基于云计算的信息化网络的研究与探索

2014-05-03杜娥

实验技术与管理 2014年5期

关键词：定位器命名路由

杜娥

（电子科技大学成都学院，四川成都 611731）

云计算能够灵活应用分布在网络环境中的应用程序，并且为快速部署新业务提供高效的环境。特别是所提供的快速扩展服务的能力使得它越来越受欢迎，但是，它也有一定的局限性。

本文所提出的信息化网络不仅可以缓解云计算技术中的一些局限，还可以为云计算技术带来更多便利。

1 云计算

1.1 云计算的服务模式

云计算主要有3种服务模式［1］：（1）基础设施即服务IaaS（Infrastructure as a Service）是指用户通过网络从硬件设施中获得服务，这种云服务能把CPU、内存、存储器、传输等集中起来成为一个虚拟池来为网络提供服务［2］。（2）平台即服务PaaS（Platform as a Service）是指将软件开发平台作为一种服务提供给用户。（3）软件即服务SaaS（Software as a Service，SaaS）它是通过网络提供软件的模式，用户无需购买软件，而是直接通过网络来使用这些软件。例如，文字处理软件并没有装在本地PC，但是当通过浏览器访问运行了该软件的网络服务器即可自由地在本地PC处理文档［3］。

1.2 云计算技术中的局限

云计算需实现：（1）运算、存储以及网络设施的管理；（2）在一个动态的网络中去分配云计算服务；（3）云计算服务需要在服务器之间复制大量的数据。而在现有的网络技术里要解决这些问题几乎涵盖了智能化的网络管理工具、路由协议、主机和站点之间的附加协议，以及还要考虑主机和网络的移动性［4］，这些将大大增加系统的复杂性，成为云计算最大的局限。为此，引入信息化网络解决这些局限。

2 信息化网络NetInf

2.1 NetInf的基本概念

信息化网络 NetInf（Network of Information，NetInf）是把当今以主机为中心的网络模式转换成以信息为中心的网络模式［5］。信息是网络的主要构成成分，用户感兴趣的是数据对象本身，而不是如何到达目的主机［6］。NetInf直接对数据命名，确保它身份的唯一性，在NetInf中信息的命名是独立于它们所存储的主机，这就是NetInf最基本的设计理念。

2.2 NetInf的结构

NetInf由4个模块构成，如图1所示。NetInf为云计算提供数据的运算、存储、传输等服务，成为云计算和网络衔接的纽带。

图1 NetInf的模块结构图

2.2.1 NetInf接口

NetInf提供了一个接口API（application program interface），实现独立于主机的信息之间的通信以及这些信息在主机之间的传输。NetInf接口支持的通信模式是以数据为中心，在访问信息时，只需知道数据的命名即可。利用接口可以完全向用户隐藏数据的存储位置以及网络传输过程，并能直接获取信息［7］。如果网络中的数据存在多个完全相同的副本，NetInf底层的模块可以从中找出一份最优的数据［8］。通过API，NetInf下层的模块可以让云计算对数据命名，并在名字系统中注册；可以获取数据的定位信息以获取数据；可以在数据间建立联系，实现相互访问；可以实现数据存储和检索。

2.2.2 NetInf名字解析系统

名字解析系统对数据进行命名或者解析。NetInf利用哈希算法将数据的一部分用来命名，这可避免引入新的命名算法，从而简化命名的操作，同时还可以利用分配好的名字来验证信息的真实性。这种对数据对象的命名方案完全独立于存储位置［9］。在传统的网络中，若主机移动了，原来绑定好的地址信息就会被破坏，只有使用HTTP重定向和动态域名解析等方法来解决这一问题。而在NetInf中尽管网络结构发生改变了，数据的命名信息仍然是保持不变的，因此无需做任何处理。

2.2.3 NetInf路由算法

路由算法负责解决如何以及从哪里去获取这些信息的问题。由于路由算法是根据信息命名来查找路径的，而信息的命名独立于它所在的主机，这就使得它可以灵活地适应网络结构以及负载的变化。至于路由算法的具体实现过程，将在下一节阐述。

2.2.4 NetInf存储系统

在NetInf中提供了两种存储方案：高速缓存和普通存储单元。为了提高获取数据的效率，可以把最近访问到的数据存储在高速缓存中；否则就存在存储单元中。主机也可以把从NetInf中获取的最新数据存储在它们的本地缓存以提高效率，类似点对点网络。对于已下载的信息，用户也可以作为新的信息源来提供服务。

3 基于最新定位器路由算法

从云计算的角度，NetInf提供了新的技术去解决网络资源和网络存储的问题。用户只需把数据扔向网络，NetInf就自动地实现数据的存储、处理、分发。而名字解析和路由算法是NetInf的基石，主要是解决信息的命名和定位的问题。

不同于传统网络的点到点的路由机制，NetInf提供了端到端的路由机制。只要在NetInf名字系统中注册的数据，该路由算法都能为之找到一条最优的通信路径。这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（如图2所示）：（1）在数据源和连接到核心网络边缘路由器之间找到一条路径；（2）通过核心网在数据源所在的边缘路由器与目标数据所在的边缘路由器之间找到一条路径；（3）在目标数据所在的核心边缘路由器和目标数据之间找到一条路径。LLC专注于第1步和第3步。

数据包在发送或者接收的过程中，LLC都会为数据创建或者更新定位器，并且总是数据发送的最后一刻更新，以保证定位器能实时地反应网络结构。

3.2 LLC的附属寄存器

LLC采用附属寄存器AR（attach rgister）来快速构建的定位器。在路由系统中每个节点都由AR代理。在AR上，每个节点都会注册他们直接相连的连接以及每条连接的特性。

图2 NetInt路由算法基本原理图

当网络拓扑结构发生改变时，只有直接相连的节点需要更新在AR中注册的信息，可以有效地在网络中避免由于更新带来的信息风暴［10］。因此，该算法可以应用于频繁移动的网络，并且能稳定地处理大规模的数据。引入了AR后，路径的创建过程可以分解为以下3步（如图2所示）：（1）源节点向核心网发起请求，获取它的通信路径，如图2路径1所示；（2）AR根据连接特性在核心网中的各个代理服务器之间找到一条满意的路径进行响应，这条路径会被记录在定位器中返回给请求主机，路径上每一个节点用＠符号来表示，并按逆序来排列（如图2路径2－6所示），为了简化路径的获取过程，可以在核心网络中广播请求，这样核心网中的AR就知道可以通过哪些节点达到目的端；（3）源主机利用从定位器中获取的路径，向目的主机进行通信（如图2路径7所示）。

在NetInf中，云计算只需在上层调用它的resolve（）函数，通过NetInf接口，利用NetInf的命名解析系统和路由系统，就会自动完成通信，把所需数据返回，从而屏蔽整个数据的存储和传输过程。

4 结束语

云计算带来了资源共享的变革，NetInf为它提供了访问信息的新方法。通过云计算和信息网络的紧密合作，网络节点和网络各种硬件资源可以真正实现透明地面向用户和应用［11］。NetInf以及它所提供的API让云计算可以屏蔽数据在网络中的存储和传输问题，从而大大简化了云计算的数据处理过程。今后我们还将更详细地研究NetInf如何处理云计算的服务［12］、如何提高LLC的效率，确保传输的实时性、安全性，使NetInf给云计算带来更多额外的便利。

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［1］刘鹏.云计算［M］.北京：电子工业出版社，2010.

［2］虚拟化与云计算小组.虚拟化与云计算［M］.北京：电子工业出版社，2009：133－135.

［3］张建勋，古志民，郑超.云计算研究进展综述［J］.计算机应用研究，2010（2）：429－433.

［4］杨勇.基于虚拟机的虚拟计算环境研究与设计［J］.软件学报，2007（3）：3－4.

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

［6］刘晓乐.计算机云计算及其实现技术分析［J］.电子科技，2009（12）：100－102.

［7］陈康，郑纬民.云计算：系统实例与研究现状［J］.软件学报，2009，20（5）：1337－l348.

［8］陈全，邓倩妮.云计算及其关键技术［J］.计算机应用，2009（9）：2563－2564.

［9］刘昆雄，王秀丽.基于网络的信息服务转型理论研究［J］.情报理论与实践，2009，32（10）：40－44.

［10］夏南强，殷克涛.网络融合环境下信息服务研究的思考［J］.情报理论与实践，2010，33（7）：31－34.