Многие мои друзья и знакомые часто спрашивают меня о том, как устроен мой сайт, сколько у меня таблиц в базе данных, как я храню данные и по каким полям веду поиск. Я, конечно, не выдаю все свои государственные тайны, но всегда понимаю причину таких вопросов и пытаюсь помочь людям построить быструю и надежную базу данных - т.е. тщательно продумать структуру БД таким образом, чтобы при увеличении нагрузки или объема таблиц динамический веб-сайт не превратился в тормозное усмертие.
А ведь многие новички (веб-строители) даже не догадываются о том, что крупные динамические сайты тормозят вовсе не из-за нагрузки скриптов на процессор, а в основном из-за неоптимизированного или дохленького MySQL-сервера. При этом во многом все зависит от того, как устроена ваша база данных.
Итак, начнем ликбез. Сразу всем вопрос: что делает MySQL во время записи в таблицы типа INSERT или UPDATE? Правильно - БЛОКИРУЕТ ТАБЛИЦЫ и пишет в них данные. Скорость записи и поиска может быть достаточно низкой, поэтому статус таблиц запрещает другим процессам считывать из них данные до окончания операции записи или обновления и снятия блокировки. При этом может получиться так, что во время записи единственного поля в длинные таблицы, ваш MySQL-сервер надолго заблокирует доступ к таблице остальным скриптам.
Например, вы создали таблицу новостей такого типа:
ID - номер, первичный ключ TEMA - тема новости MESS - сообщение, сама новость VIEWS - количество просмотров
При каждом обращении к новостям, скрипт будет выводить саму новость, а потом увеличивать поле VIEWS запросом UPDATE table 'NEWS' set VIEWS=VIEWS+1 where id=ID. При этом количество апдейтов будет довольно высоким. При высокой посещаемости веб-ресурса или при "нападении" на сайт поискового робота (эти ребята страдают многопоточностью и могут запросто повесить ваш сайт своими запросами) несколько одновременных процессов станут пытаться сделать UPDATE и SELECT. При каждом UPDATE таблица будет блокироваться (на это уходит время) и все остальные процессы будут ждать завершения операции. А если таблица достаточно большая? Например, несколько тысяч записей. Ежу понятно, что построится очередь из нескольких десятков скриптов, ожидающих ответа MySQL-сервера. Каждый будет жрать память и держать остальные процессы. В итоге все у вас зависнет и переглючит. Выход: делать вместо одной таблицы несколько. Советую разделять поля по типу их использования. Одну таблицу - только для вывода и редких обновлений или вставок. Другую - для частых обновлений, но редкого вывода. Например, значения счетчика обращений держать отдельно в таблицу вида:
ID - номер, первичный ключ VIEWS - количество просмотров
Сами новости лучше держать в другой таблице, где нет поля VIEWS. При этом таблица с новостями будет тяжелой (много текста, полей, индексов), а таблица COUNT (счетчик) будет очень легкой и быстрой. Таблица NEWS будет кешироваться и выводиться очень быстро при любых объемах, а таблица COUNT будет быстро обновляться из-за того, что она очень легкая (всего два целочисленных поля). Разделение данных по нескольким таблицам существенно ускоряет работу MySQL-сервера. Гораздо быстрее работают несколько мелких запросов по каждой таблице, чем один длинный запрос по одной или нескольким таблицам. Имейте это в виду, чтобы спать спокойно.
Дальше - круче. Чтобы не блокировать лишний раз свои таблицы используйте при вставках директиву DELAYED. Пример: INSERT DELAYED into STAT (ID,IP,UTIME) values (null,$ip,NOW()). Он позволяет серверу ответвлять поток в режиме ожидания, а саму вставку производить тогда, когда сервер освободится от других запросов или поступит следующий аналогичный INSERT DELAYED. Обычно отложенный метод подходит для любых операций с кумулятивными таблицами (когда в основном идут INSERTы, а данные копятся, а не модифицируются), при которых не особо важно когда именно подействуют изменения - мгновенно или через несколько секунд, минут. Например, если хотите собирать IPадреса своих посетителей, УРЛы, по которым они ходят или страницы, откуда пришли, время. При добавлении с задержкой скрипт отработает почти мгновенно, еще до выполнения операции.
Операция UPDATE идет в три этапа: поиск того, что будете менять, затем запись данных, обновление индексов. При этом, чем больше таблица, тем дольше поиск. Если есть индексы, то операция кешируется и выполняется достаточно быстро. Но сам процесс очень емкий. И только дурак не догонит, что большая таблица со множеством индексов и записей, будет тормозить при UPDATE. INSERT же выполняется одним залпом, очень быстро. Поэтому обычно используют аддитивные записи (вставками INSERT) во временные таблицы, потом блокируют основные талицы, суммируют обновления, и плюют их в основную таблицу. Получается, что в основном, главные таблицы работают только в режиме вывода, а обновления идут гораздо реже и быстрее. Например, можно копить данные о загрузках новостей во временной таблице, а по крону или иным образом обновлять счетчик каждые 10 минут (или реже). Это ускорит работу сервера.
При запросах SELECT * FROM таблица скрипт получит все поля данной таблицы. А нужно ли это? Использование * ведет к лишнему расходу ресурсов. Гораздо эффективнее использовать точные названия полей, которые нужны скрипту. Например: SELECT id,name FROM таблица. При таком запросе передача займет меньше времени и понадобится меньше ресурсов. Старайтесь ограничивать вывод при помощи директивы LIMIT. Это также ускоряет вывод.
Поиск по БД идет быстрее если вместо LIKE '%слово%', ставить 'слово%'. Операции с шаблонами регулярных выражений кешируются только в том случае, если в начале отсутствует символ %. Поэтому при построении поисковых запросов с LIKE избегайте начинающих символов %.
При построении таблиц для наиболее используемых полей (при поиске, сортировке и т.д.) обязательно создавайте индексы. Без индексов таблицы будут сильно тормозить. Индексы служат для кеширования и позволяют существенно ускорить вывод данных из таблиц. При этом таблицы будут занимать больше места на диске и в памяти. Но это в наше время не проблема.
Используйте надлежащий тип полей для своих записей. Тип TINYINT занимает 1 байт - самый быстрый. Таблицы с MEDIUMINT быстрее таблиц с INT. Если ставить полям свойство NOT NULL, то в целом их работа будет быстрее. VARCHAR медленее CHAR, поэтому таблицы переменной длины (где есть тип VARCHAR или TEXT) занимают меньше дискового пространства, но работают медленнее.
По своему опыту скажу, что для большинства сайтов подходят изложенные советы по работе с MySQL. Чтобы еще больше ускорить свой сервер, советую частоиспользуемые операции проводить по крону выделенными процессами и писать данные в различные файлы. Например, раз в 20 минут запускать скрипт, который будет создавать файл с новостями. Или например, генерить файл с новостями при их добавлениях или обновлениях. Таким образом, вы экономите на каждом обращении к БД. Интерактивность при этом не теряется, а производительность увеличивается во много раз. Особенно, повторяю, при высокой посещаемости ресурса. Старайтесь отделить интерактивные операции от фоновых. Например, на ПротоПлексе работает один интерактивный движок, но в фоне по заданиям трудятся с десяток различных роботов, которые генерируют часто вызываемые страницы, рассылают письма и т.д. Крупный сайт - это не только то, что вы видите, но и бек-енд (обратная сторона). В фоновом режиме можно быстро и эффективно готовить контент, освобождая основной движок от лишней работы.
В общем, основы должны быть всем понятны. Дробите все на мелочи, будь то запросы, таблицы или операции. Структура БД должна быть такой, чтобы не выполнялось ничего лишнего. Регулярно проводите OPTIMIZE на таблицах с переменной длиной, особенно, если в них идут удаления записей. Тестируйте свои запросы на скорость, упрощайте их.
Доступность оборудования и простота организации делают беспроводные локальные сети всё более популярными. Даже небольшие компании стараются идти в ногу со временем и избавляются от традиционных кабельных "локалок". Использование беспроводных сетей не ограничивается небольшими офисами и домашними системами - крупные же фирмы применяют Wi-Fi для подключения к корпоративным сетевым ресурсам в тех местах, где технически невозможна прокладка кабелей.
Однако решение об устройстве беспроводной сети далеко не всегда оправданно, тем более что во многих случаях безопасности таких сетей уделяется слишком мало внимания. По оценкам специалистов, почти 70 процентов удачных хакерских атак через беспроводные сети связаны с неправильной настройкой точек доступа и клиентского программного обеспечения, а также с установкой чересчур низкого уровня безопасности при слишком сильном сигнале, с лёгкостью "пробивающего" стены офиса.
По каким-то необъяснимым причинам организаторы беспроводных сетей нередко считают, что при их включении автоматически обеспечивается надлежащий уровень безопасности. Производители оборудования, в свою очередь, устанавливают низкие настройки безопасности "по умолчанию", либо вовсе отключают их, чтобы при развёртывании сети клиенты случайно не столкнулись с невозможностью доступа. При минимальных настройках безопасность оборудование лучше всего совместимо с самым широким спектром других устройств и практически с любым современным программным обеспечением. Поэтому после настройки и проверки сети на совместимость с существующей инфраструктурой системный администратор должен изменить настройки безопасности, для того чтобы предотвратить несанкционированное проникновение в корпоративную сеть.
В отличие от проводных сетей, беспроводные требуют повышенного внимания к безопасности, поскольку проникнуть в них гораздо проще, поскольку для этого не нужен физический доступ к каналу. Радиоволны можно принимать на любое совместимое устройство, а если данные не защищены, то их сможет перехватить любой желающий. Разумеется, не стоит отказываться от паролей прочих традиционных средств авторизации, однако их явно недостаточно для защиты от несанкционированного доступа. Рассмотрим вкратце несколько способов повышения защищённости беспроводных сетей.
Отключаем передачу SSID
Последовательность цифр и букв, называемая SSID (Service Set Identifier) - это уникальный идентификатор вашей беспроводной сети. Передача идентификатора сети является встроенным средством защиты, по умолчанию включённым в большей части продающегося сегодня оборудования, и оно позволяет с лёгкостью обнаружить имеющиеся точки доступа в процессе развёртывания сети. Передача SSID требуется именно для того, чтобы ваше оборудование смогло подключиться к сети.
Точки доступа, которые являются базовыми станциями для подключаемых к сети компьютеров, являются потенциальным слабым местом, через которое злоумышленник может проникнуть в сеть. На уровне точек доступа отсутствует система авторизации по умолчанию, что делает внутренние сети незащищёнными, поэтому системные администраторы должны реализовать существующую корпоративную систему в беспроводных базовых станциях.
Для обеспечения повышенной безопасности можно запретить трансляцию точками доступа идентификатора сети. При этом возможность подключения к сети остаётся только у тех, кто знает правильный SSID, то есть, у сотрудников вашей компании, а случайные пользователи, обнаружившие вашу сеть при помощи сканирования, просто не смогут получить к ней доступ. Отключение передачи SSID возможно в подавляющем большинстве устройств ведущих производителей, что позволяет фактически скрыть вашу сеть от чужих. Если ваша сеть не передаёт идентификаторов, и если вы не афишируете использование беспроводной технологии, то этим вы осложните задачу злоумышленников. Подробные инструкции по отключению SSID обычно приводятся в руководствах по эксплуатации беспроводных точек доступа или маршрутизаторов.
Включаем средства шифрования
Уже давно используемое при пересылке важной электронной корреспонденции шифрование данных нашло применение и в беспроводных сетях. Для защиты данных от чужих глаз, в аппаратуре для беспроводной связи реализованы различные криптографические алгоритмы. При покупке оборудования важно убедиться в том, что оно поддерживает не только низкоуровневое 40-разрядное шифрование, но и 128-битный шифр повышенной стойкости.
Чтобы включить криптографическую защиту можно задействовать системы WEP (Wired Equivalent Privacy - "эквивалент проводной безопасности") или WPA (Wi-Fi Protected Access - "защищённый доступ к Wi-Fi"). Первая система менее стойкая, поскольку в ней используются статические (постоянные) ключи. Защищённые по этому протоколу сети взламываются хакерами без особого труда - соответствующие утилиты нетрудно найти в интернете. Тем не менее, по оценкам специалистов, даже этот протокол не задействован в более половины работающих корпоративных беспроводных сетей. Одним из средств повышения действенности WEP является регулярная автоматическая смена ключей, но даже в этом случае сеть не получает стопроцентной защиты. Попытки проникнуть в такую сеть оставят лишь случайные люди, обнаружившие её, но злонамеренных специалистов WEP не остановит, поэтому для полноценной защиты корпоративных сетей данный протокол использоваться не может.
В недалёком прошлом у организаторов беспроводных сетей не было иного выбора, как использовать протокол WEP, поддержка которого сохраняется в современных устройствах как в целях обеспечения совместимости оборудования, так и для обеспечения хотя бы минимального уровня безопасности в случае невозможности использования более современных протоколов. Сегодня WEP реализуется в двух модификациях: с 64- и 128-разрядным шифрованием. Однако корректнее было бы говорить о ключах длиной 40 и 104 бит, поскольку 24 бит из каждого ключа содержат служебную информацию и никак не влияют на стойкость кода. Однако это не столь важно, поскольку главным недостатком WEP являются статические ключи, для подбора которых злоумышленникам необходимо лишь в течение определённого времени сканировать сеть, перехватывая передаваемую информацию.
Повторим, что более-менее приемлемый уровень безопасность можно лишь при помощи регулярной смены ключей и при использовании 128-битного шифрования. Частота смены ключей зависит от частоты и длительности соединений, при этом необходимо обеспечить отработанную защищённую процедуру передачи новых ключей тем сотрудникам, которые пользуются доступом в беспроводную сеть.
Более эффективное шифрование обеспечивает протокол WPA, в котором реализовано динамическое создание ключей, что исключает возможность перехвата или подбора ключа, а также система идентификации (логин-пароль) при подключении к сети на основе протокола EAC (Extensible Authentication Protocol - "расширяемый протокол аутентификации"). В протоколе WPA 128-разрядные ключи генерируются автоматически при передаче каждых десяти килобайт данных, причём число этих ключей достигает сотен миллиардов, что делает практически невозможным подбор при помощи сканирования даже при отработанной методике перехвата информации. Кроме того, в этом протоколе реализован алгоритм проверки целостности данных MIC (Message Integrity Check), предотвращающий возможность злонамеренного изменения передаваемых данных. А вот выбору паролей следует уделять особое внимание: по мнению экспертов, для обеспечения высокого уровня безопасности длина пароля должна составлять не менее 20 знаков, причём он не должен представлять собой набор слов или какую-то фразу, поскольку такие пароли легко вскрываются методом словарного подбора.
Проблема с WPA заключается в том, что официально он был внесён в спецификации IEEE 802.11 лишь в середине 2004 года, поэтому далеко не всё беспроводное оборудование, выпущенное более полутора лет назад, способно работать по этому стандарту. Более того, если в сети есть хотя бы одно устройство, не поддерживающее WPA, будет применяться простое шифрование WEP, даже если WPA включён в настройках всего прочего оборудования.
Тем не менее, оборудование постоянно совершенствуется и в современных устройствах поддерживается новая, ещё более защищённая версия WPA2, работающая с динамическими ключами длиной 128, 192 и 256 бит. К таким устройствам, относится, например, трёхдиапазонный контроллер Intel PRO/Wireless 2915ABG.
Регулируем силу сигнала и его направленность
Технология беспроводной связи сама по себе по своей природе меньше защищена от постороннего вмешательства, поэтому при организации таких сетей особенно важно максимально затруднить несанкционированное проникновение в них. Среди чисто технических способов самым эффективным является снижение мощности транслируемого сигнала, ведь радиоволны с лёгкостью преодолевают стены зданий, а в сельской равнинной местности могут преодолевать весьма большие расстояния. Злоумышленники могут поставить свой автомобиль рядом со зданием, в котором расположен ваш офис, и в комфортной обстановке неторопливо подбирать ключ к вашей сети. Поэтому важно отрегулировать мощность сигнала, чтобы он не проникал за границы вашей территории. Кроме того, точки доступа следует располагать вдалеке от окон, внешних стен зданий, общих коридоров, холлов и лестниц.
Беспроводные сети являются очень удобным средством связи быстрого развёртывания, позволяющим объёдинить в сеть компьютеры даже в тех местах, где по тем или иным причинам невозможна прокладка кабеля. Однако поскольку незащищённые беспроводные сети куда проще поддаются взлому, чем проводные, следует уделять повышенное внимание защите от постороннего проникновения. Разумеется, стопроцентной гарантии безопасности дать невозможно, но некоторые действенные способы затруднения несанкционированного доступа в беспроводные сети мы описали в данном материале. Более подробные инструкции по реализации этих методов на практике обычно приводятся в документации к сетевому оборудованию, поэтому мы не ставили перед собой цели описать конкретные действия, тем более что они различаются в зависимости от модели и производителя беспроводных точек доступа и маршрутизаторов. Надеемся, что этот материал привлечёт внимание к проблеме обеспечения защиты беспроводных сетей.
Примечание - большая часть написанного здесь текста с примерами взята по памяти (пару лет назад изучал достаточно подробно, поэтому может что-то в алгоритмах не работать - я ведь их не копировал откуда-то, а прямо тут же и писал, так что за синтаксические ошибки не пинайте) - на данный момент я активно OLE не пользуюсь (не из-за каких-то проблем с самим OLE, а из-за отсутствия надобности в его использовании в текущий момент).
Основные преимущества, благодаря которым OLE активно используется:
* Для вызывающей базы "по барабану" - какой тип вызываемой базы (DBF или SQL)
* Объектами вызываемой базы можно управлять всеми известными методами работы с объектами в 1С (т.е. со справочниками работают методы ВыбратьЭлементы(), ИспользоватьДату() и т.п., с документами - ВыбратьДокументы() и т.п.), соответственно, можно напрямую решить - стоит отрабатывать конкретные объекты базы OLE или пропустить их.
Пример 1. Присоединение к базе 1С через OLE.
БазаОле=СоздатьОбъект("V77.Application"); // Получаем доступ к OLE объекту 1С
Локальная версия (на одного пользователя): V77L.Application
Сетевая версия: V77.Application
Версия SQL: V77S.Application
Далее вместо термина "вызываемая база" будет написано просто "база OLE", а вместо термина "вызывающая база" - "местная база"
Теперь, мы должны знать несколько параметров для запуска базы OLE: Каталог базы, имя пользователя и пароль. Ну, наверное, еще и желание запустить 1С в монопольном режиме :)
Комментарий: функции СокрЛП() стоят в примере на случай, если пользователь захочет указанные выше переменные сделать в форме диалога, а проблема при этом состоит в том, что в алгоритм программа передаст полное значение реквизита (т.е. допишет в конце значения то количество пробелов, которое необходимо для получения полной длины строки (указана в свойствах реквизита диалога)).
Пример 2. Доступ к объектам базы OLE.
Запомните на будущее как непреложный факт:
1. Из местной базы в базу OLE (и, соответственно, наоборот) напрямую методом присвоения можно перенести только числовые значения, даты и строки ограниченной длины!!! Т.е. местная база поймет прекрасно без дополнительных алгоритмов преобразования полученного значения только указанные типы значений. Кроме того, под ограничением строк подразумевается проблемы с пониманием в местной базе реквизитов объектов базы OLE типа "Строка неограниченной длины". К этому же еще надо добавить и периодические реквизиты. Естественно, под методом присвоения подразумеваются и попытки сравнить объекты разных баз в одном условии (например, в алгоритмах "Если" или "Пока" и т.п.).
2. Есть проблемы при попытке перенести "пустую" дату - OLE может ее конвертировать, например, в 31.12.1899 года и т.п. Поэтому вам лучше заранее выяснить те значения, которые могут появится в местной базе при переносе "пустых" дат, чтобы предусмотреть условия преобразования их в местной базе.
A) Доступ к константам базы OLE:
Б) Доступ к справочникам и документам базы OLE (через функцию "CreateObject"):
После создания объекта справочника или документа к ним применимы все методы, касающиеся таких объектов в 1С:
Заметьте, что если вместо "Сообщить(Спр.Наименование)" вы укажете "Сообщить(Спр.ТекущийЭлемент())", то вместо строкового/числового представления этого элемента программа выдаст вам в окошке сообщение "OLE". Именно это я и имел в виду, когда говорил, что напрямую мало что можно перенести. Т.е. не будут работать следующие методы (ошибки 1С не будет, но и результат работы будет нулевой). Рассмотрим следующий пример:
Однако, сработает следующий метод:
Отсюда вывод: возможность доступа к объектам базы 1С через OLE требуется, в основном, только для определенной задачи - получить доступ к реквизитам определенного элемента справочника или документа. Однако, не забываем, что объекты базы OLE поддерживают все методы работы с ними, в т.ч. и "Новый()", т.е. приведем пример противоположный предыдущему:
В) Доступ к регистрам базы OLE (Не сложнее справочников и документов):
Г) Доступ к перечислениям базы OLE (аналогичен константе):
ЗначениеПеречисленияOLE = БазаОле.Перечисление.Булево.НеЗнаю; // :)
Заметьте, что пользы для местной базы от переменной "ЗначениеПеречисленияOLE" особо-то и нет, ведь подобно справочнику и документу перечисление также напрямую недоступно для местной базы. Пожалуй, пример работы с ними может быть следующим (в качестве параметра условия):
По аналогии со справочниками и документами работает объект "Периодический", план счетов работает по аналогии с ВидомСубконто, ну и далее в том же духе… Отдельную главу посвятим запросу, а сейчас… стоп. Еще пункт забыл!
Ж) Доступ к функциям и процедурам глобального модуля базы OLE!
Как же я про это забыл-то, а? Поскольку при запуске базы автоматически компилируется глобальный модуль, то нам становятся доступны функции и процедуры глобального модуля (поправлюсь - только те, у которых стоит признак "Экспорт"). Плюс к ним еще и различные системные функции 1С. А доступны они нам через функцию 1С OLE - EvalExpr(). Приведем примеры работы с базой OLE:
На самом деле, в последней строке примера я исхитрился и забежал немного вперед. Дело в том, что как и запрос (см. отдельную главу), так и EvalExpr() выполняются внутри базы OLE, причем команды передавается им обычной строкой, и поэтому надо долго думать, как передать необходимые ссылки на объекты базы OLE в строке текста местной базы. Так что, всегда есть возможность поломать голову над этим…
Алгоритмы преобразования объектов в "удобоваримый вид" между базами.
Ясно, что алгоритмы преобразования нужны не только для переноса объектов между и базами, но и для такой простой задачи, как попытки сравнить их между собой.
И еще раз обращу внимание: ОБЪЕКТЫ ОДНОЙ БАЗЫ ПРЕКРАСНО ПОНИМАЮТ ДРУГ ДРУГА, ПРОБЛЕМЫ ВОЗНИКАЮТ ТОЛЬКО ТОГДА, КОГДА ВЫ НАЧИНАЕТЕ СВЯЗЫВАТЬ МЕЖДУ СОБОЙ ОБЪЕКТЫ РАЗНЫХ БАЗ, т.е. команда
будет прекрасно работать без ошибок. Не забывайте это, чтобы не перемудрить с алгоритмами!
Итак, повторяюсь, что напрямую перенести, да и просто сравнить можно только даты (причем не "пустые"), числа и строки ограниченной длины. Итак, как же нам сравнить объекты разных баз (не числа, не даты, не строки), т.е. как их преобразовать в эту самую строку/число/дату.
А) Преобразование справочников/документов базы OLE (если есть аналогичные справочники/документы в местной базе). В принципе, преобразование их было уже рассмотрено в примерах выше и сводится к поиску их аналогов в местной базе. Могу еще раз привести пример, заодно с использованием регистров:
Б) Преобразование перечислений и видов субконто (подразумевается, что в обоих базах есть аналогичные перечисления и виды субконто). Вся задача сводится к получению строкового или числового представления перечисления или вида субконто.
Не поймите это как прямую команду воспользоваться функцией Строка() или Число() :)) Нет. Для этого у нас есть обращение к уникальному представлению перечисления и вида субконто - метод Идентификатор() или ЗначениеПоНомеру(). Второй вариант не очень подходит, так как зачастую в разных базах даже перечисления бывают расположены в другом порядке, а вот идентификаторы стараются держать одинаковыми в разных базах. Отсюда вывод, пользуйтесь методом Идентификатор(). Кстати, не путайте вид субконто с самим субконто! Привожу пример преобразования:
То же самое относится и к плану счетов - принцип у него тот же, что и у вида субконто…
В) Преобразование счетов:
Во многом объект "Счет" аналогичен объекту "Справочник". Отсюда и пляшем:
Работа с запросами и EvalExpr().
Наконец-то добрались и до запросов. Надо пояснить несколько вещей, касаемых запросов (да и EvalExpr() тоже). Самое главное - компиляция текста OLE-запроса (т.е. разбор всех переменных внутри запроса), как и сами OLE-запросы выполняются внутри базы OLE и поэтому ни одна переменная, ни один реквизит местной базы там недоступны, да и запрос даже не подозревает, что его запускают по OLE из другой базы!!! Поэтому, чтобы правильно составить текст, иногда требуется не только обдумать, как передать параметры запроса в базу OLE, но и обдумать, что нужно добавить в глобальный модуль той самой OLE-базы, чтобы как-то собрать для запросы переменные!
1. Поскольку сам текст запроса и функции EvalExpr() является по сути текстом, а не набором параметров, то напрямую передать ему ссылку на элемент справочника, документ, счет и т.п. нельзя. Исключение может быть составлено для конкретных значений перечислений, видов субконто, констант, планов счетов и т.п.
2. Хоть и многим и так понятно, что я скажу дальше, но я все-таки уточню: при описании переменных в тексте запроса не забывайте, что объекты базы надо указывать напрямую, без всяких префиксов типа "БазаОле".
3. Отрабатывать запрос сложно тем, что ошибки, например, при компиляции напрямую не увидеть. Поэтому начинаем пошагово готовится к отработке запроса в базе OLE.
Вначале допишем в глобальном модуле базы OLE немного строк, которые нам помогут в работе:
Теперь начинаем потихоньку писать сам запрос. Что мы имеем:
В форме диалога местной базы несколько реквизитов диалога (либо местные переменные):
* Даты периода (НачДата и КонДата)
* Элементы справочников для фильтрации (ВыбТовар, ВыбФирма, ВыбКлиент, и т.д.)
* Какие-либо флажки (ТолькоЗамерзающийЗимойТовар , ..)
Мы начинаем писать запрос и сразу попадаем в такую ловушку:
ТекстЗапроса = " Период с НачДата по КонДата; ";
Вроде все в порядке, но такой запрос не выполнится в базе OLE, так как там понятия не имеют, что такое НачДата и КонДата :)) Ведь эти переменные действительны только для местной базы! Переписываем запрос заново:
Казалось бы все очень просто. По аналогии - если уникальность для товаров ведется по наименованию, то простой заменой слова "код" на "наименование" мы решаем вопрос и здесь. Теперь рассмотрим, когда мы выбрали группу, т.е. текст условия должен будет выглядеть так:
И здесь, правда можно проблему решить "двумями путями" :)) Первый пусть - когда мы имеем дело с двухуровне вымсправочником. Тогда проблема группы решается также просто, как и в 1-м варианте:
А если справочник очень даже многоуровневый? Вот для этого мы и используем написанную ранее функцию. Предположим, что список значений запроса с индексом массива " 1 " мы будем использовать для хранения подобных значений (например, хранить в нем группы товаров, клиентов) для хитрых условий. Итак, например, в ВыбТовар у нас указана группа товаров, а в ВыбКлиент - группа клиентов, которым мы товары группы ВыбТовар продавали. Кроме того, мы должны пропустить накладные возвратов поставщикам, и не забыть, что товары надо еще отбирать по флажку ТолькоЗамерзающийЗимойТовар:
Ну, а с реквизитами запроса разбираемся так же, как указано было выше в предыдущих разделах… И не забываем, что кроме хранения конкретных значений, можно использовать другие списки значений запроса. Например, можно заполнить какой-либо список значений запроса списком клиентов и использовать его в запросе:
Не всегда хорошая программа стоит много денег. Не которые бесплатные программы, например, такие как VirtualDub или 7-Zip стали более популярными, чем их платные аналоги. Создание таких программ начинается с простого энтузиазма людей, которые хотят сделать вещь полезную всем. А результат работы целой команды людей всегда оказывается успешным.
3D-редактор Blender 2.45
Не всегда хорошая программа стоит много денег. Не которые бесплатные программы, например, такие как VirtualDub или 7-Zip стали более популярными, чем их платные аналоги. Создание таких программ начинается с простого энтузиазма людей, которые хотят сделать вещь полезную всем. А результат работы целой команды людей всегда оказывается успешным.
Так случилось и с программой трехмерной графики Blender. Это ещё один пример коллективной работы многих людей. И сейчас Blender является полноценным бесплатным 3D-редактором.
Внешний вид всех программ для работы с трехмерной графикой очень похож. По этому производители коммерческих пакетов для работы с 3D выпускают специальные брошюры, где подробно разъясняются отличия в «горячих клавишах» и инструментах управления сценой между их программой и приложением, с которого они хотят переманить пользователя.
Программисты, сделавшие Blender, не ставят перед собой цель заработать деньги, и им не нужно подстраиваться под тех, кто раньше работал в другом 3D-редакторе. Поэтому, открывая для себя Blender, работе с трехмерной графикой приходится учиться заново.
Необычный внешний вид Blender говорит о том, что разработчики создавали свой проект «с нуля», не привязываясь к внешнему виду прочих программ для работы с трехмерной графикой. В какой-то мере это было правильное решение, ведь только так можно было создать удобный и в то же время принципиально новый интерфейс. Казалось бы, что можно придумать удобнее нескольких окон проекций и панели с настройками объектов?
Удобнее может быть только возможность гибкой настройки интерфейса под нужды каждого пользователя. В Blender реализована технология, благодаря которой внешний вид программы изменяется до неузнаваемости. Изюминка интерфейса Blender состоит в том, что в процессе работы над трехмерной сценой можно «разбивать» окно программы на части. Каждая часть – независимое окно, в котором отображается определенный вид на трехмерную сцену, настройки объекта, линейка временной шкалы timeline или любой другой режим работы программы.
Таких частей может быть неограниченно много – все зависит от разрешения экрана. Но сколько бы окошек ни было создано, они никогда не пересекутся между собой. Размер одного зависит от размера остальных, то есть если пользователь увеличивает размер одной части, размер соседних уменьшается, но никаких "накладываний" окон друг на друга не происходит. Это невероятно удобно, и тут создателям коммерческих приложений стоило бы посмотреть в сторону Blender, чтобы взять новшество на заметку.
Еще одна сильная сторона программы – хорошая поддержка «горячих клавиш», при помощи которых можно выполнять практически любые операции. Сочетаний довольно много, и запомнить все сразу тяжело, однако их знание значительно ускоряет и упрощает работу в Blender.
Таким образом, сложным интерфейс программы кажется только с непривычки. На самом же деле, инструменты Blender расположены очень удобно. Для того чтобы это понять, нужно поработать в программе какое-то время, привыкнуть к ней.
Для создания трехмерных моделей используются полигональные и NURBS-поверхности. Имеются в Blender и инструменты сплайнового моделирования. Создание 3D-объектов производится также с использованием кривых Безье иB-сплайнов.
Инструментарий Blender столь универсален, что позволяет воссоздавать даже очень сложные органические формы. Для этой цели можно использовать метаболы и технологию «трехмерной лепки» с помощью виртуальных кистей. Редактирование формы трехмерной модели с помощью кистей производится примерно так же, как это делается в Maya. Вносить изменения в геометрию можно в режиме симметрии, что особенно важно при моделировании персонажей.
В программе можно создавать обычную анимацию, а также работать над персонажной оснасткой, строить скелет и выполнять привязку костей к внешней оболочке. Трехмерный редактор работает с прямой и инверсной кинематикой.
В программе предусмотрена и возможность работы с частицами. Система частиц может быть привязана к любому трехмерному объекту. Поток частиц управляется с помощью направляющих кривых, эффектов ветра и завихрений. Кроме этого, влияние на частицы может определяться как окрашивание, в зависимости от силы воздействия на них. Есть вариант проверить, как частицы будут отражаться от движущейся трехмерной поверхности, или заставить их подчиняться законам гравитации. С помощью статической системы частиц можно даже моделировать волосы.
Blender включает в себя симулятор флюидов, благодаря которому в программе можно моделировать «текучие» эффекты жидкостей. Нужно отметить, что эта разновидность эффектов присутствует далеко не во всех 3D-редакторах, например, в 3ds Max нет инструментов для моделирования текучих флюидов.
Создать реалистичную анимацию особенно сложно, если необходимо имитировать физически точное поведение тел. В Blender есть инструменты для просчета поведения тел в определенных условиях. В режиме реального времени можно просчитать деформацию мягких тел, а затем «запечь» ее для экономии ресурсов и оптимизации визуализации анимации. Физически точное поведение может быть определено также и для упругих тел, с последующим «запеканием» измененных параметров в анимационные кривые.
Что касается визуализации, то и тут возможности Blender на высоте. Можно рассчитывать на поддержку рендеринга по слоям, на получение эффектов смазанного движения и глубины резкости (depth of field). Также поддерживается "мультяшный" рендеринг и имитация глобального освещения (ambient occlusion). Вместе с программой удобно использовать бесплатный движок визуализации YafRay, который может похвастаться работой с HDRI, возможностями просчета каустики и глобального освещения. Есть и другие подключаемые визуализаторы, например, Indigo.
В Blender-сообществе – был выпущен первый 3D-мультфильм, полностью созданный при помощи этой программы. Короткометражный фильм Elephants Dream создавался в течение полугода командой из шести аниматоров и других специалистов, которые постоянно работали в офисе компании Montevideo, поддерживающей проект. Приложить свою руку к созданию мультфильма могли все желающие, помогая основной команде разработчиков удаленно, через интернет.
Целью проекта было показать, что Blender является полноценным 3D-редактором, который с успехом может использоваться не только студентами и школьниками в целях обучения, но и профессионалами, работающими в команде над производством сложных проектов.
Одной из особенностей проекта Elephants Dream стало то, что в интернете был выложен для свободной загрузки не только сам фильм, но и все исходные материалы, которые использовались при его создании: сцены, текстуры и т.д.
После успеха Elephants Dream CG-энтузиасты, работающие в Blender, создали ещё один анимационный проект - фильм Peach. В нем аниматоры обращают внимание общественности на другие сильные стороны Blender, которые не удалось показать в первом фильме. В частности, это касается средств для работы с мехом и шерстью. И Peach стал "забавным и пушистым".
Blender – это отличный инструмент для трехмерного моделирования и анимации. Вне всякого сомнения, у этой программы есть будущее, она постоянно совершенствуется и обрастает новыми возможностями.
Эта заметка не имеет непосредственного отношения к DELPHI, уж извините :) Но получив в очередной раз письмо с предложение за два клика заработать $5000 я не выдержал, душа просит высказаться!
Я рассмотрю несколько вариантов заработка денег в internet с описанием, их плюсами и минусами. Сразу предупреждаю, это мое личное мнение, никак не претендую на глубину и всесторонность обзора.
1. Начнем с наиболее правильного и близкого нам программистам :) SHAREWARE.
Написание программы с целью ее продажи. Решаясь на подобное сначала все хорошенько обдумайте и взвесьте, зарабатывать на shareware можно и нужно, но… всегда есть проклятое "но" :) Для создания хорошо продаваемой программы вам придется не мало потрудиться. Срок от начала написания до реальных продаж вряд ли получится менее полугода. Вам придется много работать и главное думать. Здесь нет руководителя, который напишет Т.З. и скажет когда и что нужно сделать :( Все самому, а еще лучше команде. Одному человеку трудно быть одновременно хорошим программистом, генератором идей, дизайнером, маркетологом и т.д. и т.п. Лучше, если каждый будет заниматься тем, что умеет делать лучше всего. И тогда… по непроверенным данным ReGet получат более $50.000 в месяц! ;)
Как этого добиться? Здесь нет никаких строгих правил, все зависит от вашего таланта и, наверное, везения. Вот один из вариантов: выбрать направление программы, лучше, если это будет то, что требуется большому количеству людей каждый день в их постоянной работе за компьютером. Потратить с месяц или более, на сбор и анализ существующих подобных программ в интернете (трудно придумать что-то совсем уж уникальное :) обязательно уже есть аналоги, необходимо выяснить слабые и сильные стороны каждой программы и составить Т.З. для своей программы, включая туда самое лучшее. Кстати, не обязательно делать самостоятельную программу, это вполне может быть что-то прикладное к уже имеющимся. Например, каждый браузер умеет сам закачивать файлы из internet и тем не менее, "качалок" великое множество! Почему? Да потому что они удобнее в использовании и имеют дополнительные функции.
Далее самый плодотворный процесс - написание самой программы. На это уходит от месяца до года (больше не надо, а то она за это время бесконечно устареет :) По окончании написания программы, ее отладка и анализ, а действительно ли она так хороша, как предполагалось в начале?! ;) На этом этапе лучше выложить для скачивания бесплатную beta-версию на русском языке. И, зарегистрировавшись в русских каталогах, предлагать нашим тестировать новое чудо современных технологий! После чего, вы получите массу писем с ошибками и пожеланиями, все учитываете и дорабатываете, дорабатываете… На это может уйти даже больше, чем на написание основного кода программы. Когда считаете, что программа отшлифована и проверена на самых различных конфигурациях компьютеров, можно готовить английскую версию, выкладывать на сайт, регистрироваться в системах, которые помогут вам получать деньги от буржуев (например RegNow) и раскрутка вашего детища - регистрация в поисковых системах, а главное в каталогах для ShareWare программ, которых в инете великое множество. И с замиранием сердца ждать :) анализировать статистику заходов на ваш сайт, откуда приходят, почему с других мест не идут? Сколько людей пришло и "дошло" до скачивания и оплаты. На каком этапе вы потеряли клиента, почему? Все надо довести до идеала, клиенту нужно максимально упростить способ расставания с деньгами! :) Как видите, непосредственно программирование здесь занимает очень малую долю, и можно даже сказать, не главную! (Билл Гейтс ведь смог же продавать геморрой за деньги! :) :)
Рекомендую вам подписаться на рассылку российских шароварщиков swrus.com, узнаете много нового и полезного. А главное, общение с людьми, которые реально зарабатывают на этом! Плюсы:Это станет вашим основным заработком. Сумма, получаемая вами ежемесячно, ничем не ограничена, только вашим талантом! При удачной раскрутке, можно создавать свою фирму, становиться начальником, нанимая других программистов ;) Если на вас обратит внимание крупная западная фирма, то можно выгодно "продаться" :) Минусы: Вам придется долгое время вкалывать за красивую мечту. Никто, ничего не гарантирует. Вы с большой вероятностью можете в итоге оказаться у разбитого корыта :( Придется запастись терпением!
2. Создание сайта.
Вы создаете сайт, делаете его интересным для как можно большей доли посетителей интернета и как следствие, высокую посещаемость. После чего можно продавать рекламное место на своем сайте или зарабатывать через баннерные сети, что платят за показы или клики. Важно правильно выбрать тематику сайта, рекламодателям должно быть выгодно именно у вас размещать свою рекламу. Возьмем к примеру этот сайт (Мастера DELPHI), сайт сильно специфичен, рассчитан на очень малый процент людей в сети, мало того что именно программист, так еще и обязательно на DELPHI :) Потому добиться действительно высокой посещаемости его просто не реально. Но не это главное, кто из рекламодателей захочет здесь разместить рекламу? Ведь, понятно, его реклама должна ему же приносить деньги, т.е. чаще всего это или продажа своей программы, или привлечение целевой аудитории. Сайт русскоязычный, а русские не привыкли покупать программы, да и зачастую не на что! Вот и получается, что работаем мы над этим сайтом, только ради альтруизма и пользы вам, наши дорогие посетители :)
Или другой пример, сайт NoNaMe. Ему пол года, и за это время автор сайта добился блестящих результатов! (потому что сайт действительно интересен, всегда можно найти для себя что-то полезное. Рекомендую всем!) На данный момент до 9тыс. уникальных посетителей! Но… опять же, сайт специфичен, публикация кряков к программам оставляет весьма сомнительную вероятность того, что кто-то захочет рекламировать там свой продукт ;)
Лучше всего, конечно же, сайт рассчитанный на широкую публику: поисковые системы, каталоги, новости… игровые/развлекательные сайты здесь не лучшем положении (мой знакомый, автор сайта netcross.ru раскрутил его весьма хорошо, а сейчас практически забросил. Создал свою фирму по дизайну, и она за два месяца принесла денег больше чем за все время существования netcross.ru :) Плюсы:Широчайшее поле для творчества. Ваш доход ничем не ограничен. Интернет развивается бешенными темпами. И помните! Совсем недавно list.ru был продан за $5.000.000 !!! Вполне хватит на карманные расходы ;) Минусы: Вам придется в поте лица работать над своим сайтом и, как и в первом случае, большая вероятность остаться у разбитого корыта :(
3. Интернет услуги.
Создаете свою компанию по оказанию каких-либо интернет услуг: дизайн, интернет магазин, хостинг, регистрация, раскрутка и т.д. и т.п. Вполне реальный способ заработка, здесь нечего добавить. Практически в любом случае вы будете получать доход, доход лишь зависит от вашего желания работать и от того, откуда у вас растут руки :) Лично я напрямую связан с предоставлением хостинга российским компаниям, и со всей ответственностью заявляю, на хостинге можно и нужно зарабатывать. Помните, русский интернет сейчас развивается очень быстро, и потребность в различных видах услуг велика. Плюсы: Вы получаете реальные деньги за реальную работу. Все сводится только к поиску и привлечению людей, которым ваши услуги необходимы. Минусы: Зачастую требует начальных капиталовложений. Здесь нет халявы, не получится почивать на лаврах (как при удачном раскладе в первых двух пунктах), работать, работать и еще раз работать :)
На этом позвольте закончить вторую часть. Это не все о заработке, возможно я продолжу этот цикл, если вам конечно интересно :)
На сегодняшний день цифровое видео развивается в двух направлениях это видео улучшенного качества для просмотра его на больших ЖК-панелях. И видео уменьшенного размера для экранов портативных устройств. Конечно смотреть фильм или видеоклип на большом экране намного удобней чем на маленьком. Зато устройства с малыми экранами, такие как мобильные телефоны, КПК и медиаплееры легко можно носить в кармане и смотреть видео в любых ситуациях.
Конвертирование видео в мобильные форматы.
На сегодняшний день цифровое видео развивается в двух направлениях это видео улучшенного качества для просмотра его на больших ЖК-панелях. И видео уменьшенного размера для экранов портативных устройств. Конечно смотреть фильм или видеоклип на большом экране намного удобней чем на маленьком. Зато устройства с малыми экранами, такие как мобильные телефоны, КПК и медиаплееры легко можно носить в кармане и смотреть видео в любых ситуациях.
Но для того, что бы такое портативное устройство смогло показывать видео его соответствующим образом надо подготовить и записать в память.
Конвертировать видео в форматы, поддерживаемые мобильными устройствами, проще всего при помощи специальных программ. Благодаря этим программам не нужно задумываться над тем, какое разрешение выбрать, и какой формат поддерживается мобильным девайсом.
Agogo Video to iPod / PSP / Cell Phone / Xbox / Pocket PC / PDA / MP4
Хотя название программы выглядит слишком длинным, зато пользователю не нужно вчитываться в описание программы и искать список поддерживаемых форматов, для того чтобы понять, поддерживает ли этот конвертер видео для мобильных телефонов или iPod.
Интерфейс ее так же прост, как незатейливо ее название. Окно состоит из трех основных частей: списка файлов, окошка предварительного просмотра и области, в которой задаются настройки кодирования. Для удобства она имеет несколько вкладок – To iPod, To Xbox, To 3GP и т.д. Таким образом, практически исключена возможность того, что вы выберете такой формат, который не поддерживается вашим портативным устройством. Настройки кодирования можно устанавливать только для видеофайлов, которые вы собираетесь проигрывать на iPod, для остальных устройств программа предлагает только профили настроек, изменить которые нельзя. Профили включают формат, разрешение и параметры звука. Число профилей не очень велико, например, для XBox – четыре, а для видеоплееров – всего два. Что касается iPod, то тут профили не предусмотрены, и пользователю самому предлагается определиться с форматом, количеством кадров в секунду, разрешением, соотношением сторон, частотой дискретизации аудио, битрейтом аудио и видео и громкостью.
Agogo Video to iPod / PSP / Cell Phone / Xbox / Pocket PC / PDA / MP4 может выполнять преобразование видеофайлов в пакетном режиме. Для этого достаточно загрузить в программу несколько видеофайлов. После того, как файл загружен, его можно просмотреть в окне предварительного просмотра и при необходимости отметить фрагмент, который нужно конвертировать. Для этого под окном предпросмотра есть специальные маркеры – в начале и в конце клипа. Кодирование будет выполняться с того места клипа, где установлен первый маркер, и до того, где находится второй.
Загруженные в программу файлы не обязательно кодировать все вместе. Напротив каждого из них есть флажок, и если перед нажатием кнопки Start его снять, то клип будет пропущен. Перед началом конвертирования нужно не забыть указать папку, куда будет сохраняться видео. Также при необходимости можно попросить программу выключить компьютер, когда все задания будут завершены.
WinAVI iPod/PSP/3GP/MP4 Video Converter
Программа так же не сложная – на освоение программы уходит максимум минуты три.
Первое, что нужно сделать – это выбрать устройство (iPod, PSP) или формат (3GP, MP4), нажав на одну из четырех кнопок. После этого нужно будет загрузить файл или файлы, которые необходимо преобразовать. Конвертер позволяет выбирать несколько файлов одновременно, но нужно, чтобы они были помещены в одну папку. Чтобы преобразовать видео с параметрами по умолчанию, нужно просто нажать кнопку OK, после чего программа начнет свою работу.
Кроме форматов, которые вынесены в название программы, WinAVI iPod/PSP/3GP/MP4 Video Converter поддерживает и другие, "немобильные форматы", такие как Mov, Rm, Wmv и другие. Стоит также отметить пакетный режим, в котором можно выполнить преобразование нескольких видеофайлов. В этом режиме можно установить очередь из файлов, которые нужно конвертировать в разные форматы. Его также можно использовать для преобразования одного и того же файла в несколько разных форматов.
Во время конвертирования файлов можно наблюдать за процессом в окне предварительного просмотра. Если компьютер достаточно мощный, то можно включить отображение видео в реальном времени. Очень удобно, что эти настройки можно менять непосредственно по время кодирования, не останавливая при этом процесс. Если предполагается, что кодирование займет много времени, можно включить опцию выключения компьютера после его завершения и лечь спать.
Xilisoft Video Converter
Число поддерживаемых этим конвертером форматов просто огромно – вряд ли вы не найдете в этом длинном списке тот, который нужен именно вам. При помощи программы можно даже преобразовать видео для просмотра на BlackBerry, Apple TV и iPhone, все более распространенные устройства тоже поддерживаются.
Программа может работать в двух режимах: в стандартном, для опытных пользователей, и в режиме мастера, предназначенном для новичков. Немного неудобно, что между этими режимами никак нельзя переключаться – она реализованы как две независимые утилиты, для открытия одной из которых нужно будет обратиться к меню "Пуск".
Настройка параметров кодирования выполнена очень удобно – не нужно открывать дополнительные окна, все параметры вынесены в главное окно программы. Тут можно определить качество видео и аудио, отключить звук, указать соотношение сторон и т.д.
Очень удобно и окошко предварительного просмотра – в нем можно по очереди проигрывать все файлы, загруженные в программу.
PocketDivxEncoder
Эта программа заслуженно пользуется большой популярностью среди владельцев КПК, смартфонов и других портативных устройств. В отличие от большинства видеоконвертеров, она не требует установки, совершенно бесплатна и, к тому же, имеет русскую локализацию.
Благодаря гибким настройкам, программа может использоваться даже для тех устройств, профили для которых она не поддерживает, например, для Sony PSP. Правда, в этом случае подбирать разрешение видео и другие настройки придутся вручную. С другой стороны, PocketDivxEncoder поддерживает сохранение пользовательских профилей, поэтому если вы постоянно кодируете видео для просмотра на одном и том же устройстве, подобрать настройки нужно будет только один раз.
Для наглядности в PocketDivxEncoder везде, где требуется предпросмотр видео, можно увидеть картинку выбранного устройства, а видео будет отображаться на его "экране". Это очень удобно, например, когда вы подбираете разрешение видеофайла – если оно слишком велико, вы сразу же увидите, что видео "вылазит" за пределы экрана.
Одна из функций, на которую нельзя не обратить внимание, - подсчет итогового размера файла. Происходит это в реальном времени – вы изменяете параметры, отвечающие за качество видео и звука, а программа тут же подсчитывает, как это отразится на размере файла. Очень удобно.
Для PDA и смартфонов предусмотрена возможность изменять ориентацию видео, в зависимости от того, как пользователь держит устройство. Конечно же, в современных портативных устройствах есть подобная функция, однако если видео изначально будет сохранено с нужной ориентацией, это освободит ресурсы системы.
Часто при неудачном сжатии происходит расхождение звука с видео. PocketDivxEncoder дает возможность исправить подобные ошибки и восстановить правильную синхронизацию аудио и видео.
SUPER 2007
Конвертер SUPER полностью оправдывает свое название. Программа поддерживает огромное число форматов, абсолютно бесплатна и, к тому же, содержит все необходимые кодеки. Понятно, что последнее отражается на ее размере – дистрибутив занимает около 30 Мб, но зато после установки вы можете быть полностью уверены в том, что сможете выполнить кодирование в любой формат с использованием любого популярного кодека.
Интерфейс программы хоть и не имеет ничего общего с внешним видом других конвертеров, назвать сложным его нельзя. Разработчики использовали несколько приемов, которые помогают сразу разобраться с программой. Во-первых, при подведении курсора к каждой области окна появляется всплывающая подсказка, объясняющая, что пользователю нужно делать (при необходимости подсказки можно отключить). Во-вторых, элементы интерфейса имеют разный цвет: все, что зеленое, относится к настройкам кодирования видео, синий цвет – это цвет параметров аудио, а настройки формата выделены красным.
У SUPER нет окна предварительного просмотра видео, однако есть встроенный проигрыватель. По умолчанию он воспроизводит видео во весь экран, но при желании можно вызвать окно настроек и изменить их.
Профили для портативных устройств заслуживают всяческих похвал. Есть профили для сохранения файла в AVI для проигрывания на КПК, для Nintendo DS, Sony PSP, Sony PS3, Zune, два разных профиля для сохранения в формат 3GP – для телефонов Nokia/Siemens и для Sony Ericsson, а также два профиля для iPod – для более старых моделей и плееров последнего поколения. При выборе того или иного профиля все неподдерживаемые параметры для удобства скрываются.
Среди настроек кодирования стоит отметить возможность отключения аудио или видеопотока, а также наличие функции Stream Copy, которая позволяет произвести кодирование без повторной компрессии звука или видео, а значит, без потери качества. Если при выбранных вами параметрах эта опция недоступна, они просто станет неактивной.
Наконец, SUPER содержит достаточно много дополнительных эффектов, которые могут быть применены к выходному видеофайлу. Например, можно добавить на видео водяной знак, изменить ориентацию видео, инвертировать цвета, добавить затухание, вывести на каждом кадре информацию о клипе. Однако, использовать все эти эффекты в одном видео не рекомендуется.
AVS Video Tools
AVS Video Tools – это пакет утилит для работы с видео. Один из них – AVS Video Converter - общего назначения, а второй, AVS Video to GO, создан специально для преобразования видео в форматы, поддерживаемые портативными устройствами.
Работа AVS Video to GO построена в виде мастера – на первом этапе необходимо выбрать видеофайл, после чего в окне программы отобразятся его параметры. Можно воспользоваться окном предпросмотра, чтобы убедиться, что загружен нужный файл.
AVS Video to GO работает не только с обычными видеофайлами, но и с DVD. Список поддерживаемых девайсов достаточно велик – есть даже профили для мобильных телефонов, работающих в сетях CDMA, для портативных DVD-плееров, плееров Creative Zen, Archos DVR и Apple TV.
AVS Video to GO – очень удобное решение, когда нужно выполнить конвертирование одного файла. Если же есть необходимость в пакетном преобразовании, нужно использовать AVS Video Converter.
Пожалуй, единственный недостаток программы в том, что нет возможности указывать параметры для каждого файла по отдельности – настройки выходного видео будут применены для всех загруженных в программу файлов.
Kingdia iPod/PSP/3GP/MP4/AVI Video Converter
Программа имеет узкую специализацию и ориентирована исключительно на создание видеофайлов для портативных устройств. С его помощью можно конвертировать видео в форматы, поддерживаемые КПК, Palm, iPod, Sony PSP, мобильными телефонами и медиаплеерами.
Преобразование может выполняться в пакетном режиме, правда, настройки при этом выбираются не отдельно для каждого файла, а для всех одновременно.
В списке выбора выходного формата шесть вариантов – Apple iPod, Sony PSP, 3GP, 3GP2, MP4 и xVid. При выборе одного из них загружаются настройки по умолчанию, однако всегда есть возможность изменить их, выбрав другой кодек или уменьшив битрейт. Правда, тонкая настройка параметров кодека, к сожалению, недоступна. Есть также ползунок для изменения громкости файла.
Во время преобразования отображение видео не работает, зато можно наблюдать за ходом выполнения операции, глядя на ползунок, который появляется в списке заданий. Если процесс кодирования занимает много времени, можно установить флажок Shutodown PC when finished, и программа сама выключит компьютер после завершения работы.
Среди коммерческих приложений наиболее функциональной оказалась программа AVS Video Tools. Ее цена не намного больше, чем других конвертеров, но по возможностям она их заметно превосходит, поскольку AVS Video Tools можно использовать и для захвата видео с камеры, и для конвертирования DVD. Что касается бесплатных программ, то и SUPER 2007, и PocketDivxEncoder хорошо справляются со своей задачей и при этом не требуют много времени на то, чтобы разобраться с интерфейсом.
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.
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.
Чаще всего аналоговое кодирование используется при передаче информации по каналу с узкой полосой пропускания, например, по телефонным линиям в глобальных сетях. Кроме того, аналоговое кодирование применяется в радиоканалах, что позволяет обеспечивать связь между многими пользователями одновременно.
Код RZ
Код RZ (Return to Zero – с возвратом к нулю) – этот трехуровневый код получил такое название потому, что после значащего уровня сигнала в первой половине битового интервала следует возврат к некоему "нулевому", среднему уровню (например, к нулевому потенциалу). Переход к нему происходит в середине каждого битового интервала. Логическому нулю, таким образом, соответствует положительный импульс, логической единице – отрицательный (или наоборот) в первой половине битового интервала.
В центре битового интервала всегда есть переход сигнала (положительный или отрицательный), следовательно, из этого кода приемник легко может выделить синхроимпульс (строб). Возможна временная привязка не только к началу пакета, как в случае кода NRZ, но и к каждому отдельному биту, поэтому потери синхронизации не произойдет при любой длине пакета.
Еще одно важное достоинство кода RZ – простая временная привязка приема, как к началу последовательности, так и к ее концу. Приемник просто должен анализировать, есть изменение уровня сигнала в течение битового интервала или нет. Первый битовый интервал без изменения уровня сигнала соответствует окончанию принимаемой последовательности бит (рис. 3.12). Поэтому в коде RZ можно использовать передачу последовательностями переменной длины.
Определение начала и конца приема при коде RZ
Рис. 3.12. Определение начала и конца приема при коде RZ
Недостаток кода RZ состоит в том, что для него требуется вдвое большая полоса пропускания канала при той же скорости передачи по сравнению с NRZ (так как здесь на один битовый интервал приходится два изменения уровня сигнала). Например, для скорости передачи информации 10 Мбит/с требуется пропускная способность линии связи 10 МГц, а не 5 МГц, как при коде NRZ (рис. 3.13).
Скорость передачи и пропускная способность при коде RZ
Рис. 3.13. Скорость передачи и пропускная способность при коде RZ
Другой важный недостаток – наличие трех уровней, что всегда усложняет аппаратуру как передатчика, так и приемника.
Код RZ применяется не только в сетях на основе электрического кабеля, но и в оптоволоконных сетях. Правда, в них не существует положительных и отрицательных уровней сигнала, поэтому используется три следующие уровня: отсутствие света, "средний" свет, "сильный" свет. Это очень удобно: даже когда нет передачи информации, свет все равно присутствует, что позволяет легко определить целостность оптоволоконной линии связи без дополнительных мер (рис. 3.14).
Использование кода RZ в оптоволоконных сетях
Рис. 3.14. Использование кода RZ в оптоволоконных сетях
Манчестерский код
Манчестерский код (или код Манчестер-II) получил наибольшее распространение в локальных сетях. Он также относится к самосинхронизирующимся кодам, но в отличие от RZ имеет не три, а всего два уровня, что способствует его лучшей помехозащищенности и упрощению приемных и передающих узлов. Логическому нулю соответствует положительный переход в центре битового интервала (то есть первая половина битового интервала – низкий уровень, вторая половина – высокий), а логической единице соответствует отрицательный переход в центре битового интервала (или наоборот).
Как и в RZ, обязательное наличие перехода в центре бита позволяет приемнику манчестерского кода легко выделить из пришедшего сигнала синхросигнал и передать информацию сколь угодно большими последовательностями без потерь из-за рассинхронизации. Допустимое расхождение часов приемника и передатчика может достигать 25%.
Подобно коду RZ, при использовании манчестерского кода требуется пропускная способность линии в два раза выше, чем при применении простейшего кода NRZ. Например, для скорости передачи 10 Мбит/с требуется полоса пропускания 10 МГц (рис. 3.15).
Скорость передачи и пропускная способность при манчестерском коде
Рис. 3.15. Скорость передачи и пропускная способность при манчестерском коде
Как и при коде RZ, в данном случае приемник легко может определить не только начало передаваемой последовательности бит, но и ее конец. Если в течение битового интервала нет перехода сигнала, то прием заканчивается. В манчестерском коде можно передавать последовательности бит переменной длины (рис. 3.16). Процесс определения времени передачи называют еще контролем несущей, хотя в явном виде несущей частоты в данном случае не присутствует.
Определение начала и конца приема при манчестерском коде
Рис. 3.16. Определение начала и конца приема при манчестерском коде
Манчестерский код используется как в электрических, так и в оптоволоконных кабелях (в последнем случае один уровень соответствует отсутствию света, а другой – его наличию).
Основное достоинство манчестерского кода – постоянная составляющая в сигнале (половину времени сигнал имеет высокий уровень, другую половину – низкий). Постоянная составляющая равна среднему значению между двумя уровнями сигнала.
Если высокий уровень имеет положительную величину, а низкий – такую же отрицательную, то постоянная составляющая равна нулю. Это дает возможность легко применять для гальванической развязки импульсные трансформаторы. При этом не требуется дополнительного источника питания для линии связи (как, например, в случае использования оптронной гальванической развязки), резко уменьшается влияние низкочастотных помех, которые не проходят через трансформатор, легко решается проблема согласования.
Если же один из уровней сигнала в манчестерском коде нулевой (как, например, в сети Ethernet), то величина постоянной составляющей в течение передачи будет равна примерно половине амплитуды сигнала. Это позволяет легко фиксировать столкновения пакетов в сети (конфликт, коллизию) по отклонению величины постоянной составляющей за установленные пределы.
Частотный спектр сигнала при манчестерском кодировании включает в себя только две частоты: при скорости передачи 10 Мбит/с это 10 МГц (соответствует передаваемой цепочке из одних нулей или из одних единиц) и 5 МГц (соответствует последовательности из чередующихся нулей и единиц: 1010101010...). Поэтому с помощью простейших полосовых фильтров можно легко избавиться от всех других частот (помехи, наводки, шумы).
Бифазный код
Бифазный код часто рассматривают как разновидность манчестерского, так как их характеристики практически полностью совпадают.
Данный код отличается от классического манчестерского кода тем, что он не зависит от перемены мест двух проводов кабеля. Особенно это удобно в случае, когда для связи применяется витая пара, провода которой легко перепутать. Именно этот код используется в одной из самых известных сетей Token-Ring компании IBM.
Принцип данного кода прост: в начале каждого битового интервала сигнал меняет уровень на противоположный предыдущему, а в середине единичных (и только единичных) битовых интервалов уровень изменяется еще раз. Таким образом, в начале битового интервала всегда есть переход, который используется для самосинхронизации. Как и в случае классического манчестерского кода, в частотном спектре при этом присутствует две частоты. При скорости 10 Мбит/с это частоты 10 МГц (при последовательности одних единиц: 11111111...) и 5 МГц (при последовательности одних нулей: 00000000...).
Имеется также еще один вариант бифазного кода (его еще называют дифференциальным манчестерским кодом). В этом коде единице соответствует наличие перехода в начале битового интервала, а нулю – отсутствие перехода в начале битового интервала (или наоборот). При этом в середине битового интервала переход имеется всегда, и именно он служит для побитовой самосинхронизации приемника. Характеристики этого варианта кода также полностью соответствуют характеристикам манчестерского кода.
Здесь же стоит упомянуть о том, что часто совершенно неправомерно считается, что единица измерения скорости передачи бод – это то же самое, что бит в секунду, а скорость передачи в бодах равняется скорости передачи в битах в секунду. Это верно только в случае кода NRZ. Скорость в бодах характеризует не количество передаваемых бит в секунду, а число изменений уровня сигнала в секунду. И при RZ или манчестерском кодах требуемая скорость в бодах оказывается вдвое выше, чем при NRZ. В бодах измеряется скорость передачи сигнала, а в битах в секунду – скорость передачи информации. Поэтому, чтобы избежать неоднозначного понимания, скорость передачи по сети лучше указывать в битах в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с, Гбит/с).
Другие коды
Все разрабатываемые в последнее время коды призваны найти компромисс между требуемой при заданной скорости передачи полосой пропускания кабеля и возможностью самосинхронизации. Разработчики стремятся сохранить самосинхронизацию, но не ценой двукратного увеличения полосы пропускания, как в рассмотренных RZ, манчестерском и бифазном кодах.
Чаще всего для этого в поток передаваемых битов добавляют биты синхронизации. Например, один бит синхронизации на 4, 5 или 6 информационных битов или два бита синхронизации на 8 информационных битов. В действительности все обстоит несколько сложнее: кодирование не сводится к простой вставке в передаваемые данные дополнительных битов. Группы информационных битов преобразуются в передаваемые по сети группы с количеством битов на один или два больше. Приемник осуществляет обратное преобразование, восстанавливает исходные информационные биты. Довольно просто осуществляется в этом случае и обнаружение несущей частоты (детектирование передачи).
Так, например, в сети FDDI (скорость передачи 100 Мбит/с) применяется код 4В/5В, который 4 информационных бита преобразует в 5 передаваемых битов. При этом синхронизация приемника осуществляется один раз на 4 бита, а не в каждом бите, как в случае манчестерского кода. Но зато требуемая полоса пропускания увеличивается по сравнению с кодом NRZ не в два раза, а только в 1,25 раза (то есть составляет не 100 МГц, а всего лишь 62,5 МГц). По тому же принципу строятся и другие коды, в частности, 5В/6В, используемый в стандартной сети 100VG-AnyLAN, или 8В/10В, применяемый в сети Gigabit Ethernet.
В сегменте 100BASE-T4 сети Fast Ethernet использован несколько иной подход. Там применяется код 8В/6Т, предусматривающий параллельную передачу трех трехуровневых сигналов по трем витым парам. Это позволяет достичь скорости передачи 100 Мбит/с на дешевых кабелях с витыми парами категории 3, имеющих полосу пропускания всего лишь16 МГц (см. табл. 2.1). Правда, это требует большего расхода кабеля и увеличения количества приемников и передатчиков. К тому же принципиально, чтобы все провода были одной длины и задержки сигнала в них не слишком различались.
Иногда уже закодированная информация подвергается дополнительному кодированию, что позволяет упростить синхронизацию на приемном конце. Наибольшее распространение для этого получили 2-уровневый код NRZI, применяемый в оптоволоконных сетях (FDDI и 100BASE-FX), а также 3-уровневый код MLT-3, используемый в сетях на витых парах (TPDDI и 100BASE-TХ). Оба эти кода (рис. 3.17) не являются самосинхронизирующимися.
Коды NRZI и MLT-3
Рис. 3.17. Коды NRZI и MLT-3
Код NRZI (без возврата к нулю с инверсией единиц – Non-Return to Zero, Invert to one) предполагает, что уровень сигнала меняется на противоположный в начале единичного битового интервала и не меняется при передаче нулевого битового интервала. При последовательности единиц на границах битовых интервалов имеются переходы, при последовательности нулей – переходов нет. В этом смысле код NRZI лучше синхронизируется, чем NRZ (там нет переходов ни при последовательности нулей, ни при последовательности единиц).
Код MLT-3 (Multi-Level Transition-3) предполагает, что при передаче нулевого битового интервала уровень сигнала не меняется, а при передаче единицы – меняется на следующий уровень по такой цепочке: +U, 0, –U, 0, +U, 0, –U и т.д. Таким образом, максимальная частота смены уровней получается вчетверо меньше скорости передачи в битах (при последовательности сплошных единиц). Требуемая полоса пропускания оказывается меньше, чем при коде NRZ.
Все упомянутые в данном разделе коды предусматривают непосредственную передачу в сеть цифровых двух- или трехуровневых прямоугольных импульсов.
Однако иногда в сетях используется и другой путь – модуляция информационными импульсами высокочастотного аналогового сигнала (синусоидального). Такое аналоговое кодирование позволяет при переходе на широкополосную передачу существенно увеличить пропускную способность канала связи (в этом случае по сети можно передавать несколько бит одновременно). К тому же, как уже отмечалось, при прохождении по каналу связи аналогового сигнала (синусоидального) не искажается форма сигнала, а только уменьшается его амплитуда, а в случае цифрового сигнала форма сигнала искажается (см. рис. 3.2).
К самым простым видам аналогового кодирования относятся следующие (рис. 3.18):
* Амплитудная модуляция (АМ, AM – Amplitude Modulation), при которой логической единице соответствует наличие сигнала (или сигнал большей амплитуды), а логическому нулю – отсутствие сигнала (или сигнал меньшей амплитуды). Частота сигнала при этом остается постоянной. Недостаток амплитудной модуляции состоит в том, что АМ-сигнал сильно подвержен действию помех и шумов, а также предъявляет повышенные требования к затуханию сигнала в канале связи. Достоинства – простота аппаратурной реализации и узкий частотный спектр.
Аналоговое кодирование цифровой информации
Рис. 3.18. Аналоговое кодирование цифровой информации
* Частотная модуляция (ЧМ, FM – Frequency Modulation), при которой логической единице соответствует сигнал более высокой частоты, а логическому нулю – сигнал более низкой частоты (или наоборот). Амплитуда сигнала при частотной модуляции остается постоянной, что является большим преимуществом по сравнению с амплитудной модуляцией.
* Фазовая модуляция (ФМ, PM – Phase Modulation), при которой смене логического нуля на логическую единицу и наоборот соответствует резкое изменение фазы синусоидального сигнала одной частоты и амплитуды. Важно, что амплитуда модулированного сигнала остается постоянной, как и в случае частотной модуляции.
Применяются и значительно более сложные методы модуляции, являющиеся комбинацией перечисленных простейших методов. Чаще всего аналоговое кодирование используется при передаче информации по каналу с узкой полосой пропускания, например, по телефонным линиям в глобальных сетях. Кроме того, аналоговое кодирование применяется в радиоканалах, что позволяет обеспечивать связь между многими пользователями одновременно. В локальных кабельных сетях аналоговое кодирование практически не используется из-за высокой сложности и стоимости как кодирующего, так и декодирующего оборудования.
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.
Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель – это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент – это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.
Рис. 2.4. Структура оптоволоконного кабеля
Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля (рис. 2.4). Только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром около 1 – 10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции – стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае речь идет о режиме так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется. Однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).
Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам сигнал не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как при этом нарушается целостность кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, то есть 1000 ГГц, что несравнимо выше, чем у электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля.
Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях на частотах, используемых в локальных сетях, составляет от 5 до 20 дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических кабелей на низких частотах. Но в случае оптоволоконного кабеля при росте частоты передаваемого сигнала затухание увеличивается очень незначительно, и на больших частотах (особенно свыше 200 МГц) его преимущества перед электрическим кабелем неоспоримы, у него просто нет конкурентов.
Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.
Самый главный из них – высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа. Следует помнить, что некачественная установка разъема резко снижает допустимую длину кабеля, определяемую затуханием.
Также надо помнить, что использование оптоволоконного кабеля требует специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.
Оптоволоконные кабели допускают разветвление сигналов (для этого производятся специальные пассивные разветвители (couplers) на 2—8 каналов), но, как правило, их используют для передачи данных только в одном направлении между одним передатчиком и одним приемником. Ведь любое разветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до конца сети. Кроме того, в разветвителе есть и внутренние потери, так что суммарная мощность сигнала на выходе меньше входной мощности.
Оптоволоконный кабель менее прочен и гибок, чем электрический. Типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10 – 20 см, при меньших радиусах изгиба центральное волокно может сломаться. Плохо переносит кабель и механическое растяжение, а также раздавливающие воздействия.
Чувствителен оптоволоконный кабель и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Резкие перепады температуры также негативно сказываются на нем, стекловолокно может треснуть.
Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией звезда и кольцо. Никаких проблем согласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели или, во всяком случае, сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стекла более чем достаточно.
Существуют два различных типа оптоволоконного кабеля:
* многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;
* одномодовый кабель, более дорогой, но имеет лучшие характеристики по сравнению с первым.
Суть различия между этими двумя типами сводится к разным режимам прохождения световых лучей в кабеле.
Распространение света в одномодовом кабеле
Рис. 2.5. Распространение света в одномодовом кабеле
В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего они достигают приемника одновременно, и форма сигнала почти не искажается (рис. 2.5). Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным типом благодаря своим прекрасным характеристикам. К тому же лазеры имеют большее быстродействие, чем обычные светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле составляет около 5 дБ/км и может быть даже снижено до 1 дБ/км.
Распространение света в многомодовом кабеле
Рис. 2.6. Распространение света в многомодовом кабеле
В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается (рис. 2.6). Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн около 30 – 50 нм. Допустимая длина кабеля составляет 2 – 5 км. Многомодовый кабель – это основной тип оптоволоконного кабеля в настоящее время, так как он дешевле и доступнее. Затухание в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом и составляет 5 – 20 дБ/км.
Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4—5 нс/м, что близко к величине задержки в электрических кабелях.
Оптоволоконные кабели, как и электрические, выпускаются в исполнении plenum и non-plenum.
Средой передачи информации называются те линии связи (или каналы связи), по которым производится обмен информацией между компьютерами. В подавляющем большинстве компьютерных сетей (особенно локальных) используются проводные или кабельные каналы связи, хотя существуют и беспроводные сети, которые сейчас находят все более широкое применение, особенно в портативных компьютерах.
Информация в локальных сетях чаще всего передается в последовательном коде, то есть бит за битом. Такая передача медленнее и сложнее, чем при использовании параллельного кода. Однако надо учитывать то, что при более быстрой параллельной передаче (по нескольким кабелям одновременно) увеличивается количество соединительных кабелей в число раз, равное количеству разрядов параллельного кода (например, в 8 раз при 8-разрядном коде). Это совсем не мелочь, как может показаться на первый взгляд. При значительных расстояниях между абонентами сети стоимость кабеля вполне сравнима со стоимостью компьютеров и даже может превосходить ее. К тому же проложить один кабель (реже два разнонаправленных) гораздо проще, чем 8, 16 или 32. Значительно дешевле обойдется также поиск повреждений и ремонт кабеля.
Но это еще не все. Передача на большие расстояния при любом типе кабеля требует сложной передающей и приемной аппаратуры, так как при этом необходимо формировать мощный сигнал на передающем конце и детектировать слабый сигнал на приемном конце. При последовательной передаче для этого требуется всего один передатчик и один приемник. При параллельной же количество требуемых передатчиков и приемников возрастает пропорционально разрядности используемого параллельного кода. В связи с этим, даже если разрабатывается сеть незначительной длины (порядка десятка метров) чаще всего выбирают последовательную передачу.
К тому же при параллельной передаче чрезвычайно важно, чтобы длины отдельных кабелей были точно равны друг другу. Иначе в результате прохождения по кабелям разной длины между сигналами на приемном конце образуется временной сдвиг, который может привести к сбоям в работе или даже к полной неработоспособности сети. Например, при скорости передачи 100 Мбит/с и длительности бита 10 нс этот временной сдвиг не должен превышать 5—10 нс. Такую величину сдвига дает разница в длинах кабелей в 1—2 метра. При длине кабеля 1000 метров это составляет 0,1—0,2%.
Надо отметить, что в некоторых высокоскоростных локальных сетях все-таки используют параллельную передачу по 2—4 кабелям, что позволяет при заданной скорости передачи применять более дешевые кабели с меньшей полосой пропускания. Но допустимая длина кабелей при этом не превышает сотни метров. Примером может служить сегмент 100BASE-T4 сети Fast Ethernet.
Промышленностью выпускается огромное количество типов кабелей, например, только одна крупнейшая кабельная компания Belden предлагает более 2000 их наименований. Но все кабели можно разделить на три большие группы:
* электрические (медные) кабели на основе витых пар проводов (twisted pair), которые делятся на экранированные (shielded twisted pair, STP) и неэкранированные (unshielded twisted pair, UTP);
* электрические (медные) коаксиальные кабели (coaxial cable);
* оптоволоконные кабели (fiber optic).
Каждый тип кабеля имеет свои преимущества и недостатки, так что при выборе надо учитывать как особенности решаемой задачи, так и особенности конкретной сети, в том числе и используемую топологию.
Можно выделить следующие основные параметры кабелей, принципиально важные для использования в локальных сетях:
* Полоса пропускания кабеля (частотный диапазон сигналов, пропускаемых кабелем) и затухание сигнала в кабеле. Два этих параметра тесно связаны между собой, так как с ростом частоты сигнала растет затухание сигнала. Надо выбирать кабель, который на заданной частоте сигнала имеет приемлемое затухание. Или же надо выбирать частоту сигнала, на которой затухание еще приемлемо. Затухание измеряется в децибелах и пропорционально длине кабеля.
* Помехозащищенность кабеля и обеспечиваемая им секретность передачи информации. Эти два взаимосвязанных параметра показывают, как кабель взаимодействует с окружающей средой, то есть, как он реагирует на внешние помехи, и насколько просто прослушать информацию, передаваемую по кабелю.
* Скорость распространения сигнала по кабелю или, обратный параметр – задержка сигнала на метр длины кабеля. Этот параметр имеет принципиальное значение при выборе длины сети. Типичные величины скорости распространения сигнала – от 0,6 до 0,8 от скорости распространения света в вакууме. Соответственно типичные величины задержек – от 4 до 5 нс/м.
* Для электрических кабелей очень важна величина волнового сопротивления кабеля. Волновое сопротивление важно учитывать при согласовании кабеля для предотвращения отражения сигнала от концов кабеля. Волновое сопротивление зависит от формы и взаиморасположения проводников, от технологии изготовления и материала диэлектрика кабеля. Типичные значения волнового сопротивления – от 50 до 150 Ом.
В настоящее время действуют следующие стандарты на кабели:
* EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) – американский;
* ISO/IEC IS 11801 (Generic cabling for customer premises) – международный;
* CENELEC EN 50173 (Generic cabling systems) – европейский.
Эти стандарты описывают практически одинаковые кабельные системы, но отличаются терминологией и нормами на параметры.
Событие - это какое-либо действие, осуществляемое пользователем либо браузером. Например, когда мы щелкаем (кликаем) на ссылке - осуществляется событие, его перехватывает специальный обработчик и перенаправляет нас на нужную страницу; при наведении курсора (указателя мыши) на ссылку в строке состояния (обычно находится в нижней части окна браузера) отображается адрес, так как обработчик "наведения курсора на объект (в данном случае на ссылку)" помещает туда этот адрес и так далее...
а). onmouseout и onmouseover
Для начала наведем курсор на кнопку "Сброс" или "Отправить" и обратим внимание на строку состояния. Вы должны увидеть там надпись с объяснением значения кнопки. Теперь отведите курсор и строка состояния очистится.
Содержимое строки состояния хранится в переменной window.status. Переменная это некоторый объект (можно представить себе ящик), значение которого (содержимое которого) можно изменять. Изменение значения осуществляется операцией присваивания (=), а выглядит она следующим образом:
имя_переменной = "значение"; (какие использовать кавычки: одинарные или двойные значения не имеет)
Поэтому для того, чтобы изменить надпись в строке состояния, нам нужно присвоить переменной window.status нужное нам значение (подсказку к кнопке), а когда курсор будет убран - присвоить пустую строку("").
Вся задача сводится к тому, чтобы определить когда пользователь наводит курсор на кнопку, а когда убирает его. Для этого нужно "сказать" обработчикам этих событий выполнить нужное нам действие. Обработчик события "наведение курсора" - onmouseover, а "отведение курсора" - onmouseout.
Очень многие тэги имеют атрибуты, начинающиеся с on (onclick, onmouseout, onfocus и т. д.). Значение этих атрибутов и есть, задача которую необходимо выполнить соответствующему обработчику. То есть для обработчика onmouseout есть атрибут onmouseout, для onmouseover - onmouseover. И в итоге мы получаем следующее определение кнопок:
Как Вы видите, атрибут onmouseover имеет в качестве значения JavaScript-код: window.status='Щелкните для отправки данных', как только курсор достигает кнопки, обработчик события mouseover - onmouseover, смотрит, что хранится в атрибуте onmouseover и выполняет необходимое действие(присвоение значения переменной window.status). Аналогично действует и обработчик события onmouseout: как только курсор уводиться от кнопки (то есть выполняется событие mouseout), то обработчик события - onmouseout выполняет код, содержащийся в атрибуте onmouseout.
То же самое и со второй кнопкой.
б). <a href="Java Scriptfunction()">Function</a>
Теперь щелкните на ссылке и откроется окошко с подсказкой. Но заметьте, что окно небольших размеров и у него нет панели инструментов - такого силами html не сделаешь! В данном примере мы имеем окно размером 300x200, без панелей инструментов, содержащее документ help.html.
Для того чтобы создать такое окошко существует следующий JavaScript-код:
где:
1. helpWindow - это имя переменной (как window.status, только в данном случае имя выбирается произвольно). Эта переменная нужна для последующей работы с окном (например, закрыть его нестандартным способом - с помощью JavaScript-сценария).
- Зачем? Не проще ли указывать просто имя открывающейся страницы, например help.html?
- А если у нас две копии одной и той же страницы? Или две страницы с одинаковым именем(например, в разных папках)? Вот для того, чтобы не перепутать страницы и свободно работать именно с тем окном с которым предполагаешь и сделанно, так чтобы "окно" присваивалось переменной, так как имя переменной можно выбрать любое.
2. window.open(что-то) - это функция. Функции выполняют определенную задачу, в данном случае window.open() открывает новое окно.
3. help.html - это страница, которую нужно открыть.
4. "" - В кавычках должно быть имя окна, но оно нам не пригодится, поэтому там нулевая строка. В следующих кавычках указываются "параметры открываемого окна": оно не должно содержать панели инструментов (toolbar=0) и должно быть шириной 300 пикселей, а высотой - 200 (width=300,height=200, соответственно).
Теперь все, что нужно это по событию "щелчка" выполнить этот код, однако есть два "но". Во-первых строка очень длинная, чтобы присвоить ее какому-либо атрибуту - будет некрасиво смотреться, да и вызывать неудобства при чтении кода страницы. Во-вторых, первоначальное предназначение ссылки - это переход на другую страницу, но нам переходить никуда не нужно, нам нужно выполнить вместо этого JavaScript-код.
Первое решается написанием функции. Как я уже говорил функция выполняет некоторую задача, причем для использования функции достаточно указать ее имя. Можно не только использовать предопределенные(функции, которые имеется в языке и без нас), но и писать их самому. Обычно функции определяются(пишутся) в разделе HEAD документа, в котором используются:
"function" значит, что дальше будет написана наша функция; help() - это имя функции (оно будет указываться вместо тела функции (между { и })).
Вторая проблема решается тоже довольно просто. Адрес страницы указывается в атрибуте href, а нам надо выполнить JavaScript код вместо перехода по ссылке:
"Java Script" означает, что дальше должен идти JavaScript-код, и что он должен выполняться вместо стандартного перехода по ссылке. В данном случае наш JavaScript-код - это созданная нами функция help().
в). onclick
Нам не остается ничего более, как закрыть окно со справкой. Для этого воспользуемся кнопкой "Закрыть". Но нас интересует то, как работает эта кнопка, а имеет она следующий вид:
Дабы закрыть окно мы сделали щелчок(Click) на кнопке "Закрыть", а щелчок это нажатие и отпускание кнопки мыши, причем и то и другое должно быть произведено на одном и том же элементе (например, на кнопке). Кликая, на кнопке мы активируем обработчик события onClick, который выполняет для нас JavaScript-код, прописанный в атрибуте onclick нашей кнопки. Помните мы открывали окно? Мы писали window.open(), а здесь тоже самое только window.close(). window - это текущее окно, а close() - закрыть.
Это одно из наиболее частоупотребляемых событий.
г). onfocus и onblur
Ну что ж будем ближе подбираться к вводу требуемой от нас информации.
Как я уже говорил: элемент получает фокус когда на нем происходит нажатие кнопки мыши, или на него осуществляется переход посредством клавиши табуляции (Tab), а теряет, когда фокус получает другой элемент. Наше поле для ввода получит фокус тогда, когда пользователь решиться ввести информацию. При этом было бы удобно, чтобы текст с подсказкой ("Введите Ваше имя") автоматически выделялся и посетитель мог его удалить одним нажатием на del, а не удалять по одному символу, или выделять текст вручную. Удобство пользователя свято. Итак, для этого мы воспользуемся событием focus. Для выделения текста используется метод select(). То есть атрибутом к полю надо прописать: onfocus="this.select();", this обозначает, что выделение должно происходить именно в этом текстовом поле (а можно прописать путь и к другому, но это не целесообразно).
А теперь попробуйте ничего не изменяя (или все удалив) убрать фокус (например, щелкнув в любом месте окна, или нажав Tab). Это событие blur, я прописал в нем выполнение функции: onblur="check();". Сама же функция имеет следующий вид (в разделе head страницы с формой между <script> и </script>):
document.forms[0].name.value - это то, что введено в текстовое поле. document - это текущий документ, forms[0] - первая форма на нашей страницы (отсчет с нуля), name = имя поля (задается атрибутом name (<input name="name">)), а value это и есть нужное нам значение (то, что введенно в текстовое поле, к которому м ы и написали путь). Введенное в поле мы присваиваем переменной val (var значит, что дальше идет имя переменной), чтобы в дальнейшем каждый раз не писать весь путь целиком.
Следующее это оператор if(если). Он выглядит следующим образом:
Мы сравниваем содержание переменной val с пустой строкой ('') и с начальной строкой ('Введите Ваше имя'). Обратите внимание, что сравнение не как в математике(с одним =), а сравниваются двума ==. || - или. Функция alert выводит окно с ошибкой (то, что в скобках - это текст ошибки). То есть:
И на всякий случай приведу целиком строку с кодом поля input:
д). onreset и onsubmit
Допустим, что пользователь заполнил форму неправильно, и он хочет очистить все поля формы одновременно: для этого он воспользуется стандартной кнопкой reset. Но что если пользователь щелкнет на ней по случайности (рука дрогнет, или в суете спутает с кнопкой submit), а форма была огромная, и он долго мучился ее заполнять..., ему будет грустно, и еще он будет долго материться. Поэтому хорошо бы у него дополнительно спросить: действительно ли он хочет очистить форму.
Вообще событие reset обрабатывается до очистки формы. А чтобы отменить очистку вообще, нам просто напросто надо вернуть обработчику события значение false, то есть прописать в соответствующем атрибуте: "return false;", а чтобы продолжить очистку: "return true;". А теперь вспомним функцию, которая выдает вопрос пользователю на подтверждение чего-либо, эта функция: "confirm('Вопрос?');". При нажатии "Ok", эта функция заменяется на true, а при нажатии "Cancel" на false. То есть все что от нас требуется, это прописать в теге <form> атрибут: onreset="return confirm('Вы действительно хотите сбросить форму?');". Тогда при нажатии "Ok" там на самом деле будет "return true;", и форма будет очищена, а если "Cancel", то "return false;" и очистка формы будет отменена.
Подобным образом действует событие submit, которое возникает при попытке отправить форму. Поскольку в нашем случае форму отправлять никуда не надо, то у меня просто написано: onsubmit="return false;". И сколько бы Вы не щелкали ничего не изменится (разве что Вы JavaScript отключите).
Обычно же обработчик onsubmit используется для верификации формы (то есть проверки на заполнение всех необходимых полей, правильность их заполнения, скажем, проверка по определенному шаблону и т. п.), для этого создается функция, которая выполняет все действия. Функция должна содержать операторы "return true" и "return false", которые позволяют, заменить функцию на true или false, соответственно, в зависимости от результатов проверки (если успешно, то true, если нет false). Но верификация данных это обширная тема, которая не может быть рассмотрена здесь. Один из примеров базовой верификации я привел, когда объяснял событие blur - подобную функцию можно использовать и здесь. Тогда <form> будет содержать атрибут: onsubmit="return function();".
Но не забывайте, что нельзя ограничиваться одной лишь проверкой языком JavaScript, ибо его поддержка может быть отключена у посетителя, и тогда все Ваши труды по защите...
е). onmousedown и onmouseup
Еще одна пара событий не нашла достойного места на странице, но я ее реализовал в виде кнопки "Button". Причем это не обычная html-кнопка, она реализована в виде двух картинок. Исходная кнопка хранится в файле с именем npressed.jpg, а нажатая - pressed.jpg. Чтобы достичь эффекта нажатия кнопки нам необходимо, чтобы при при щелчке на ней(this) значение атрибута src (путь к картинке) тега <img> менялось на pressed.jpg, а при отпускании обратно на npressed.jpg. Нажатие кнопки обрабатывает onmousedown, а отпускание - onmouseup, то есть здесь все просто:
ж). onload, onunload и onabort
Обработчик события onload активируется, когда начинает загружаться графическая часть страницы (все тексты, графика и т.п.). onload является атрибутом тега <body>. Если честно я не вижу сколько бы реального применения этому событию, зато я нашел, что можно сделать с onunload. onunload это тоже атрибут тега <body>. Событие unload происходит когда мы пытаемся покинуть данную страницу (переходим по ссылке на другую, закрываем окно браузера, обновляем страницу и т. д.). Откройте еще раз окошко справки. Допустим, что пользователь прочитал справку, и хочет отправить форму, или уйдет с нашего сайта, но при этом он забыл закрыть это маленькое окошко с подсказкой, мы на выходе закроем его сами. А для этого тег <body> (у начального документа) у нас будет выглядеть следующим образом:
Вы должны бы помнить, что helpWindow это имя нашего окна (ведь именно этой переменной мы присваивали его открытие: helpWindow = window.open("help.html", "", "toolbar=0,width=300,height=200")), а метод close() закрывает это окно. Некоторые нехорошие люди используют это событие, чтобы когда посетители уходили с его страницы, появлялись какие-либо окна, так называемые pop-up.
onabort - атрибут тега <img>. Когда пользователь отменяет загрузку изображения происходит событие abort. Но отмена загрузки изображения может не входить в наши плане. И в качестве предупреждения у нас может быть написано нечто похожее на
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Есть некоторые события о которых я здесь нарочно не упомянул, потому что не нашел им достойного применения, но Вам они возможно пригодятся, поэтому я уделю им немного внимания.
onchange - обработчик события, который активируется, когда Вы изменяете содержимое текстового элемента или текстовой области (<TEXTAREA>) (например, когда Вы вводите или удаляете очередную букву какого-либо текстового поля).
onselect - обработчик события выбора текста. То есть это событие происходит, когда пользователь пытается выделить текст в текстовом элементе или текстовой области.
onerror - обработчик события error, которое возникает при ошибке загрузки документа или изображения (то есть onerror это атрибут тегов <body> и <img>). Оно возникает при синтаксической ошибке JavaScript-кода (но Вы ведь не будете специально делать в нем ошибки), либо ошибкой времени выполнения (например, если Ваш скрипт выполняет какие-либо вычисления и у Вас по ошибке получится так, что некое число будет делиться на ноль, а это недопустимо - это и есть одна из ошибок времени выполнения).
Так же не забывайте, что я привел лишь по одному примеру из десятков возможных на каждое событие. Здесь главное Ваша фантазия и навыки. Например, события mouseout, mouseover, mouseup, mousedown часто используются для создания выпадающих меню и других визуальных эффектов, но это весьма трудный материал, который требует более глубоких знаний, причем не одного JavaScript.
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.
Поиск
