中國(guó)移動(dòng)-互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與P2P技術(shù)研究報(bào)告

中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì) 課題編號(hào)： 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 （ 征求意見(jiàn)稿 ） (題目建議用云計(jì)算 ) 完成單位： 中國(guó)移動(dòng) 工業(yè)和信息化部電信研究院 中國(guó)電信 2009 年 9 月 研究報(bào)告要點(diǎn) 本報(bào)告討論了云計(jì)算中的主要技術(shù)，云計(jì)算對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的影響，云計(jì)算存在的主要問(wèn)題，比較了云計(jì)算技術(shù)與 P2P 技術(shù)、網(wǎng)格技術(shù)的異同點(diǎn)，分析了 DSN（ distributed service network） 與云計(jì)算的關(guān)系，最后提出 DSN 與云計(jì)算結(jié)合應(yīng)用的思路和方案。 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 1 - 1. 概念與背景 1.1 云計(jì)算基本概念 云計(jì)算 (Cloud Computing)是分布式計(jì)算 (Distributed Computing)、并行計(jì)算 (Parallel Computing)和網(wǎng)格計(jì)算 (Grid Computing)的發(fā)展，或者說(shuō)是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。它是一種動(dòng)態(tài)的 、 易擴(kuò)展的 、且通常是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn) 的 虛擬化的計(jì)算方式。 用戶 不必具有云內(nèi)部的專業(yè)知識(shí)， 不需要了 解云內(nèi)部的細(xì)節(jié)， 也 不 直接控制基礎(chǔ)設(shè)施。 （定 義應(yīng)說(shuō)清楚） 云計(jì)算的基本原理是 ： 計(jì)算 資源 分布在 網(wǎng)絡(luò)側(cè) 大量的計(jì)算機(jī)上，而非本地計(jì)算機(jī)或 單臺(tái) 集中式遠(yuǎn)程服務(wù)器中 ， 用戶通過(guò) 接入互聯(lián)網(wǎng)、 利用云提供的編程接口 、云計(jì)算終端 軟件 或者 瀏覽器訪問(wèn) 云提供的不同服務(wù) ，把 “ 云 ” 做為 數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)以及應(yīng)用服務(wù)的中心 。 1.2 云計(jì)算的行業(yè)背景與分析 1.2.1 云計(jì)算的商業(yè)應(yīng)用與商業(yè)計(jì)劃 Amazon 的“云” 圖 1-1 Amazon 的 云計(jì)算 Amazon 從 2002 年 7 月開(kāi)始推出 Amazon Web Services，為互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供開(kāi)放式的通用平臺(tái)。截 至 2007 年 7 月，注冊(cè)開(kāi)發(fā)者已經(jīng)達(dá)到 330000。目前，該平臺(tái)包含了 Elastic Compute Cloud（ EC2） 、 Elastic Block Store（ EBS）、 SimpleDB、互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 2 - Simple Storage Service（ S3） 、 CloudFront、 Simple Queue Service（ SQS） 等功能平臺(tái)，計(jì)費(fèi)、安全、網(wǎng)管 等 運(yùn)營(yíng)支撐 平臺(tái) ，以及其它一些商業(yè)應(yīng)用平臺(tái)。 其中 ， S3 是 Amazon 推出的 最早的 云計(jì)算服務(wù) ，提供無(wú)限量的文檔、 照片 、音 視頻和其他數(shù) 據(jù)的存儲(chǔ)。該服務(wù)被許多軟件公司采用為客戶提供下載和 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)。截止到 2009 年 3 月，其存儲(chǔ)量達(dá)到了 520 億個(gè)對(duì)象。 迄今為止， S3 的詳細(xì)設(shè)計(jì)沒(méi)有公開(kāi)，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高可擴(kuò)展性、高業(yè)務(wù)可用性、低時(shí)延以及廉價(jià)的存儲(chǔ)。 S3 單個(gè)對(duì)象不得超過(guò) 5GB，配以最大 2KB 的 metadata。每個(gè) AWS 賬戶可擁有數(shù)個(gè) bucket，其中包含分別具有唯一用戶指定 key 的數(shù)個(gè)對(duì)象。支持 REST類型的 HTTP 接口或者 SOAP 接口進(jìn)行對(duì)象的生成、列表和檢索，并支持通過(guò) HTTP GET 接口或者 BT 協(xié)議下載對(duì)象。 用戶可以租用基于 Xen的 EC2云計(jì)算平臺(tái)，利用虛擬化技術(shù)建立服務(wù)器實(shí)例，運(yùn)行其 自身的應(yīng)用。用戶可以隨意關(guān)停虛擬服務(wù)器，并僅對(duì)激活的服務(wù)器進(jìn)行付費(fèi)。用戶可以在不同區(qū)域建立服務(wù)器實(shí)例并互為備份，以最小化宕機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。在2008 年 8 月， Amazon 又推出了 EBS（ Elastic Block Store，彈性塊存儲(chǔ)）以完善 EC2 的云存儲(chǔ)功能。 Sun 的“云” 圖 1-2 Sun 的 云計(jì)算 Sun 公司也基于云計(jì)算理論提出，未來(lái)的數(shù)據(jù)中心不會(huì)再被局限在擁擠而悶熱的機(jī)房里，而是一個(gè)個(gè)可移動(dòng)的集裝箱，企業(yè)可以把它移動(dòng)到包括“郊外”在內(nèi)的各種地方，降低機(jī)房的開(kāi)支。 2008 年 5 月， Sun 在 2008JavaOne 開(kāi)發(fā)者大會(huì)上宣布推出“ Hydrazine”計(jì)劃（參見(jiàn)圖 1-2） ， 基于“ Hydrazine”計(jì)劃， Sun 希望利用其核心技術(shù)打造一個(gè)包含網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、數(shù)據(jù)中心和其他基礎(chǔ)設(shè)施組件在內(nèi)的完整解決方案，如 Sun JavaFX 的 豐富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序技術(shù)、 Sun 的 Glassfish應(yīng)用服務(wù)器、 Sun 企業(yè)服務(wù)總線、 Sun 目錄服務(wù)器、 MySQL、“廉價(jià)存儲(chǔ)”和 Sun的硬件，從而使得開(kāi)發(fā)人員利用 Sun 平臺(tái)創(chuàng)建托管應(yīng)用與服務(wù)，并且不用到任何互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 3 - 其它地方就可以利用這些應(yīng)用程序和服務(wù)賺錢(qián)。此外，作為“ Hydrazine 計(jì)劃”的一部分， Sun 還推出了“ Insight 計(jì)劃”。這個(gè)分析功能可以讓開(kāi)發(fā)人員知道誰(shuí)在使用他們的產(chǎn)品，并利用這個(gè)功能注入廣告賺錢(qián)。 Google 的“云” 圖 1-3 Google 的 云計(jì)算 Google 則以開(kāi)源的姿態(tài)推廣它的云計(jì)算平臺(tái)，這使得用戶可以得到這個(gè)平臺(tái)的代碼并修改它。 2006 年， Google 使用 MapReduce 技術(shù)，通過(guò) 40 臺(tái)服務(wù)器集群構(gòu)建了第一個(gè)云。 Google 的數(shù)據(jù)中心在節(jié)能、速度、成本方面很有優(yōu)勢(shì)，因而 Google 能夠以極低的成本增添運(yùn)算能力。如圖 1-3 所示，其云計(jì)算架構(gòu) 主要包括集群管理和控制系統(tǒng) (Cluster)、分布式并行計(jì)算 (MapReduce)、分布式數(shù)據(jù)管理 (BigTable)、分布式文件存儲(chǔ) (GFS)、分布式數(shù)據(jù)并發(fā)訪問(wèn)控制 (Chubby)和工作隊(duì)列 (GWQ)等。此外，在 2007 年 10 月， Google 還和 IBM 達(dá)成協(xié)議，同美國(guó)卡耐基 -梅隆大學(xué)、麻省理工大學(xué)、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克萊分校、馬里蘭州大學(xué)和華盛頓大學(xué)等六所大學(xué)展開(kāi)合作，為其計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生和研究人員提供硬件、軟件和服務(wù)支持。 Google-IBM 云將會(huì)提供由數(shù)百臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的數(shù)個(gè)集群，這些計(jì)算機(jī)包括 Google 的定制機(jī)器、 IBM 的 BladeCenter 和 System X 服務(wù)器。 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 4 - IBM 的“云” 圖 1-4 IBM 的 云計(jì)算 除了與 Google 合作，為美國(guó)高校提供相應(yīng)云服務(wù)，推動(dòng)云計(jì)算的研究， IBM在 2007 年也推出其云計(jì)算計(jì)劃，即藍(lán)云計(jì)劃（ Blue Cloud），參見(jiàn)圖 1-4。它基于由 IBM 軟件、系統(tǒng)技術(shù)和服務(wù)支持的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)源軟件，包括一系列的云計(jì)算產(chǎn)品。而且， IBM 還計(jì)劃將大多數(shù)服務(wù)器產(chǎn)品都升級(jí)為支持藍(lán)云的產(chǎn)品，將藍(lán)云滲透到 IBM 的軟件、硬件以及服務(wù)之中。 在云計(jì)算領(lǐng)域， IBM 有著許 多得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，如在其產(chǎn)品線中，應(yīng)用服務(wù)器、存儲(chǔ)和管理軟件樣樣具備。此外， IBM 還可以繞開(kāi)數(shù)據(jù)從本地轉(zhuǎn)移到互聯(lián)網(wǎng)過(guò)程中的安全問(wèn)題這一障礙，通過(guò)向客戶出售云計(jì)算方案與終端，為企業(yè)建立屬于自己的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心來(lái)發(fā)展這一計(jì)劃。 IBM 已擁有了最為完整的包括硬件、軟件與服務(wù)的云計(jì)算解決方案，來(lái)幫助企業(yè)客戶利用云實(shí)現(xiàn)成本與效率的優(yōu)勢(shì)。 IBM 最新軟件產(chǎn)品可管理并確保云計(jì)算環(huán)境安全 ； IBM 全球服務(wù)部 (Global Services)不僅為企業(yè)提供可安全測(cè)試應(yīng)用的全新 IBM 云環(huán)境，還將通過(guò)云為企業(yè)提供數(shù)據(jù)保護(hù)方面的軟件服 務(wù) ； IBM 與 Juniper Networks 聯(lián)手合作混合云能力，演示 “ 溢流云 (overflow cloud)” 。 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 5 - 微軟的“云” 圖 1-5 微軟的 云計(jì)算 在 PDC2008 的主題演講中，微軟首席軟件架構(gòu)師 Ray Ozzie 宣布了微軟的云計(jì)算戰(zhàn)略以及云計(jì)算平臺(tái) Windows Azure。 如圖 1-5 所示， Windows Azure提供了一個(gè)基于 Windows 的虛擬計(jì)算環(huán)境和存儲(chǔ)，可以把 Windows Azure 理解為云端的操作系統(tǒng)。它的底層是數(shù)據(jù)中心中數(shù)量龐大的 Windows 64 位服務(wù) 器。Windows Azure 通過(guò)底層的結(jié)構(gòu)控制器（ Fabric Controller）有效地將這些服務(wù)器組織起來(lái)，給前端的應(yīng)用提供計(jì)算和存儲(chǔ)能力，并保證其可靠性。 在 Windows Azure 之上， Azure services Platform 提供了很多針對(duì)不同用途的服務(wù)，如圖 1-6 所示。 Live 服務(wù)：微軟將 Windows Live 的很多功能和資源，通過(guò) Live 服務(wù)器封裝以后提供給軟件廠商和開(kāi)發(fā)人員使用。通過(guò) Live Services，可以存儲(chǔ)和管理Windows Live 用戶的信息和聯(lián)系人，將 Live Mesh 中的文件和應(yīng)用同步到用戶的不同設(shè)備上去。 .NET 服務(wù)：最初被命名為 BizTalk 服務(wù)，它提供了一個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)，來(lái)構(gòu)建基于 Internet 的分布式應(yīng)用，初步實(shí)現(xiàn)了 Internet 服務(wù)總線的一些功能。不僅可以提供給云計(jì)算平臺(tái)使用，同時(shí)企業(yè)自由的服務(wù)器程序也可以使用。 .NET Services 由訪問(wèn)控制、服務(wù)總線和工作流三個(gè)模塊組成。 SQL 服務(wù)：是一個(gè)云計(jì)算平臺(tái)之上的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)?，F(xiàn)在，提供了類似于 SQL Server 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢能力。不 久 的將來(lái)，會(huì)提供報(bào)表、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)同步等功能。 SQL 服 務(wù)構(gòu)建在企業(yè)級(jí)的 SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)和 Windows 服務(wù)器之上。 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 6 - 圖 1-6 Azure Services Platform 1.2.2 云計(jì)算應(yīng)用評(píng)述 總體而言， 微軟、 Oracle、 IBM、 Sun、英特爾等 IT 巨頭都面臨著云計(jì)算的挑戰(zhàn)，而 Google 則 依靠其搜索引擎后來(lái)居上 ， 在此領(lǐng)域一枝獨(dú)秀 。 Google 能 有與 微軟等 軟件 巨頭競(jìng)風(fēng)流的實(shí)力，有 如下幾個(gè)重 要的 客觀理由 ： 1）數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的根本 。 有 了 “ 數(shù)據(jù) ” 的云，才有計(jì)算的云。搜索引擎就是從海量數(shù)據(jù)中尋找信息的技術(shù)。隨著信息量的 增多 ，用戶的增 加 ，搜索引擎技術(shù) 只有將 更多的硬件和 軟件組成 集群 ， 才能支撐如此規(guī)模的計(jì)算。這 就是云計(jì)算的 雛形 。 全球數(shù)以億計(jì)的用戶和 Google 的搜索平臺(tái)形成了這樣的關(guān)系： 用戶 只需要通過(guò) IE 這種簡(jiǎn)單的客戶端就能 享受 Google 提供的搜索服務(wù) 。 這 正 是 “ 云計(jì)算 ”的 軟件 服務(wù)模型，也形成了 Google 現(xiàn)在的商業(yè)服務(wù)模式。 相對(duì)而言 ，微軟、Oracle、 Sun 等專注于功能 軟件 的研發(fā)，這些功能 軟件 必須依靠單臺(tái) PC 或者服務(wù)器，給用戶 帶來(lái)了 一種復(fù)雜和冗余的體驗(yàn)。 2）應(yīng)用是云計(jì)算得以普及和發(fā)展的催化劑。 Google 的搜索引擎 現(xiàn)在 成了每個(gè)人都需要的工具，并成為全球最大的搜索引擎平臺(tái)，擁有全球的用戶。谷歌 通過(guò)運(yùn)營(yíng)搜索引擎， 能分析出 網(wǎng)民 最關(guān)心什么 ，最感興趣的是什么以及這些人的 生活 范圍， 這樣也更容易推出受關(guān)注和喜歡的應(yīng)用 。 反觀 微軟、 Oracle、 Sun 等長(zhǎng)期專注于某一功能 軟件 的研發(fā)，他們的產(chǎn)品不是在尋找信息、搜索信息，而是用于產(chǎn)生信息、輸出 電子 文檔，就人的需要程度而言遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上 Google 的搜索平臺(tái)。 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 7 - 3） 微軟 、 Sun 等云計(jì)算 技術(shù)與 Google 的差別 微軟在 98 年之前就提出了 Windows DNA，即基于 Windows 平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)分布式應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，還在 COM（組件對(duì)象模型）上提出了 DCOM， COM，也就是分布式的組件對(duì)象模型 。 后來(lái)微軟又提出了 .NET， .NET 的思想是擴(kuò)展服務(wù)器和客戶端模型為松耦合服務(wù)的 、 豐富的、分布式計(jì)算范例 ；今天的 Live 也是基于這樣的一種考慮 。由上可見(jiàn)，微軟 的 分布式是一種基于組件之間的分布式，重點(diǎn)在于 應(yīng)用程序之間 的 協(xié)同和調(diào)用。 與此 類似 ， Sun、 IBM 等所謂的 “ 云計(jì)算 ” 也 與此類似 。 微軟 、 Sun、 IBM 的云計(jì)算 之所以 局限于應(yīng)用程序的層次上 ，主要 是因?yàn)?它 們長(zhǎng)期依靠這樣的商業(yè)模式：客戶通過(guò)購(gòu)買 軟件 介質(zhì)安裝在 PC 上實(shí)現(xiàn) 用戶端 服務(wù)， 軟件 功能越 強(qiáng)大 價(jià)值就越高。這讓用戶體驗(yàn)過(guò)程 變得 復(fù)雜、繁瑣，也不是 軟件 即服務(wù)的簡(jiǎn)潔模式。 因此不論從概念上，還是技術(shù)上，他們的云計(jì)算 與Google 的云計(jì)算存在層次上的差別 。 2. 云計(jì)算 業(yè)務(wù) 類型 *本部分內(nèi)容待補(bǔ)充。 3. 云計(jì)算主要技術(shù) *本部分內(nèi)容待補(bǔ)充 3.1 分 布式計(jì)算技術(shù) 3.2 分布式存儲(chǔ)技術(shù) 3.3 虛擬化技術(shù) 3.4 web service 技術(shù) *本部分內(nèi)容待確定 4. 云計(jì)算對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的影響 4.1 對(duì)技術(shù)發(fā)展的影響 1）互聯(lián)網(wǎng)的端到端理念面臨巨大挑戰(zhàn)。目前，用戶不斷通過(guò)升級(jí)硬件和軟件來(lái)享受更多的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。當(dāng)云計(jì)算時(shí)代到來(lái)以后，用戶端將變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，幾乎所有的計(jì)算和存儲(chǔ)資源都集中到了云端。云 端與用戶端在資源的配置上存在互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 8 - 著嚴(yán)重的不對(duì)等現(xiàn)象。 2）提出了 面向商用的計(jì)算模式。 Microsoft、 IBM、 Oracle 等傳統(tǒng)軟件廠商一般通過(guò)出售軟件介質(zhì)來(lái)盈利。這些軟件都安裝在用戶的 PC 上，軟件功能越 強(qiáng)大 價(jià)值就越高。在云計(jì)算時(shí)代，用戶無(wú)須關(guān)心軟件的維護(hù)和升級(jí)，這些工作都由云計(jì)算服務(wù)提供商來(lái)完成。用戶通過(guò)瀏覽器接入云端就可以享受各項(xiàng)服務(wù)。云計(jì)算服務(wù)提供商僅對(duì)服務(wù)進(jìn)行收費(fèi)。 3）提出了基于分布式存儲(chǔ)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的新存儲(chǔ)模式。目前，數(shù)據(jù)一般存儲(chǔ)在個(gè)人和企業(yè)私有的存儲(chǔ)介質(zhì)里。由于受計(jì)算機(jī)病毒等因素的影響，其安全性不高。如果用戶將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到云端，這些數(shù)據(jù)就可以得到專業(yè) 的 維護(hù)，數(shù)據(jù)的安全性大大提高。 4）提出了新的容錯(cuò)管理模式和可靠性理念 。 認(rèn)為采用多個(gè)低 端 服務(wù)器即可實(shí)現(xiàn)高容錯(cuò)和高可靠的系統(tǒng)。在硬件不可靠的情況下，通過(guò)軟件技術(shù)，將多個(gè)低端 服務(wù)器組合成集群，就可以實(shí)現(xiàn)與大型服務(wù)器相同的功能 ，但商業(yè)成本卻大大降低。這也是 Google 云計(jì)算的一個(gè)顯著特點(diǎn)。 5）提出了結(jié)合虛擬技術(shù)的新業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方式。虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)在計(jì)算、存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)硬件以及在其上運(yùn)行的軟件之間提供了一個(gè)抽象層，簡(jiǎn)化了 IT 計(jì)算體系結(jié)構(gòu)，可以控制成本，并提 高響應(yīng)速度。 4.2 對(duì)業(yè)務(wù)發(fā)展的影響 1）帶來(lái)互聯(lián)網(wǎng)虛擬化運(yùn)營(yíng)的大發(fā)展，促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的進(jìn)一步繁榮?？蛇M(jìn)一步減低業(yè)務(wù)創(chuàng)新的門(mén)檻，進(jìn)一步增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)能力，并使得用戶的使用方式更加靈活多樣。 2）為信息服務(wù)業(yè)提供了良好的發(fā)展契機(jī)，促進(jìn)了電信運(yùn)營(yíng)商的進(jìn)一步轉(zhuǎn)型。一方面， 電信網(wǎng)絡(luò)將與水、電一樣成為社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的一部分， 為云計(jì)算服務(wù)提供高速網(wǎng)絡(luò)。另一方面在業(yè)務(wù)上 電信運(yùn)行商 也 將與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。電信運(yùn)行商將與 Google、 Amazon 這樣的互聯(lián)網(wǎng)巨頭同臺(tái)競(jìng)技 ， 電信運(yùn)行商的優(yōu)勢(shì)在于擁有對(duì)底層通信網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)，另 外，豐富的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)以及良好的客戶關(guān)系也將幫助電信運(yùn)行商在云計(jì)算時(shí)代占有一席之地。 3）促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)鏈的細(xì)化與整合，推動(dòng)了新型 ISP（如資源出租、虛擬 ISP）的出現(xiàn)。依靠出售 PC 硬件或單機(jī)軟件的傳統(tǒng) IT 廠商將受到云計(jì)算的強(qiáng)烈沖擊，因?yàn)橛脩魺o(wú)須再像以前那樣無(wú)休止地升級(jí) PC 的硬件或軟件。更多的服務(wù)提供商會(huì)基于成本考慮將各類業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到云計(jì)算平臺(tái)上來(lái)。建有大型云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的廠商將有償提供計(jì)算及存儲(chǔ)資源出租。由于準(zhǔn)入門(mén)檻大幅降低，各類新興的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)將雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái) 。 4）產(chǎn)生了 XaaS(如 Securiy/Platfrom/Infrastructure/Hardware 等 )新概念，對(duì)服務(wù)理念產(chǎn)生了巨大影響。 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 9 - 4.3 對(duì)行業(yè)監(jiān)管的影響 隨著云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)， IT 產(chǎn)業(yè)鏈上跟云計(jì)算相關(guān)的環(huán)節(jié)如云計(jì)算服務(wù)提供商和虛擬運(yùn)營(yíng)商的管理與監(jiān)督就成為互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管的新課題。 首先，云計(jì)算的出現(xiàn)徹底打破了地域的概念，資源的跨地域存儲(chǔ)與本地化監(jiān)管之間的矛盾將會(huì)被激化。這就需要在互聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)管上面要求全局觀念，在網(wǎng)絡(luò)資源存儲(chǔ)、資源共享和網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)管等諸多方面做好不同地域之間的溝通和協(xié)調(diào)工作。 其次，隨著云計(jì)算市場(chǎng)的成長(zhǎng)和成熟，也將伴隨著新一輪的行 業(yè)壟斷。在云計(jì)算的研究和推廣過(guò)程中， Google、 Microsoft、 IBM、 Amazon 等幾大 IT 巨頭已經(jīng)處于領(lǐng)先的位置，其投入的大量人力財(cái)力保證了他們?cè)谠朴?jì)算技術(shù)方面到巨大優(yōu)勢(shì)。這種優(yōu)勢(shì)在云計(jì)算真正開(kāi)始運(yùn)營(yíng)時(shí)，必將會(huì)促使這些 IT 巨頭們壟斷云計(jì)算市場(chǎng)。如何對(duì)云計(jì)算市場(chǎng)的壟斷行為進(jìn)行抑制和疏導(dǎo)是云計(jì)算后互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管的一個(gè)新課題。 第三，由于業(yè)務(wù)提供模式和維護(hù)方式等方面的不同，云計(jì)算后互聯(lián)網(wǎng)上的業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)模型必然要發(fā)生改變。如何重新分配互聯(lián)網(wǎng)原有商業(yè)模式中的各種利益關(guān)系，協(xié)調(diào)云計(jì)算產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈上下游各個(gè)企業(yè)的關(guān)系， 盡快出臺(tái)云計(jì)算后互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)管理辦法，從而促進(jìn)云計(jì)算后互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的有效運(yùn)轉(zhuǎn)，都將是云計(jì)算后互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管亟待應(yīng)對(duì)和解決的關(guān)鍵問(wèn)題。 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 10 - 5. 云計(jì)算存在的主要問(wèn)題 5.1 安全問(wèn)題 云計(jì)算的安全性包括兩個(gè)方面： 一是 用戶 的 數(shù)據(jù) 不被泄露，二是 用戶 在需要時(shí) 能及時(shí)、準(zhǔn)確 地獲取這些 數(shù)據(jù) 。雖然云計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈上的廠商和一些第三方的調(diào)查咨詢機(jī)構(gòu)都一再 宣 稱公眾對(duì)于云計(jì)算安全性的疑慮有點(diǎn)夸大，試圖以此來(lái)打消用戶 的顧慮，但 從 近 年 來(lái)發(fā)生的種種事故 可以明顯看出云計(jì)算的安全問(wèn)題并沒(méi)有得到根本解決。 互聯(lián)網(wǎng)巨頭 Google 近年來(lái)多次發(fā)生數(shù)據(jù) 泄露事故： 2005 年 1 月，研究者發(fā)現(xiàn)了 Gmail 里的幾個(gè)安全漏洞，令用戶名和密碼很容易被盜竊，外來(lái)者可以窺探用戶的電郵。 2005年 12月，研究者發(fā)現(xiàn) Google桌面以及 IE瀏覽器的一個(gè)漏洞，令 Google用戶的個(gè)人數(shù)據(jù)很容易暴露給惡意網(wǎng)站。 2007 年 1 月，安全專家發(fā)現(xiàn)在 Google 桌面存有一個(gè)安全漏洞，有惡意的人不僅可以遠(yuǎn)程持續(xù)地侵入 Google 桌面用戶的敏感信息，甚至可以控制用戶的整個(gè)電腦系統(tǒng)。 而除了信息泄露造成的損失之外，關(guān)鍵時(shí)刻無(wú)法訪問(wèn)云計(jì)算服務(wù)器也是 用 戶所不愿看到的情況 。 微軟 的 云計(jì)算平臺(tái) Windows Azure 就曾出現(xiàn)過(guò) 運(yùn)作中斷的 現(xiàn)象 。 Windows Azure 是微軟目 前 處在測(cè)試階段的云計(jì)算平臺(tái)，其計(jì)劃 是使 企業(yè) 可以 直接在網(wǎng)絡(luò)上使用商業(yè)軟件，并儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。 即使這兩個(gè)問(wèn)題都能得到解決，人們接著當(dāng)心的是云計(jì)算服務(wù)提供商是否會(huì)破產(chǎn)。因?yàn)樵朴?jì)算服務(wù)提供商一旦破產(chǎn)，存儲(chǔ)在云端的數(shù)據(jù)的安全性就無(wú)法得到保證。 5.2 網(wǎng)絡(luò)瓶頸 如果采用云計(jì)算的模式，那么目前 的帶寬 是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。比如一部高清電影，在我們的電腦上運(yùn)行的時(shí)候 ,數(shù)據(jù) 是直接從硬盤(pán)上提取 ,其傳輸 時(shí)延 幾乎為零。但是一旦使用云計(jì)算服務(wù)，電影存儲(chǔ)在一個(gè)距離遙 遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)中心，即使網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)到 1MB/S（目前，大多數(shù)用戶的帶寬低于這個(gè)水平）， 產(chǎn)生的 延時(shí) 及 抖動(dòng) 也會(huì)令用戶無(wú)法接受。不只是個(gè)人用戶，企業(yè)用戶在使用云計(jì)算服務(wù)時(shí)同樣會(huì)遭遇帶寬瓶頸。 一家地區(qū)性銀行在成功試用 Salesforce 公司的服務(wù)后，決定大面積推廣使用，但是由于它沒(méi)有規(guī)劃好帶寬需求，所以付出了慘重代價(jià)：?jiǎn)T工的網(wǎng)絡(luò)連接速度突然間變得奇慢無(wú)比。由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量激增， 網(wǎng)絡(luò)鏈路被阻塞，再好的云計(jì)算服務(wù)也會(huì)變得可望而不可及 。 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 11 - 網(wǎng)絡(luò)帶寬不是唯一的潛在問(wèn)題，數(shù)據(jù)的長(zhǎng)途傳輸也會(huì)引起人們對(duì)延遲的擔(dān)憂。由于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜 性、網(wǎng)絡(luò)流量的動(dòng)態(tài)變化和網(wǎng)絡(luò)路由的動(dòng)態(tài)選擇，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延 不可能被消除 。 試想，在向客戶展示新產(chǎn)品時(shí)，銷售人員 由于網(wǎng)絡(luò)原因 打不開(kāi)存儲(chǔ)在云端的 PPT 膠片，那將是一個(gè)多么令人難堪的場(chǎng)面。 因而，目前的網(wǎng)絡(luò)狀況將是開(kāi)展云計(jì)算業(yè)務(wù)的一大障礙。 5.3 可靠性問(wèn)題 云計(jì)算的應(yīng)用中應(yīng)考慮并提供容災(zāi)管理。事實(shí)上， Gmail 在近來(lái) 出 現(xiàn)的服務(wù)失效問(wèn)題已經(jīng)使這一問(wèn)題凸現(xiàn)。 5.4 標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題 如何推動(dòng)云計(jì)算相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，以順利解決多個(gè)云之間的互聯(lián)互通。 目前包括 Google、 Yahoo、 Amazon 都有各自的云計(jì)算技術(shù)，企業(yè)可 透過(guò)不同業(yè)者提供的技術(shù)架構(gòu)，來(lái)開(kāi)發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用。如此一來(lái)，在某個(gè)系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序便無(wú)法拿到另一個(gè)系統(tǒng)使用 。 因此 ， 建立一個(gè)可讓數(shù)據(jù)彼此互通的標(biāo)準(zhǔn) 已成了當(dāng)務(wù)之急 。 5.5 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)問(wèn)題 較少考慮底層網(wǎng)絡(luò)狀況，對(duì)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)可能造成很大沖擊。目前 P2P 已經(jīng)有專門(mén)的工作考慮此方面內(nèi)容，如 IETF ALTO， P4P， Oracle 等，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)也對(duì)此問(wèn)題有專門(mén)研究。但在云計(jì)算中，目前尚無(wú)此方面考慮。 6. 云計(jì)算與 P2P的 比較 *本章 有待細(xì)化 下面依據(jù)功能的相似性， 以 Google 的云計(jì)算產(chǎn)品為例， 從多個(gè)方面對(duì) 云計(jì)算與 P2P 做簡(jiǎn)單比較。 6.1 GFS Vs. File sharing P2P GFS 的本質(zhì)特征是構(gòu)建了一個(gè)等級(jí)性（ Hierarchical）名索引系統(tǒng)，形成從文件名到存儲(chǔ)位置的映射關(guān)系，對(duì)文件的讀取和存儲(chǔ)的第一步是通過(guò)等級(jí)性（ Hierarchical）名索引系統(tǒng)找到文件的位置 /需要存儲(chǔ)的位置，然后完成文件互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 12 - 的讀取和存儲(chǔ)等操作。而文件共享型 P2P 網(wǎng)絡(luò)（如 Napster）存在著類似的名索引系統(tǒng)。文件的位置信息都存放在一個(gè)中心目錄服務(wù)器上，客戶端首先向服務(wù)器查詢文件的位置，然后直接從目的節(jié)點(diǎn)上取回文件，如圖 6-1 所示。但是 GFS 和P2P 的名結(jié)構(gòu)不同，前者是等級(jí)性的，后者則是 flat 結(jié)構(gòu)。另外， GFS 可以對(duì)文件實(shí)行冗余備份，而 P2P 網(wǎng)絡(luò)中的中心目錄服務(wù)器尚不具備這種功能。 21R e q u e s tF i l e T r a n s f e rN a p s t e r C l i e n tN a p s t e r C l i e n tN a p s t e r C l i e n tN a p s t e r C l i e n tN a p s t e r C l i e n tN a p s t e r C e n t r a lI n d e x S e r v e r圖 6-1 Napster 的結(jié)構(gòu) 6.2 MapReduce Vs. SETIHOME MapReduce 的執(zhí)行過(guò)程如圖 6-2 所示，其中心思想是實(shí)現(xiàn)計(jì)算任務(wù)的分解、合并，計(jì)算任務(wù)可以通過(guò)提供的編程接口，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的分布化計(jì)算和計(jì)算結(jié)果的整合。 P2P 的早期應(yīng)用 SETIHOME 則是探索 地 外文明 的巨大計(jì)算任務(wù)，它將計(jì)算任務(wù)分解成小的元任務(wù)，分散到有空閑資源的各個(gè) P2P 節(jié)點(diǎn)上計(jì)算并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行交付整合。二者的主要區(qū)別在于： MapReduce 建立了統(tǒng)一的計(jì)算任務(wù)的分解合并平臺(tái)，而 SETIHOME 則只是一個(gè)特定的應(yīng)用。 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 13 - 圖 6-2 Mapreduce Execution Overview 6.3 BigTable Vs. P-Ring *本節(jié)需補(bǔ)充 P-Ring 采用 Hierarchical Ring 的數(shù)據(jù)索引架構(gòu)，如圖 6-3 所示，這一思路與 Bigtable 的分級(jí)數(shù)據(jù)索引方式相同。 圖 6-3 P-Ring 架構(gòu)： Hierarchical Ring BigTable 的路徑結(jié)構(gòu)如圖 6-4 所示，類似于 B+ 樹(shù)，共分為三層。 第一層是Chubby 中的一個(gè)文件，它存儲(chǔ)根子表的地址 ， 根子表存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)表里所有子表互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 14 - 的地址 。第二層是元數(shù)據(jù)表， 每個(gè)元數(shù)據(jù)子表里存儲(chǔ)一組用戶子表的地址 ， 元數(shù)據(jù)表里面，每個(gè) 用戶 子表的地址都對(duì)應(yīng)一個(gè)行關(guān)鍵字，這個(gè)關(guān)鍵字是由 用戶 子表所在的表的標(biāo)識(shí)符，和 用戶 子表的最后一行編碼而成的 。 第三層為用戶子表 ， 用戶子表地址的建立和更新都是通過(guò)遞歸三層路徑樹(shù)完成的。 圖 6-4 Bigtable Location Hierarchical 7. 云計(jì)算與網(wǎng)格的比較 7.1 相同點(diǎn) 二者的核心思想都是要將 所有的資源構(gòu)筑成一個(gè)龐大的資源池， 提供給用戶。云計(jì)算可看做是網(wǎng)格技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，尤其是商用方面的發(fā)展。 7.2 不同點(diǎn) 從任務(wù)角度， 網(wǎng)格的構(gòu)建大多為完成某一個(gè)特定的任務(wù)需要，而云計(jì)算一般來(lái)說(shuō)都是為了通用應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，沒(méi)有專門(mén)的以 某種應(yīng)用命名的 技術(shù) 。 從部署角度， 云計(jì)算采用機(jī)群來(lái)存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)資源，運(yùn)行的任務(wù)以數(shù)據(jù)為中心。即調(diào)度計(jì)算任務(wù)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行。而網(wǎng)格計(jì)算，則以計(jì)算為中心。計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源分布在因特網(wǎng)的各個(gè)角落，不強(qiáng)調(diào)任務(wù)所需的計(jì)算和存儲(chǔ)資源同處一地。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，網(wǎng)格計(jì)算中的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間的很大一部分。 從執(zhí)行角度， 網(wǎng)格計(jì)算 以 執(zhí)行作業(yè) 的 形式使用，在一個(gè)階段內(nèi)完成 作業(yè) 并 產(chǎn)生數(shù)據(jù)。而云計(jì)算支持持久服務(wù)，用戶可以利用云計(jì)算作為其部分 IT 基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的托管和外包。 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 15 - 從應(yīng)用角度， 網(wǎng)格計(jì)算更多地面向科研應(yīng)用，商業(yè)模型不清晰。而云計(jì)算從誕生開(kāi)始就是針對(duì)企業(yè)商業(yè)應(yīng)用，商業(yè)模型比較清晰。 從標(biāo)準(zhǔn)角度， 網(wǎng)格缺乏公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，并且編程復(fù)雜性較高，這些因素阻礙了網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展。而云計(jì)算的技術(shù)發(fā)展尚待觀察。 8. 云計(jì)算與 P2P的結(jié)合 8.1 技術(shù)思路 目前， Google、 Yahoo、 Amazon 及 IBM 等公司都公布了各自的云計(jì)算計(jì)劃。Google 連續(xù)幾年在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的高級(jí)別會(huì)議上發(fā)表論文，介紹其主要的云計(jì)算技術(shù)，如 GFS、 BigTable 及 MapReduce 等。基于 Google 云計(jì)算技術(shù)的開(kāi)源 分布式并 行編程框架 Hadoop 也獲得長(zhǎng)足的發(fā)展。 Yahoo、 Amazon 及 IBM 等公司相繼將 Hadoop 作為各自云計(jì)算計(jì)劃的基礎(chǔ)軟件。因而，深入分析 Google 的云計(jì)算技術(shù)對(duì)于全面把握云計(jì)算的發(fā)展方向具有重要的意義。 Google 的云計(jì)算技術(shù)實(shí)際上是針對(duì) Google 特定的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序而定制的。針對(duì)待處理數(shù)據(jù)的規(guī)模超大的特點(diǎn)， Google 提出了一整套關(guān)于分布式集群運(yùn)算及存儲(chǔ)的基礎(chǔ)架構(gòu)，利用軟件的能力來(lái)處理集群中經(jīng)常發(fā)生的節(jié)點(diǎn)失效問(wèn)題。 下面逐個(gè)分析 Google 的云計(jì)算技術(shù)。 Google 的 MapReduce 編程模型具 有很多優(yōu)點(diǎn)，它能自動(dòng)分解輸入的數(shù)據(jù)、自動(dòng)給各個(gè)計(jì)算機(jī)分配計(jì)算任務(wù)、可以處理機(jī)器之間的通信、允許機(jī)器故障等。MapReduce 比較適合某些特定的計(jì)算任務(wù)，比如給海量網(wǎng)頁(yè)建立索引。這類任務(wù)具有這樣的特點(diǎn)：輸入的數(shù)據(jù)量非常大，往往在 T 字節(jié)以上；集群中各計(jì)算機(jī)的計(jì)算任務(wù)相同，只是待處理的數(shù)據(jù)不同。其實(shí)，這正是 MapReduce 的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，即在實(shí)時(shí)性要求極高的情況下處理海量數(shù)據(jù)。 MapReduce 采用分解輸入數(shù)據(jù)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算的并行化，因而 MapReduce 只適用于部分計(jì)算任務(wù)。因?yàn)檫€有很多計(jì)算任務(wù)需采用數(shù)據(jù) 流分解或功能分解等其它方式來(lái)實(shí)現(xiàn)并行化。另外，輸入數(shù)據(jù)量較小的計(jì)算任務(wù)是否適合于在 MapReduce 上運(yùn)行還不得而知。由于受其設(shè)計(jì)思想的限制， MapReduce 未必適用于建立通用計(jì)算平臺(tái)。 在 P2P 分布式計(jì)算領(lǐng)域，也只出現(xiàn)了針對(duì)某一特定任務(wù)的計(jì)算，比如SETIHOME，還沒(méi)有建立起通用的計(jì)算平臺(tái)。 GFS 是 Google 針對(duì)大規(guī)模分布式 文件 處理而開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)。一個(gè) GFS 集群包括一個(gè) master 和多個(gè) chunkserver。文件被分成固定大小的 chunk 存放在chunkserver 上。 Master 是 GFS 的核 心，它負(fù)責(zé)維護(hù)文件系統(tǒng)的所有元數(shù)據(jù)，處理每個(gè)客戶端的讀寫(xiě)請(qǐng)求，周期性地向 chunkserver 詢問(wèn) Chunk 的位置信息 ，chunk 復(fù)制， chunk 租約管理，垃圾管理等 。一旦 Master 死機(jī)，整個(gè) GFS 系統(tǒng)將互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 16 - 癱瘓。當(dāng)然 Master 有備份措施， GFS 系統(tǒng)可以很快恢復(fù)。但系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間有時(shí)是不能忍受的。由于采用 3 級(jí)索引機(jī)制， GFS 系統(tǒng)的可靠性及可擴(kuò)展性都受到極大限制。目前， Google 最大的 GFS 集群包含 1 千多臺(tái)計(jì)算機(jī)，其存儲(chǔ)容量為幾百 TB。隨著集群中計(jì)算機(jī)數(shù)目的增大， master 的負(fù)荷越來(lái)越重，系統(tǒng)的性能就會(huì)下 降。另外，客戶端的增多也會(huì)加重 master 的負(fù)擔(dān)。 與 GFS 一樣， BigTable 也采用集中式的、分層的路徑存放方式，其可擴(kuò)展性及可靠性不好。依據(jù) google 提供的數(shù)據(jù)，在針對(duì) 14 個(gè) bigtable 集群的測(cè)試中， BigTable 中數(shù)據(jù)的不可訪問(wèn)時(shí)間比例 約 為 0.0047%。可能這正是 Gmail 出現(xiàn)服務(wù)中斷的原因。 與 Google 的云存儲(chǔ)技術(shù)相比，基于 P2P 的分布式存儲(chǔ)技術(shù)的可擴(kuò)展性及可靠性較好。在 P2P 存儲(chǔ)系統(tǒng)中，每臺(tái)計(jì)算機(jī)既是客戶機(jī)，也是服務(wù)器，他們之間可以直接交換信息，共同分擔(dān)文件的存儲(chǔ)和服務(wù)，而不需要 中央服務(wù)器。這種對(duì)等的體系結(jié)構(gòu)使得 P2P 存儲(chǔ)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性非常好。 P2P 存儲(chǔ)系統(tǒng)具有自組織性，可以較好地適應(yīng)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)加入和退出。 P2P存儲(chǔ)系統(tǒng)普遍采用了文件容錯(cuò)技術(shù)，如文件復(fù)制、分片冗余或編碼容錯(cuò)等，使得即使一部分保存文件副本的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或者退出系統(tǒng)，仍可以保證文件擁有很高的可得性。另外，由于 P2P 存儲(chǔ)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)在地理上廣泛分布，數(shù)據(jù)的容災(zāi)性較好。 P2P 存儲(chǔ)系統(tǒng)也存在諸多不足，如文件查找效率低，資源管理復(fù)雜。目前，P2P 文件的查找主要使用泛洪和分布散列表（ DHT， Deistributed Hashing Table）兩種方式。使用泛洪查找會(huì)帶來(lái)相當(dāng)大的通信開(kāi)銷 ， 而 DHT 查找不支持模糊對(duì)象匹配。這些因素導(dǎo)致 P2P 的文件查找效率低下。在大規(guī)模的 P2P 系統(tǒng)中， peer的動(dòng)態(tài)性非常明顯。造成 peer 動(dòng)態(tài)性的原因除 Internet 底層基礎(chǔ)設(shè)施所提供的不可靠的服務(wù)外，另一個(gè)更主要的因素在于節(jié)點(diǎn)的主觀行為，如用戶隨意開(kāi)、關(guān)計(jì)算機(jī)或終止服務(wù)等。 P2P 網(wǎng)絡(luò)的這種動(dòng)態(tài)性導(dǎo)致資源的管理非常復(fù)雜。 隨著社會(huì)的發(fā)展，電信網(wǎng)絡(luò)將與水、電一樣成為基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。如何將P2P和云計(jì)算這兩個(gè)當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)上的熱門(mén)技術(shù)引入未來(lái)電信網(wǎng)絡(luò)的建 設(shè)還是一個(gè)需要深入研究的問(wèn)題。 8.2 技術(shù)方案 通過(guò)分析 Google 的云計(jì)算方案，我們不難發(fā)現(xiàn)：云計(jì)算的很多關(guān)鍵技術(shù)與P2P 技術(shù)有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。 Google 的分布式文件系統(tǒng) GFS 與非結(jié)構(gòu)化的 P2P系統(tǒng)比如 Napster 非常類似。 GFS 中的 master 就類似于 Napster 中的“中心索引服務(wù)器”，掌控每個(gè)文件與其存儲(chǔ)位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系。與 P2P 中的文件注冊(cè)系統(tǒng)類似， GFS 也將大文件分割為若干的小塊來(lái)存儲(chǔ)，只不過(guò) GFS 中的文件塊（為 MB級(jí)別）要比 P2P 中文件的分片（為 KB 級(jí)別）大一些而已。 GFS 中的 chunksever類似于 Napster 的各個(gè)對(duì)等點(diǎn)，其功能是存儲(chǔ)文件的 chunk，并向 master 匯報(bào)互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 17 - 自己擁有的資源的情況。因此，我們不妨將結(jié)構(gòu)化 P2P 系統(tǒng)中的資源分配及路由查詢等的思想引進(jìn)到云端里去，以減少云端的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)開(kāi)銷，提高云端的資源查找效率。 結(jié)構(gòu)化拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)是一種邏輯網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)之間保留特定的網(wǎng)絡(luò)連接。具體的來(lái)說(shuō)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)保持一個(gè)路由表，指向其他的節(jié)點(diǎn)。 依據(jù) 這個(gè)路由表和特定的路由算法， P2P 系統(tǒng)可以迅速的定位和找到所需要的資源。 Chord, CAN, Pastry和 BATON 都是這種結(jié)構(gòu)化拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。如果 我們把云計(jì)算中的節(jié)點(diǎn)使用 這種結(jié)構(gòu)化的 網(wǎng)絡(luò)組織起來(lái)，那么我們 就 不再需要中央服務(wù)器來(lái)跟蹤和維護(hù)每一個(gè)節(jié)點(diǎn) ，這可以提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性及可擴(kuò)展性 。 原來(lái)， P2P 系統(tǒng)是針對(duì) Social Network 的系統(tǒng)，其中的 Peer 可以任意 地 加入或者離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。鑒于它 的 動(dòng)態(tài)性， P2P 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要處理各種各樣的網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤。然而在云計(jì)算中，節(jié)點(diǎn)是由服務(wù)提供商監(jiān)控的，一旦加入系統(tǒng)，就要持續(xù)地提供計(jì)算資源，直到系統(tǒng)硬件 出現(xiàn) 故障。 在這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中， P2P 系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將長(zhǎng)時(shí)間地保持穩(wěn)定，從而可以大大減少網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的開(kāi)銷。在這里， 拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的引入僅僅 是為了組織節(jié)點(diǎn)和提供索引服務(wù)。我們可以定制各種索引給云計(jì)算系統(tǒng)。比如，基于 Hash 算法的支持點(diǎn)查詢的索引，基于樹(shù)結(jié)構(gòu)的支持范圍查詢的索引，以及其他更加復(fù)雜的索引結(jié)構(gòu)。 將 P2P 技術(shù)應(yīng)用到云端，可以對(duì)資源實(shí)現(xiàn)更加快捷、靈活的組織及調(diào)度。當(dāng)然，與 P2P 系統(tǒng)相比，云計(jì)算也有其獨(dú)特之處，如云計(jì)算對(duì)延時(shí)非常敏感。因而，如何將二者更好地結(jié)合起來(lái)以向廣大電信用戶提供更加便捷的服務(wù)還是一個(gè)值得深入研究的課題。 8.3 使用場(chǎng)景 8.3.1 在線游戲場(chǎng)景 近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)游戲越來(lái)越受到年輕人的喜愛(ài)，各種不同主題和風(fēng)格的網(wǎng)絡(luò)游戲?qū)?出不窮，網(wǎng)絡(luò)游戲公司也使出渾身解數(shù)來(lái)吸引玩家。但很多玩家都會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)很重要的問(wèn)題，那就是由于帶寬和單臺(tái)服務(wù)器的性能限制，要滿足成千上萬(wàn)個(gè)玩家上線，網(wǎng)絡(luò)游戲公司就需要在全國(guó)不同地區(qū)建設(shè)很多個(gè)游戲服務(wù)器，而這些游戲服務(wù)器上的玩家相互之間是完全隔離的，不同服務(wù)器上的玩家根本不可能在游戲中見(jiàn)面，更不用說(shuō)一起完成游戲任務(wù)。云計(jì)算時(shí)代，我們可以通過(guò)云計(jì)算和云存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)構(gòu)建一個(gè)龐大的、超智能的游戲服務(wù)器群，這個(gè)服務(wù)器群系統(tǒng)對(duì)于游戲玩家來(lái)講，就如同是一臺(tái)服務(wù)器，所有玩家在一起進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。云計(jì)算和云存儲(chǔ)的應(yīng)用，可以代替現(xiàn)有的多 服務(wù)器架構(gòu)，使所有玩家都能集中在一個(gè)游戲服務(wù)器組的管理之下。所有玩家聚集在一起， 這將會(huì)使游戲變得更加精彩，競(jìng)爭(zhēng)變得更加激烈。同時(shí)，云計(jì)算和云存儲(chǔ)系統(tǒng)的使用可在最大限度上提升游戲服務(wù)器的性能，實(shí)現(xiàn)更多的功能。 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 18 - 8.3.2 手機(jī) 業(yè)務(wù)場(chǎng)景 手機(jī)擁有便攜性、通信能力等眾多天生優(yōu)勢(shì)，但計(jì)算能力差、存儲(chǔ)容量小。受限于體積和便攜性的要求，短時(shí)間內(nèi)解決這兩大問(wèn)題不太可能。在云計(jì)算時(shí)代，“云計(jì)算”能解決手機(jī)處理能力不足的問(wèn)題， “云存儲(chǔ)”則可以解決手機(jī)存儲(chǔ)能力不足的問(wèn)題。手機(jī)通過(guò)瀏覽器就可以接入云端享受各種服務(wù)?？梢栽诰€編 輯文檔，體驗(yàn)在線游戲以及觀看各類視頻等。充分利用云端的存儲(chǔ)及計(jì)算能力，即使手機(jī)本身性能不高，但只要手機(jī)與云端的傳輸速率滿足數(shù)據(jù)交換的要求，便能夠得到理想的結(jié)果。在 3G 推出以后，考慮到手機(jī)本身的輸入輸出量有限，如果合理設(shè)計(jì)輸入輸出界面的話就完全可以滿足手機(jī)云計(jì)算的要求。 9. 結(jié)合云計(jì)算的 DSN 9.1 DSN 簡(jiǎn)介 DSN（全稱 Distributed Service Network）即分布式業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，是中國(guó)移動(dòng)積極應(yīng)對(duì)電信網(wǎng)和 Internet 在業(yè)務(wù)和運(yùn)營(yíng)上所面臨的各種挑戰(zhàn)，提出的新一代可運(yùn)營(yíng)、可管理的核心網(wǎng)體系和 功能架構(gòu)。 隨著業(yè)務(wù)全面地向端到端 IP 轉(zhuǎn)移，基于 IP 的網(wǎng)絡(luò)將逐漸替代以電路交換為基礎(chǔ)的電信核心網(wǎng)和業(yè)務(wù)平臺(tái)。此外，互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)層出不窮，為優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能、提高網(wǎng)絡(luò)能力帶來(lái)更多的選擇。在上述背景 下 ，中國(guó)移動(dòng)嘗試從互聯(lián)網(wǎng)角度出發(fā)，以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為發(fā)展目標(biāo)，研究未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)。其中 DSN 就是中國(guó)移動(dòng)在推動(dòng)核心網(wǎng)領(lǐng)域演進(jìn)的重大研究課題。 DSN 力圖通過(guò) P2P 及其它分布式計(jì)算技術(shù)，引入一組均質(zhì)化的節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)管理和會(huì)話控制，并結(jié)合電信網(wǎng)絡(luò)可運(yùn)營(yíng)、可管理的框架，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)核心網(wǎng)的功能。其中 P2P 等技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高核心網(wǎng)的自組織能力、容災(zāi)能力、負(fù)載均衡能力等。 DSN 在關(guān)鍵技術(shù)研究中，積極嘗試引入互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域新技術(shù)的優(yōu)良特性。從技術(shù)角度而言， DSN 與目前許多熱點(diǎn)技術(shù)有不少共通之處。特別在業(yè)務(wù)提供等多方面， DSN 與云計(jì)算技術(shù)具有不少相似性和互補(bǔ)點(diǎn)。因此，本文重點(diǎn)針對(duì)云計(jì)算這一熱點(diǎn)技術(shù)，將 DSN 和云計(jì)算從多個(gè)角度進(jìn)行比較，以分析各自特點(diǎn)，推進(jìn)相關(guān)的研究工作。 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 19 - 9.2 云計(jì)算與 DSN 的比較 9.2.1 業(yè)務(wù)角度 云計(jì)算提供 的 服務(wù)形式 根據(jù)目前主流云計(jì)算服務(wù)商提供的服務(wù)，云計(jì)算依據(jù)應(yīng)用類型可分為： 軟件 即服務(wù)（ SaaS）：此類云計(jì)算主要是采用 multi-tenant 架構(gòu)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器將單個(gè)的應(yīng)用軟件推廣到數(shù)千用戶。這類服務(wù)在人力資源管理軟件方面運(yùn)用比較普遍。 云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與 SaaS 密切相關(guān)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商提供API 來(lái)幫助開(kāi)發(fā)商通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓展功能，而不只是提供成熟的應(yīng)用軟件。 平臺(tái)即服務(wù)（ PaaS）：它是 SaaS 的一種特殊形式，此類云計(jì)算將開(kāi)發(fā)環(huán)境作為服務(wù)來(lái)提供。用戶可以創(chuàng)建自己的應(yīng)用軟件，并在供應(yīng)商的基礎(chǔ)架構(gòu)上運(yùn)行，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從供應(yīng)商的服務(wù)器上傳遞給其它用戶。 管理服務(wù)：管理 服務(wù)是云計(jì)算最古老的形式之一。它是面向 IT 廠商而并非最終用戶的一種應(yīng)用軟件，可提供用于電子郵件的病毒掃描服務(wù)或者應(yīng)用軟件監(jiān)控服務(wù)等服務(wù)。 通過(guò)對(duì)目前云計(jì)算業(yè)務(wù)的分析，我們認(rèn)為未來(lái)的云計(jì)算服務(wù)提供商將重點(diǎn)提供三個(gè)層次的服務(wù)：云端的軟件服務(wù)、云端的開(kāi)發(fā)平臺(tái)和云端的信息基礎(chǔ)設(shè)施。 DSN 提供的服務(wù) 作為位于應(yīng)用和承載網(wǎng)之間的核心網(wǎng)絡(luò)， DSN 重點(diǎn)面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，并具備電信級(jí)可控可管能力。在 DSN 應(yīng)用系統(tǒng)中，目前考慮重點(diǎn)支撐的業(yè)務(wù)場(chǎng)景包括： 多媒體電話 MMTel（ MultiMedia Telephony）：在 DSN 的網(wǎng)絡(luò)能力支撐下，運(yùn)營(yíng)商可以建立低成本、大規(guī)模可運(yùn)營(yíng)及分布式的 MMTel 業(yè)務(wù)系統(tǒng)。該類系統(tǒng)可具備以下特點(diǎn)：快速部署、可擴(kuò)展、容災(zāi)、負(fù)載均衡、智能路由和 NAT 穿越等。 內(nèi)容存儲(chǔ)與分發(fā)（ Content Storage & Delivery）： DSN 可以支持海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及內(nèi)容分發(fā)。在 DSN 中，網(wǎng)絡(luò)資源分布在系統(tǒng)中各個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)上。用戶在獲取資源或者數(shù)據(jù)的同時(shí)，也可提供資源或數(shù)據(jù)。這種分布、自組織的特性使內(nèi)容的大規(guī)模海量存儲(chǔ)變得更加容易。對(duì)內(nèi)容供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，這種特性使得業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)充分利用邊 緣網(wǎng)絡(luò)資源，減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)；對(duì)用戶而言，這種新技術(shù)則能提供更加豐富的資源以及更快速的資源共享渠道。 流媒體（ Streaming）：基于 DSN 網(wǎng)絡(luò)能力，可以提供一個(gè)以低成本支撐大量用戶的 P2P Streaming 系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中，隨著節(jié)點(diǎn)的不斷加入，系統(tǒng)能力也將逐漸提高，從而有效解決系統(tǒng)擴(kuò)展性問(wèn)題。從用戶角度來(lái)看，則可觀察到資源獲取速度得到加快，媒體播放也更加流暢。 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 20 - 其它業(yè)務(wù)：因?yàn)?DSN 提供的網(wǎng)絡(luò)能力可以軟件組件的形式加以實(shí)現(xiàn)，所以 DSN能夠靈活地支持各種移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)場(chǎng)景，如 IM、 Web2.0以 及 Online Game等。 對(duì)比與分析 首先，從提供的服務(wù)層次來(lái)看，云計(jì)算傾向于提供基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算資源和基礎(chǔ)能力，而 DSN 則是重點(diǎn)提供面向最終用戶的、面向互聯(lián)網(wǎng)的融合通信及多媒體等應(yīng)用。因此，兩者側(cè)重于不同的服務(wù)提供層次。 其次，由于廣義的云計(jì)算也包括基于網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用，而 DSN 所提供的各種業(yè)務(wù)本身就是以網(wǎng)絡(luò)為核心的，因此從這個(gè)角度來(lái)講， DSN 所提供的業(yè)務(wù)同樣可歸為“云計(jì)算”模式的業(yè)務(wù)范疇。 隨著 IT 技術(shù)的發(fā)展和 IP 的一統(tǒng)天下，各種電信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用逐漸地從硬件形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖螒B(tài)，從而各種 DSN 應(yīng)用將來(lái)以云服務(wù)的形式出現(xiàn)是一條可行之路，在這樣的思路下，云計(jì)算的各種優(yōu)秀特性將能夠滲透到電信網(wǎng)絡(luò)中，也能夠自然地將電信應(yīng)用與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用整合起來(lái)。 9.2.2 架構(gòu)角度 云計(jì)算的架構(gòu) 如圖 9-1 所示， 云計(jì)算 架構(gòu)主要 包括四個(gè)最基本的 部分 ：業(yè)務(wù)層 、 平臺(tái)層 、分布式存儲(chǔ)層以及基礎(chǔ)設(shè)施層。 其中： 業(yè)務(wù)層： 主要包括 基于云計(jì)算平臺(tái)所搭建的應(yīng)用或者服務(wù)； 平臺(tái)層： 主要 是 為應(yīng)用層提供簡(jiǎn)單易用的資源或者服務(wù)的運(yùn)行環(huán)境和接口； 分布式存儲(chǔ)層： 重點(diǎn) 提供大容量分布式存儲(chǔ)能力； 基礎(chǔ)設(shè)施層：通常包括虛擬化的軟硬件基礎(chǔ)資 源環(huán)境 。 圖 9-1 云計(jì)算架構(gòu) 互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與 P2P 技術(shù)研究報(bào)告 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 - 21 - 其 架構(gòu) 主要包括如下特點(diǎn) ： 超大規(guī)模 ：云一般情況下 具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模， 例如 Google 云計(jì)算 平臺(tái) 已經(jīng)擁有 100 多萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器。 這樣， 云 就可以 賦予用戶前所未有的計(jì)算能力。 虛擬化 ： 云計(jì)算支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取應(yīng)用服務(wù)。所請(qǐng)求的資源來(lái)自云，而不是固定的有形的實(shí)體。應(yīng)用在云中某處運(yùn)行，但實(shí)際上用戶無(wú)需了解、也不用擔(dān)心應(yīng)用運(yùn)行的具體位置。 高可靠性 ： 云 的應(yīng)用采 用了數(shù)據(jù)多 副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等 多種 措施來(lái)保障服務(wù)的高可靠性， 因此 使用云計(jì)算 技術(shù) 比使用本地計(jì)算機(jī) 更為 可靠。 通用性 ： 云計(jì)算不針對(duì)特定的應(yīng)用，在云的支撐下可以構(gòu)造出千變?nèi)f化的應(yīng)用 。此外， 同一個(gè)云可以同時(shí)支撐不同的應(yīng)用 運(yùn)行 。 高可擴(kuò)展