網格體系結構是對網格基本組成部分和各部分功能的定義和描述，對網格各部分相互關系與集成方法的規定，以及對網格有效運行機制的定義。網格體系結構是網格最核心的技術，是網格的架構和靈魂，只有建立合理的網格體系結構，才能夠設計和構建網格，才能夠使網格的效能發揮得最好。目前最重要最有影響的網格體系結構有兩個：5層沙漏體系結構、基于Web服務的開放網格服務體系結構(OGSA)。
5層沙漏體系結構是一種很有影響力的結構，這種結構是基于美國國家實驗室的網格研發項目Globus提出來的，主要側重于定性描述，而不是定義具體的協議。5層沙漏體系結構是以協議為中心的結構，強調被共享的物理資源以及這些資源所支持的服務，突出服務與應用編程接口(API)和軟件開發工具(SDK)的重要性。
5層沙漏結構自下而上按構造層、連接層、資源層、匯聚層和應用層劃分，如圖1所示。
1）構造層
構造層控制局部的資源，并向上提供網格中可供共享訪問的資源，它們是物理或邏輯實體，如高性能計算資源、大型數據庫存儲資源、高速網絡資源、傳感器和遠程設備等。Globus工具包中相應的組件負責監測可用的軟硬件資源的特性、當前負荷、狀態等信息，并將其打包供上層調用。
2）連接層
連接層定義了網格事務處理所需通信和鑒別的核心協議，通信協議使物理層資源之間可進行數據交換，通過傳輸、路由、名字解析實現。鑒別是在通信服務之上，進行授權驗證。Globus工具包中，相應組件采用基于公鑰的網格安全基礎協議(GSI)。在此協議中提供一次登錄、委托授權、整合各種局域網安全方案、基于用戶的信任關系等功能。
3）資源層
資源層建立在連接層協議之上，定義安全握手、資源初始化，監測和控制資源的運行狀況，統計與計費有關資源的使用情況。資源層調用構造層的功能實現對本地資源的訪問和控制。資源層協議主要分兩類：一類是信息協議，用于獲得資源的結構和狀態信息；另一類是管理信息，用于協商對特定共享資源的訪問。
4）匯聚層
資源層主要是實現與單個資源的交互，而匯聚層則負責協調各種資源，關注全局的狀態以及跨多個資源的交互，實現更廣泛的資源共享，它包括目錄服務、資源分配、進度安排、業務代理、資源監視和診斷、負載控制、軟件發現(基于求解問題參數的最佳軟件實現和運行平臺)、安全認證、計費等。
5）應用層
應用層作為網格體系結構中的最高一層，是在虛擬組織環境中存在的，由用戶的應用程序構成。應用程序通過調用下層提供的服務，再通過服務調用網格上的資源實現，為了便于應用程序的開發，需要大量支持網格計算的庫函數。
網格的5層沙漏體系結構的建立需要具有支持資源共享、服務共享、代碼共享的協議軟件和應用編程接口，對實現這些協議的技術沒有限制。從長期的角度講，網格計算能否獲得成功，取決于連接層和資源層的協議必須能否得到更廣泛的支持，能否夠屏蔽掉網格中各種資源的分布、異構特性。因特網協議使不同的計算機網絡能夠互聯和交換信息，網格協議使不同的用戶組織能夠互操作和交換或共享資源。
5層體系結構的另一個特點是沙漏形狀(見圖1)。為什么采用沙漏形狀？實際上可通過與微內核的操作系統進行類比來理解。微內核操作系統僅提供一些關鍵的核心功能，大量與應用或與特定設備有關的部分交付其他部分來實現。由此可知，一個小的核心操作系統非常有利于移植，也容易實現和獲取支持。在網格環境中，由于各部分協議的數量不同且可變化，確保最核心部分的協議，使其既能支持上層各種協議向其映射，同時又可實現向下層的各種協議映射。換句話說，在支持網格計算的所有地點都應能得到核心協議的支持，為此應對核心協議數量加以控制，因而，網格核心協議也就成了5層體系結構的“瓶頸”。
