下一代网际网路新纪元—全球网格 (World Wide Grid)

LCG計畫係利用網格技術，結合全球主要高能物理研究單位之計算資源，共同提供大強子對撞機(Large Hadron Collider, LHC)實驗所需的大量計算、程式設計、資料管理與系統維護之需求。在亞洲地區，台灣是本計畫的主要參與單位，在國家科學委員會的支持下，由中央研究院物理研究所、台灣大學物理學系，以及中央大學物理學系參與LHC實驗及研究計畫；網格技術的導入、參與全球網格佈署、建置與服務工作，則委由中央研究院計算中心負責。[2]
網格技術的發展歷程雖然不長，但在核心技術上卻已有超乎想像的進展。基本上，目前大部分的網格計畫主要是建立在Globus中介軟體的環境上。Globus是一個開放原碼的基礎平台，提供了網格所需要的基本功能與服務，如安全性、資源選取與匹配、儲存資源管理與資料存取等。
(2)網格結構原理
整個網格架構(Grid Architecture)可用階層式(Layer)概念來描述，其中較高層係以使用者為中心，底層則專注於電腦資源及網路：
如此說來，任何可以在電腦上做的事情，都可以在網格上執行，而且不會影響原電腦正常的運作，它本身就如同一個超級大電腦。[3]
三、趨勢與展望
LCG計畫利用網格技術，用於處理實驗所產生的巨量計算與資料管理需求。通常，這樣大規模的實驗一年就可累計12億到14億gigabytes的資料量。如果用光碟來儲存，這些光碟將和巴黎鐵塔一樣高。科學家若要利用這些堆積成山的資料，必須使用大量的電腦（約7萬套目前最快的個人電腦），分析並過濾有用的資訊。這對於高能物理以及資訊科學研究均帶來前所未有的挑戰，促使計算資源的使用產生本質性的變革；如何有效利用分散資源、提昇資源應用效能，實為重要的課題。而網格技術即扮演非常關鍵的角色，它可以整合網際網路上的各式計算資源，彙整為遠超過單一計算系統，甚至單一機構所能提供的計算能力，幫助科學家們處理更大尺度、複雜度更高的問題與各類型應用。
下一代網際網路新紀元─全球網格(World Wide Grid)
一、前言
網格(Grid)的概念係由電力網格(power grid)而來，表示由網絡結合其(電力格點)上的各式資源而成，主要的精神是透過虛擬組織所實現的分散資源之統合與有效利用。簡單地說，全球資訊網(Web)是經由網際網路來分享資訊，而網格則是經由網際網路來分享計算資源(包含最常用的計算與儲存資源)促進實質合作。不僅可整合分散的各式電腦資源，更將網際網路整合成一巨大的虛擬電腦系統。
與全球資訊網的發展不同的是，早在CERN正式推動全球網格之前，各主要資訊系統廠商如HP、IBM、Microsoft、Oracle、SGI、SUN等，不但踴躍爭取參與國際性或各國網格計畫，亦深恐坐失商機，積極設立商業模式建構，投入技術研發，並陸續推出網格化的系統及應用軟體。如HP的Planetary Computing、IBM的On-Demand Computing、Oracle的Enterprise Grid Computing、SUN的Grid Engine等，均將對後續的發展應用，產生實質影響。
二、本院目前的網格應用計畫
2003年9月29日，歐洲粒子物理研究中心(CERN)與全球13個國家，同步宣佈LCG (LHC Computing Grid)[1]第一階段網格服務正式上線。該系統係應用新世代的網際網路應用架構－全球網格（World Wide Grid），將分散於全世界十餘個研究單位的電腦資源連接成為虛擬的單一系統，這是應用資訊科技於科學研究的一大里程碑。
2.詢問網格資訊系統及複製目錄(Replica Location Service, RLS)在何處可以找到檔案，何處有最適當的電腦資源進行分析。(聚合服務)
3.對Fabric送出要求並且萃取資料，啟動計算然後傳回結果。(資源及連結協定)
4.監測計算及資料傳輸過程，回報使用者分析過程何時結束，以及監測及錯誤狀況回復。(聚合服務)
歐洲粒子物理研究中心的LCG-1計畫是全球網格技術第一個實際運作系統。目前LCG-1的建置，共有瑞士CERN、捷克布拉格大學、法國IN2P3電腦中心、德國Forschungszentrum Karlsruhe、匈牙利KFKI粒子與核子物理研究所、義大利INFN-CNAF國家電腦中心、日本東京大學、波蘭ACC Cyfronet、俄羅斯莫斯科國立大學、西班牙Port d'Informació Científica、台灣中央研究院、英國Rutherford Appleton實驗室，以及美國費米國家實驗室與Brookhaven國家實驗室等14個單位參與。
中央研究院計算中心應用先進網路及網格技術，與中央研究院物理所合作，完成與歐洲資料網格計畫(Europe Data Grid, EDG)間電子憑證(Certificate Authentication)之相互認證，以及LCG-1系統建置，並獲邀擔任亞洲地區維運中心(Operation Centre)重任。此計畫之成功，已使得台灣與國際一流的學術研究同步，並奠定新一代的資訊技術基礎建設。
全球網格之時代即將到來。「透過Tim Berners-Lee的工作，發明了World Wide Web技術，作為物理學家用來分享文件的工具，CERN改變了人們與電腦的互動方式。將網格系統由測試階段調整到真實運用將是CERN再一次相當完美的表現」[4]。積極參與歐洲粒子物理研究中心繼全球資訊網(WWW)之後推出的全球網格計畫，引進網格技術並培育網格人才，將使台灣有更好的機會應用全球網格，面對我們在科學研究、教育與環境變遷上的挑戰。
但網格的應用並不僅侷限於粒子物理的範圍，歐洲粒子物理研究中心發展的全球網格，也將應用在生物資訊學及地球科學等各領域的研究。英國自2000年起即以三年時間致力於利用Grid技術，發展e-Science科學研究、教育與產業應用[5]。歐盟將於2004年起，擴充Grid應用環境並成立EGEE (Enabling Grids for E-Science and Industry in Europe)計畫[6]，擴大發展e-Science科學研究、教育與產業應用。美國則以Middleware[7]、Globus[8]、TeraGrid[9]、Information Power Grid[10]及LCG等發展經驗，成立Grid3計畫，透過虛擬組織(virtual organization)推動Open Science Grid，期望整合能源部(DOE)與國家科學基金會(NSF)轄下所有GRID相關計畫，成為科學研究、教育與社會變遷的重要基礎。日本也結合產官學研各界，於2003年正式成立National Research Grid Initiative[11]，希望藉此建立新一代的資訊基礎建設，進而提昇國家競爭力。
為了發揮網格功效，應用程式必須網格化(Gridfying)，擁有正確的服務以及協定，數以千計的使用者便可以在網格上執行相同的應用程式，並且經由中介軟體在不同fabric的環境中轉換。因此中介軟體就如是網格的大腦，網路是神經系統，而分散的電腦就是肌肉，網路就像是神經一樣，連接網格內的所有資源。而網格的能力主要便是由網路上的每個節點所提供的計算資源來決定，每個節點將是高效能計算資源的來源。而中介軟體的發展是網格是否能成功的關鍵，它是一個用來整合網格內分散計算資源的軟體，主要擔任自動化機器間協調過程的角色。
2.安全存取
網格運作環境必須確保資源共享的安全性。藉由授權(Authorization)、認證(Authentication)與稽核(Accounting)三「Ａ」整合機制決定誰有哪些權限可以使用何種網格資源？那些資源被授與哪些權限給誰使用？不同資源間的使用政策等等。
3.資源利用
資源控管的目的在於確保每個使用者都能得到最適當的服務，且發揮最大的資源使用效能。網格中介軟體(middleware)的重要的角色之一，便是執行資源分配的重任。
4.最上層是應用層(Application Layer)：包括不同領域的使用者應用、入口網站及開發工具等等，是與使用者直接互動的界面。應用層同時也提供服務管理機制(Service ware)，包括：網格資源使用統計、帳單處理、帳號管理等。
一般常以Fabric來表示網格的底層基礎設施。在中介軟體層和資源層加入聚合服務層(Collective Services)，用以管理不同電腦資源間網路的執行狀況。由於網格與網頁及電子郵件一樣，也是使用網際網路，隨時都有大量資源在執行，因此網格必需知道那些訊息是與之有關，同時過濾無關之訊息。
如同全球資訊網的發展歷程，網格目前的發展是以輔助科學研究為目的。對科學家而言，理想中的計算環境為：趨於無限的計算能力與儲存空間，永遠不必擔心資料要儲存在那裡，隨時可與各地的合作夥伴，安全而快速地分享彼此的資源及成果，並且可以便捷而低成本的完成這些動作。
網格理想中的情境之一即為：使用者可隨時隨地連線執行程式，取用分散於全球各地的資料，系統會自動找尋到最方便的資料來源，且在最適當的地方進行分析。沒有中央管理的控制、使用標準的通訊協定、具備自動的負載平衡機制等。
4.打破距離障礙
為避免通訊瓶頸，網格發展必需具備發生計算錯誤、傳輸錯誤或電腦當機時發生錯誤的補救方法。因而必須仰賴穩定、快速的網際網路基礎架構，而為了達到這些需求，適當的傳輸通訊協定、發展高效能網路的交換技術等高效能網路問題便必需解決。。
5.開放標準
開放標準(Open Standard)提供共通的整合界面，以確保各網格系統，可以相互整合與應用。由於網格的本質就是共享，不同的單位或應用有各自的需求，且在發展過程中，也不斷有新的技術或工具出現，因此在整合過程中，相關標準也需隨時檢視修正。
User Applications
Tools and applications
Collective Services
Directory Brokering, diagnostics, and monitoring
Resources and ConnectivityFra bibliotekProtocols
Secure assess to resources and services