、對等計算(Peer-To-Peer)和普及計算(Pervasive Computing)歸類為網絡計算。23企業計算 企業計算是“以實

6、現大型組織內部和組織之間的信息共享和協同工作為主要需求而形成的網絡計算技術”.其核心是Client/Server計算模型和相關的中間件技術。 24企業計算發展歷程（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，全面徹底地管理整個系統，給用戶單一的系統視圖。盡管這一努力產生了許多技術成果和實驗系統，但一直沒有形成可用的產品，人們直覺地感到在不斷擴展的局部自治異構系統上實現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，以屏蔽系統的異構性，支持局部自治系統的信息交互和協同。 經過十幾年的發展，中間件取得了令人矚目的發展，出現了遠程數據庫訪問、遠程過程調

7、用、消息傳遞、交易管理等各類中間件。 25企業計算發展歷程（2）20世紀90年代末，面向對象的中間件技術成為中間件平臺的主流技術，出現了以Sun公司的EJB/J2EE、Microsoft的COM/DNA和OMG的CORBA/OMA為代表的三個技術分支。 其研究熱點是建立標準化的對象請求代理，屏蔽網絡環境下計算平臺、操作系統、編程語言、網絡協議的異構性和復雜性，使分布在網絡上的應用系統能夠協同工作，為網絡應用提供通用的高級網絡管理服務以及與應用領域相關的增值服務。 26企業計算發展歷程（3）進入新世紀，隨著電子商務需求的發展，企業計算面臨企業間的信息共享和協同工作問題，面向Web的企業計算解決方

8、案成為熱點，為此W3C提出了Web Service技術體系，Microsoft推出了.Net技術，Sun推出SUN ONE架構，企業計算技術全面進入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，它可以在網絡（通常為Web）中被描述、發布、查詢以及調用。定義二：Web Service是基于網絡的、分布式的模塊化組件，它執行特定的任務，遵守具體的技術規范，這些規范使得Web Service能與其他兼容的組件進行互操作。定義三：所謂Web服務，它是指由企業發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、發現和調用：XML over HTTP 和 SOAP, WSDL, UDDI3、工作模式：Server（服務）-Client（程序）SOAP：Simple Object Access Protocol, 簡單對象訪問協議WSDL：Web Service Discription Language, Web服務描述語言UDDI： Universal Description, Discovery, and Integration, 統一描述，發現和集成

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用接口信息松散耦合：源于對象/組件技術，當Web服務的具體實現發生改變時，調用者不會覺察。對調用者來說，只要Web服務的調用接口不變，Web服務實現的任何改變對他們來說都是透明的；適合與

12、Internet這種松耦合環境33Web Service的特點平臺無關性：采用開放的標準協議進行描述、傳輸和交換。如XML、SOAP、HTTP等。服務的實現可以采用各種各樣的方式（系統：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協議作為組件界面描述和協同描述規范，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議進行互操作，實現當前環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性。支持CORBA

13、、EJB、DCOM 等多種組件標準。支持各種通訊協議如：HTTP、SMTP、FTP等。 35主要的工程MicrosoftSunIBMW3C36網格計算 （Grid Computing ）目標：讓計算能力公用化定義：一個計算網格是一個硬件和軟件基礎設施，此基礎設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，芝加哥大學網格計算關心的是：在動態的，多機構的虛擬組織中協調資源共享和協同解決問題注釋：“我們關心的共享主要不在于文件交換，而在于對計算機、軟件、數據和其它資源的直接接入使用，這是工業界、科學界、機械界中大量出現的協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，及共享發生的條件。用這樣的共享規則定義的一組個人和機構，我們稱之為虛擬組織。”37網格的三個要素：1。動態的資源共享：2。協調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地組構成“虛擬機構”（VO）。38網格計算的理解網格是一種技術。為了達到多種類型的分布資源共享和協作，網格計算技術必須解決多個層次的資源共享和合作技術，制定網格的標準，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。 網格是基礎設施39發展歷程最初，網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（MetaComputers） 現在，這一目標已經深化為建立大規模計算和數據處理的通用基礎支撐結構，將網絡上的各種高性能計算機、服務器、PC、信息系統、海量數據存儲和處理系統、應用模擬系統、虛擬現實系統、儀器設備和信息獲取設備（如傳感器）集成在一起，為各種應用開發提供底層技術支撐，將Internet變為一個功能強大、無處不在的計算設施。 目前從計算領域。商業。VOD等等40著名的網格計算研究項目美國自然科學基金于1997年底開始實施的“分布式網格”研究項目，其目標是在美國建立遍及全國的計算網格，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

16、境。 美國國家航空和宇宙航行局（NASA）的IPG（Information Power 網格）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提供的電力資源一樣方便快捷。 美國能源部開發的ASCI 網格已經投入生產性使用，其主要用途是核武器研究。 41著名的網格計算研究項目（續）美國國防部的全球信息網格（GIG）項目是最龐大的網格計劃，用于美軍新世紀作戰支撐，預計2020年完成。 歐洲共同體的Euro網格和Data 網格。主要用于包括高能物理、生物計算、氣候模擬等多個領域的應用。 2001年8月，美國NSF宣布了一個重大科研項目，研制名為“分布式萬億級設施”（D

17、istributed Terascale Facility）的網格系統，簡稱Tera網格，它是世界上第一個從設計開始就面向網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設施。 42著名的網格計算研究項目（續）我國科技部在“九五”開展了國家高性能計算環境（網格）建設和關鍵技術的研究。“十五”期間科技部加大了對網格技術研究和推廣的力度，目標是突破網格關鍵技術，建立網格計算技術標準，將網格計算技術應用到行業和企業應用中，建立行業和企業應用網格，進一步加強全社會共享的國家高性能網格計算環境的建設，推動我國網格產業的形成和發展。 43對等計算 （P2P）IBM為P2P下了如下定義：P2P系統由若

18、干互聯協作的計算機構成，且至少具有如下特征之一：系統依存于邊緣化（非中央式服務器）設備的主動協作，每個成員直接從其他成員而不是從服務器的參與中受益；系統中成員同時扮演服務器與客戶機的角色；系統應用的用戶能夠意識到彼此的存在，構成一個虛擬或實際的群體。 44特點P2P把網絡計算模式從集中式引向分布式，也就是說，網絡應用的核心從中央服務器向網絡邊緣的終端設備擴散：服務器到服務器、服務器到PC機、PC機到PC機，PC機到WAP手機，所有網絡節點上的設備都可以建立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，至少能開發出幾百種應用。但從目前的應用看，P2P的威力還

19、主要體現在大范圍的共享、搜索和流媒體傳輸的優勢上，諸如對等計算、協同工作、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，就可以通過某種設備訪問到所需的信息。普及計算研究的內容主要包括兩個方面：自然的人機交互和網絡計算解決如下的問題：是我們去適應機器計算，還是讓計算融入生活 ？47 普及計算（Pervasive Computing）普及計算強調環境驅動性。這要求普及計算對環境信息具有高度的可感知性，人機交互更自然化，設備和網絡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、網絡技術等領域。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構、

23、應用模式、編程模型等基礎理論模型和方法。 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境，它們已經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、維護分布式計算環境中頻繁變化、松散耦合的多個計算設備，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，提供全新的、全球規模的信息基礎設施，從根本上方便人們與信息、設備和他人進行交互的計劃。這些信息設施應該能夠動態實時地協調世界上任何可用的資源來滿足用戶計算的需要，其創新點之一是“流體軟件”（Fluid Software），這種軟件能夠自適應地選擇在何處執行、在何處存儲，它通過協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“數據為中心的網絡”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的發展仍然是技術驅動而非用戶需求驅動。為了改變這一現狀，該計劃致力于研究根據用戶的位置變化而自適應地改變軟件用戶界面的機制、以數據為中心的網絡以及新型的分布式服務模型。 55各類網絡計算之間共同點（1） 以上四類網絡計算雖然側重點不同，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、技術和策略將網絡上的各種資源提供給網絡上眾多用戶共享、使用； 56各類網絡計算之間共同點 （2）有效聚合，是指將網絡上的巨大資源通過協同工作連接集成起來，產生巨大的綜合效能，聯合完成應用任

26、務； 充分釋放，是指為用戶提供良好的開發手段和使用環境，將網絡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各類網絡計算之間的差異（Web Service）企業計算或者Web Service強調的是分布系統的集成能力，注重分布系統之間的協同工作和快速的應用開發和實現，強調應用服務之間的可交互、可操作性和代碼的可移植性，通常關注一個商業應用領域內的資源共享。58各類網絡計算之間的差異（網格）網格計算在Internet基礎上強調對計算、數據、設備等網絡基本資源進行整合，力圖將Internet作為一個社會化的計算基礎設施。在計算模型、技術路徑和研究

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

28、來提供商務應用服務，從而將網格計算技術從科學計算領域引入到商務應用領域，并引發了IBM、Sun和Microsoft采取行動，將網格計算與Web服務相結合，實現一種使業務交易在分布于Internet服務器上運行的技術。 60各類網絡計算之間的差異（P2P）P2P技術弱化了集中服務器的功能，重視網絡中所有個體的作用，強調的是個體之間、系統之間、計算機之間的直接通信和聯系，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絡中去。它與現行以中間件為主的分布式計算技術所采用的Client/Server模式有本質區別。 61各類網絡計算之間的差異（普及計算）普及計算模式則是要顛覆“人使用計算機”的傳統方式，將人與計算機的關系改變為“計算機為人服務”，從某種意義上說，是讓人與計算環境更好地融合在一起。 普及計算是主要針對移動設備，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備與Interne