Мне приходится часто менять клиентов, потому что работаю удаленно. Сделал одному – иди к другому. А еще я продаю свои программы через Интернет. При имеющейся специфике работы, заметил одну странность: примерно в двадцати пяти процентов случаев, предприятие, оплатившее работу программиста и принявшее его работу, не пользуется ею.
Начну с примеров
Фирма, продающая компьютеры, купили внушительный комплект программного обеспечения, все своевременно оплатили, купили необходимое торговое оборудование... Мы, соответственно, все им установили и приготовились запускать. Остановились на этапе, когда сотрудники фирмы, ответственные за ввод в эксплуатацию нового программного комплекса, должны внести в информацию по имеющимся в отделах остаткам. Для справки – это примерно пара сотен наименований. Но на этом все работы по проекту остановились, потому что остатки не были внесены к намеченному сроку, ни через неделю после срока, ни через месяц. Не внесены они и до сих пор, хотя прошло уже пол года. Официально мы договорились, что клиент нам позвонит, когда сотрудники освободятся и найдут время внести остатки. Сами понимаете, на небольших фирмах менеджеры – по совместительству еще и продавцы, еще и грузчики, и кассиры…
Еще пример
Достаточно крупный комбинат решил автоматизировать учет обедов собственным сотрудникам в счет зарплаты. Систему подготовили, протестировали, поставили. Обучили их специалиста. Все как обычно. Недавно узнал, что конечный пользователь нашу систему не использует. Оказывается, по весьма банальной причине: на приобретение нового компьютера руководство не выделяет средств, а на имеющемся оказалось недостаточно мощности. В свое время мы указывали им на необходимость более мощного компьютера, но в силу не совсем понятных мне внутренних интриг, этот вопрос был замят на уровне IT-отдела. В результате, автоматизация стала не эффективной, и от использования новой программы решено было отказаться.
Третий пример
Производственная фирма заказала автоматизацию учета. От фирмы был назначен специалист – постановщик ТЗ и в будущем - внедренец. Работу сделали, сдали, провели обучение внедренца (на углубленное внедрение и обучение нами всех сотрудников не выделили бюджет). Я перезвонил клиенту через пол года, чтобы узнать, не было ли замечено каких-либо багов в работе системы. С удивлением услышал, что учет по-прежнему ведется в Excel-е, потому что на глубокое, самостоятельное освоение новой системы у сотрудников нет времени, а специалист, которого мы обучали, уволился…
Хотелось бы обобщить имеющийся, скромный опыт по таким случаям, и порассуждать на тему, когда автоматизация учета становится не эффективной по вине заказчика.
Уже из приведенных примеров можно сделать одно важное заключение: во всех трех случаях явно, что администрация не была заинтересована в результате. В первом – директор не захотел останавливать продажи даже не день, чтобы довести начатое до конца, во втором и третьем был урезан бюджет, и решили сэкономить там, где этого делать было нельзя.
1. Незаинтересованность руководства в результатах
Для меня всегда было загадкой, зачем руководство той или иной фирмы вообще тратится на автоматизацию, если отчетов в excel-е достаточно, и нет желания доводить начатое до конца? Чего дирекция хочет добиться? Дань моде? Надоел ноющий главбух? Решили, что что-то пора менять, но что менять – не выяснили? Стоит напомнить, что грамотно поставленная автоматизация учета в торгово-производственных фирмах способна увеличить прибыль и уменьшить затраты. Хорошая автоматизация окупается достаточно быстро, и уже скоро начинает приносить прибыль и экономию. Но если руководство не оценило перспектив автоматизации или, что еще хуже, считает, что новый стол из красного дерева топ-менеджеру важнее нового сервера сисадмину, то вряд ли на такой фирме автоматизация будет успешной.
2. Ограниченный бюджет
Как правило, из первого следует второе. Когда руководство не совсем отдает себе отчет в том, чего они ждут от автоматизации, тогда возникают идеи, наподобие: «а давайте пригласим студента, и он все сделает, как надо», или «давайте посадим главбуха на сервер»... Я, конечно, не против подработки студентов и не сомневаюсь в потенциале российского студенчества, но хочу лишь сказать о том, что для внедрения серьезной системы учета простого умения программировать очень мало. Хороший внедренец должен уметь просчитать возможные последствия выбора той или иной стратегии автоматизации. Это достаточно кропотливая работа, требующая, прежде всего, большого практического опыта, понимание не только специфики учета предприятия, но и его неочевидных нюансов. В конце концов, такая работа требует настойчивости, потому что часто решения внедренцев могут встретить сопротивление со стороны заказчика, и нужно уметь отстоять свои предложения, основываясь, опять же, на собственном опыте, защищая интересы сопротивляющегося клиента. Вряд ли какой-либо студент, понимающий, что занимается временным, не свойственным ему делом, способен на такое. Поэтому, считаю, что экономия на уровне исполнителя – это почти гарантия неудавшейся автоматизации.
Это же относится и к неоправданной экономии на оборудовании. Как правило, сбой системы происходит в самом слабом ее звене и в самый неподходящий момент… Помню, как у одного моего клиента, смотрящего «сквозь пальцы» на предложение обновить сервер, этот сервер вдруг однажды сгорел, когда бухгалтерия делала годовой отчет. Печально было то, что архивирование данных не велось должным образом, опять же, не смотря на рекомендации: директор считал покупку пишущего cd-room (в то время) – не особенно необходимыми затратами. Систему, конечно, восстановили. Но я помню, как бухгалтерии пришлось две недели работать чуть ли не по ночам, чтобы восстановить потерянные за год данные по первичным документам. Кстати, после этого случая руководство все-таки купило в то время жутко дорогой сервер с райд-массивом…
3. Тендер на откатах
Где-то встречал в сети примерную статистику, какой процент тендеров на IT услуги в России выигрывается за счет откатов ответственному лицу. Статистика – не утешительна. Печально, что на откаты попадают в основном крупные заказчики, где сумма договора внушительна, и руководство напрямую не занимается подбором исполнителя, а поручает это собственному специалисту, который не всегда бывает доволен уровнем своей заработной платы. Практика показывает, что при таком раскладе, все работы бывают выполнены в срок, все документы подписаны, но сотрудники фирмы остаются недовольны результатами и не могут использовать внедренную систему в планируемом объеме по разным причинам. Соответственно, руководство не имеет требуемой аналитической базы и начинает выяснять, в чем причина. Такие разбирательства затягиваются надолго, часто сопровождаются кадровыми движениями и, в конечном итоге, поисками того, кто бы систему довел до ума…
4. К вопросу о лидерах отрасли
Хотел бы привести еще один пример, достаточно типичный. Фирма готова тратить деньги на автоматизацию, но не сориентировалась на рынке IT-услуг и обратилась к кому-то очень известному. В результате затраты превысили все разумные пределы, а итог оказался не совсем ожидаемым, хотя, возможно, приемлемым с натяжкой.
К сожалению, это только при покупке автомобиля можно руководствоваться рекламными буклетами, и, если позволяют средства, выбирать самое последнее из модельного ряда. В сфере IT-услуг, как показывает практика, все далеко не так, особенно в сфере автоматизации на базе продуктов фирмы «1С» фирмами-франчайзи. Если исполнитель – не на уровне масштабов компании «Intel Corporation», то его раскрученность совсем может не соответствовать качеству предлагаемых им услуг, а объемы клиентской сети, требующей постоянного сопровождения, могут не позволить заниматься новым клиентом на должном уровне. На фоне этого, стоило бы вспомнить о небольших фирмах, менее раскрученных, а потому не выигравших тендер, которые были бы просто счастливы получить крупного заказчика IT-услуг, даже с меньшей суммой договора, и были готовы отдать все силы на то, чтобы клиент остался доволен. Амбиции небольших коллективов, уровень их специалистов и заинтересованность в результатах работы часто оказываются выше, чем у раскрученных, больших компаний. Небольшие фирмы не могут допустить в работе того, что позволят себе монополии, потому что любая неудача может грозить такой фирме банкротством.
Я назвал лишь четыре, пожалуй, основных фактора, когда автоматизация не достигает результатов, и присходит это, отчасти, по вине заказчика. Наверняка, имеются и другие причины, но корень проблем, на мой взгляд, следует искать, прежде всего, в неправильной позиции руководства компании, которая выражается или в непонимании, зачем нужна автоматизация, или в неправильно выбранной стратегии решения этого вопроса. Там, где решения принимаются трезво и взвешенно, где оценивается уровень специалиста, а не его раскрученность на рынке, где руководство четко понимает, чего оно ждет от автоматизации в итоге – там все будет нормально, чего всем и желаю…
В данной статье рассмотрены принципы, помогающие компилятору Delphi генерировать более оптимальный с точки зрения скорости код. Если Вы не хотите вникать в подробности, в конце статьи есть «свод правил», которые рекомендуется соблюдать при написании программ.
Компилятор Delphi относится к разряду оптимизирующих. Но насколько качественно проводится оптимизация? Как «помочь» компилятору создать более быстрый код? Давайте разберемся с этим на экспериментах.
Оптимизация константных выражений
Пример 1:
С точки зрения оптимизации код можно упростить еще на этапе компиляции до
Но написанный выше листинг преобразуется в
С одной стороны компилятор не «сообразил», что значение переменной «a» можно преобразовать в константу и сложить с другой константой (которая, заметим, подставлена именно как константа) на этапе компиляции, с другой стороны был применен весьма хитрый трюк с LEA (об этом ниже). Тем не менее, код
в любом случае быстрее и короче.
Пример 2:
Скомпилированный код будет выглядеть
А ведь значение, присвоенной переменной «а» являлось константой и наш пример можно было бы переписать как:
Пример 3:
После компиляции получаем:
Т.е. компилятор преобразовал код так, как он был написан, а ведь можно было бы просто записать:
Оптимизация алгебраических выражений
Пример 4:
После компиляции эти переменные будут удалены, причем с предупреждением
Пример 5:
Код скомпилируется как есть! Таким образом мы обманули компилятор псевдо использованием переменных. Delphi не исправляет нашей «кривости», поэтому эта задача ложится исключительно на плечи программиста.
Пример 6:
Данный код можно оптимизировать до
И этого Delphi за нас не сделает.
Пример 7:
В данном примере первую строчку можно безболезненно удалить, что Delphi делать умеет.
Пример 8:
В данном случае можно избавится от одной операции умножения, присвоив значение выражения a*b временной переменной. Анализ ассемблерного листинга показывает, что компилятор именно так и поступает. Тем не менее, поменяв второе подвыражение на ((b*a)>0), компилятор принимает выражения за разные и генерирует умножение для обоих случаев, не смотря на то, что результат одинаков.
Оптимизация арифметических операций
Сложение и вычитание
Применение инструкции LEA вместо ADD позволяет производить сумму 3х операндов (двух переменных и одной константы) за один такт. Трюк заключается в том представление ближних указателей эквивалентно их фактическому значению, поэтому результат, возвращенный LEA равен сумме ее операндов. При возможности Delphi производит такую замену.
Деление
Операция деления требует гораздо больше тактов процессора, нежели умножение, поэтому замена деления на умножение может значительно ускорить работу. Существуют формулы, позволяющие выполнять такое преобразование. Тем не менее, Delphi не использует такую оптимизацию. Деление на степень двойки можно заменять сдвигом вправо на n бит, но даже в этом случае получаем следующий код:
Здесь учитывается особенность самой операции div – округление в большую сторону. Поэтому, если можно пренебрегать округлением, используйте c:=a shr 1 вместо с:=a div 2.
Умножение
Умножение на степень двойки можно заменять сдвигами битов. Delphi заменяет умножение сдвигами при умножении на 4,8,16 итд. При умножении на 2 производится суммированием переменной с собой.
Умножать на 3,5,6,7,8,10 и т. д. можно и без операции умножения – расписав выражение по формуле (a shl n)+a, где n – показатель степени двойки. Например, при умножении на 3 n=1. Delphi при возможности прибегает к этому трюку. Заметим, операнд LEA умеет умножать регистр на 2,4,8, что также при возможности используется компилятором. Например, умножение на 3 преобразуется в инструкцию
Оптимизация case of
Анализ скомпилированного кода показывает, что Delphi проводит утрамбовку дерева. Т.е. значения case сортируются и выбор нужного элемента производится при помощи двоичного поиска.
В случае, если элементы case of выстраиваются в арифметической прогрессии, компилятор формирует таблицу переходов. Т.е. создается массив указателей с индексами элементов, поэтому выбор нужно элемента выполняется за одну итерацию независимо от количества элементов.
Оптимизация циклов
Разворачивание циклов – не производится. Разворачивание циклов весьма спорный момент в оптимизации, поэтому принять грамотное решение может только человек. Delphi не производит разворачивания ни больших, ни маленьких циклов.
Слияние циклов – не производится. Если два цикла, следующие друг за другом имеют одинаковые границы итерационной переменной, разумно оба цикла объединить в один.
Вынесение инвариантного кода за пределы цикла – не выносится. Наиболее распространенный недочет – условие цикла записывается как:
Delphi будет при каждой итерации вызывать метод count, вычитать из результата 1 и потом уже сверять. Настоятельно рекомендуется переписывать подобный код как
Весь код VCL написан с нарушением этого правила. Очевидно, что проще подобного рода оптимизацию встроить в компилятор, нежели переписывать VCL :)
Замена циклов с предусловием на циклы с постусловием – производится. Циклы с постусловием имеют главное преимущество над другими видами циклов (с предусловием и с условием в середине) – они содержат всего одно ветвление. Delphi производит такую замену.
Замена инкремента на декремент – не производится. Более того, даже декрементный цикл компилируется в неоптимальный код, т.к. не используется флаг ZF. Вместо этого происходит сравнивание значения регистра с 0.
Удаление ветвлений – не производится.
Вывод:
1. Не используйте переменные для временного хранения констант или обязательно объявляйте «магические» числа как const, либо подставляйте в код непосредственные значения
2. Неиспользуемыми объявлениями и присвоениями можно безболезненно пренебрегать – Delphi умеет их вычищать.
3. Внимательно следите за использованием переменных, в частности лишним присвоениям их значений друг другу. Такого рода оптимизации Delphi делать не умеет.
4. Используйте свернутые математические выражения. (например, (3*a - a) /2 упрощается до a). Delphi не умеет упрощать математические выражения. (Да и что говорить, даже MathCAD не всегда грамотно умеет делать такие преобразования).
5. Не используйте конструкции типа a:=10*sin(45*pi/180); Delphi не вычислит эту константу на этапе компиляции, напротив, будет послушно вызывать sin и pi по ходу выполнения программы! В случае, если угол является переменной, по крайней мере pi можно заменить константой 3,1415...
6. Delphi прекрасно справляется с выражениями, полностью составленных из констант – они вычисляются на этапе компиляции.
7. Внимательно следите за условиями и их границами. Компилятор Delphi не умеет обнаруживать заведомо ложных условий. Также он не умеет удалять заведомо лишние условия. Например, (a>0) and (a<15616) and (a<>0)
8. Если в условии несколько раз проверяется одно и тоже выражение, следите, чтобы оно было выражено во всех конструкциях одинаково. В противном случае скомпилированный код будет не оптимален. Например, if ((a*b)>0) and ((a*b)<1024) then... При перестановке во втором случае b*a смысл выражения не изменится, но код будет иметь уже на одну операцию умножения, а две. Можно временно присвоить проверяемое выражение временной переменной, а затем уже проверять полученное значение.
9. Сообщение «Combining signed and unsigned types – widened both operands» сообщает не только о потенциальной ошибке – также вследствие преобразования мы теряем производительность. Например, z – объявлена как ineteger. условие if z>$abcd6123 then z:= $abcd6123; несмотря на его правильность вызовет данное предупреждение. Сгенерированный код будет, выполнять преобразования величин до 64-х бит, и дальнейшее уже сравнение 64-х битных операндов. Если изменить тип z на cardinal, мы избавимся от предупреждения и получим 3 строки кода, вместо 8 !
10. Delphi умеет оптимизировать сложение, умножение и частично деление. При делении на степень двойки, если не важно округление до большего, рекомендуется пользоваться shr 1 вместо div 2.
11. В case of при возможности используйте элементы, расположенные в арифметической прогрессии. Тем не менее, даже при невыполнении данного условия мы получим качественный код после утрамбовки дерева.
12. Выносите инвариантный код за тело цикла. Наиболее частая ошибка – for i:=1 to length(str) do... Дело в том, что при каждой итерации будет вызываться функция length, что пагубно скажется на производительности. Рекомендуется длину строки заранее присвоить переменной. Также не включайте в тело цикла код, заведомо не зависящий от изменения итерационной переменной.
Сравнивая Delphi с компиляторами Visual C++, WATCOM, Borland C++ (тестирование данных компиляторов приведено в [1]) приходим к выводу, что Delphi по своим оптимизирующим свойствам аналогичен Borland C++ (а кто сомневался? ;) ). Учитывая, что Borland C++ по итогам сравнения оказался последним, делаем несложный вывод. Весьма печален и тот факт, что большинство кода VCL написано с точки зрения «красоты» кода, а не его оптимальности с точки зрения скорости. Например, не соблюдается правило 12.
Flash и трехмерная графика, становятся всё более популярными и востребованными. Программа Swift 3D совместила в себе обе популярные технологии. В пятой версии возможности программы вплотную приблизилась к настоящему 3D-редактору и при этом она не стала громоздкой. Программа не требует от пользователя знаний программирования так же, разработчикам удалось сделать ее легкой в освоении даже для того, кто никогда не имел дело с 3D.
Два в одном, флеш и 3D.
Flash и трехмерная графика, становятся всё более популярными и востребованными. Программа Swift 3D совместила в себе обе популярные технологии. В пятой версии возможности программы вплотную приблизилась к настоящему 3D-редактору и при этом она не стала громоздкой. Программа не требует от пользователя знаний программирования так же, разработчикам удалось сделать ее легкой в освоении даже для того, кто никогда не имел дело с 3D.
Для того чтобы начать работу с программой, необходимо знать «азбуку» создания трехмерной графики. Во-первых, на основе простейших трехмерных объектов строятся трехмерные модели. Затем, для этих моделей настраивается освещение, подбираются материалы. На следующем этапе, если это необходимо, создается анимация и, наконец, последний этап – сохранение визуализированного изображения или анимации в файл.
Scene Editor.
На этапе работы с редактором сцены, выполняется общая настройка объектов, задаются геометрические размеры, выбирается их положение и освещение.
В программе можно использовать стандартный набор простейших шаблонов. Помимо этого, в сцену можно импортировать трехмерные модели в формате 3ds, а также изображения в векторном формате. Такие изображения будут автоматически открываться как трехмерные объекты.
Один из самых востребованных типов объектов, который часто используется при создании логотипов это текст. Для получения объемного текста в каком-нибудь полноценном 3D-редакторе (например, в 3ds Max) сначала нужно создать 2D-форму, а затем придать ей объемность при помощи модификатора Bevel или Extrude. В Swift 3D этот процесс упрощен – текст становится объемным сразу же после нажатия кнопки Create Text. Используя панель свойств, можно выбрать профиль фаски, подходящую гарнитуру шрифта и задать другие параметры.
Несмотря на то, что в программе есть базовый набор 3D-объектов, разработчики также предоставили пользователю возможность создавать трехмерные модели самостоятельно. В зависимости от того, какой метод будет выбран, можно использовать одну из вкладок - Extrusion Editor, Lathe Editor или Advanced Modeler.
Extrusion Editor.
Принцип работы редактора выдавливания, прост: создается некоторая сплайновая форма, которая используется для создания трехмерного объекта с заданным сечением. Такой метод очень удобен для моделирования предметов, имеющих постоянное поперечное сечение вдоль одной из осей.
Принцип построения сплайна по точкам мало чем отличается от создания кривой в любой программе для векторной графики. Для каждой точки можно выбрать один из трех типов излома, а форму линии можно корректировать с помощью касательных. На панели инструментов редактора выдавливания можно найти инструмент для замыкания кривой, а также кнопки для быстрого создания 2D-форм самых распространенных типов: звездочки, стрелки, значка "плюс" и прочих.
Чтобы увидеть результат работы с этим инструментом, нужно вернуться на этап работы с редактором сцены.
Выдавливание можно также производить со скосом, что даст возможность получить несколько иной профиль конечной модели.
Lathe Editor
Еще один инструмент для создания трехмерных поверхностей, на этот раз образованных вращением профиля вокруг некоторой оси. Lathe Editor напоминает редактор выдавливания. Тут опять требуется создать кривую определенной формы, основные инструменты те же самые, разве что нет кнопок для быстрого создания кривых часто используемой формы.
В окне редактора поверхностей вращения следует нарисовать профиль, который будет иметь будущая трехмерная модель. Затем нужно перейти на вкладку Scene Editor и при необходимости настроить параметры созданного объекта, например, указать угол поворота профиля модели или определить число радиальных сегментов. Если в строке Sweep Angle изменить угол, заданный по умолчанию, поверхность вращения будет незамкнутой.
Интересно, что и при работе с редактором выдавливания, и при использовании редактора поверхностей вращения можно анимировать форму кривой.
Advanced Modeler
Режим Advanced Modeler – это настоящая гордость Swift 3D. Главная особенность этого режима – редактирование оболочки трехмерных объектов. Перед вами раскрываются неограниченные возможности управления их формой.
Для перехода в режим редактирования оболочки используется кнопка Edit Mesh. После этого на панели инструментов становятся активными кнопки для редактирования модели на разных уровнях подобъектов.
Можно выделять вершины, ребра, поверхности, а затем выполнять с выделенными подобъектами разные действия, такие как выдавливание, уплотнение сетки, зеркальное отражение, округление и пр.
Возможность работы в режиме редактирования поверхности дает еще одно преимущество – появляется возможность использовать разные материалы для разных частей объекта.
Добавление материалов
После завершения работы над формой объекта нужно выбрать для него материал. Материалы в Swift 3D выбираются исходя из имеющихся в наличии заготовок, которые находятся в палитре материалов. Библиотека пестрит разнообразием. Материалы разделены на несколько категорий: с прозрачностью, блестящие, имитирующие дерево, кирпич, мрамор, камень и т.д.
Назначается материал очень просто: нужно перетащить выбранный образец на объект. При необходимости, настройки материала можно подкорректировать. Для этого нужно дважды щелкнуть по образцу. Можно создать и собственный материал, используя для этого растровое изображение.
Освещение и камеры
Разработчики Swift 3D уделили достаточно много внимания системе освещения. По умолчанию, в виртуальном пространстве используется двухточечная система освещения, причем, положение источников света, добавленных программой по умолчанию, можно изменять (в большинстве 3D-редакторов такой возможности нет). Для этого используется схематический трекбол с двумя отметками источников света. Центр трекбола соответствует центру сцены. С его помощью также удобно подбирать угол освещения объектов трехмерной сцены новыми источниками.
Несмотря на то, что для такой нереалистичной визуализации, как «рисованный» флэш, освещение не очень важно, авторы Swift 3D добавили в программу четыре разных типа источника. Комбинируя их, можно имитировать освещение в разное время суток.
Для того чтобы иметь возможность точно и гибко выбрать угол съемки, в сцене можно использовать виртуальные камеры. Камеры могут быть двух видов – свободные и направленные, с мишенью.
Анимация объектов
Работа с анимацией выполняется на вкладке Scene Editor. Оживление трехмерных объектов происходит благодаря режиму автоматического создания ключей анимации. Этот режим активируется на временной шкале кнопкой Animate. Для того чтобы заставить двигаться объекты сцены, достаточно в этом режиме передвинуть ползунок на нужный кадр и попробовать изменить положение объекта в сцене, например, повернуть его на некоторый угол.
Если выделить в сцене объект, на шкале анимации отобразится список анимируемых параметров. При дальнейшем создании анимации выбранного объекта напротив каждого параметра, который будет анимироваться, будут появляться метки – ключи анимации. Ключи анимации можно перемещать и копировать. Кроме этого, есть возможность изменять характер протекания анимации.
Анимацию объектов можно также создавать, устанавливая траекторию их движения. Для этого служит режим Animation Path Mode, который также активируется кнопкой на временной шкале. Траекторию движения можно установить вручную, хотя в большинстве случаев удобнее использовать готовые варианты движений, находящиеся в библиотеке предварительных заготовок, о которой мы говорили выше.
Поскольку флэш-анимация в большинстве случаев используется для создания анимированного логотипа, как правило, движения такой эмблемы можно заранее предвидеть – логотип может вращаться, перемещаться вдоль окружности или другой геометрической фигуры.
Чтобы воспользоваться заранее заданными параметрами анимации, достаточно перетащить образец анимации из библиотеки на объект в сцене.
Сохранение проекта
Последний этап работы в Swift 3D – предварительный просмотр анимации и экспорт в выбранный формат. Все это выполняется на вкладке Preview And Export Editor. Тут можно покадрово просмотреть анимацию, задать параметры экспорта и выбрать формат файла.
Программа работает с большим числом форматов и дает возможность сохранить анимацию как файл Mov, Flv, Swf, Avi. Кроме этого, возможно сохранение в виде графического файла или в один из форматов векторной графики – Ai или Eps.
Сразу хотим отметить, что при помощи демонстрационной версии программы сохранить проект не удастся. Она дает возможность оценить все функции Swift 3D, однако результат работы можно просматривать только в окне предварительного просмотра, сохранение в файл не работает. Кроме этого, не удастся экспортировать созданные в программе модели в 3ds.
Триал-версию программы можно скачать с официального сайта. Полная версия Swift 3D оценивается в $250. Кроме версии для Windows, существует также версия для Mac OS.
Настройки по умолчанию в Кореле не очень удобны. В любом графическом редакторе всегда хочется иметь как можно больше рабочего пространства. Настройки по умолчанию хороши лишь для изучения редактора, так как все руководства, справка и книги написаны под них. Когда же всё изучено и опробовано, можно настроить интерфейс «под себя». А некоторые опции просто необходимо скорректировать для комфортной работы.
Настраиваем сами Corel Draw.
Настройки по умолчанию в Кореле не очень удобны. В любом графическом редакторе всегда хочется иметь как можно больше рабочего пространства. Настройки по умолчанию хороши лишь для изучения редактора, так как все руководства, справка и книги написаны под них. Когда же всё изучено и опробовано, можно настроить интерфейс «под себя». А некоторые опции просто необходимо скорректировать для комфортной работы.
Для настройки интерфейса обычно используют меню Customization. Но в этой статье часто будет использоваться ещё один способ. Заключается он в том, что элементы интерфейса можно перетаскивать, зажав клавишу Alt, если при перетаскивании воспользоваться сочетанием Ctrl+Alt то перемещаемые элементы дублируется. Чтобы просто удалить элемент достаточно кликнуть на нем правой кнопкой мыши и в появившемся контекстном меню выбрать Customize>Toolbar Item>Delete. Сами «бары» перетаскиваются за двойную линию с левого или верхнего края.
Настройка внешняя.
Удаляем всё лишнее.
В верхней части интерфейса находятся Menu Bar (стандартные File, Edit, View и т.д.), Standard toolbar (панель, где находятся пиктограммы New, Open, Save...) и Property Bar (панель свойств, где устанавливаются параметры страницы, единицы измерения и прочие параметры документа). Menu Bar имеет привычное для большинства Windows приложений расположение, поэтому можно оставить его без изменений. Сэкономить место, здесь можно разместив Standard toolbar и Property Bar в один ряд, что станет возможно, если удалять с Standard toolbar. Лишние элементы, начиная, справа это выпадающее меню масштаба (zoom level), которое дублируется при выбранном Zoom Tool`е, затем кнопки «Access the Corel Graphics Community Web site» и «Start Corel applications», кнопки импорта и экспорта заменят легко запоминающиеся сочетания Ctrl+I и Ctrl+E. Всем знакомы такие сочетания как Ctrl+Z и Ctrl+Shift+Z, соответственно кнопкам со стрелочками «Undo» и «Restore» не место в новом интерфейсе. Опять же копирование/вставка – стандартные во всех приложениях Ctrl+C/X/V, да и в контекстном меню они присутствуют, так что тоже можно смело удалять. В общем, что оставить в Standard toolbar`е и оставлять ли его вообще дело индивидуальное, главное поставить его вряд с Property Bar`ом, что расширит рабочую область аж на 32 пиксела. Беспокоится о неправильных действиях и удалении чегото нужного сильно не стоит. Стандартные панели можно вернуть к прежнему виду в меню Tools>Customization>Command Bars, выделив нужную и нажав кнопку Reset. Либо через контекстное меню Customize>[Toolbar Name]>Reset to Default. Сбросить же все настройки на дефолтные если вдруг ваши эксперименты совсем выйдут из под контроля можно стартовав CorelDRAW с зажатой клавишей F8. То что находится внизу называется Status Bar и по умолчанию занимает неоправдано много места, показывая такие ненужные вещи как позиция курсора, доступные команды для инструментов и свойства объектов которые дублируются на панели свойств. Удалив все лишнее можно разместить вряд Object Information, Object Detalis, Fill Color и Outline color таким образом уменьшив размер панели состояния вдвое.
Ну и наконец немного расширить рабочую область можно отключив линейки, двойной клик и в появившемся окне снять галочку Show Rulers, существенный минус это отсутствие возможности вытягивать из них направляющие (Guidelines) и выставлять нулевые координаты в нужное место. Как вариант можно вынести кнопку включения/отключения линеек в какое-нибудь удобное место, находится она в меню Tools>Customization>Commands выпадающем списке View и называется Rulers.
Панель инструментов (Toolbox).
Та часть интерфейса, в которой расположены инструменты (Pick, Zoom, Shape, Bezier Tools и т.д.) интерактивные эффекты (Blend, Transparency, Envelope и т.д.) и прочее необходимое в работе и есть Toolbox или панель инструментов. По умолчанию она расположена неподвижно в крайней левой части окна и все инструменты расположены в один столбик, а некоторые объеденены в группы. Такой порядок не очень удобен опытному пользователю и уж тем более профессионалу или векторному маньяку.
Расположение в два столбика более практично и удобно, с этого и следует начать – перетащить Toolbox за верхний край со стандартного места в свободную область и растянуть до расположения инструментов в два столбца. Теперь руководствуясь собственным опытом и манерой работы нужно выставить инструменты в нужном порядке. Например Shape Tool можно вынести отдельно от группы и расположить рядом с Pick Tool`ом, также с инструментом Hend, а в выпадающих группах подвинуть наиболее используемые инструменты ближе к левому краю.
Чтобы новая панель выглядела аккуратней можно убрать верхнюю часть с названием и крестиком закрытия, для этого нужно кликнуть на панели правой кнопкой мыши, в контекстном меню выбрать Customize>Toolbox Toolbar>Properties... и в появившемся окне снять галочку «Show title when toolbar is floating».
Докеры (Dockers).
Особенностью интерфейса CorelDRAW является то что многие полезные функции и эффекты реализованы в виде докеров – панелей по умолчанию открывающихся справа. Там им самое место, вот только открывать каждый раз нужный докер не очень удобно, располагаются они в разных частях меню, хотя почти все их можно найти в меню Window>Dockers и на многие уже назначены сочетания клавиш. Наиболее удобный выход держать их открытыми, только в свернутом состоянии, так они будут расположены в нужном порядке удобными вкладками и при надобности разворачиваться одним кликом и так же легко сворачиваться. Определившись с наиболее удобным порядком (чтобы чаще используемые были выше) нужно поочередно открыть их через меню Window>Dockers. После этих действий правая часть экрана будет занята набором удобных закладок.
При желании расположить их можно и не привязывая к экрану, перетаскиваются они также как и другие элементы. В «плавающем» состоянии докеры представляют собой отдельные окошки, напоминающие аналогичные в «Адобовских» продуктах, которые так же легко сворачиваются и объединяются в группы.
Палитру цветов так же можно расположить более удобно, горизонтально например или в виде той же плавающей панели, форма и место расположения практически ничем не ограничиваются.
С принципом настройки интерфейса и некоторыми вариантами модификации, думаю, все понятно, она на то и кастомизация чтобы каждый мог изменить рабочее пространство на удобное ему. Теперь о настройках внутренних.
Настройка внутренняя.
Горячие клавиши.
Здесь каждый вправе сам решать что нужнее всего и достойно назначения клавиш.
В меню Tools>Customization>Commands во вкладке Shortcut Keys назначить свое сочетание клавиш можно любой функции. Совет: при установке горячих клавиш включите режим Navigate to conflict on Assign это позволит не допустить повтора уже существующих сочетаний. И ещё один важный совет: многим в Corel`е не хватает аналога функции Hand Tool в Photoshop`е и Illustrator`е, которой можно перемещаться по рабочей области зажав пробел не отрываясь от основных действий и не переключая инструментов. Такая функция присутствует, но по умолчанию не задействована, исправить ситуацию можно назначив горячую клавишу инструменту Pan (можно тот же пробел) который находится в меню Tools>Customization>Commands в выпадающем списке View.
Опции.
Пройдясь по опциям можно настроить некоторые параметры, сделав работу еще более удобной и продуктивной, начнем по порядку: Tools>Options (Ctrl+J)>Workspace>General тут можно установить количество шагов отката (Undo levels) для основных операций (Regular) и операций с растрами (Bitmap effects), примерные значения 50-100 и 5-10 соответственно.
Тут же можно отключить звуки (снять пометку с Enable sounds). Вкладка Display интересна опцией Enable node Tracking знакомой по ранним версиям CorelDraw (напомню: при активном инструменте Pick Tool и наведении на узлы он превращается в Shape Tool, таким образом можно скруглять углы прямоугольников и перемещать узлы не переключаясь на шейпер). Опция удобная и многим привычная, но не всегда востребованная, а лазить каждый раз в опции для ее включения не очень удобно. Альтернатива есть: в уже знакомом меню Tools>Customization>Commands нужно выбрать в выпадающем списке Edit, найти опцию Tracking и вытащить ее в удобное место на рабочей области или назначить ей сочетание клавиш. Теперь активация функции Node Tracking займет считанные секунды.
Далее во вкладке Edit следует снять галочку с опции Edit Auto-center new PowerClip contents, эта опция размещает объект в центре контейнера поверклипа, что нужно очень редко и если уж возникла такая необходимость, решается предварительным выравниванием объектов клавишами «C» (по вертикали) «E» (по горизонтали).
Следующая вкладка обязательная к посещению Memory, тут следует увеличить объем оперативной памяти используемой приложением со стандартных 25% до 50-75% в зависимости от объема доступной памяти.
Во вкладке Text>Quick Correct нужно снять галочку с одной из самых надоедливых функций CorelDRAW «Capitalize first letter of sentence» которая всюду при наборе текста делает первую букву предложения заглавной, что совершенно не требуется в большинстве случаев.
Часто CorelDRAW импортирует файлы в формате EPS в виде растровых объектов либо не импортирует вообще, для корректного импорта необходимо использовать фильтр «EPS, PS, PRN – PostScript», можно конечно выбирать его вручную в диалоговом окне импорта в выпадающем меню Files of type, но проще назначить его фильтром по умолчанию. Для этого в меню Global > Filters в списке List of active filters нужно выделить нужный фильтр и кнопкой Move Up поднять его выше фильтра «EPS - Encapsulated PostScript». Теперь нужный фильтр будет отвечать за импорт *.eps файлов постоянно.
Ну вот пожалуй и все основные и нуждающиеся в корректировке опции. На последок можно отметить некоторые возможности рассчитанные скорей на любителя нежели необходимые в работе. В меню Customization>Commands в выпадающем списке Status Bar можно найти такие функции как Time, которая как ясно из названия показывает время, Memory Allocated, которая проинформирует о занятой открытыми файлами памяти, а также индикатор статуса привязки Snap Status, и еще ряд подобных мелочей. Их можно расположить как например в том же Status Bar так и назначать горячие клавиши, после нажатия которых информация выведется рядом с курсором.
Node Color Coding.
По умолчанию отключенное нововведение CorelDRAW X3 (похоже, не всегда корректно работает), из название понятно – цветовое выделение узлов, т.е. подсвечивает узлы с разными свойствами (cusp, smooth, simmetrical) своим цветом. Кроме того, выделяется «начальный» узел, что в работе с блендами весьма полезно.
Включается через реестр (Пуск>Выполнить...>regedit):
в ветке
HKEY_CURRENT_USER > Software > Corel > CorelDRAW > 13.0 > CorelDRAW > Application Preferences > Base Tool Pref
присваиваем параметру
"NodeColorCoding"
значение "1".
сохраняем с расширением .reg, и запускаем, после подтверждения функция включится.
Как вы видите CorelDRAW крайне гибкий по части настроек и кастомизации. И каждый не поленившийся потратить часок другой на ковыряние опций и настройку интерфейса без сомнения сэкономит уйму рабочего времени впоследствии и превратит стандартный редактор в индивидуально заточенный инструмент.
Главное о чем стоит упомянуть это, что ваш хранитель экрана будет работать в фоновом режиме и он не должен мешать работе других запущенных программ. Поэтому сам хранитель должен быть как можно меньшего объема. Для уменьшения объема файла в описанной ниже программе не используется визуальные компоненты Delphi, включение хотя бы одного из них приведет к увеличению размера файла свыше 200кб, а так, описанная ниже программа, имеет размер всего 20кб!!!
Технически, хранитель экрана является нормальным EXE файлом (с расширением .SCR), который управляется через командные параметры строки. Например, если пользователь хочет изменить параметры вашего хранителя, Windows выполняет его с параметром "-c" в командной строке. Поэтому начать создание вашего хранителя экрана следует с создания примерно следующей функции:
Поскольку нам нужно создавать небольшое окно предварительного просмотра и полноэкранное окно, их лучше объединить используя единственный класс окна. Следуя правилам хорошего тона, нам также нужно использовать многочисленные нити. Дело в том, что, во-первых, хранитель не должен переставать работать даже если что-то "тяжелое" случилось, и во-вторых, нам не нужно использовать таймер.
Процедура для запуска хранителя на полном экране - приблизительно такова:
Во-первых, мы проинициализировали некоторые глобальные переменные (описанные далее), затем прячем курсор мыши и создаем окно хранителя экрана. Имейте в виду, что важно уведомлять Windows, что это - хранителя экрана через SystemParametersInfo (это выводит из строя Ctrl-Alt-Del чтобы нельзя было вернуться в Windows не введя пароль). Создание окна хранителя:
Теперь окна созданы используя вызовы API. Я удалил проверку ошибки, но обычно все проходит хорошо, особенно в этом типе приложения.
Теперь Вы можете погадать, как мы получим handle родительского окна предварительного просмотра ? В действительности, это совсем просто: Windows просто передает handle в командной строке, когда это нужно. Таким образом:
Как Вы видите, window handle является вторым параметром (после "-p").
Чтобы "выполнять" хранителя экрана - нам нужна нить. Это создается с вышеуказанным CreateThread. Процедура нити выглядит примерно так:
Нить просто заставляет обновляться изображения в нашем окне, спит на некоторое время, и обновляет изображения снова. А Windows будет посылать сообщение WM_PAINT на наше окно (не в нить !). Для того, чтобы оперировать этим сообщением, нам нужна процедура:
Если мышь перемещается, кнопка нажала, мы спрашиваем у пользователя пароль:
Это также демонстрирует использование registry на уровне API. Также имейте в виду как мы динамически загружаем функции пароля, используюя LoadLibrary. Запомните тип функции?
TVSSFunc ОПРЕДЕЛЕН как:
Теперь почти все готово, кроме диалога конфигурации. Это запросто:
Трудная часть -это создать диалоговый сценарий (запомните: мы не используем здесь Delphi формы!). Я сделал это, используя 16-битовую Resource Workshop (остался еще от Turbo Pascal для Windows). Я сохранил файл как сценарий (текст), и скомпилированный это с BRCC32:
Почти также легко сделать диалоговое меню:
После того, как пользователь выбрал некоторые установочные параметры, нам нужно сохранить их.
Загружаем параметры так:
Легко? Нам также нужно позволить пользователю, установить пароль. Я честно не знаю почему это оставлено разработчику приложений ! Тем не менее:
Мы динамически загружаем (недокументированную) библиотеку MPR.DLL, которая имеет функцию, чтобы установить пароль хранителя экрана, так что нам не нужно беспокоиться об этом.
TPCPAFund ОПРЕДЕЛЕН как:
(Не спрашивайте меня что за параметры B и C ! :-)
Теперь единственная вещь, которую нам нужно рассмотреть, - самая странная часть: создание графики. Я не великий ГУРУ графики, так что Вы не увидите затеняющие многоугольники, вращающиеся в реальном времени. Я только сделал некоторые ящики.
И последнее - глобальные переменные:
Затем исходная программа проекта (.dpr). Красива, а!?
Ох, чуть не забыл! Если, Вы используете SysUtils в вашем проекте (например фуекцию StrToInt) вы получите EXE-файл больше чем обещанный в 20k. :) Если Вы хотите все же иметь20k, надо как-то обойтись без SysUtils, например самому написать собственную StrToInt процедуру.
Если все же очень трудно обойтись без использования Delphi-форм, то можно поступить как в случае с вводом пароля: форму изменения параметров хранителя сохранить в виде DLL и динамически ее загружать при необходимости. Т.о. будет маленький и шустрый файл самого хранителя экрана и довеска DLL для конфигурирования и прочего (там объем и скорость уже не критичны).
Начинающий фотограф не всегда сможет правильно определять параметры съемки и подстраиваться под те условия, которые сложились на момент съемки. Обычно мастерство приходит после большого количества проб и ошибок.
Но хороших знаний техники съемки бывает мало. Бывают фото-работы на которых, трудно найти какую-либо погрешность, а изображение кажется совершенно неудавшимся. Профессионализм фотографа - в умении видеть. Каждый снимок - это новая картина, новые чувства и переживания. И когда у фотографа появляется желание реализовать свой творческий замысел, можно считать, что он становится настоящим знатоком фото дела.
Реализация необычных идей - привычное дело для фотографа. Владея некоторыми приемами и цифровой камерой (подойдет даже фотоаппарат начального уровня), можно создать свои неповторимые работы.
Секреты цифрового объектива
Начинающий фотограф не всегда сможет правильно определять параметры съемки и подстраиваться под те условия, которые сложились на момент съемки. Обычно мастерство приходит после большого количества проб и ошибок.
Но хороших знаний техники съемки бывает мало. Бывают фото-работы на которых, трудно найти какую-либо погрешность, а изображение кажется совершенно неудавшимся. Профессионализм фотографа - в умении видеть. Каждый снимок - это новая картина, новые чувства и переживания. И когда у фотографа появляется желание реализовать свой творческий замысел, можно считать, что он становится настоящим знатоком фото дела.
Реализация необычных идей - привычное дело для фотографа. Владея некоторыми приемами и цифровой камерой (подойдет даже фотоаппарат начального уровня), можно создать свои неповторимые работы.
Как стать силачом и подержаться за солнце?
Принцип этого трюка основан на простом зрительном обмане. По мере удаления от точки съемки угловой размер объектов становится меньше, а, следовательно, и на фотографии их размер будет обманчив.
Обязательным условием положительного результата должна быть высокая глубина резкости, при которой в фокус попадали бы объекты переднего и заднего плана сцены (в противном случае, станет заметна подделка и обман откроется).
Аналогичный прием может быть использован не только на фотографии, но и при съемке видео. Такой способ может оказаться весьма кстати, когда необходимо завуалировать разницу в росте людей при групповой съемке, для выгодного представления интерьера и т.д.
Трюк с солнцем нужно обязательно делать в безоблачную погоду утром при восходе или вечером при закате светила, когда оно еще находится довольно низко над горизонтом. Человек, которого снимает фотограф, должен располагаться на открытом пространстве, на таком расстоянии, при котором его размеры будут соизмеримы с размерами солнечного диска. Следуя командам фотографа, этот человек поднимает руки на такую высоту, при которой из точки съемки будет видно солнце между руками.
Фото в воздухе.
Фотография - это отображение реального мира. Но если фотографу удастся создать снимок, на котором, с точки зрения, заснято то, чего не может быть, интерес к такой фотографии возрастет во много раз.
Все в мире подчиняется законам физики. Как же заставить зрителя поверить в то, что законы физики не действуют? Такой способ уже давно существует. Один из часто используемых приемов старого кино - полет актера в воздухе. Для того чтобы зритель поверил в то, что супермен может летать, его поднимали на специальном тонком тросе, цвет которого совпадал с цветом фона. Сливаясь с фоном, трос становился невидимым, поэтому казалось, что актер парит над землей.
Подобный прием можно использовать и в фотографии. "Подвесить" стакан воды в воздухе можно, обвязав его тонкой веревкой или леской. Подобрав освещение, можно добиться того, что леска, обтягивающая стакан, будет незаметна. Правда, скорее всего, такую фотографию придется обрезать по краям, так как на некотором расстоянии леска станет видна.
Освещение объектов такой съемки зависит от того, какой фон выбран. Светлые нити должны быть хорошо освещены для того, чтобы не оттенялись на общем фоне. Темные же нити желательно спрятать в тени.
В купальнике - на Северный Полюс!
В середине прошлого века было очень популярно фотографироваться, вставляя свое лицо в прорезь с обратной стороны огромного щита, на котором запечатлен какой-нибудь сюжет. Так фотографу удавалось сделать снимок человека на лошади, в костюме императора и т.д.
Сейчас их роль могут выполнить большие рекламные щиты, которых очень много на современных улицах. Фотографии, наклеенные на них, можно использовать для создания оригинальных трюков.
При съемке на фоне рекламного щита важно удачно выбрать ракурс, чтобы в кадр не попали рекламные надписи, а также крепления щита, которые сразу выдадут подделку.
Для исполнения этого трюка подойдут не только рекламные щиты, но и фотообои с пейзажами, а также любые другие большие снимки, которые вам удастся найти. Если же большие фотографии найти не удается, можете попробовать осуществить этот трюк и с маленькими. Правда, в этом случае в кадр вам полностью попасть не удастся, но небольшого зверька с фотографии вы погладить вполне сможете.
Невероятные фигуры.
Если нужно создать композицию для рекламы, а сам рекламируемый товар или услуга - не лучший объект для съемки, можно прибегнуть к какому-нибудь оптическому обману, что, несомненно, вызовет интерес. Размещение такой рекламы в общественном транспорте или на страницах журнала будет очень эффективно и гарантирует то, что на нее обратят внимание. Даже если человек не интересуется предметом рекламы, он будет долго смотреть на нее, пытаясь сообразить, как же это было сделано.
Использование в художественных работах зрительных иллюзий первым придумал нидерландский художник Мауриц Эшер, который жил в первой половине прошлого века. Одна из его самых известный работ, которую сможете позаимствовать для своих снимков и вы - куб Эшера. Из одного бруска вырезана середина в таком месте, через которое видно дальнее ребро куба. Благодаря этому, когда зритель смотрит на куб, ему кажется, что дальнее ребро пересекает ближнее.
Еще один трюк зрительного обмана можно сделать из трех брусков, "закрутив" их в треугольник по принципу ленты Мебиуса. Для этого нужно поставить бруски таким образом, чтобы третий располагался перпендикулярно плоскости, в которой лежат первые два. На третьем бруске должен быть срез, который поможет сымитировать замкнутую фигуру. Фотографировать такой треугольник нужно с определенной точки, при котором бруски составляют единое целое.
Игры со стеклом.
Благодаря прозрачности и свойствам отражения и преломления лучей, стеклянные объекты помогут создать множество интересных оптических эффектов. Самый известный из них - эффект каустики. Этим термином называют блики света на поверхностях, полученные вследствие прохождения света через прозрачную среду. Обычно эти блики располагаются в области тени, отбрасываемой стеклянным объектом.
Существуют и другие, менее известные, но не менее интересные приемы использования оптических свойств стекла. Один из них - "шахматный рисунок".
Создается он следующим образом. Нужно поставить перед бутылкой два бокала, заполненные жидкостью до половины. Центр этих бокалов должен совпадать с краями бутылки. Это - обязательное условие, поэтому нужно отнестись серьезно к выбору бокалов. Скорее всего, вам придется использовать два бокала разной формы - узкий и широкий. Благодаря эффекту преломления лучей изображение в части бокала, заполненной жидкостью, "перевернется". Та часть жидкости, которая в бокале закрывает бутылку, будет отражать цвет фона, а та часть, которая выходит за край бутылки окрасится в цвет бутылочного стекла. Два бокала, расположенные по краям бутылки, создадут эффект "шахматного поля".
Те, кто хорошо умеет работать с графическим редактором Photoshop, могут сделать анимированный GIF непосредственно в этой программе. Но создания баннера или анимированной кнопки совсем не обязательно каждому изучать Photoshop. Есть множество специализированных программ для создания анимированной графики, которые в свою очередь имеют множество специальных инструментов и шаблонов, благодаря которым создание рекламного объявления или анимированного логотипа для сайта становится делом нескольких минут.
Программы создающие GIF-анимацию.
Те, кто хорошо умеет работать с графическим редактором Photoshop, могут сделать анимированный GIF непосредственно в этой программе. Но создания баннера или анимированной кнопки совсем не обязательно каждому изучать Photoshop. Есть множество специализированных программ для создания анимированной графики, которые в свою очередь имеют множество специальных инструментов и шаблонов, благодаря которым создание рекламного объявления или анимированного логотипа для сайта становится делом нескольких минут.
GIF Construction Set Professional.
На первый взгляд кажется, что эта программа проста но это не так. Возможности ее очень широки, и, в отличие от многих аналогичных программ, она позволяет компилировать анимационные файлы не только в формате GIF. GIF Construction Set Professional может преобразовывать созданную в ней анимацию или уже готовый GIF-файл в формат Macromedia Flash (SWF). Файл Macromedia Flash имеет свои преимущества и недостатки перед GIF. Так, например, степень сжатия изображения в GIF ниже, и файл SWF может включать в себя не только анимацию, но и звук.
При экспорте созданной анимации в файл Macromedia Flash, следует помнить о том, что если в анимированном GIF можно указать время отображения каждого кадра по отдельности, в файле SWF частота смены изображений будет фиксированной. Кроме этого, файлы SWF, в отличие от GIF не поддерживают прозрачности.
Экспортировать в формат Macromedia Flash циклическую анимацию не получится – файл можно проиграть только один раз. Для имитации многократно повторяющейся анимации необходимо вносить дополнительные изменения в HTML-код страницы, на которой будет расположен SWF файл.
Принцип создания анимированного GIF-файла такой же, как и разработка рисованного мультфильма. Создается группа изображений с несколько измененным рисунком, после чего указывается их последовательность, и все они экспортируются в единый файл. Изображения, из которых будет состоять GIF-анимация, в GIF Construction Set Professional отображены в виде столбца кадров. Инструменты для выполнения различных манипуляций с кадрами «спрятаны» в контекстном меню. Они дают возможность вращать, обрезать, выполнять цветокоррекцию, добавлять эффект тени, выполнять объединение и удаление кадров.
Для файлов, которые помещаются на интернет-странице, очень важно, чтобы их размер был как можно меньше. В утилите GIF Construction Set Professional имеется специальная функция «суперсжатия», благодаря которой программа анализирует код GIF файла и делает размер анимации несколько меньше.
Easy GIF Animator Pro
Эта программа сделана, так чтобы любая задача могла быть выполнена в ней буквально за несколько минут. Реализовано это за счет продуманного процесса создания нового анимационного файла. В программе имеется свои мастера настроек - мастер создания нового баннера и мастер создания новой кнопки. Удобство таких предварительных заготовок еще и в том, что в программе уже заложены стандартные основные размеры баннеров, которые не всегда можно запомнить. В программе содержатся небольшой набор шаблонов кнопок с разными текстурами: мраморные, стеклянные, деревянные и пр.
Чтобы несколько разнообразить монотонное «слайд-шоу» сменяющихся кадров на баннере или на другом графическом элементе интернет-страницы, Easy GIF Animator Pro предлагает использовать анимационные эффекты перехода от одного изображения к другому. Вторая картинка может, например, выезжать из угла кадра или медленно проступать поверх предыдущей. Easy GIF Animator Pro имеет скромный набор инструментов для редактирования каждого изображения в анимации. Однако, несмотря на то, что этот «арсенал» напоминает палитру инструментов программы Microsoft Paint, на практике оказывается, что его вполне достаточно даже для того чтобы сделать текстовый баннер «с нуля». Здесь можно создавать геометрические фигуры, выполнять заливку, добавлять текст и делать заливку изображения градиентным цветом или даже выбранной текстурой.
GIF Movie Gear
В этой программе практически полностью отсутствует возможность редактирования изображений. Единственный способ это сделать – изменять рисунок по пикселам, что не далеко не всегда удобно. Из этого можно сделать вывод, что программа GIF Movie Gear позиционируется не как самостоятельный инструмент для работы с форматом GIF, а как вспомогательная утилита, которую будет уместно использовать в паре с каким-нибудь графическим редактором. В программе даже имеется возможность указать путь на диске к утилите, которая будет запускаться всякий раз, когда возникнет необходимость изменить рисунок кадра.
В GIF Movie Gear хорошо реализована оптимизация выходного файла. Во-первых, с ее помощью можно управлять количеством цветов в индексированной палитре GIF-файла, а также вручную подбирать цвета индексированной палитры и сохранять ее в отдельный файл для повторного использования. Во-вторых, в программе есть целая группа настроек для уменьшения размера файла без потери качества изображения. Среди них – максимально возможная обрезка кадров, устранение ненужных кадров (например, повторяющихся), замена дублирующихся точек изображения с прозрачностью. Эффективность выбранных настроек может быть мгновенно просчитана программой и оценена в процентах сжатия от общего размера анимационного файла.
В GIF Movie Gear можно использовать не только для создания GIF анимации. С помощью программы можно также создавать иконки *.ico (вот тут и пригодится возможность точечного рисунка), обычные и анимированные курсоры (*.cur, *.ani). Кроме вышеперечисленных форматов, изображения могут быть сохранены в виде многослойного файла PSD или в виде секвенции изображений в других графических форматах.
Если необходимо особым образом пометить создаваемый файл GIF, в него можно внедрить комментарий. При этом внешне файл останется прежним, лишь слегка увеличится его размер.
Selteco Bannershop GIF Animator
Эта программа нацелена, в основном на создание баннеров. В списке наиболее часто встречаемых разрешений можно найти все популярные сегодня типы баннеров, от стандартного 468x60 до «небоскреба» (skyscraper). Bannershop GIF Animator имеет специальный режим для быстрого создания анимированного изображения. Работая в нем, достаточно составить список графических файлов, задать задержку перед выводом на экран следующего кадра и все, файл можно сохранять в формате GIF. По такому же принципу работает и мастер создания слайд-шоу из отдельных картинок.
В Bannershop GIF Animator можно использовать анимационные эффекты, которые разделены на три группы – Intro Animation, Animation и Outro Animation. В первом случае можно получить эффект появления выделенного кадра, в последнем – его исчезновение. Отчасти, эти эффекты напоминают эффекты перехода, однако их область применения шире. Они также могут использоваться как видеофильтры. Эффекты еще одной группы, Animation, заставляют изображение двигаться особым образом – скользить, дрожать и переливаться светом.
Если составленная цепочка кадров включает в себя изображения разного разрешения, можно воспользоваться функцией Autosizing Frames, которая будет увеличивать рабочее пространство до тех пор, пока его площади не будет достаточно, чтобы отобразить самый большой кадр.
Нередко при создании текстового баннера приходится использовать символьный шрифт. Для того чтобы отыскать нужный значок, приходится тратить довольно много времени или использовать специальные программы-менеджеры установленных в системе шрифтов.
Создавая текст на баннере, отыскать нужный символ в Bannershop GIF Animator очень просто. Команда Inserт Symbol откроет таблицу со всеми элементами выбранного шрифта. Перебирая названия в списке установленных в системе шрифтов и наблюдая за таблицей, можно легко найти то, что нужно.
Готовую анимацию можно сразу сохранять в виде HTML страницы, в коде которой уже указано название графического файла.
Среди прочих особенностей программы стоит отметить возможность экспорта подготовленной анимации в AVI и поддержку векторного формата WMF, изображение которого растрируется при импорте в программу.
Active GIF Creator
Если необходимо сделать большое количество похожих баннеров, анимированных кнопок или логотипов, стоит задуматься о том, как упростить процесс. В Active GIF Creator это можно сделать с помощью специальных скриптов.
Модуль для работы со скриптами Script Editor является главной "изюминкой" программы. Он дает возможность автоматизировать рутинную работу, записав последовательность действий в отдельный скрипт. Анимационные скрипты – это файлы с расширением *.agif, которые сохраняются внутри проекта и могут многократно использоваться во время работы над ним. Таким образом, можно автоматически перемещать объекты, изменять их размер, управлять их отображением.
Active GIF Creator может оптимизировать размер анимационного файла, в зависимости от указанной скорости модема. В программе можно сохранять Gif анимацию сразу с HTML кодом и при этом подбирать в окне предварительного просмотра цвет фона и текста.
Кроме этого, программа умеет создавать GIF-файлы из командной строки в пакетном режиме. Самостоятельно разобраться с этой возможностью достаточно тяжело, но, тем не менее, ответы, на все вопросы, касающиеся работы с командной строкой, можно найти в технической документации Active GIF Creator.
CoffeeCup GIF Animator
CoffeeCup GIF Animator - это отличный выход для тех, у кого нет никакого желания и времени разбираться со сложными настройками Photoshop только ради того, чтобы сделать аватар. Программа несложна в использовании и при этом имеет все необходимые инструменты для решения такой задачи. Так, например, программа поддерживает импорт видео-файлов, может задавать время задержки для всех кадров GIF-анимации сразу или по отдельности, устанавливать для каждого кадра свое время отображения, задавать цвет, который должен быть прозрачным на изображении. Настроек в программе минимум, и все они помещаются в небольшом окне программы, в котором происходит сборка и предварительный просмотр анимации.
Мастер оптимизации также практически не требует от пользователя никакого вмешательства – достаточно следовать его простым инструкциям, и размер файла будет уменьшен настолько, насколько это возможно, без потери качества изображения. Это достигается за счет ограничения индексированной палитры и устранения присутствующих в файле GIF внутренних комментариев. CoffeeCup GIF Animator также сохраняет сделанную анимацию в SWF, и при этом выводит на экран код, который нужно будет вставить, чтобы файл отображался на веб-странице.
Ulead GIF Animator
Компания Ulead известна, прежде всего, своим программным обеспечением для работы с цифровым видео, поэтому неудивительно, что ее утилита GIF Animator унаследовала черты настоящего видеоредактора. Так, например, программа изобилует всевозможными эффектами, большинство которых перекочевали в GIF Animator из стандартного набора эффектов перехода приложений для обработки видео - Video Studio и Media Studio Pro.
Количество встроенных эффектов можно и увеличить. Для этого в настройках Ulead GIF Animator можно указать расположение фильтров Photoshop и дополнительных фильтров, совместимых с графическим редактором от Adobe. Тут, впрочем, следует вспомнить о том, что со времени выхода последней версии GIF Animator, прошло довольно много времени, и новые фильтры программой от Ulead не поддерживаются.
В режиме, предназначенном для оптимизации файла, рабочая область для наглядности разделена на две части – в одной показываются кадры проекта до сжатия в формат GIF, во второй – после. Изменение настроек сжатия мгновенно отображается на конечном результате. Подбирать «золотую середину» в соотношении размер-качество можно используя ограничение цветовой палитры. Кроме этого, досутпно еще два параметра – Dither, определяющий точность передачи градиентного перехода цвета, и Lossy, отвечающий за количество потерь при сжатии изображения. Управлять кадрами анимации можно либо с помощью панели кадров, где они показаны в виде слайдов, либо с панели настроек, где эта же анимация отображена в виде группы слоев, каждый из которых означает отдельный кадр.
Среди различных форматов экспорта присутствует совершенно неожиданная функция – упаковка созданной анимации в исполнительный EXE-файл. В этом случае на выходе вы получаете один файл, при запуске которого происходит примерно следующее – на экран поверх открытых окон программ выплывает созданное в GIF Animator изображение, а затем воспроизводится анимация. Трудно сказать, какое применение можно найти для этой возможности программы, скорее всего, ее можно использовать для необычного оформления презентации, которая будет начинаться таким неожиданным появлением изображения, либо это может быть просто способ пошутить над коллегой по работе.
Программ GIF-анимации обязательно нужно держать под рукой – чтобы в один прекрасный момент проблема создания анимированного баннера не затормозила всю остальную работу. Для тех, кто постоянно создает анимационные баннеры в больших количествах, следует попробовать в работе редактор скриптов Active GIF Creator, для тех, кому нужно быстро сделать свой аватар или оригинальный юзербар лучше подойдет CoffeeCup GIF Animator. Ну, а если нужен просто универсальный и надежный GIF-аниматор, «на все случаи жизни», советуем присмотреться к хорошо зарекомендовавшей себя программе от Ulead.
Анимированное кино существует и развивается уже сто лет. Оно стало считаться одним из видов искусства. Год от года неуклонно возрастет число анимационных проектов. Такие картины, как Final Fantasy, Shrek, Little Stuart, The Incredibles, Finding Nemo претендуют на престижную премию Оскара. Возможно наступит момент, когда актеров заменят их трехмерные двойники.
Трехмерные сцены становятся все реалистичными, а их себестоимость снижается. Без трехмерных декораций не обходится ни один современный экшн.
Как создается трехмерная анимация.
Анимированное кино существует и развивается уже сто лет. Оно стало считаться одним из видов искусства. Год от года неуклонно возрастет число анимационных проектов. Такие картины, как Final Fantasy, Shrek, Little Stuart, The Incredibles, Finding Nemo претендуют на престижную премию Оскара. Возможно наступит момент, когда актеров заменят их трехмерные двойники.
Трехмерные сцены становятся все реалистичными, а их себестоимость снижается. Без трехмерных декораций не обходится ни один современный экшн.
Трехмерная анимация постепенно вытесняет классическую двухмерную мультипликацию. Многие мультяшные герои или "уходят на пенсию" (с ними просто больше не делают новых мультфильмов), или обретают новую жизнь в 3D. Например, мультфильм с моряком Папаем, сделанный при помощи 3D-редактора Softimage|XSI.
В 2004-ом году известная анимационная студия Blur Studio представила первый анимационный трехмерный проект про Микки Мауса и других диснеевских героев.
Три мультфильма общей продолжительностью 40 минут стали самым крупным проектом за девятилетнюю историю Blur Studio.
Работа над проектом велась совместно 3D-аниматорами Blur и художниками Disney Studios, которые в свое время рисовали Дональда, Плуто и прочих персонажей. Для того чтобы максимально сохранить особенности движения и внешнего вида персонажей при переносе их в трехмерный мир, ведущий аниматор студии Disney Андреас Дежа (Andreas Deja) все время давал советы коллегам-3D-художникам. Результатом остались довольны все, и в Blur и в Studio надеются, что проект не будет последним.
Метод ключевых кадров.
Современная техника анимации кардинально отличается от анимационных фильмов выпускавшихся двадцать, пятьдесят лет назад.
А до появления трехмерной графики существовала так называемая кукольная анимация. Делалась она так: снимался один кадр с мультипликационным героем, затем, например, руку персонажа передвигали на очень небольшое расстояние и опять снимали один кадр. Вся работа состояла в том, чтобы снять на пленку все положения руки мультяшного героя. Что же касается рисованной анимации, каждый кадр рисовался вручную.
В компьютерной анимации все гораздо проще. Аниматор задает в программе только два положения руки - верхнее и нижнее, а все промежуточные положения просчитываются компьютером. Кадры, которые фиксируют начальное и конечное положение тела, называютсяключевыми.
Используя метод ключевых кадров, можно "оживить" практически любые параметры анимационной сцены. Продолжительность анимации зависит от количества промежуточных кадров между ключевыми.
Если математически отобразить зависимость анимированного параметра (или ключа анимации, как его еще называют) от времени, каждый ключевой кадр будет характеризоваться двумя кривыми, которые определяют функциональные зависимости анимированного параметра на промежутке между текущим ключевым кадром и предыдущим, а также настоящим ключевым кадром и следующим. Во многих редакторах для работы с трехмерной графиков подобной графической зависимостью можно управлять, определяя характер анимации.
Преимущество метода ключевых кадров перед классической техникой создания анимации очевидно: аниматор тратит на создание проекта гораздо меньше времени. Большая часть рутинной работы, которая ранее выполнялась вручную, сегодня переложена на компьютер.
Проблемы при создании анимации методом ключевых кадров.
Несмотря на универсальность и простоту техники ключевых кадров, существуют случаи, когда использование этого метода не позволяет добиться желаемого результата. Это касается тех сцен, в которых необходимо отобразить эффекты, подчиняющиеся законам физики.
В реальной жизни все, что нас окружает, постоянно изменяется - шторы слабо двигаются, по озеру бежит мелкая рябь и так далее. Аниматору очень трудно воссоздать такую картину методом ключевых кадров.
Если сцена содержит большое количество анимированных объектов, установить для каждого из них свой набор ключевых кадров очень сложно. Поскольку подбор параметров значений анимированных параметров в каждом из ключевых кадров производится методом проб и ошибок, на подгонку такой сцены уйдет очень много времени.
Кроме этого, при помощи ключевых кадров 3D-аниматору бывает очень сложно воссоздать реалистичную анимацию некоторых объектов: жидкости, материи, огня, волос, разбивающихся предметов. Алгоритм решения этих проблем настолько сложен, что его разработкой занимаются целые институты.
Каждая программа для создания динамики в трехмерных сценах по-своему уникальна, имеет свои преимущества и недостатки. Поэтому при выборе программного обеспечения руководитель анимационного проекта обычно учитывает задачи, которые планируется выполнить на данном этапе.
Помимо проблем, связанных с моделированием физических процессов, существует еще одна трудность, связанная с анимированием большого количества объектов в сцене. Создать простую, на первый взгляд, сцену с горящим бенгальским огнем при помощи ключевых кадров невозможно. Вручную задать траекторию движения для каждой из огромного количества разлетающихся искр - задача практически невыполнимая. В этом случае в трехмерной анимации используются так называемые источники частиц. Их особенность в том, что они позволяют одновременно управлять большим количеством объектов. Значимость частиц в трехмерной графике столь велика, что некоторые 3D-редакторы имеют сложные системы управления источниками частиц, которые позволяют тонко настроить анимационные эффекты с учетом изменения скорости движения частиц, размера, цвета, формы, изменения положения в пространстве и т.д.
Персонажная анимация.
Создание персонажной анимации - это один из важнейших этапов создания трехмерного проекта.
Любую анимацию можно условно разделить на два типа: реалистичная и нереалистичная. Персонажная анимация может быть как реалистичной, так и нереалистичной, однако, зрителем она лучше воспринимается, если напоминает движения, совершаемые реальными существами. Даже если персонаж анимации - это вымышленное существо, плод воображения художника, лучше, чтобы его движения были правдоподобны. В противном случае персонаж будет выглядеть безжизненным манекеном.
Характер движения любого существа определяется анатомическим строением его скелета. Поэтому при создании трехмерной анимации сначала создается модель скелета существа, на который позже "одевается" оболочка.
"Одевание" оболочки - это тоже достаточно трудоемкий процесс, ведь нужно "привязать" кости к соответствующим частям тела таким образом, чтобы при изменении положения скелета оболочка деформировалась реалистично.
Создавать анимацию скелета будущего персонажа можно двумя способами: вручную, с помощью ключевых кадров, и используя систему захвата движения Motion Capture. Последний способ получил широкое распространение и используется практически по всех коммерческих анимационных проектах, так как имеет ряд преимуществ перед методом ключевых кадров.
Технология Motion Capture использовалась, например, в анимационном фильме - <Полярный экспресс> (The Polar Express). В этом фильме известный актер Том Хенкс, играл сразу несколько ролей: маленького мальчика, проводника поезда, бродягу и Санта Клауса. При этом, во многих анимационных сценах актер играл сам с собой. Конечно же, все герои мультфильма были трехмерными, но Том Хенкс управлял их действиями, жестами и даже мимикой. Актер одевал специальное одеяние с датчиками, напоминающее гидрокостюм, совершал действия перед специальным устройством, а компьютер получал информацию об изменении положения отметок на костюме и моделировал, таким образом, движения трехмерного персонажа. Подобные датчики были установлены и на лице актера, что позволило переносить на анимационных героев его мимику.
Понятно, что анимация персонажей, созданная с использованием технологии Motion Capture, более реалистична, чем полученная методом ключевых кадров.
Мимика персонажа.
Для создания мимики трехмерного персонажа, кроме метода Motion Capture, используется также метод морфинга. Все современные 3D-редакторы обычно имеют средства для создания морфинга.
Добиться высокой реалистичности при имитации мимики методом Motion Capture не всегда удается. Чтобы она была правдоподобной, необходимо имитировать движения огромного количества мускулов, а ведь на каждый мускул датчик повесить невозможно.
Поэтому для имитации мимики используется метод морфинга. Он заключается в том, что на основе модели, которая будет анимирована, создается определенное количество клонированных объектов. Затем каждый из этих объектов редактируется вручную - форма лица изменяется таким образом, чтобы на нем присутствовала та или иная гримаса. При создании мимики очень важно, чтобы лицо персонажа при анимации не выглядело однообразным. Для этого необходимо использовать модели-заготовки с самыми разными гримасами. Пусть на одной заготовке персонаж будет моргать, на другой - щуриться, на третьей - надувать щеки и т.д.
На основе этих моделей при помощи метода морфинга создается анимация. При этом, просчитывается, как изменяется лицо персонажа при переходе от выражения лица одной модели до гримасы, созданной на второй модели и т.д. Таким образом, каждая из моделей служит ключом анимации, в результате использования морфинга форма объекта изменяется, и создается мимика персонажа.
3D-аниматор, который профессионально занимается "оживлением" персонажей, должен быть не только художником, но и знатоком анатомии. Знания о строении тела и работе мускулов помогают создать реалистичные движения и выражения лица.
Если же персонаж не только ходит и кривляется, но еще и говорит, 3D-аниматор обязан превратиться еще и в лингвиста. Каждый звук, который произносит человек, сопровождается определенными движениями его губ, языка, челюсти. Для того чтобы перенести эти движения на трехмерную анимацию, нужно уметь разбивать речь на фонемы и создавать соответствующие их произношению движения на лице персонажа.
Виртуальные камеры.
Многие трехмерные анимационные эффекты создаются с помощью виртуальных камер. Эти вспомогательные объекты предназначены для того, чтобы изменять положение точки съемки в виртуальном пространстве.
Виртуальные камеры обладают всеми основными параметрами, которые присущи настоящим камерам. Так, например, для виртуальной камеры можно указать фокусное расстояние, установить свой тип линз и т.д.
Виртуальная камера, в отличие от настоящей, - это лишь вспомогательный объект, которого вы никогда не увидите на трехмерной анимации.
Трехмерная анимация заметно упрощает реализацию многих спецэффектов. Так, например, хорошо всем известный "эффект Матрицы", когда, камера медленно объезжает вокруг человека, замершего в прыжке, гораздо проще создать при помощи виртуальной камеры. Для реализации этого эффекта в фильме "Матрица" использовалось большое количество камер, расположенных вокруг объекта съемки. Все они зафиксировали положение человека в один и тот же момент времени. Из этих кадров была создана анимация, имитирующая "облет" вокруг объекта.
В трехмерной анимации законы физики не действуют, поэтому для создания такого эффекта достаточно зафиксировать в прыжке трехмерную модель человека и задать плавное движение виртуальной камеры вокруг него.
В реальном мире при съемке фото или видеокамерой быстро движущиеся объекты остаются на полученном изображении смазанными. Причем, размытие изображения в конкретном кадре указывает на направление движения заснятого объекта. Присутствие этого эффекта в трехмерной анимации делает ее более реалистичной.
Эффект смазанного движения (Motion Blur) позволяет создать в трехмерных анимированных сценах смазанный шлейф от быстродвижущихся объектов, и отобразить их такими, какими они выглядят при реальных съемках. Возможность использования эффекта смазанного движения имеется практически во всех модулях просчета изображения, которые используются в 3D-графике.
Сегодня 3D-анимация находится на ранней стадии своего развития но за ней большое будущее. Потребуется еще немало времени, пока в 3D будут созданы анимационные шедевры, которые можно будет сравнить с лучшими образцами классической анимации.
А пока все с удовольствием смотрят мультфильмы, выпущенные много лет назад. Такой например как мультфильм "Бемби", созданный студией Диснея шестьдесят три года назад и отреставрированный при помощи современных средств видеообработки.
Хочется надеяться, что такую же популярность, нерушимую временем, смогут снискать и трехмерные анимационные проекты будущего.
Сеть всегда объединяет несколько абонентов, каждый из которых имеет право передавать свои пакеты. Но, как уже отмечалось, по одному кабелю одновременно передавать два (или более) пакета нельзя, иначе может возникнуть конфликт (коллизия), который приведет к искажению либо потере обоих пакетов (или всех пакетов, участвующих в конфликте). Значит, надо каким-то образом установить очередность доступа к сети (захвата сети) всеми абонентами, желающими передавать. Это относится, прежде всего, к сетям с топологиями шина и кольцо. Точно так же при топологии звезда необходимо установить очередность передачи пакетов периферийными абонентами, иначе центральный абонент просто не сможет справиться с их обработкой.
В сети обязательно применяется тот или иной метод управления обменом (метод доступа, метод арбитража), разрешающий или предотвращающий конфликты между абонентами. От эффективности работы выбранного метода управления обменом зависит очень многое: скорость обмена информацией между компьютерами, нагрузочная способность сети (способность работать с различными интенсивностями обмена), время реакции сети на внешние события и т.д. Метод управления – это один из важнейших параметров сети.
Тип метода управления обменом во многом определяется особенностями топологии сети. Но в то же время он не привязан жестко к топологии, как нередко принято считать.
Методы управления обменом в локальных сетях делятся на две группы:
* Централизованные методы, в которых все управление обменом сосредоточено в одном месте. Недостатки таких методов: неустойчивость к отказам центра, малая гибкость управления (центр обычно не может оперативно реагировать на все события в сети). Достоинство централизованных методов – отсутствие конфликтов, так как центр всегда предоставляет право на передачу только одному абоненту, и ему не с кем конфликтовать.
* Децентрализованные методы, в которых отсутствует центр управления. Всеми вопросами управления, в том числе предотвращением, обнаружением и разрешением конфликтов, занимаются все абоненты сети. Главные достоинства децентрализованных методов: высокая устойчивость к отказам и большая гибкость. Однако в данном случае возможны конфликты, которые надо разрешать.
Существует и другое деление методов управления обменом, относящееся, главным образом, к децентрализованным методам:
* Детерминированные методы определяют четкие правила, по которым чередуются захватывающие сеть абоненты. Абоненты имеют определенную систему приоритетов, причем приоритеты эти различны для всех абонентов. При этом, как правило, конфликты полностью исключены (или маловероятны), но некоторые абоненты могут дожидаться своей очереди на передачу слишком долго. К детерминированным методам относится, например, маркерный доступ (сети Token-Ring, FDDI), при котором право передачи передается по эстафете от абонента к абоненту.
* Случайные методы подразумевают случайное чередование передающих абонентов. При этом возможность конфликтов подразумевается, но предлагаются способы их разрешения. Случайные методы значительно хуже (по сравнению с детерминированными) работают при больших информационных потоках в сети (при большом трафике сети) и не гарантируют абоненту величину времени доступа. В то же время они обычно более устойчивы к отказам сетевого оборудования и более эффективно используют сеть при малой интенсивности обмена. Пример случайного метода – CSMA/CD (сеть Ethernet).
Для трех основных топологий характерны три наиболее типичных метода управления обменом.
Управление обменом в сети с топологией звезда
Для топологии звезда лучше всего подходит централизованный метод управления. Это связано с тем, что все информационные потоки проходят через центр, и именно этому центру логично доверить управление обменом в сети. Причем не так важно, что находится в центре звезды: компьютер (центральный абонент), как на рис. 1.6, или же специальный концентратор, управляющий обменом, но сам не участвующий в нем. В данном случае речь идет уже не о пассивной звезде (рис. 1.11), а о некой промежуточной ситуации, когда центр не является полноценным абонентом, но управляет обменом. Это, к примеру, реализовано в сети 100VG-AnyLAN.
Самый простейший централизованный метод состоит в следующем.
Периферийные абоненты, желающие передать свой пакет (или, как еще говорят, имеющие заявки на передачу), посылают центру свои запросы (управляющие пакеты или специальные сигналы). Центр же предоставляет им право передачи пакета в порядке очередности, например, по их физическому расположению в звезде по часовой стрелке. После окончания передачи пакета каким-то абонентом право передавать получит следующий по порядку (по часовой стрелке) абонент, имеющий заявку на передачу (рис. 4.8). Например, если передает второй абонент, то после него имеет право на передачу третий. Если же третьему абоненту не надо передавать, то право на передачу переходит к четвертому и т.д.
Централизованный метод управления обменом в сети с топологией звезда
Рис. 4.8. Централизованный метод управления обменом в сети с топологией звезда
В этом случае говорят, что абоненты имеют географические приоритеты (по их физическому расположению). В каждый конкретный момент наивысшим приоритетом обладает следующий по порядку абонент, но в пределах полного цикла опроса ни один из абонентов не имеет никаких преимуществ перед другими. Никому не придется ждать своей очереди слишком долго. Максимальная величина времени доступа для любого абонента в этом случае будет равна суммарному времени передачи пакетов всех абонентов сети кроме данного. Для топологии, показанной на рис. 4.8, она составит четыре длительности пакета. Никаких столкновений пакетов при этом методе в принципе быть не может, так как все решения о доступе принимаются в одном месте.
Рассмотренный метод управления можно назвать методом с пассивным центром, так как центр пассивно прослушивает всех абонентов. Возможен и другой принцип реализации централизованного управления (его можно назвать методом с активным центром).
В этом случае центр посылает запросы о готовности передавать (управляющие пакеты или специальные сигналы) по очереди всем периферийным абонентам. Тот периферийный абонент, который хочет передавать (первый из опрошенных) посылает ответ (или же сразу начинает свою передачу). В дальнейшем центр проводит сеанс обмена именно с ним. После окончания этого сеанса центральный абонент продолжает опрос периферийных абонентов по кругу (как на рис. 4.8). Если желает передавать центральный абонент, он передает вне очереди.
Как в первом, так и во втором случае никаких конфликтов быть не может (решение принимает единый центр, которому не с кем конфликтовать). Если все абоненты активны, и заявки на передачу поступают интенсивно, то все они будут передавать строго по очереди. Но центр должен быть исключительно надежен, иначе будет парализован весь обмен. Механизм управления не слишком гибок, так как центр работает по жестко заданному алгоритму. К тому же скорость управления невысока. Ведь даже в случае, когда передает только один абонент, ему все равно приходится ждать после каждого переданного пакета, пока центр опросит всех остальных абонентов.
Как правило, централизованные методы управления применяются в небольших сетях (с числом абонентов не более чем несколько десятков). В случае больших сетей нагрузка по управлению обменом на центр существенно возрастает.
Управление обменом в сети с топологией шина
При топологии шина также возможно централизованное управление. При этом один из абонентов ("центральный") посылает по шине всем остальным ("периферийным") запросы (управляющие пакеты), выясняя, кто из них хочет передать, затем разрешает передачу одному из абонентов. Абонент, получивший право на передачу, по той же шине передает свой информационный пакет тому абоненту, которому хочет. А после окончания передачи передававший абонент все по той же шине сообщает "центру", что он закончил передачу (управляющим пакетом), и "центр" снова начинает опрос (рис. 4.9).
Централизованное управление в сети с топологией шина
Рис. 4.9. Централизованное управление в сети с топологией шина
Преимущества и недостатки такого управления – те же самые, что и в случае централизованно управляемой звезды. Единственное отличие состоит в том, что центр здесь не пересылает информацию от одного абонента к другому, как в топологии активная звезда, а только управляет обменом.
Гораздо чаще в шине используется децентрализованное случайное управление, так как сетевые адаптеры всех абонентов в данном случае одинаковы, и именно этот метод наиболее органично подходит шине. При выборе децентрализованного управления все абоненты имеют равные права доступа к сети, то есть особенности топологии совпадают с особенностями метода управления. Решение о том, когда можно передавать свой пакет, принимается каждым абонентом на месте, исходя только из анализа состояния сети. В данном случае возникает конкуренция между абонентами за захват сети, и, следовательно, возможны конфликты между ними и искажения передаваемой информации из-за наложения пакетов.
Существует множество алгоритмов доступа или, как еще говорят, сценариев доступа, порой очень сложных. Их выбор зависит от скорости передачи в сети, длины шины, загруженности сети (интенсивности обмена или трафика сети), используемого кода передачи.
Иногда для управления доступом к шине применяется дополнительная линия связи, что позволяет упростить аппаратуру контроллеров и методы доступа, но заметно увеличивает стоимость сети за счет удвоения длины кабеля и количества приемопередатчиков. Поэтому данное решение не получило широкого распространения.
Суть всех случайных методов управления обменом довольно проста.
Если сеть свободна (то есть никто не передает своих пакетов), то абонент, желающий передавать, сразу начинает свою передачу. Время доступа в этом случае равно нулю.
Если же в момент возникновения у абонента заявки на передачу сеть занята, то абонент, желающий передавать, ждет освобождения сети. В противном случае исказятся и пропадут оба пакета. После освобождения сети абонент, желающий передавать, начинает свою передачу.
Возникновение конфликтных ситуаций (столкновений пакетов, коллизий), в результате которых передаваемая информация искажается, возможно в двух случаях.
* При одновременном начале передачи двумя или более абонентами, когда сеть свободна (рис. 4.10). Это ситуация довольно редкая, но все-таки вполне возможная.
* При одновременном начале передачи двумя или более абонентами сразу после освобождения сети (рис. 4.11). Это ситуация наиболее типична, так как за время передачи пакета одним абонентом вполне может возникнуть несколько новых заявок на передачу у других абонентов.
Существующие случайные методы управления обменом (арбитража) различаются тем, как они предотвращают возможные конфликты или же разрешают уже возникшие. Ни один конфликт не должен нарушать обмен, все абоненты должны, в конце концов, передать свои пакеты.
В процессе развития локальных сетей было разработано несколько разновидностей случайных методов управления обменом.
Коллизии в случае начала передачи при свободной сети
Рис. 4.10. Коллизии в случае начала передачи при свободной сети
Коллизии в случае начала передачи после освобождения сети
Рис. 4.11. Коллизии в случае начала передачи после освобождения сети
Например, был предложен метод, при котором не все передающие абоненты распознают коллизию, а только те, которые имеют меньшие приоритеты. Абонент с максимальным приоритетом из всех, начавших передачу, закончит передачу своего пакета без ошибок. Остальные, обнаружив коллизию, прекратят свою передачу и будут ждать освобождения сети для новой попытки. Для контроля коллизии каждый передающий абонент производит побитное сравнение передаваемой им в сеть информации и данных, присутствующих в сети. Побеждает тот абонент, заголовок пакета которого дольше других не искажается от коллизии. Этот метод, называемый децентрализованным кодовым приоритетным методом, отличается низким быстродействием и сложностью реализации.
При другом методе управления обменом каждый абонент начинает свою передачу после освобождения сети не сразу, а, выдержав свою, строго индивидуальную задержку, что предотвращает коллизии после освобождения сети и тем самым сводит к минимуму общее количество коллизий. Максимальным приоритетом в этом случае будет обладать абонент с минимальной задержкой. Столкновения пакетов возможны только тогда, когда два и более абонентов захотели передавать одновременно при свободной сети. Этот метод, называемый децентрализованным временным приоритетным методом, хорошо работает только в небольших сетях, так как каждому абоненту нужно обеспечить свою индивидуальную задержку.
В обоих случаях имеется система приоритетов, все же данные методы относятся к случайным, так как исход конкуренции невозможно предсказать. Случайные приоритетные методы ставят абонентов в неравные условия при большой интенсивности обмена по сети, так как высокоприоритетные абоненты могут надолго заблокировать сеть для низкоприоритетных абонентов.
[pagebreak]
Чаще всего система приоритетов в методе управления обменом в шине отсутствует полностью. Именно так работает наиболее распространенный стандартный метод управления обменом CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий), используемый в сети Ethernet. Его главное достоинство в том, что все абоненты полностью равноправны, и ни один из них не может надолго заблокировать обмен другому (как в случае наличия приоритетов). В этом методе коллизии не предотвращаются, а разрешаются.
Суть метода состоит в том, что абонент начинает передавать сразу, как только он выяснит, что сеть свободна. Если возникают коллизии, то они обнаруживаются всеми передающими абонентами. После чего все абоненты прекращают свою передачу и возобновляют попытку начать новую передачу пакета через временной интервал, длительность которого выбирается случайным образом. Поэтому повторные коллизии маловероятны.
Еще один распространенный метод случайного доступа – CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance – множественный доступ с контролем несущей и избежанием коллизий) применяющийся, например, в сети Apple LocalTalk. Абонент, желающий передавать и обнаруживший освобождение сети, передает сначала короткий управляющий пакет запроса на передачу. Затем он заданное время ждет ответного короткого управляющего пакета подтверждения запроса от абонента-приемника. Если ответа нет, передача откладывается. Если ответ получен, передается пакет. Коллизии полностью не устраняются, но в основном сталкиваются управляющие пакеты. Столкновения информационных пакетов выявляются на более высоких уровнях протокола.
Подобные методы будут хорошо работать только при не слишком большой интенсивности обмена по сети. Считается, что приемлемое качество связи обеспечивается при нагрузке не выше 30—40% (то есть когда сеть занята передачей информации примерно на 30—40% всего времени). При большей нагрузке повторные столкновения учащаются настолько, что наступает так называемый коллапс или крах сети, представляющий собой резкое падение ее производительности.
Недостаток всех случайных методов состоит еще и в том, что они не гарантируют величину времени доступа к сети, которая зависит не только от выбора задержки между попытками передачи, но и от общей загруженности сети. Поэтому, например, в сетях, выполняющих задачи управления оборудованием (на производстве, в научных лабораториях), где требуется быстрая реакция на внешние события, сети со случайными методами управления используются довольно редко.
При любом случайном методе управления обменом, использующем детектирование коллизии (в частности, при CSMA/CD), возникает вопрос о том, какой должна быть минимальная длительность пакета, чтобы коллизию обнаружили все начавшие передавать абоненты. Ведь сигнал по любой физической среде распространяется не мгновенно, и при больших размерах сети (диаметре сети) задержка распространения может составлять десятки и сотни микросекунд. Кроме того, информацию об одновременно происходящих событиях разные абоненты получают не в одно время. С тем чтобы рассчитать минимальную длительность пакета, следует обратиться к рис. 4.12.
Пусть L – полная длина сети, V – скорость распространения сигнала в используемом кабеле. Допустим, абонент 1 закончил свою передачу, а абоненты 2 и 3 захотели передавать во время передачи абонента 1 и ждали освобождения сети.
После освобождения сети абонент 2 начнет передавать сразу же, так как он расположен рядом с абонентом 1. Абонент 3 после освобождения сети узнает об этом событии и начнет свою передачу через временной интервал прохождения сигнала по всей длине сети, то есть через время L/V. При этом пакет от абонента 3 дойдет до абонента 2 еще через временной интервал L/V после начала передачи абонентом 3 (обратный путь сигнала). К этому моменту передача пакета абонентом 2 не должна закончиться, иначе абонент 2 так и не узнает о столкновении пакетов (о коллизии), в результате чего будет передан неправильный пакет.
Получается, что минимально допустимая длительность пакета в сети должна составлять 2L/V, то есть равняться удвоенному времени распространения сигнала по полной длине сети (или по пути наибольшей длины в сети). Это время называется двойным или круговым временем задержки сигнала в сети или PDV (Path Delay Value). Этот же временной интервал можно рассматривать как универсальную меру одновременности любых событий в сети.
Стандартом на сеть задается как раз величина PDV, определяющая минимальную длину пакета, и из нее уже рассчитывается допустимая длина сети. Дело в том, что скорость распространения сигнала в сети для разных кабелей отличается. Кроме того, надо еще учитывать задержки сигнала в различных сетевых устройствах. Расчетам допустимых конфигураций сети Ethernet посвящена глава 10.
Отдельно следует остановиться на том, как сетевые адаптеры распознают коллизию в кабеле шины, то есть столкновение пакетов. Ведь простое побитное сравнение передаваемой абонентом информации с той, которая реально присутствует в сети, возможно только в случае самого простого кода NRZ, используемого довольно редко. При применении манчестерского кода, который обычно подразумевается в случае метода управления обменом CSMA/CD, требуется принципиально другой подход.
Как уже отмечалось, сигнал в манчестерском коде всегда имеет постоянную составляющую, равную половине размаха сигнала (если один из двух уровней сигнала нулевой). Однако в случае столкновения двух и более пакетов (при коллизии) это правило выполняться не будет. Постоянная составляющая суммарного сигнала в сети будет обязательно больше или меньше половины размаха (рис. 4.13). Ведь пакеты всегда отличаются друг от друга и к тому же сдвинуты друг относительно друга во времени. Именно по выходу уровня постоянной составляющей за установленные пределы и определяет каждый сетевой адаптер наличие коллизии в сети.
Определение факта коллизии в шине при использовании манчестерского кода
Рис. 4.13. Определение факта коллизии в шине при использовании манчестерского кода
Задача обнаружения коллизии существенно упрощается, если используется не истинная шина, а равноценная ей пассивная звезда (рис. 4.14).
Обнаружение коллизии в сети пассивная звезда
Рис. 4.14. Обнаружение коллизии в сети пассивная звезда
При этом каждый абонент соединяется с центральным концентратором, как правило, двумя кабелями, каждый из которых передает информацию в своем направлении. Во время передачи своего пакета абоненту достаточно всего лишь контролировать, не приходит ли ему в данный момент по встречному кабелю (приемному) другой пакет. Если встречный пакет приходит, то детектируется коллизия. Точно так же обнаруживает коллизии и концентратор.
Управление обменом в сети с топологией кольцо
Кольцевая топология имеет свои особенности при выборе метода управления обменом. В этом случае важно то, что любой пакет, посланный по кольцу, последовательно пройдя всех абонентов, через некоторое время возвратится в ту же точку, к тому же абоненту, который его передавал (так как топология замкнутая). Здесь нет одновременного распространения сигнала в две стороны, как в топологии шина. Как уже отмечалось, сети с топологией кольцо бывают однонаправленными и двунаправленными. Наиболее распространены однонаправленные.
В сети с топологией кольцо можно использовать различные централизованные методы управления (как в звезде), а также методы случайного доступа (как в шине), но чаще выбирают все-таки специфические методы управления, в наибольшей степени соответствующие особенностям кольца.
Самые популярные методы управления в кольцевых сетях маркерные (эстафетные), те, которые используют маркер (эстафету) – небольшой управляющий пакет специального вида. Именно эстафетная передача маркера по кольцу позволяет передавать право на захват сети от одного абонента к другому. Маркерные методы относятся к децентрализованным и детерминированным методам управления обменом в сети. В них нет явно выраженного центра, но существует четкая система приоритетов, и потому не бывает конфликтов.
Работа маркерного метода управления в сети с топологией кольцо представлена на рис. 4.15.
Рис. 4.15. Маркерный метод управления обменом (СМ—свободный маркер, ЗМ— занятый маркер, МП— занятый маркер с подтверждением, ПД—пакет данных)
По кольцу непрерывно ходит специальный управляющий пакет минимальной длины, маркер, предоставляющий абонентам право передавать свой пакет. Алгоритм действий абонентов:
1. Абонент 1, желающий передать свой пакет, должен дождаться прихода к нему свободного маркера. Затем он присоединяет к маркеру свой пакет, помечает маркер как занятый и отправляет эту посылку следующему по кольцу абоненту.
2. Все остальные абоненты (2, 3, 4), получив маркер с присоединенным пакетом, проверяют, им ли адресован пакет. Если пакет адресован не им, то они передают полученную посылку (маркер + пакет) дальше по кольцу.
3. Если какой-то абонент (в данном случае это абонент 2) распознает пакет как адресованный ему, то он его принимает, устанавливает в маркере бит подтверждения приема и передает посылку (маркер + пакет) дальше по кольцу.
4. Передававший абонент 1 получает свою посылку, прошедшую по всему кольцу, обратно, помечает маркер как свободный, удаляет из сети свой пакет и посылает свободный маркер дальше по кольцу. Абонент, желающий передавать, ждет этого маркера, и все повторяется снова.
Приоритет при данном методе управления получается географический, то есть право передачи после освобождения сети переходит к следующему по направлению кольца абоненту от последнего передававшего абонента. Но эта система приоритетов работает только при большой интенсивности обмена. При малой интенсивности обмена все абоненты равноправны, и время доступа к сети каждого из них определяется только положением маркера в момент возникновения заявки на передачу.
В чем-то рассматриваемый метод похож на метод опроса (централизованный), хотя явно выделенного центра здесь не существует. Однако некий центр обычно все-таки присутствует. Один из абонентов (или специальное устройство) должен следить, чтобы маркер не потерялся в процессе прохождения по кольцу (например, из-за действия помех или сбоя в работе какого-то абонента, а также из-за подключения и отключения абонентов). В противном случае механизм доступа работать не будет. Следовательно, надежность управления в данном случае снижается (выход центра из строя приводит к полной дезорганизации обмена). Существуют специальные средства для повышения надежности и восстановления центра контроля маркера.
Основное преимущество маркерного метода перед CSMA/CD состоит в гарантированной величине времени доступа. Его максимальная величина, как и при централизованном методе, составит (N-1)• tпк, где N – полное число абонентов в сети, tпк – время прохождения пакета по кольцу. Вообще, маркерный метод управления обменом при большой интенсивности обмена в сети (загруженность более 30—40%) гораздо эффективнее случайных методов. Он позволяет сети работать с большей нагрузкой, которая теоретически может даже приближаться к 100%.
Метод маркерного доступа используется не только в кольце (например, в сети IBM Token Ring или FDDI), но и в шине (в частности, сеть Arcnet-BUS), а также в пассивной звезде (к примеру, сеть Arcnet-STAR). В этих случаях реализуется не физическое, а логическое кольцо, то есть все абоненты последовательно передают друг другу маркер, и эта цепочка передачи маркеров замкнута в кольцо (рис. 4.16). При этом совмещаются достоинства физической топологии шина и маркерного метода управления.
Применение маркерного метода управления в шине
Рис. 4.16. Применение маркерного метода управления в шине
Информация в локальных сетях, как правило, передается отдельными порциями, кусками, называемыми в различных источниках пакетами (packets), кадрами (frames) или блоками. Причем предельная длина этих пакетов строго ограничена (обычно величиной в несколько килобайт). Ограничена длина пакета и снизу (как правило, несколькими десятками байт). Выбор пакетной передачи связан с несколькими важными соображениями.
Назначение пакетов и их структура
Информация в локальных сетях, как правило, передается отдельными порциями, кусками, называемыми в различных источниках пакетами (packets), кадрами (frames) или блоками. Причем предельная длина этих пакетов строго ограничена (обычно величиной в несколько килобайт). Ограничена длина пакета и снизу (как правило, несколькими десятками байт). Выбор пакетной передачи связан с несколькими важными соображениями.
Локальная сеть, как уже отмечалось, должна обеспечивать качественную, прозрачную связь всем абонентам (компьютерам) сети. Важнейшим параметром является так называемое время доступа к сети (access time), которое определяется как временной интервал между моментом готовности абонента к передаче (когда ему есть, что передавать) и моментом начала этой передачи. Это время ожидания абонентом начала своей передачи. Естественно, оно не должно быть слишком большим, иначе величина реальной, интегральной скорости передачи информации между приложениями сильно уменьшится даже при высокоскоростной связи.
Ожидание начала передачи связано с тем, что в сети не может происходить несколько передач одновременно (во всяком случае, при топологиях шина и кольцо). Всегда есть только один передатчик и один приемник (реже – несколько приемников). В противном случае информация от разных передатчиков смешивается и искажается. В связи с этим абоненты передают свою информацию по очереди. И каждому абоненту, прежде чем начать передачу, надо дождаться своей очереди. Вот это время ожидания своей очереди и есть время доступа.
Если бы вся требуемая информация передавалась каким-то абонентом сразу, непрерывно, без разделения на пакеты, то это привело бы к монопольному захвату сети этим абонентом на довольно продолжительное время. Все остальные абоненты вынуждены были бы ждать окончания передачи всей информации, что в ряде случаев могло бы потребовать десятков секунд и даже минут (например, при копировании содержимого целого жесткого диска). С тем чтобы уравнять в правах всех абонентов, а также сделать примерно одинаковыми для всех них величину времени доступа к сети и интегральную скорость передачи информации, как раз и применяются пакеты (кадры) ограниченной длины. Важно также и то, что при передаче больших массивов информации вероятность ошибки из-за помех и сбоев довольно высока. Например, при характерной для локальных сетей величине вероятности одиночной ошибки в 10-8пакет длиной 10 Кбит будет искажен с вероятностью 10-4, а массив длиной 10 Мбит – уже с вероятностью 10-1. К тому же выявить ошибку в массиве из нескольких мегабайт намного сложнее, чем в пакете из нескольких килобайт. А при обнаружении ошибки придется повторить передачу всего большого массива. Но и при повторной передаче большого массива снова высока вероятность ошибки, и процесс этот при слишком большом массиве может повторяться до бесконечности.
С другой стороны, сравнительно большие пакеты имеют преимущества перед очень маленькими пакетами, например, перед побайтовой (8 бит) или пословной (16 бит или 32 бита) передачей информации.
Дело в том, что каждый пакет помимо собственно данных, которые требуется передать, должен содержать некоторое количество служебной информации. Прежде всего, это адресная информация, которая определяет, от кого и кому передается данный пакет (как на почтовом конверте – адреса получателя и отправителя). Если порция передаваемых данных будет очень маленькой (например, несколько байт), то доля служебной информации станет непозволительно высокой, что резко снизит интегральную скорость обмена информацией по сети.
Существует некоторая оптимальная длина пакета (или оптимальный диапазон длин пакетов), при которой средняя скорость обмена информацией по сети будет максимальна. Эта длина не является неизменной величиной, она зависит от уровня помех, метода управления обменом, количества абонентов сети, характера передаваемой информации, и от многих других факторов. Имеется диапазон длин, который близок к оптимуму.
Таким образом, процесс информационного обмена в сети представляет собой чередование пакетов, каждый из которых содержит информацию, передаваемую от абонента к абоненту.
Передача пакетов в сети между двумя абонентами
Рис. 4.1. Передача пакетов в сети между двумя абонентами
В частном случае (рис. 4.1) все эти пакеты могут передаваться одним абонентом (когда другие абоненты не хотят передавать). Но обычно в сети чередуются пакеты, посланные разными абонентами (рис. 4.2).
Передача пакетов в сети между несколькими абонентами
Рис. 4.2. Передача пакетов в сети между несколькими абонентами
Структура и размеры пакета в каждой сети жестко определены стандартом на данную сеть и связаны, прежде всего, с аппаратурными особенностями данной сети, выбранной топологией и типом среды передачи информации. Кроме того, эти параметры зависят от используемого протокола (порядка обмена информацией).
Но существуют некоторые общие принципы формирования структуры пакета, которые учитывают характерные особенности обмена информацией по любым локальным сетям.
Чаще всего пакет содержит в себе следующие основные поля или части (рис. 4.3):
Типичная структура пакета
Рис. 4.3. Типичная структура пакета
* Стартовая комбинация битов или преамбула, которая обеспечивает предварительную настройку аппаратуры адаптера или другого сетевого устройства на прием и обработку пакета. Это поле может полностью отсутствовать или же сводиться к единственному стартовому биту.
* Сетевой адрес (идентификатор) принимающего абонента, то есть индивидуальный или групповой номер, присвоенный каждому принимающему абоненту в сети. Этот адрес позволяет приемнику распознать пакет, адресованный ему лично, группе, в которую он входит, или всем абонентам сети одновременно (при широком вещании).
* Сетевой адрес (идентификатор) передающего абонента, то есть индивидуальный номер, присвоенный каждому передающему абоненту. Этот адрес информирует принимающего абонента, откуда пришел данный пакет. Включение в пакет адреса передатчика необходимо в том случае, когда одному приемнику могут попеременно приходить пакеты от разных передатчиков.
* Служебная информация, которая может указывать на тип пакета, его номер, размер, формат, маршрут его доставки, на то, что с ним надо делать приемнику и т.д.
* Данные (поле данных) – это та информация, ради передачи которой используется пакет. В отличие от всех остальных полей пакета поле данных имеет переменную длину, которая, собственно, и определяет полную длину пакета. Существуют специальные управляющие пакеты, которые не имеют поля данных. Их можно рассматривать как сетевые команды. Пакеты, включающие поле данных, называются информационными пакетами. Управляющие пакеты могут выполнять функцию начала и конца сеанса связи, подтверждения приема информационного пакета, запроса информационного пакета и т.д.
* Контрольная сумма пакета – это числовой код, формируемый передатчиком по определенным правилам и содержащий в свернутом виде информацию обо всем пакете. Приемник, повторяя вычисления, сделанные передатчиком, с принятым пакетом, сравнивает их результат с контрольной суммой и делает вывод о правильности или ошибочности передачи пакета. Если пакет ошибочен, то приемник запрашивает его повторную передачу. Обычно используется циклическая контрольная сумма (CRC). Подробнее об этом рассказано в главе 7.
* Стоповая комбинация служит для информирования аппаратуры принимающего абонента об окончании пакета, обеспечивает выход аппаратуры приемника из состояния приема. Это поле может отсутствовать, если используется самосинхронизирующийся код, позволяющий определять момент окончания передачи пакета.
Вложение кадра в пакет
Рис. 4.4. Вложение кадра в пакет
Нередко в структуре пакета выделяют всего три поля:
* Начальное управляющее поле пакета (или заголовок пакета), то есть поле, включающее в себя стартовую комбинацию, сетевые адреса приемника и передатчика, а также служебную информацию.
* Поле данных пакета.
* Конечное управляющее поле пакета (заключение, трейлер), куда входят контрольная сумма и стоповая комбинация, а также, возможно, служебная информация.
Как уже упоминалось, помимо термина "пакет" (packet) в литературе также нередко встречается термин "кадр" (frame). Иногда под этими терминами имеется в виду одно и то же. Но иногда подразумевается, что кадр и пакет различаются. Причем единства в объяснении этих различий не наблюдается.
В некоторых источниках утверждается, что кадр вложен в пакет. В этом случае все перечисленные поля пакета кроме преамбулы и стоповой комбинации относятся к кадру (рис. 4.4). Например, в описаниях сети Ethernet говорится, что в конце преамбулы передается признак начала кадра.
В других, напротив, поддерживается мнение о том, что пакет вложен в кадр. И тогда под пакетом подразумевается только информация, содержащаяся в кадре, который передается по сети и снабжен служебными полями.
Во избежание путаницы, в данной книге термин "пакет" будет использоваться как более понятный и универсальный.
В процессе сеанса обмена информацией по сети между передающим и принимающим абонентами происходит обмен информационными и управляющими пакетами по установленным правилам, называемым протоколом обмена. Это позволяет обеспечить надежную передачу информации при любой интенсивности обмена по сети.
Пример простейшего протокола показан на рис. 4.5.
Пример обмена пакетами при сеансе связи
Рис. 4.5. Пример обмена пакетами при сеансе связи
Сеанс обмена начинается с запроса передатчиком готовности приемника принять данные. Для этого используется управляющий пакет "Запрос". Если приемник не готов, он отказывается от сеанса специальным управляющим пакетом. В случае, когда приемник готов, он посылает в ответ управляющий пакет "Готовность". Затем начинается собственно передача данных. При этом на каждый полученный информационный пакет приемник отвечает управляющим пакетом "Подтверждение". В случае, когда пакет данных передан с ошибками, в ответ на него приемник запрашивает повторную передачу. Заканчивается сеанс управляющим пакетом "Конец", которым передатчик сообщает о разрыве связи. Существует множество стандартных протоколов, которые используют как передачу с подтверждением (с гарантированной доставкой пакета), так и передачу без подтверждения (без гарантии доставки пакета). Подробнее о протоколах обмена будет рассказано в следующей главе.
При реальном обмене по сети применяются многоуровневые протоколы, каждый из уровней которых предполагает свою структуру пакета (адресацию, управляющую информацию, формат данных и т.д.). Ведь протоколы высоких уровней имеют дело с такими понятиями, как файл-сервер или приложение, запрашивающее данные у другого приложения, и вполне могут не иметь представления ни о типе аппаратуры сети, ни о методе управления обменом. Все пакеты более высоких уровней последовательно вкладываются в передаваемый пакет, точнее, в поле данных передаваемого пакета (рис. 4.6). Этот процесс последовательной упаковки данных для передачи называется также инкапсуляцией пакетов.
Многоуровневая система вложения пакетов
Рис. 4.6. Многоуровневая система вложения пакетов
Каждый следующий вкладываемый пакет может содержать собственную служебную информацию, располагающуюся как до данных (заголовок), так и после них (трейлер), причем ее назначение может быть различным. Безусловно, доля вспомогательной информации в пакетах при этом возрастает с каждым следующим уровнем, что снижает эффективную скорость передачи данных. Для увеличения этой скорости предпочтительнее, чтобы протоколы обмена были проще, и уровней этих протоколов было меньше. Иначе никакая скорость передачи битов не поможет, и быстрая сеть может передавать файл дольше, чем медленная сеть, которая пользуется более простым протоколом.
Обратный процесс последовательной распаковки данных приемником называется декапсуляцией пакетов.
Информация в кабельных локальных сетях передается в закодированном виде, то есть каждому биту передаваемой информации соответствует свой набор уровней электрических сигналов в сетевом кабеле. Модуляция высокочастотных сигналов применяется в основном в бескабельных сетях, в радиоканалах. В кабельных сетях передача идет без модуляции или, как еще говорят, в основной полосе частот.
Правильный выбор кода позволяет повысить достоверность передачи информации, увеличить скорость передачи или снизить требования к выбору кабеля. Например, при разных кодах предельная скорость передачи по одному и тому же кабелю может отличаться в два раза. От выбранного кода напрямую зависит также сложность сетевой аппаратуры (узлы кодирования и декодирования кода). Код должен в идеале обеспечивать хорошую синхронизацию приема, низкий уровень ошибок, работу с любой длиной передаваемых информационных последовательностей.
Некоторые коды, используемые в локальных сетях, показаны на рис. 3.8. Далее будут рассмотрены их преимущества и недостатки.
Наиболее распространенные коды передачи информации
Рис. 3.8. Наиболее распространенные коды передачи информации
Код NRZ
Код NRZ (Non Return to Zero – без возврата к нулю) – это простейший код, представляющий собой обычный цифровой сигнал. Логическому нулю соответствует высокий уровень напряжения в кабеле, логической единице – низкий уровень напряжения (или наоборот, что не принципиально). Уровни могут быть разной полярности (положительной и отрицательной) или же одной полярности (положительной или отрицательной). В течение битового интервала (bit time, BT), то есть времени передачи одного бита никаких изменений уровня сигнала в кабеле не происходит.
К несомненным достоинствам кода NRZ относятся его довольно простая реализация (исходный сигнал не надо ни специально кодировать на передающем конце, ни декодировать на приемном конце), а также минимальная среди других кодов пропускная способность линии связи, требуемая при данной скорости передачи. Ведь наиболее частое изменение сигнала в сети будет при непрерывном чередовании единиц и нулей, то есть при последовательности 1010101010..., поэтому при скорости передачи, равной 10 Мбит/с (длительность одного бита равна 100 нс) частота изменения сигнала и соответственно требуемая пропускная способность линии составит 1 / 200нс = 5 МГц (рис. 3.9).
Скорость передачи и требуемая пропускная способность при коде NRZ
Рис. 3.9. Скорость передачи и требуемая пропускная способность при коде NRZ
Передача в коде NRZ с синхросигналом
Рис. 3.10. Передача в коде NRZ с синхросигналом
Самый большой недостаток кода NRZ – это возможность потери синхронизации приемником во время приема слишком длинных блоков (пакетов) информации. Приемник может привязывать момент начала приема только к первому (стартовому) биту пакета, а в течение приема пакета он вынужден пользоваться только внутренним тактовым генератором (внутренними часами). Например, если передается последовательность нулей или последовательность единиц, то приемник может определить, где проходят границы битовых интервалов, только по внутренним часам. И если часы приемника расходятся с часами передатчика, то временной сдвиг к концу приема пакета может превысить длительность одного или даже нескольких бит. В результате произойдет потеря переданных данных. Так, при длине пакета в 10000 бит допустимое расхождение часов составит не более 0,01% даже при идеальной передаче формы сигнала по кабелю.
Во избежание потери синхронизации, можно было бы ввести вторую линию связи для синхросигнала (рис. 3.10). Но при этом требуемое количество кабеля, число приемников и передатчиков увеличивается в два раза. При большой длине сети и значительном количестве абонентов это невыгодно.
В связи с этим код NRZ используется только для передачи короткими пакетами (обычно до 1 Кбита).
Большой недостаток кода NRZ состоит еще и в том, что он может обеспечить обмен сообщениями (последовательностями, пакетами) только фиксированной, заранее обговоренной длины. Дело в том, что по принимаемой информации приемник не может определить, идет ли еще передача или уже закончилась. Для синхронизации начала приема пакета используется стартовый служебный бит, чей уровень отличается от пассивного состояния линии связи (например, пассивное состояние линии при отсутствии передачи – 0, стартовый бит – 1). Заканчивается прием после отсчета приемником заданного количества бит последовательности (рис. 3.11).
Определение окончания последовательности при коде NRZ
Рис. 3.11. Определение окончания последовательности при коде NRZ
Наиболее известное применение кода NRZ – это стандарт RS232-C, последовательный порт персонального компьютера. Передача информации в нем ведется байтами (8 бит), сопровождаемыми стартовым и стоповым битами.
Три остальных кода (RZ, манчестерский код, бифазный код) принципиально отличаются от NRZ тем, что сигнал имеет дополнительные переходы (фронты) в пределах битового интервала. Это сделано для того, чтобы приемник мог подстраивать свои часы под принимаемый сигнал на каждом битовом интервале. Отслеживая фронты сигналов, приемник может точно синхронизовать прием каждого бита. В результате небольшие расхождения часов приемника и передатчика уже не имеют значения. Приемник может надежно принимать последовательности любой длины. Такие коды называются самосинхронизирующимися. Можно считать, что самосинхронизирующиеся коды несут в себе синхросигнал.
Процесс создания cookies на ASP очень прост. После создания этих файлов, они будут храниться на компьютерах у посетителей вашего сайта. Одним из основных параметров у cookies является дата истечения срока их действия, т.е. expire date. Получается, что у вас, как у программиста, в руках жизнь этих файлов. Еще отмечу, что если не указать дату expire для cookies, то они существуют до тех пор, пока пользователь не закрыл свой браузер.
Для примера:
Сейчас возьмите и откройте свой любимый бразуер (мой выбор в пользу огненного лиса Firefox :) ) и вызовите страницу с cookie.
Теперь просто удалите в коде строку (1), закройте браузер и еще раз вызовите код. Как вы можете видеть, уже имя сайта не отображается.
Все дело в том, что мы не модифицировали дату истечения срока действия cookie и при закрытии браузера они были потеряны.
Теперь рассмотрим код с добавленной датой expiration date:
Теперь после закрытия браузера и повторного вызова кода можно видеть, что cookie по-прежнему продолжает существовать.
Image Styler - замечательная программа для создания графики для Web. Особенно эта программа нравиться новичкам (тем, кто никогда не имел дело с графическими редакторами, или толком в них не разбираются).
Графика без труда (Image Styler).
Image Styler - замечательная программа для создания графики для Web. Особенно эта программа нравиться новичкам (тем, кто никогда не имел дело с графическими редакторами, или толком в них не разбираются).
Открываем Image Styler. По умолчанию программа уже создала новый документ. Теперь надо предать этому документу необходимый размер. Для этого надо выбрать пункты Edit - Canvas Size - и появится табличка, в которой можно задать нужные размеры листа. Создадим лист побольше ( width - 600, а height - 500). Потом можно сохранить свое меню как угодно, одной картинкой или несколькими, поэтому не обязательно делать много документов.
Что можно нарисовать на первых страницах? – кнопки и несложный логотип.
Как создавать кнопки.
Вызываем меню с основными функциями, выбрав пункт в верхнем меню Window - Tools.
В появившемся меню видны изображения: квадрата, квадрата с закругленными краями, круга и многоугольника - берем одну из этих опций (пусть будет квадрат) и рисуем квадрат нужных размеров.
Чтобы квадрат, который рисуем на белом фоне, был виден, надо задать ему цвет. Для этого выбираем пункт меню (вверху) Window - Color - появится таблица с цветами. И в этой таблице ищем нужный цвет квадрата.
Можно задать цвет сразу нескольких объектов, для этого надо выделить их все. Если надо создать кнопку определенных размеров, то тогда надо выбрать пункт меню Window - Tranform - здесь можно задать положение квадрата относительно листа (X, Y), размеры квадрата в пикселях (W, H), вращение (rotation) в градусах и наклон (skew) относительно горизонтали или вертикали. Для первого раза понадобятся параметры высоты и ширины (width и height). Допустим, что кнопку надо сделать на основе многоугольника. Рисуем - получаем ромб. Как сделать, чтобы углов было больше (пятиугольник, шестиугольник и т.д.)? Или меньше (треугольник)? Идем в меню: Window - Properties. Для работы с объектом (ромбом), надо его выделить. Теперь можно сделать его пятиугольником (шести... и т.д.) - sides - этот параметр задает количество сторон многоугольника (максимум 10). Можно сделать его рамкой-контуром (outlinе) и снова наполненным (fill). Если сделать многоугольник контуром, то нужно задать толщину контура (width) в пикселях.
Для разных объектов properties (свойства) разные. Чтобы понять работу со свойствами надо с ними поэкспериментировать.
Вернемся к квадрату. Нарисовали, раскрасили, задали нужный размер. Теперь как его сделать кнопкой? Очень просто - Window - Styles. Появится окошко со стилями. Выделяем квадрат или квадраты и выбираем нужный стиль (с тенью, без тени и любой другой).
Сделать надпись на кнопке тоже не очень сложно. Вернемся к основному меню (Tools). Жмем кнопку с буквой Т - это означает текст. Теперь левой кнопкой мыши щелкаем в любом месте нашего "листа" (помните, текст такой же объект как квадрат, вы можете задать ему Стиль, поменять также цвет, задать вращение и так далее). Появится обычная табличка (стандартная для всех графических и текстовых редакторов) со свойствами только для текста. Выбираем нужный шрифт, нужный размер шрифта, нужное расстояние между буквами. Когда все готово, выделяем текст и перемещаем его так, чтобы он был на квадрате - кнопка с текстом готова.
Стайлер может не понимать русский шрифт. В таком случае пишется нужный текст русскими буквами в блокноте (или другом текстовом редакторе), копируется и вставляется в Image Styler. Это неудобно, но не надо делать картинкой очень много текста.
Чтобы создать идентичные кнопки, но с другими надписями - выделяется квадрат с текстом. Edit - Copy. Edit - Paste. Появится точно такой же квадрат с точно таким же текстом. Отодвигаем его на свободное пространство листа (или выравниваем относительно первой кнопки с надписью). А теперь надо только изменить текст на новой кнопке. Для этого два раза щелкаем левой кнопкой мыши по тексту и вставляем (пишем) новую надпись. Вот так вы очень быстро можно создать меню.
Теперь как сохранить полученный рисунок? Как задать нужный формат (jpg, gif, png)? И можно ли чтобы программа сама написала HTML код для этого рисунка?
Опции для Экспорта картинок: Window - Export. Здесь можно выбрать нужный формат, выбрать какого качества будет картинка. И самое интересное - можно еще до сохранения увидеть, как будет выглядеть картинка, когда ее экспортируют (active preview - только надо поставить галочку).
Теперь немного о логотипе. Его также можно создать с помощью Image Styler. Рисуется опять квадрат. Теперь выбирается пункт меню Window - Shapes. Выделить квадрат и придать ему нужную форму. С помощью этой опции можно создавать много разных рисунков, хотя и незатейливых.
Также можно импортировать текстуры, картинки, нарисованные не в Image styler: File - Place as Texture. Таким образом, можно задать текстуру для всего листа (фон), для отдельного объекта, только надо не забывать перед эти нужное выделять.
P.S. Image Styler уже довольно старая программа и Adobe отказалась от ее совершенствовании. Но не стоит расстраиваться программа-то функциональная, да и одно из новых детищ Adobe - Live Motion - как близнец похоже на Image Styler (+ имеет новые, упрощающие вашу жизнь возможности)..
Прародителем сети интернет была сеть ARPANET. Первоначально её разработка финансировалась Управлением перспективного планирования (Advanced Research Projects Agency, или ARPA). Проект стартовал осенью 1968 года и уже в сентябре 1969 года в опытную эксплуатацию был запущен первый участок сети ARPANET.
Сеть ARPANET долгое время являлась тестовым полигоном для исследования сетей с коммутацией пакетов. Однако кроме исследовательских, ARPANET служила и чисто практическим целям. Ученые нескольких университетов, а также сотрудники некоторых военных и государственных исследовательских институтов регулярно её использовали для обмена файлами и сообщениями электронной почты, а так же для работы на удалённых компьютерах. В 1975 году управление сетью было выведено из под контроля ARPA и поручено управлению связи Министерства обороны США. Для военных данная сеть представляла большой интерес, так как позволяла сохранять её работоспособность даже при уничтожении её части, например, при ядерном ударе.
В 1983 году Министерство обороны разделило ARPANET на две связанные сети. При этом за сетью ARPANET были сохранены её исследовательские функции, а для военных целей была сформирована новая сеть, которую назвали MILNET. Физически сеть ARPANET состояла приблизительно из 50 миникомпьютеров типа С30 и С300, выпущенных фирмой BBN Corporation. Они назывались узлами коммутации пакетов и были разбросаны по территории материковой части США и Западной Европы. Сеть MILNET состояла приблизительно из 160 узлов, причём 34 из них были расположены в Европе, а 18 в Тихом Океане и в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Сами узлы коммутации пакетов нельзя было использовать для решения вычислительных задач общего плана.
Понимая, что в ближайшем будущем очень важным моментом в научных исследованиях будет процесс обмена данными, Национальный научный фонд (NFS) в 1987 году основал отделение сетевых и коммуникацинных исследований и инфраструктуры. В его задачи входило обеспеченье современными сетевыми коммуникационными средствами учёных и инженеров США. И хотя отделение фонда NFS финансировало основные исследовательские программы в области сетевых коммуникаций, сферой его основных интересов было расширение Internet.
Сеть NSFNET строилась в несколько этапов и быстро преобретала популярность не только в научно-исследовательских кругах, но и в коммерческой среде. К 1991 году фонд NFS и другие государственные учреждения США поняли, что масштабы Internet вышли далеко за отведённые её на этапе разработки рамки университетской и научной сети. К Internet стало подключаться множество организаций, разбросанных по всему Земному шару. Трафик в магистральном канале NSFNET вырос почти до миллиарда пакетов в день, и его пропускной способности 1.5 Мбит/с на отдельных участках стало уже не хватать. Поэтому правительство США начало проводить политику приватизации и коммерческого использования Internet. Фонд NFS принял решение предать магистральную сеть на попечение закрытой акционерной компании и оплачивать доступ к ней для государственных научных и исследовательских организаций.
Семейство TCP/IP
Познакомившись с историей, давайте подробнее рассмотрим, что собой представляют протоколы TCP/IP. TCP/IP - это семейство сетевых протоколов, ориентированных на совместную работу. В состав семейства входит несколько компонентов:
IP (Internet Protocol - межсетевой протокол) - обеспечивает транспортировку пакетов данных с одного компьютера на другой;
ICMP (Internet Control Message Protocol - протокол управляющих сообщений в сети Internet) - отвечает за различные виды низкоуровневой поддержки протокола IP, включая сообщения об ошибках, вспомогательные маршрутизирующие запросы и подтверждения о получении сообщений;
ARP (Address Resolution Protocol - протокол преобразования адресов) - выполняет трансляцию IP-адресов в аппаратные MAC-адреса;
UDP (User Datagram Protocol - протокол передачи дейтаграмм пользователя) и TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей) - обеспечивают доставку данных конкретным приложениям на указанном компьютере. Протокол UDP реализует передачу отдельных сообщений без подтверждения доставки, тогда как TCP гарантирует надёжный полнодуплексный канал связи между процессами на двух разных компьютерах с возможностью управления потоком и контроля ошибок.
Протокол представляет собой набор правил, использующихся для при обмене данными между двумя компьютерами. В нём оговариваются формат блоков сообщений, описывается реакция компьютера на получение определённого типа сообщения и указываются способы обработки ошибок и других необычных ситуаций. И что самое важное, благодаря протоколам, мы можем описать процесс обмена данными между компьютерами, не привязываясь к какой-то определённой комьютерной платформе или сетевому оборудованию конкретного производителя.
Сокрытие низкоуровневых особенностей процесса передачи данных способствует повышению производительности труда разработчиков. Во-первых, поскольку программистам приходится иметь дело с протоколами, относящимися к достаточно высокому уровню абстракции, им не нужно держать в голове (и даже изучать!) технические подробности испольуемого аппаратного обеспечения. Во-вторых, поскольку программы разрабатываются на основе модели, относящейся к высокому уровню абстракции, который не зависит от конкретной архитектуры компьютера или типа сетевого оборудования, в них не нужно вносить никаких изменений при переходе на другой тип оборудования или изменений конфигурации сети.
Замечание Говорить о том, что ARP входит в состав семейства протоколов TCP/IP не совсем корректно. Однако это неотъемлемая часть стека протоколов в сетях Ethernet. Для того чтобы отправить данные по сети, IP-адрес хоста должен быть преобразован в физический адрес машины получателя (уникальный адрес сетевой платы). Протокол ARP как раз и предназначен для такой цели.
Самым фундаментальным протоколом Интернета является протокол IP (от англ. Internet Protocol), обеспечивающий передачу данных между двумя удаленными компьютерами. Протокол IP является достаточно простым, и обеспечивает адресацию в сети. В ранних сетях адреса в сети были уникальные целые цифры, сейчас сеть построена по иерархическому принципу.
Стек протоколов TCP/IP имеет четыре основных уровня, поэтому часто говорят, что TCP/IP — это четырехуровневый стек протоколов. Внизу стека расположен интерфейсный уровень, посредством которого происходит связь с аппаратурой. За ним следует уровень IP, поверх которого построены транспортные протоколы TCP и UDP. На вершине стека находится уровень приложений, таких как ftp, telnet и т. д. Как мы уже говорили, IP — это простой протокол, не требующий установления соединения. При отсылке пакета данных, IP, как и все протоколы без соединения, послав пакет, тут же "забывает" о нем. При приеме пакетов с верхних уровней стека, этот протокол обертывает их в IP-пакет и передает необходимому аппаратному обеспечению для отправки в сеть. Однако именно в такой простоте и заключается основное достоинство протокола IP. Дело в том, что поскольку IP является простым протоколом, он никак не связан со структурой физической среды, по которым передаются данные. Для протокола IP главное, что эта физическая среда в принципе способна к передаче пакетов. Поэтому IP работает как в локальных, так и в глобальных сетях, как в синхронном, так и в асинхронном режиме передачи данных, как в обычных линиях связи, так и беспроводных и т. д. А поскольку протокол IP является фундаментом четырехуровнего сте-ка протоколов, то все семейство протоколов TCP/IP также может функционировать в любой сети с любым режимом передачи пакетов.
На сетевом уровне в семействе протоколов TCP/IP предусмотрено два обширных класса служб, которые используются во всех приложениях.
Служба доставки пакетов, не требующая установки соединения.
Надёжная потоковая транспортная служба.
Различие между службами, требующими установления надёжного соединения и службами, не требующими этого, является одним из самых основных вопросов сетевого программирования. Первое, на что следует обратить внимание, это то, что когда мы говорим об установлении соединения, то имеется в виду не соединение между компьютерами посредством физического носителя, а о способе передачи данных по этому носителю. Основное различие состоит в том, что службы, в которых устанавливается надёжное соединение, сохраняют информацию о состоянии и таким образом отслеживают информацию о передаваемых пакетах. В службах же, не требующих надёжного соединения, пакеты передаются независимо друг от друга.
Данные передаются по сети в форме пакетов, имеющих максимальный размер, определяемый ограничениями канального уровня. Каждый пакет состоит из заголовка и полезного содержимого (сообщения). Заголовок включает сведения о том, откуда прибыл пакет и куда он направляется. Заголовок, кроме того, может содержать контрольную сумму, информацию, характерную для конкретного протокола, и другие инструкции, касающиеся обработки пакета. Полезное содержимое – это данные, подлежащие пересылке.
Имя базового блока передачи данных зависит от уровня протокола. На канальном уровне это кадр или фрейм, в протоколе IP – пакет, а в протоколе TCP – сегмент. Когда пакет передаётся вниз по стеку протоколов, готовясь к отправке, каждый протокол добавляет в него свой собственный заголовок. Законченный пакет одного протокола становится полезным содержимым пакета, генерируемого следующим протоколом.
Определение
Пакеты, которые посылаются протоколом, не требующим соединения, называются дейтаграммами.
Каждая дейтаграмма является уникальной в том смысле, что никак не зависит от других. Как правило, при работе с протоколами без установления соединения, диалог между клиентом и сервером предельно прост: клиент посылает одиночный запрос, а сервер на него отвечает. При этом каждый новый запрос — это новая транзакция, т. е. инициируемые клиентом запросы никак не связаны друг с другом с точки зрения протокола. Протоколы без установления соединения ненадежны в том смысле, что нет никаких гарантий, что отправленный пакет будет доставлен по месту назначения.
Протоколами, требующие установления логического соединения, сохраняют информацию о состоянии, что позволяет обеспечивать надежную доставку пересылаемых данных. Когда говорится о сохранении состояния, имеется ввиду то, что между отправителем и получателем происходит обмен информацией о ходе выполнения передачи данных. К примеру, отправитель, посылая данные, сохраняет информацию о том, какие данные он послал. После этого в течении определенного времени он ожидает информацию от получателя о доставке этих данных, и, если такая информация не поступает, данные пересылаются повторно.
Работа протокола с установлением соединения включает в себя три основные фазы:
установление соединения;
обмен данными;
разрыв соединения.
Передача всех данных при работе с таким протоколом, в отличие от протокола без установления соединения, происходит за одну транзакцию, т. е. в фазе обмена данными не происходит обмена адресами между отправителем и получателем, поскольку эта информация передается на этапе установки соединения. Возвращаясь к телефонной аналогии, можно сказать, что нам в этом случае нет необходимости для того, чтобы сказать собеседнику очередное слово, вновь набирать его номер и устанавливать соединение. Заметим, что приводимая аналогия имеет одну неточность. Дело в том, что при телефонном разговоре все же устанавливается физическое соединение. Когда же мы говорим о соединении с точки зрения протоколов, то это соединение, скорее, умозрительное. К примеру, если вдруг при телефонном разговоре, неожиданно сломается телефонный аппарат вашего собеседника, вы тут же узнаете об этом, поскольку разговор незамедлительно прервется. А вот если происходит обмен данными между двумя хостами и один из них вдруг аварийно остановится, то для его "хоста-собеседника" соединение по прежнему будет существовать, поскольку для него не произошло ничего такого, что сделало бы недействительной хранящуюся у него информацию о состоянии.
В этом смысле работу с протоколом, требующим установления логического соединения можно сравнить с телефонным разговором. Когда мы звоним по телефону, мы сначала набираем номер (установление соединения), затем разговариваем (обмен данными) и по окончании разговора вешаем трубки (разрыв соединения).
Протокол без установления соединения обычно сравниваю с почтовой открыткой. Каждая открытка представляет собой самостоятельную единицу (пакет информации или дейтаграмму), которая обрабатывается в почтовом отделении независимо от других открыток. При этом на почте не отслеживается состояние переписки между двумя респондентами и, как правило, нет никакой гарантии, что ваша открытка попадет к адресату. Если на открытке указан неправильный адрес, она никогда не дойдет до получателя, и не возвратиться обратно к отправителю. А если вы захотите отправить вашему собеседнику новую порцию информации, то это уже будет другая транзакция, поскольку нужно будет писать новую открытку, указывать на ней адрес и т. д.
Как видим, у протоколов без установления соединения существует много недостатков и может возникнуть вопрос о надобности таких протоколов. Однако, использование проколов без установления логического соединения все-таки оправдано. Как правило, при помощи таких протоколов организуется связь одного хоста со многими другими, в то время как при использовании протоколов с установлением соединения связь организуется между парой хостов (по одному соединению на каждую пару). Важный момент заключается в том, что протоколы без установления логического соединения являются фундаментом, на котором строятся более сложные протоколы. К примеру, протокол TCP построен на базе протокола IP.
Протоколы транспортного уровня
Протоколами транспортного уровня в четырехуровневом стеке протоколов являются протоколы TCP и UDP.
Давайте рассмотрим, каким образом функционирует протокол TCP. Дело в том, что поскольку TCP-пакеты, иначе называемые сегментами, посылаются при помощи протокола IP, у TCP нет никакой информации о состоянии этих пакетов. Поэтому для того, чтобы хранить информацию о состоянии, TCP к базовому протоколу IP добавляет три параметра.
Во-первых, добавляется сегмент контрольной суммы содержащихся в пакете данных, что позволяет убедиться в том, что в принципе все данные дошли до получателя и не повредились во время транспортировки.
Во-вторых, к каждому передаваемому байту приписывается порядковый номер, что необходимо для определения того, совпадает ли порядок прибытия данных с порядком их отправки. И даже в том случае, если данные пришли не в том порядке, в котором были отправлены, наличие порядковых номеров позволит получателю правильно составить из этих данных исходное сообщение.
В-третьих, базовый протокол IP дополняется также механизмами подтверждения получения данных и повторной отправки, на тот случай, если данные не были доставлены.
Если с первыми двумя параметрами все более-менее понятно, то механизм подтверждения/повторной отправки достаточно сложен и его мы рассмотрим подробнее в другой раз.
Конечно же вы попадали в такую ситуацию, когда приложение, разработанное вами ранее, могло быть снова использовано в рамках другого проекта. Вначале вы конечно же подумали, что это не создаст никаких проблем. Всего-то необходимо скопировать код из одного каталога в другой! Со временем вы осознали, что проекты могут различаться между собой различными параметрами, пусть даже самыми незначительными. Например, это может быть e-mail адрес на который отсылаются сообщения. В таком случае вам ничего не остается, как открыть множество файлов в редакторе и изменить их содержимое, вставляя нужный e-mail при помощи функции найти/заменить. Эта статья расскажет вам о том, как можно избавить себя от подобной работы, а так же порекомендует ряд дополнительных средств для создания и чтения конфигурационных файлов.
Повторное использование кода
Компьютер был изобретен для того, чтобы избавить человека от лишней работы. Развитие компьютерных технологий привело к тому, что человек стал стремиться все меньше времени проводить за компьютером. Допустим, вы программист. Не будь компьютера, вы бы остались без работы. Но в то же время вы стараетесь с помощью компьютера упростить свою ежедневную работы, с этой целью вы используете, например, функцию автозавершения кода в редакторе. Мы хотим подвести вас к той мысли, что код созданный вами, должен быть организован так, чтобы работы по его модификации были сведены к минимуму. Чаще всего это удается, когда вы создаете код, автоматизирующий рутинные операции, такие как создание и прорисовка формы, а так же отправка e-mail. Однако не стоит забывать, что функции для выполнения рутинных операций никогда не бывают на 100% идентичными в различных приложениях. Один формуляр не похож на другой, а сообщения электронной почты предназначены разным адресатам. Однако логика на уровне приложения остается прежней, функции различаются между собой только некоторыми параметрами. Таким образом, вы должны ясно представлять свою цель – разработать код, параметры которого можно было бы определять извне.
Модульная организация
Для решения этой задачи, планируя структуру приложения, вы должны позаботиться о модульности. То есть вам необходимо поместить часто используемые функции или классы в отдельный файл, который будет подключаться через require_once. В этом случае файлы приложения не будут наполнены избыточным кодом. Допустим, вы часто осуществляете запись в лог-файл. В таком случае было бы неплохо код, выполняющий эту операцию, заключить в рамки класса или функции. Будет еще лучше, если вы воспользуетесь уже готовым классом, взятым из какой-нибудь библиотеки исходных кодов, например PEAR.
Параметры процедурального кода
После того, как вы проанализировали код, выделили повторяющиеся фрагменты, распределили их по классам и функциям, необходимо подумать о выделении необходимых параметров, значения которых будут устанавливаться извне. Если речь идет о процедуральном коде, самым простым решением является использование глобальных переменных, которые необходимо определить в отдельном файле. Это позволит в дальнейшем без проблем изменять их значения.
Листинг 1 демонстрирует функцию, которая занимается отправкой e-mail. В ее теле содержится только одна php-функция - mail(). Таким образом, мы избавляемся от необходимости каждый раз указывать получателя при отправке сообщения. Следующая переменная, которую мы определяем, обозначает префикс, предшествующий теме сообщения. Конфигурационный файл, подключаемый через require_once, мог бы выглядеть следующим образом.
Listing 1
Есть способ лучше
Даже если рассмотренный выше способ и является действенным, однако это не самое лучшее решение. По мере того как код вашего приложения будет усложняться, вырастет и число опций, тогда могут возникнуть следующие проблемы:
Глобальные переменные, которые мы используем, могут породить конфликты в пространстве имен.
В том случае, если конфигурационные файлы редактируются не программистом, а дилетантом, в системе могут возникнуть синтаксические ошибки, например из-за незакрытых кавычек.
Для того, чтобы получить доступ к различным переменным, необходимо обращаться к массиву $_GLOBALS.
Вместо php-модулей существуют другие форматы, которые могут быть легко поняты и изменены дилетантами, а так же php-скриптами. Мы имеем в виду два формата: этого широко используемые операционной системой Windows ini-файлы, а так же формат XML.
PHP уже содержит функцию parse_ini_file(), которая без проблем читает ini-файлы. Такой файл имеет очень простую структуру. Каждой опции может быть присвоено только одно значение, а в качестве оператора присваивания используется знак равенства. Конфигурационный файл из предыдущего примера выглядел бы следующим образом в ini-формате.
После считывания ini-файла, имя которого передается в качестве параметра функции parse_ini_file(), мы получаем ассоциативный массив, имеющий вид:
В листинге 2 находится функция отправки почты, основанная на ini-файлах:
Listing 2
Если вы уже прочитали документацию по функции parse_ini_file(), вы кончено же заметили, что она может принимать и второй параметр. Он необходим, если вы хотите разделить ini-файл на несколько разделов или секций. Предположим, вам необходимо сохранить несколько настроек электронной почты. Тогда ini-файл будет выглядеть следующим образом:
"
Если вы при вызове parse_ini_file() передаете true в качестве второго параметра, в этом случае php будет искать в файле секции, а затем вернет многомерный массив, в котором каждой секции (errors и contact) будет соответствовать определенный набор значений:
Особые значения в ini-файлах
При использовании ini-файлов вы должны иметь в виду, что некоторые особые значения могут быть представлены строками. Допустим, вы определяете значение опции как true или yes (без кавычек), в таком случае они автоматически конвертируются в число 1, а false или no – в пустую строку. К сожалению, при этом не генерируется никакой ошибки. Поэтому не пытайтесь использовать no для сокращенного обозначения Норвегии.
Listing 3
Безопасность
Вы должны понимать то, что если конфигурационный файл используется для хранения важных данных, например паролей, необходимо позаботиться о том, чтобы содержимое такого файла не попало в web-браузер. Простейший выход из положения заключается в том, чтобы хранить конфигурационные файлы вне корневой директории сайта, например здесь: /etc/myApp/config
Если этого сделать нельзя, в таком случае можно изменить расширение файла. Для конфигурационного файла в формате модуля php необходимо всегда выбирать расширение .php. В этом случае сервер проанализирует php-файл, а пользователь увидит пустую страницу. С ini-файлами такое не пройдет, однако сервер Apache предоставляет возможность защитить данные. Просто поместите в каталог, где хранятся ini файл с именем .htaccess В него нужно поместить следующие строки:
Теперь сервер перестанет выдавать файлы с расширением ini, а опции приложения будут скрыты от пользователей.
Другие средства
Кончено же вы не являетесь единственным разработчиком, который сталкивается с проблемой обеспечения гибкости настроек веб-приложения. Поэтому некоторые программисты уже разработали библиотеки классов, которые переводят работу с конфигурационными файлами на абстрактный уровень, а так же упрощают запись и чтение различных форматов конфигурационных файлов.
PEAR::Config
Одним из классов, который может пригодится при чтении и записи конфигурационных файлов является PEAR::Config [3]. Как и все классы PEAR, PEAR::Config инсталлируется при помощи PEAR-Installer по команде
Этот класс является многоформатным, поскольку работает с конфигурационными файлами в форматах XMIL, ini, Apach-Style (гибрид XML и ini), а также php-массивами. Достоинством данного класса является то, что API для взаимодействия со всеми форматами одинаков. Т.е. логика работы с конфигурационными файлами в формате XML ничем не отличается от логики работы с ini-файлами. Вследствие этого необходимо, чтобы все форматы имели одинаковую структуру. Конфигурационные файлы, с которыми работает PEAR::Config, состоят, как и ini-файлы из секций.
Изменим снова наш пример. Сначала мы создаем объект Config, а затем вызываем его метод parseConfig(). Поскольку метод позволяет считывать различные форматы файлов, при вызове его необходимо передавать параметр, уточняющий формат. Для конфигурационных файлов в формате ini в качестве такого параметра используется строка iniFile. После считывания файла, мы не получаем опции в виде массива, вместо этого создается объект-контейнер, который дает доступ ко всем настройкам. Хотя во многих случаях бывает желательно получить опции в форме массива. Для этого используется метод toArray(). Листинг 4 демонстрирует считывание ini-файла:
Listing 4
С первого взгляда это может показаться несколько запутанным. Однако преимущество данного подхода заключается в том, что один и тот же метод используется для чтения всех форматов файлов, поддерживаемых PEAR::Config. Измененные опции могут быть также сохранены в любом формате:
Листинг 5 содержит код, где серия опций помещается в массив, который затем сохраняется в формате XML. Если вы хотите побольше узнать о PEAR::Config необходимую информацию вы сможете найти в документации по PEAR[5] или в DevShed-Tutorial [6].
Listing 5
patConfiguration
Альтернативным классом для работы с конфигурационными файлами является patConfiguration[7], однако он предназначен исключительно для работы с файлами в формате XML. После скачивания архива, его необходимо распаковать. Сам класс находится в директории include. patConfiguration предварительно определяет Tag-Set, который затем наполняется данными. К тому же этот класс предоставляет возможность указать тип опции: целое число, число с плавающей точкой, булевское значение. Типичный конфигурационный файл, созданный patConfiguration, имеет следующую структуру:
После создания объекта класса, может быть вызван метод parseConfigFile(). Доступ к опциям осуществляется через getConfigValue(). В качестве параметра этот метод может принимать путь к нужной опции. Вернемся к нашему примеру. Допустим, мы хотим получить e-mail адрес, на который высылается сообщение об ошибке. В этом случае используется путь errors.email. Если путь не указан, тогда все параметры передаются в массив. Листинг 6 демонстрирует код, который можно использовать для считывания файлов.
patConfiguration 2.0.0
В данный момент многоформатная версия patConfiguration находится в стадии разработки. Возможно, при публикации статьи эта версия уже станет доступной. Впрочем, самую новую версию для разработчиков вы можете скачать с сайта snaps.php-tools.net/downloaden.
В этом примере вы уже заметили, что внутри тега указывается тип значения. Названия типов идентичны тем, что используются в php-функции settype(). Если тип не указан, тогда значение интерпретируется как строка. Для часто используемых опций можно определить отдельный тег.
Наряду с функцией getConfigValue, существует функция setConfigValue(), с помощью которой можно изменить значение опции. Затем конфигурационный файл может быть заново записан с помощью writeConfigFile() (см листинг 7).
patConfiguration предлагает также серию дополнительных возможностей. Например, наряду с тегами, существует возможность определять атрибуты и пространства имен (Namespace), а к тегу можно привязать внешний файл, таким образом, опции будут распределены по нескольким файлам. Кроме этого patConfiguration включает систему кэширования, благодаря которой пропадает необходимость в многократном считывании конфигурационного файла.
Дополнительную информацию вы сможете найти на PHP Application Tools-Homepage и в patConfiguration-Tutorial на DevShed [8].
Listing 7
Заключение
Забота о гибкости настроек приложения может сберечь много времени, особенно если его компоненты предполагается использовать в других проектах. Вы потратите еще меньше времени, если доверите работу с конфигурационными файлами одному из готовых классов. Выбор между PEAR::Config и patConfiguration зависит от задачи. Преимуществом PEAR::Config является поддержка различных форматов конфигурационных файлов, в то время как patConfiguration прекрасно работает с XML, так же предоставляет ряд дополнительных возможностей. Однако с появлением версии 2.0.0 этот пакет будет иметь одинаковый API для считывания ini и wddx файлов. PHP-массив поддерживаются уже в текущей версии.
Поиск
