互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新技術(shù)及其應(yīng)用展望

楊曉東

摘 要：互聯(lián)網(wǎng)在快速發(fā)展的同時，也暴露出了嚴(yán)重的問題，本文針對如何解決這些問題，對下一代互聯(lián)網(wǎng)所采用的IPv6協(xié)議和網(wǎng)格技術(shù)進行了概括介紹。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；IPv6；網(wǎng)格；展望

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1673-8454（2009）06-0055-02

因特網(wǎng)（Internet）又稱互聯(lián)網(wǎng)，起源于1969年，當(dāng)時美國國防部下屬的高級研究計劃署ARPA出于軍事需要建立了一個由4臺計算機互聯(lián)而成的試驗性的分組交換網(wǎng)絡(luò)ARPAnet，使各自獨立的計算機之間能夠相互傳輸信息和數(shù)據(jù)，并且能夠保證數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定和可靠。隨著ARPAnet研制的成功，越來越多的計算機加入到ARPAnet的節(jié)點上。1985年，美國國家科學(xué)基金會NSF出資在全美建立了五大超級計算中心，并于第二年建成了一個高速信息網(wǎng)絡(luò)NSFnet，該網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)了NSF的所有的超級計算機，并連入了ARPAnet。從此NSFnet取代了ARPAnet成為了第一代Internet的主干網(wǎng)。這個階段的Internet的典型應(yīng)用是收發(fā)電子郵件、傳輸文件、發(fā)布文字新聞以及言論等。

上世紀(jì)90年代，Tim Berners-Lee把在歐洲核子物理實驗室工作時寫的世界上第一個網(wǎng)頁瀏覽器（World Wide Web）和第一個網(wǎng)頁服務(wù)器（httpd）放在網(wǎng)上供大家瀏覽。隨后在高能物理研究人員的共同努力下，發(fā)明了超文本格式，這樣用戶只要在文字或圖形界面上輕點鼠標(biāo)就可以從一個網(wǎng)頁跳到另一個網(wǎng)頁，不僅可以看到文字信息，還可以欣賞到圖片、聲音、動畫等多媒體信息。從此足不出戶，我們便可以瀏覽新聞、與人聊天、訂購商品、欣賞影片等等。這便是正在日益改變我們工作、學(xué)習(xí)、娛樂生活的第二代互聯(lián)網(wǎng)。

不可否認(rèn)，互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展給我們的工作、學(xué)習(xí)、生活帶來了前所未有的便利。但隨著越來越多的主機加入互聯(lián)網(wǎng)，第二代互聯(lián)網(wǎng)也暴露出了嚴(yán)重的弱點。一方面，兩代互聯(lián)網(wǎng)使用的都是IPv4協(xié)議，IPv4定義的網(wǎng)絡(luò)地址為32位，理論上可以具有多于40億的IP地址。但由于采用分級地址格式，IP地址由網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址兩部分構(gòu)成，這雖使數(shù)據(jù)選路變得更加簡單，但也縮小了可用地址的范圍。再加上現(xiàn)有IP地址分配方法的不合理，導(dǎo)致IP地址資源的極大浪費，分配速度也比預(yù)期要快得多，IP地址面臨分配枯竭的尷尬境地。所以現(xiàn)行的IPv4 地址空間已無法滿足Internet 的高速發(fā)展的需要。另一方面，當(dāng)今世界是一個信息、知識爆炸的時代，每天都有大量的信息亟待數(shù)字化；也有大量的數(shù)字化信息需要存儲起來以用于進行后續(xù)的整理和分析；更有海量的數(shù)字化信息需要定向或不定向高速度的流動，而擁有強大的計算處理能力的巨型機數(shù)目有限，且一般的研究機構(gòu)和個人很難被準(zhǔn)許使用。

隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的廣泛和深入，互聯(lián)網(wǎng)上的信息使用起來顯得非常不便。我們使用網(wǎng)上資源不外乎有兩種方式：直接訪問網(wǎng)站或通過搜索引擎查找資源。目前，訪問網(wǎng)站時我們需要告訴計算機去訪問哪一個網(wǎng)站，這就像在打開電燈開關(guān)時必須指定一個發(fā)電廠一樣；另一種是使用搜索引擎查詢，但輸入一個關(guān)鍵詞往往會得到成千上萬個結(jié)果，還需要依靠手工從中挑選有用的結(jié)果，與插上插頭就能用電的便利無法相比?，F(xiàn)在的整個互聯(lián)網(wǎng)就像一座堆滿了書籍、無人整理的圖書館，而用戶只能通過手工檢索凌亂的書目，以求找到自己需要的信息。這種查找信息的方式既盲目又低效。因此，有人將現(xiàn)在這個“網(wǎng)絡(luò)時代”叫做“手工作坊式的網(wǎng)絡(luò)時代”。如何解決這些問題，另辟蹊徑充分利用網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有的閑置軟硬件資源，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)資源潛能是擺在我們面前的重大課題。

為解決現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)IPv4地址短缺的問題，基于下一代互聯(lián)網(wǎng)研發(fā)的IPv6協(xié)議正在進入實質(zhì)發(fā)展階段，即從IPv4的32位地址擴展到了IPv6的128位地址，理論上可以有2128-1個地址，這就使IP地址變得近乎無限豐富，充分解決了地址匱乏的問題。IPv6 極大的地址空間使層次性的地址規(guī)劃成為可能，這樣既便于路由的快速查找，也有利于路由聚合，縮減IPv6 路由表大小，降低網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃的難度。IPv6還具有更高的安全性，在使用IPv6網(wǎng)絡(luò)中，用戶可以對網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進行加密并對IP報文進行校驗，極大地增強了網(wǎng)絡(luò)的安全性。

同時無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅速增長和快速發(fā)展，IP地址問題的解決迫在眉睫，這就要求將IPv6 的使用提到日程上來。中國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程CNGI項目的目標(biāo)之一是期望通過示范網(wǎng)引導(dǎo)國內(nèi)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從發(fā)展的眼光來指導(dǎo)產(chǎn)業(yè)進步。目前我國已建成全球最大的下一代互聯(lián)網(wǎng)示范網(wǎng)絡(luò)，并取得一系列首創(chuàng)性科研成果，關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備產(chǎn)業(yè)化初具規(guī)模，市場占有率躍升至世界第二位。我國有望在國際上率先實現(xiàn)IPv6商用。

針對現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)所暴露的第二個問題，基于第三代互聯(lián)網(wǎng)研發(fā)的網(wǎng)格技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的方向。網(wǎng)格計算是專門針對復(fù)雜科學(xué)計算的新型計算模式。這種計算模式是利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一個“虛擬的超級計算機”，其中每一臺參與計算的計算機都是一個“節(jié)點”，當(dāng)有海量數(shù)據(jù)需要計算時，網(wǎng)格計算模式首先把要計算的數(shù)據(jù)分割成若干“小片”，而計算這些“小片”的軟件通常是一個預(yù)先編制好的程序，然后不同節(jié)點的計算機可以根據(jù)自己的處理能力下載一個或多個數(shù)據(jù)片斷和程序。只要節(jié)點的計算機的用戶不使用計算機時，程序就會工作。整個計算是由成千上萬個“節(jié)點”組成的“一張網(wǎng)格”，所以這種計算方式叫網(wǎng)格計算。這樣組織起來的“虛擬的超級計算機”有兩個優(yōu)勢:一個是數(shù)據(jù)處理能力超強，另一個是能充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力。隨著超級計算機的不斷發(fā)展，它已逐漸成為復(fù)雜科學(xué)計算領(lǐng)域的主宰。

網(wǎng)格不僅是集成的計算環(huán)境，還是集成的資源環(huán)境，其核心是消除信息孤島，實現(xiàn)資源共享。網(wǎng)格是構(gòu)筑在因特網(wǎng)上的新興技術(shù)，它使人們可以動態(tài)地共享分布在網(wǎng)上不同地方的各種資源，如計算機硬件、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用、服務(wù)等。形象地說，網(wǎng)格把整個網(wǎng)絡(luò)變成了一臺虛擬的超級計算機，其實質(zhì)就是共享與協(xié)作，是處在網(wǎng)格環(huán)境中的所有計算機硬件資源與軟件資源的整合，硬件與軟件的動態(tài)協(xié)作，完成一個共同的目標(biāo)。網(wǎng)格中的所有資源對外提供統(tǒng)一的訪問接口，資源請求者只要按照統(tǒng)一的格式發(fā)出請求，就可以使用網(wǎng)格資源，而不需要請求者知道資源的位置、訪問的數(shù)據(jù)格式等。從用戶角度看，網(wǎng)格就是一個整體，所有服務(wù)請求都向網(wǎng)格發(fā)出，而不是向某個網(wǎng)站或某臺服務(wù)器發(fā)出。人們可以用統(tǒng)一的界面、統(tǒng)一的登錄方式享用網(wǎng)上的各種資源，而不必一個一個地去訪問網(wǎng)站。同時網(wǎng)格不僅集成現(xiàn)有資源，還提供統(tǒng)一的接入接口，未來的新資源只要遵循標(biāo)準(zhǔn)接口就可以接入網(wǎng)格，成為網(wǎng)格資源。

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（編輯：王天鵬）