1.4.5　计算机网络新技术

近年来，计算机网络技术进入新的发展阶段，其特点是：互联、高速和智能化。下面介绍计算机网络近年来发展的一些新技术。

1.IPv6

从计算机技术的发展、因特网的规律和网络的传输速率来看，IPv4都已经不适用了。其中最主要的问题就是IPv4的32 bit的IP地址空间已经无法满足迅速膨胀的因特网规模。随着电子技术及网络技术的发展，计算机网络将进入人们的日常生活，可能身边的每一样东西都需要连入因特网。在这样的环境下，IPv6应运而生。单从数量级上来说，IPv6所拥有的地址容量是IPv4的约8×1028倍，达到2128（算上全零的）个。这不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为除电脑外的设备连入互联网在数量限制上扫清了障碍。

IPv6（Internet Protocol Version6）的发展是从1992年开始的，它的标准体系已经基本完善。IPv6具有拥有广大地址空间、即插即用、移动便捷、易于配置、贴身安全、QoS较好等优点。

IPv6的广泛部署依赖于未来因特网的良好发展，目前IPv4的规范大部分已经完成，但广泛部署的条件还有待进一步成熟，在保持目前IPv4网络良好运行的同时，对IPv6新技术的测试和实验应加快进行，并在一个较短的过程中，从IPv4网络过渡到IPv6网络。当然，IPv6部署的最关键因素是应用。3G业务、IP电信网、个人智能终端、家庭网络，这些现在听起来还很新鲜的名词，相信随着IPv6协议的不断推广会走入寻常百姓家。

现在网络设备的投资仍然制约着IPv6协议的迅速推广。用于制造计算机芯片的单晶硅资源也在不断枯竭。目前已经有一些材料科学家在讨论，是否可以用纳米级的工程陶瓷替代单晶硅制造计算机芯片等一系列的设备硬件。如果在未来能研发出合适的纳米级工程陶瓷用以替代单晶硅制造计算机芯片等一系列的设备硬件，降低设备成本，那么将会推进IPv6协议的进一步推广和应用。

2.语义网

语义网是对未来网络的一个设想，现在与Web3.0这一概念结合在一起，作为3.0网络时代的特征之一。简单地说，语义网是一种智能网络，它不但能够理解词语和概念，而且还能够理解它们之间的逻辑关系，可以使交流变得更有效率和价值。

语义网，它的核心是：通过给万维网上的文档（如：标准通用标记语言下的一个应用HTML）添加能够被计算机所理解的语义“元数据”（Meta data），从而使整个互联网成为一个通用的信息交换媒介。

语义网的体系结构正在建设中，当前国际范围内对此体系结构的研究还没有形成一个令人满意的、严密的逻辑描述与理论体系，中国学者对该体系结构也只是在国外研究的基础上做简要的介绍，还没有形成系统的阐述。

语义网的实现需要三大关键技术的支持：XML、RDF和Ontology。可扩展标记语言可以让信息提供者根据需要，自行定义标记及属性名，从而使XML文件的结构可以复杂到任意程度。它具有良好的数据存储格式和可扩展性、高度结构化以及便于网络传输等优点，再加上其特有的NS机制及XML Schema所支持的多种数据类型与校验机制，使其成为语义网的关键技术之一。目前关于语义网关键技术的讨论主要集中在RDF和Ontology身上。

RDF是W3C组织推荐使用的用来描述资源及其之间关系的语言规范，具有简单、易扩展、开放性、易交换和易综合等特点。值得注意的是，RDF只定义了资源的描述方式，却没有定义用哪些数据描述资源。RDF由三个部分组成：RDF Data Model、RDF Schema和RDF Syntax。

语义网就是能够根据语义进行判断的智能网络。在语义网中，信息都被赋予了明确的含义，机器能够自动地处理和集成网上可用的信息，这是未来万维网的发展方向。

3.网格技术

网格技术的目的是利用互联网把分散在不同地理位置的计算机组织成一台“虚拟的超级计算机”，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、软件资源、通信资源、知识资源、专家资源等的全面共享。

网格作为一种能带来巨大处理、存储能力和其他IT资源的新型网络，可以应付临时之用。网格计算通过共享网络将不同地点的大量计算机相连，从而形成虚拟的超级计算机，将各处计算机的多余处理器能力合在一起，可为研究和其他数据集中应用提供巨大的处理能力。有了网格计算，那些没有能力购买价值数百万美元的超级计算机的机构，也能利用其巨大的计算能力。

网格技术虽主要为学术机构所控制，但企业也在陆续跟进。事实上，全球网格论坛（Global Grid Forum）的主要赞助企业就包括Unilever——一家以经销肥皂、冰淇淋著称的企业。与许多正在研究和评估网格技术的企业一样，Unilever自己对于如何利用此技术仍秘而不宣。而Johnson & Johnson与Merck等制药公司、BMW与波音等制造企业却已利用这一技术的处理能力和存储空间进行仿真试验，例如药品能否保护细胞免受病毒侵袭？飞机机翼是否会在暴风雨中折断？

基因研究是网格技术的自然应用，这一领域所需的投资很难由一家企业来承担，生物科技企业可用网格技术来分析基因数据；医生可以用网格技术制作出病人器官的三维模型，作为诊断疾病的辅助手段；网格可以处理来自商店现金记录或金融市场的数据流。其他行业，如航空、保险、运输和国防，也会从中受益。如此看来，网格计算并非是可望而不可即的，其商业应用的广阔前景就在眼前。

为解决不同领域复杂科学计算与海量数据服务问题，人们以网络互连为基础构造了不同的网格，有代表性的如计算网格、拾遗网格、数据网格等，它们在体系结构和需要解决的问题类型等方面不尽相同，但都需要共同的关键技术，主要有如下几种：

（1）高性能调度技术。在网格系统中，大量的应用共享网格的各种资源，如何使得这些应用获得最大的性能，这就是调度所要解决的问题。网格调度技术比传统高性能计算中的调度技术更复杂，这主要是因为网格具有一些独有的特征，例如，网格资源的动态变化性、资源的类型异构性和多样性、调度器的局部管理性等。所以网格的调度需要建立随时间变化的性能预测模型，充分利用网格的动态信息来表示网格性能的波动。在网格调度中，还需要考虑移植性、扩展性、效率、可重复性以及网格调度和本地调度的结合等一系列问题。

（2）资源管理技术。资源管理的关键问题是为用户有效地分配资源。高效分配涉及资源分配和调度两个问题，一般通过一个包含系统模型的调度模型来体现，而系统模型则是潜在资源的一个抽象，系统模型为分配器及时地提供所有结点上可见的资源信息，分配器获得信息后将资源合理地分配给任务，从而优化系统性能。

（3）网格安全技术。网格计算环境对安全的要求比Internet的安全要求更为复杂。网格计算环境中的用户数量、资源数量都很大且动态可变，一个计算过程中的多个进程间存在不同的通信机制，资源支持不同的认证和授权机制且可以属于多个组织。正是由于这些网格独有的特征，使得它的安全要求性更高，具体包括支持在网格计算环境中主体之间的安全通信，防止主体假冒和数据泄密；支持跨虚拟组织的安全；支持网格计算环境中用户的单点登录，包括跨多个资源和地点的信任委托和信任转移等。

（4）网格研究最初的目标是希望能够将超级计算机连接成为一个可远程控制的元计算机系统（Metacomputers），这一目标已经深化为建立大规模计算和数据处理的通用基础支撑结构，将网络上的各种高性能计算机、服务器、PC、信息系统、海量数据存储和处理系统、应用模拟系统、虚拟现实系统、仪器设备和信息获取设备（例如传感器）集成在一起，为各种应用开发提供底层技术支撑，将Internet变为一个功能强大、无处不在的计算设施，最终实现资源共享和分布协同工作。网格的这种概念可以清晰地指导行业和企业中各个部门的资源进行行业或企业整体上的统一规划、部署、整合和共享，而不仅仅是行业或大企业中的各个部门自己规划、占有和使用资源。这种思想的沟通和认同对行业和企业是至关重要的，将提升或改变整个行业或企业信息系统的规划部署、运行和管理机制。

4.P2P

P2P也可以理解为“点对点”，即对等计算机网络，是一种在对等者（Peer）之间分配任务和工作负载的分布式应用架构，是对等计算模型在应用层形成的一种组网或网络形式。P2P直接将人们联系起来，让人们通过互联网直接交互。

对等网络是一种网络结构的思想。它与目前网络中占据主导地位的客户端/服务器（Client/Server）结构（也就是WWW所采用的结构方式）的一个本质区别是，整个网络结构中不存在中心结点（或中心服务器）。在P2P结构中，每一个结点（peer）大都同时具有信息消费者、信息提供者和信息通信等三方面的功能。从计算模式上来说，P2P打破了传统的Client/Server（C/S）模式，在网络中的每个结点的地位都是对等的。每个结点既充当服务器，为其他结点提供服务，同时也享用其他结点提供的服务。

对等网络是对分布式概念的成功拓展，它将传统方式下的服务器负担分配到网络中的每一结点上，每一结点都将承担有限的存储与计算任务，加入网络中的结点越多，结点贡献的资源也就越多，其服务质量也就越高。

对等网络可运用存在于Internet边缘的相对强大的计算机（个人计算机），执行较基于客户端的计算任务更高级的任务。现代的PC具有速度极快的处理器、海量内存以及超大的硬盘，而在执行常规计算任务（比如：浏览电子邮件和Web）时，无法完全发挥这些设备的潜力。新式PC很容易就能同时充当许多类型的应用程序的客户端和服务器（对等方）。

P2P网络技术的特点体现在以下几个方面：

（1）非中心化。网络中的资源和服务分散在所有结点上，信息的传输和服务的实现都直接在结点之间进行，可以无需中间环节和服务器的介入，避免了可能的瓶颈。P2P的非中心化基本特点，带来了其在可扩展性、健壮性等方面的优势。

（2）可扩展性。在P2P网络中，随着用户的加入，不仅服务的需求增加了，系统整体的资源和服务能力也在同步地扩充，始终能比较容易地满足用户的需要。理论上其可扩展性几乎可以认为是无限的。例如：在传统的通过FTP的文件下载方式中，当下载用户增加之后，下载速度会变得越来越慢，然而P2P网络正好相反，加入的用户越多，P2P网络中提供的资源就越多，下载的速度反而越快。

（3）健壮性。P2P架构天生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散在各个结点之间进行的，部分结点或网络遭到破坏对其他部分的影响很小。P2P网络一般在部分结点失效时能够自动调整整体拓扑，保持其他结点的连通性。P2P网络通常都是以自组织的方式建立起来的，并允许结点自由地加入和离开。

（4）高性价比。性能优势是P2P被广泛关注的一个重要原因。随着硬件技术的发展，个人计算机的计算和存储能力以及网络带宽等性能依照摩尔定理高速增长。采用P2P架构可以有效地利用互联网中散布的大量普通结点，将计算任务或存储资料分布到所有结点上。利用其中闲置的计算能力或存储空间，达到高性能计算和海量存储的目的。目前，P2P在这方面的应用多在学术研究方面，一旦技术成熟，能够在工业领域推广，则可以为许多企业节省购买大型服务器的成本。

（5）隐私保护。在P2P网络中，由于信息的传输分散在各结点之间进行而无须经过某个集中环节，用户的隐私信息被窃听和泄漏的可能性大大减小。此外，目前解决Internet隐私问题主要采用中继转发的技术方法，从而将通信的参与者隐藏在众多的网络实体之中。在传统的一些匿名通信系统中，实现这一机制依赖于某些中继服务器结点。而在P2P中，所有参与者都可以提供中继转发的功能，因而大大提高了匿名通讯的灵活性和可靠性，能够为用户提供更好的隐私保护。

（6）负载均衡。P2P网络环境下由于每个结点既是服务器又是客户机，减少了对传统C/S结构服务器计算能力、存储能力的要求，同时因为资源分布在多个结点，更好的实现了整个网络的负载均衡。

由于对等网络不需要专门的服务器来做网络支持，也不需要其他的组件来提高网络的性能，因而组网成本较低，适用于人员少、组网简单的场景，故常用于网络范围较小的中小型企业或家庭中。

5.云计算

云计算是大规模分布式计算技术的一种，是并行处理和网格计算的发展。云计算是一种基于因特网的超级计算模式，在远程的数据中心里，成千上万台计算机和服务器连接成一片计算机云。用户通过计算机、笔记本电脑、手机等方式接入数据中心，按自己的需求进行运算。

6.移动计算技术

移动计算技术是随着移动通信、互联网、数据库、分布式计算等技术的发展而兴起的新技术。它的作用是将信息准确、及时地在任何时间提供给任何地点的任何客户。移动计算技术使计算机或其他信息智能终端设备在无线环境下实现数据传输及资源共享，这将极大地改变人们的生活方式和工作方式。

7.物联网

物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控、管理和控制的一种网络。