基于云計(jì)算的信息化網(wǎng)絡(luò)的研究與探索

杜 娥

（電子科技大學(xué) 成都學(xué)院，四川 成都 611731）

云計(jì)算能夠靈活應(yīng)用分布在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的應(yīng)用程序，并且為快速部署新業(yè)務(wù)提供高效的環(huán)境。特別是所提供的快速擴(kuò)展服務(wù)的能力使得它越來(lái)越受歡迎，但是，它也有一定的局限性。

本文所提出的信息化網(wǎng)絡(luò)不僅可以緩解云計(jì)算技術(shù)中的一些局限，還可以為云計(jì)算技術(shù)帶來(lái)更多便利。

1 云計(jì)算

1.1 云計(jì)算的服務(wù)模式

云計(jì)算主要有3種服務(wù)模式［1］：（1）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)IaaS（Infrastructure as a Service）是指用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從硬件設(shè)施中獲得服務(wù)，這種云服務(wù)能把CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)器、傳輸?shù)燃衅饋?lái)成為一個(gè)虛擬池來(lái)為網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)［2］。（2）平臺(tái)即服務(wù)PaaS（Platform as a Service）是指將軟件開發(fā)平臺(tái)作為一種服務(wù)提供給用戶。（3）軟件即服務(wù)SaaS（Software as a Service，SaaS）它是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供軟件的模式，用戶無(wú)需購(gòu)買軟件，而是直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)使用這些軟件。例如，文字處理軟件并沒(méi)有裝在本地PC，但是當(dāng)通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)運(yùn)行了該軟件的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器即可自由地在本地PC處理文檔［3］。

1.2 云計(jì)算技術(shù)中的局限

云計(jì)算需實(shí)現(xiàn)：（1）運(yùn)算、存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的管理；（2）在一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)中去分配云計(jì)算服務(wù)；（3）云計(jì)算服務(wù)需要在服務(wù)器之間復(fù)制大量的數(shù)據(jù)。而在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)里要解決這些問(wèn)題幾乎涵蓋了智能化的網(wǎng)絡(luò)管理工具、路由協(xié)議、主機(jī)和站點(diǎn)之間的附加協(xié)議，以及還要考慮主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性［4］，這些將大大增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，成為云計(jì)算最大的局限。為此，引入信息化網(wǎng)絡(luò)解決這些局限。

2 信息化網(wǎng)絡(luò)NetInf

2.1 NetInf的基本概念

信 息 化 網(wǎng) 絡(luò) NetInf（Network of Information，NetInf）是把當(dāng)今以主機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)模式轉(zhuǎn)換成以信息為中心的網(wǎng)絡(luò)模式［5］。信息是網(wǎng)絡(luò)的主要構(gòu)成成分，用戶感興趣的是數(shù)據(jù)對(duì)象本身，而不是如何到達(dá)目的主機(jī)［6］。NetInf直接對(duì)數(shù)據(jù)命名，確保它身份的唯一性，在NetInf中信息的命名是獨(dú)立于它們所存儲(chǔ)的主機(jī)，這就是NetInf最基本的設(shè)計(jì)理念。

2.2 NetInf的結(jié)構(gòu)

NetInf由4個(gè)模塊構(gòu)成，如圖1所示。NetInf為云計(jì)算提供數(shù)據(jù)的運(yùn)算、存儲(chǔ)、傳輸?shù)确?wù)，成為云計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)銜接的紐帶。

圖1 NetInf的模塊結(jié)構(gòu)圖

2.2.1 NetInf接口

NetInf提供了一個(gè)接口API（application program interface），實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于主機(jī)的信息之間的通信以及這些信息在主機(jī)之間的傳輸。NetInf接口支持的通信模式是以數(shù)據(jù)為中心，在訪問(wèn)信息時(shí)，只需知道數(shù)據(jù)的命名即可。利用接口可以完全向用戶隱藏?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置以及網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程，并能直接獲取信息［7］。如果網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)存在多個(gè)完全相同的副本，NetInf底層的模塊可以從中找出一份最優(yōu)的數(shù)據(jù)［8］。通過(guò)API，NetInf下層的模塊可以讓云計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)命名，并在名字系統(tǒng)中注冊(cè)；可以獲取數(shù)據(jù)的定位信息以獲取數(shù)據(jù)；可以在數(shù)據(jù)間建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)相互訪問(wèn)；可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索。

2.2.2 NetInf名字解析系統(tǒng)

名字解析系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行命名或者解析。NetInf利用哈希算法將數(shù)據(jù)的一部分用來(lái)命名，這可避免引入新的命名算法，從而簡(jiǎn)化命名的操作，同時(shí)還可以利用分配好的名字來(lái)驗(yàn)證信息的真實(shí)性。這種對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的命名方案完全獨(dú)立于存儲(chǔ)位置［9］。在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中，若主機(jī)移動(dòng)了，原來(lái)綁定好的地址信息就會(huì)被破壞，只有使用HTTP重定向和動(dòng)態(tài)域名解析等方法來(lái)解決這一問(wèn)題。而在NetInf中盡管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變了，數(shù)據(jù)的命名信息仍然是保持不變的，因此無(wú)需做任何處理。

2.2.3 NetInf路由算法

路由算法負(fù)責(zé)解決如何以及從哪里去獲取這些信息的問(wèn)題。由于路由算法是根據(jù)信息命名來(lái)查找路徑的，而信息的命名獨(dú)立于它所在的主機(jī)，這就使得它可以靈活地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及負(fù)載的變化。至于路由算法的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程，將在下一節(jié)闡述。

2.2.4 NetInf存儲(chǔ)系統(tǒng)

在NetInf中提供了兩種存儲(chǔ)方案：高速緩存和普通存儲(chǔ)單元。為了提高獲取數(shù)據(jù)的效率，可以把最近訪問(wèn)到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在高速緩存中；否則就存在存儲(chǔ)單元中。主機(jī)也可以把從NetInf中獲取的最新數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在它們的本地緩存以提高效率，類似點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于已下載的信息，用戶也可以作為新的信息源來(lái)提供服務(wù)。

3 基于最新定位器路由算法

從云計(jì)算的角度，NetInf提供了新的技術(shù)去解決網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的問(wèn)題。用戶只需把數(shù)據(jù)扔向網(wǎng)絡(luò)，NetInf就自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、分發(fā)。而名字解析和路由算法是NetInf的基石，主要是解決信息的命名和定位的問(wèn)題。

不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)到點(diǎn)的路由機(jī)制，NetInf提供了端到端的路由機(jī)制。只要在NetInf名字系統(tǒng)中注冊(cè)的數(shù)據(jù)，該路由算法都能為之找到一條最優(yōu)的通信路徑。這就是基于最新定位器的路由算法LLC（late locator construction）。

3.1 LLC路由的基本原理

LLC路由主要分成3步（如圖2所示）：（1）在數(shù)據(jù)源和連接到核心網(wǎng)絡(luò)邊緣路由器之間找到一條路徑；（2）通過(guò)核心網(wǎng)在數(shù)據(jù)源所在的邊緣路由器與目標(biāo)數(shù)據(jù)所在的邊緣路由器之間找到一條路徑；（3）在目標(biāo)數(shù)據(jù)所在的核心邊緣路由器和目標(biāo)數(shù)據(jù)之間找到一條路徑。LLC專注于第1步和第3步。

數(shù)據(jù)包在發(fā)送或者接收的過(guò)程中，LLC都會(huì)為數(shù)據(jù)創(chuàng)建或者更新定位器，并且總是數(shù)據(jù)發(fā)送的最后一刻更新，以保證定位器能實(shí)時(shí)地反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3.2 LLC的附屬寄存器

LLC采用附屬寄存器AR（attach rgister）來(lái)快速構(gòu)建的定位器。在路由系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都由AR代理。在AR上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)注冊(cè)他們直接相連的連接以及每條連接的特性。

圖2 NetInt路由算法基本原理圖

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí)，只有直接相連的節(jié)點(diǎn)需要更新在AR中注冊(cè)的信息，可以有效地在網(wǎng)絡(luò)中避免由于更新帶來(lái)的信息風(fēng)暴［10］。因此，該算法可以應(yīng)用于頻繁移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)，并且能穩(wěn)定地處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)。引入了AR后，路徑的創(chuàng)建過(guò)程可以分解為以下3步（如圖2所示）：（1）源節(jié)點(diǎn)向核心網(wǎng)發(fā)起請(qǐng)求，獲取它的通信路徑，如圖2路徑1所示；（2）AR根據(jù)連接特性在核心網(wǎng)中的各個(gè)代理服務(wù)器之間找到一條滿意的路徑進(jìn)行響應(yīng)，這條路徑會(huì)被記錄在定位器中返回給請(qǐng)求主機(jī)，路徑上每一個(gè)節(jié)點(diǎn)用＠符號(hào)來(lái)表示，并按逆序來(lái)排列（如圖2路徑2－6所示），為了簡(jiǎn)化路徑的獲取過(guò)程，可以在核心網(wǎng)絡(luò)中廣播請(qǐng)求，這樣核心網(wǎng)中的AR就知道可以通過(guò)哪些節(jié)點(diǎn)達(dá)到目的端；（3）源主機(jī)利用從定位器中獲取的路徑，向目的主機(jī)進(jìn)行通信（如圖2路徑7所示）。

在NetInf中，云計(jì)算只需在上層調(diào)用它的resolve（）函數(shù)，通過(guò)NetInf接口，利用NetInf的命名解析系統(tǒng)和路由系統(tǒng)，就會(huì)自動(dòng)完成通信，把所需數(shù)據(jù)返回，從而屏蔽整個(gè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程。

4 結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算帶來(lái)了資源共享的變革，NetInf為它提供了訪問(wèn)信息的新方法。通過(guò)云計(jì)算和信息網(wǎng)絡(luò)的緊密合作，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)各種硬件資源可以真正實(shí)現(xiàn)透明地面向用戶和應(yīng)用［11］。NetInf以及它所提供的API讓云計(jì)算可以屏蔽數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的存儲(chǔ)和傳輸問(wèn)題，從而大大簡(jiǎn)化了云計(jì)算的數(shù)據(jù)處理過(guò)程。今后我們還將更詳細(xì)地研究NetInf如何處理云計(jì)算的服務(wù)［12］、如何提高LLC的效率，確保傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、安全性，使NetInf給云計(jì)算帶來(lái)更多額外的便利。

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［1］劉鵬.云計(jì)算［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

［2］虛擬化與云計(jì)算小組.虛擬化與云計(jì)算［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009：133－135.

［3］張建勛，古志民，鄭超.云計(jì)算研究進(jìn)展綜述［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2010（2）：429－433.

［4］楊勇.基于虛擬機(jī)的虛擬計(jì)算環(huán)境研究與設(shè)計(jì)［J］.軟件學(xué)報(bào)，2007（3）：3－4.

［5］John Y.On－demand business collaboration enablement with web services［J］.Decision Support System，2005（40）：107－127.

［6］劉曉樂(lè).計(jì)算機(jī)云計(jì)算及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)分析［J］.電子科技，2009（12）：100－102.

［7］陳康，鄭緯民.云計(jì)算：系統(tǒng)實(shí)例與研究現(xiàn)狀［J］.軟件學(xué)報(bào)，2009，20（5）：1337－l348.

［8］陳全 ，鄧倩妮.云計(jì)算及其關(guān)鍵技術(shù)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009（9）：2563－2564.

［9］劉昆雄，王秀麗.基于網(wǎng)絡(luò)的信息服務(wù)轉(zhuǎn)型理論研究［J］.情報(bào)理論與實(shí)踐，2009，32（10）：40－44.

［10］夏南強(qiáng)，殷克濤.網(wǎng)絡(luò)融合環(huán)境下信息服務(wù)研究的思考［J］.情報(bào)理論與實(shí)踐，2010，33（7）：31－34.

［11］高嵐嵐，云計(jì)算與網(wǎng)格計(jì)算的深入比較研究［J］.海峽科學(xué)，2009（2）：56－57.

［12］肖云鵬，劉宴兵.云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用展望［J］.數(shù)字通信，2010（6）：29－30.