В основе первых трех изданий книги лежит идея о том, что компьютер можно рассматривать как иерархию уровней, каждый из которых выполняет какую-либо определенную функцию. Это фундаментальное утверждение сейчас столь же правомерно, как и в момент выхода в свет первого издания, поэтому мы по-прежнему берем его за основу, на этот раз уже в четвертом издании. Как и в первых трех изданиях, в этой книге мы подробно описываем цифровой логический уровень, уровень архитектуры команд, уровень операционной системы и уровень языка ассемблера (хотя мы изменили некоторые названия, чтобы следовать современным установившимся обычаям). В целом структура электронной книги осталась прежней, но в четвертое издание внесены некоторые изменения, что объясняется стремительным развитием компьютерной промышленности. Например, все программы, которые в предыдущих изданиях были написаны на языке Pascal, в четвертом издании переписаны на язык Java, чтобы продемонстрировать популярность языка Java в настоящее время. Кроме того, в качестве примеров в книге рассматриваются более современные машины (Intel Pentium II, Sun UltraSPARC II и Sun picojava II).
Учебное пособие содержит оригинальный научный и учебно-методический материал, посвященный созданию систем безопасности для операционных сред Windows NT/2000. Рассматриваются вопросы создания различных драйверов уровня ядра ОС, предназначенных для шифрования трафика и контроля доступа. Учебное пособие используется при организации занятий на факультете информационной безопасности МИФИ.
Освещаются вопросы защиты информации в компьютерных системах. Анализируются и классифицируются возможные угрозы безопасности информации, рассматриваются методы и средства защиты от незаконного проникновения в вычислительные сети, раскрываются подходы к построению и эксплуатации комплексных систем защиты.
Учебное пособие по защите информации в компьютерных системах. Проанализированы и классифицированы угрозы безопасности информации, рассмотрены методы и средства защиты от проникновения в сети, рассказано об устройстве и эксплуатации комплексных систем защиты.
Из содержания: Правовые и организационные методы защиты в компьютерных системах. Криптографические методы защиты. Защиты в распределенных системах. И др. Библиография 70 названий.
Для студентов и специалистов в области информационных технологий, для пользователей компьютерных систем.
На фоне прочих СУБД, распространяемых с открытыми текстами, PostgreSQL выделяется своей надежностью и богатством возможностей. В книге рассматриваются практические аспекты установки и сопровождения сервера БД на базе PostgreSQL. Основное внимание уделяется таким стандартным операциям, как архивация и восстановление баз данных, управление учетными записями пользователей, создание новых баз данных, запуск и остановка сервера и т.д. Отдельная часть книги посвящена нетривиальным темам, специфическим для PostgreSQL, в том числе работе с базами данных в языке Java и построению web-сайтов на основе данных PostgreSQL.
Книга предназначена для системных администраторов, занимающихся техническим сопровождением серверов БД, но ее материал также представляет интерес для широкого круга читателей, желающих поближе познакомиться с PostgreSQL.
Предлагаемая бесплатная книга представляет собой первую отечественную попытку систематического изложения как математических, так и физических основ квантовых вычислений и принципов работы квантовых компьютеров. В данной электронной книги определены необходимые понятия квантовой теории информации, описаны основные квантовые логические операции и квантовые алгоритмы. Детально рассматриваются варианты уже реализованных прототипов квантовых компьютеров.
В электронной книге американского автора на различных примерах из практики программирования показано, как хорошее понимание особенностей поставленной задачи позволяет найти оптимальое по быстродействию, объему требуемой памяти, легкости модификации решения. Наряду с конкретными примерами даны общие рекомендации по составлению оптимальных алгоритмов и программ.
Эта книга написана для программистов. Хороший программист должен знать все, что написано до него, только тогда он будет писать хорошие программы. Главы этой книги посвящены наиболее привлекательному аспекту профессии программиста: жемчужинам программирования, рождающимся за пределами работы, в области фантазии и творчества. В них рассматриваются: постановка задач, теория алгоритмов, структуры данных, вопросы повышения эффективности кода, а также верификация и тестирование программ.
Книга `Настройка производительности UNIX-систем` отвечает на два важнейших вопроса: как добиться максимального эффекта без покупки дополнительного оборудования, и в каких случаях его все же стоит приобрести (больше памяти, более быстрые диски, процессоры и сетевые интерфейсы). Вложение денежных средств - не панацея. Адекватно оценить необходимость обновления и добиться максимальной производительности можно, только хорошо представляя работу компьютеров и сетей и понимая распределение нагрузки на системные ресурсы. Авторы книги оказали неоценимую помощь администраторам, подробно и аргументировано рассказав обо всех тонкостях искусства настройки систем. Полностью обновленное издание ориентировано на Solaris и Linux, но обсуждаемые принципы применимы к любым системам. В книге рассматриваются настройка параметров, управление рабочим процессом, методы измерения производительности, выявление перегруженных и неработоспособных участков сети, добавлен новый материал о дисковых массивах, микропроцессорах и оптимизации программного кода.
Представленная книга посвящена PHP - серверному межплатформенному встроенному в HTML языку написания сценариев. Рассматриваются следующие вопросы: синтаксис языка, строки и управляющие структуры, массивы и регулярные выражения, функции; описываются приемы отладки Ваших сценариев. Особое внимание уделяется получению введенной в форму информации, работе с файловой системой, базами данных, cookie и др.
Включенные в состав книги приложения содержат информацию об установке и настройке Web-сервера, инсталяции языка PHP. Здесь же обсуждаются вопросы безопасности скриптов, даются ссылки на Web-ресурсы, посвященные PHP.
Книга будет полезна как начинающим Web-мастерам, которые только собираются создавать сайты, так и профессиональным дизайнерам, желающим внести элементы динамики в проектируемые ими ресурсы.
В этой книге описан новый подход к созданию Web-приложений, известный как Ajax. Авторы рассматривают составные части Ajax: JavaScript, CSS, DOM и объект XMLHttpRequest. Кроме того, в книге нашли отражение вопросы управления кодом, взаимодействия клиента и сервера и применения архитектуры "модель-представление-контроллер" на разных уровнях приложения. Читатель также найдет сведения о защите и производительности - важных характеристиках, существенно влияющих на популярность любого продукта. Рассматриваемые вопросы иллюстрируются примерами практического использования Ajax. В приложениях содержится дополнительная информация об инструментальных средствах, о языке JavaScript и библиотеках. Материал книги изложен на высоком уровне и будет полезен специалистам высокой и средней квалификации.
В рамках Ajax объединено несколько дисциплин, поэтому читатели могут прийти к пониманию данной инфраструктуры различными путями.Часть предполагаемой аудитории - это профессиональные разработчики корпоративных систем, имеющие ученые степени в области компьютерных наук, за плечами которых годы продуктивной работы над большими программными продуктами. Их кругозор позволяет выйти за рамки уровня представления классического Web-приложения. Другую группу читателей составляют Web-дизайнеры, которые освоили "новую среду", изучив такие языки, как PHP, VisualBasic, JavaScript и ActionScript. Нельзя также забывать разработчиков приложений, перешедших от настольных систем к Web, и системных администраторов, которых в основном интересуют инструментальные средства управления на базе Web.
Все эти категории читателей объединяет неподдельный интерес к Ajax. При написании книги мы попытались в той или иной мере учесть интересы каждой из этих категорий. Ajax - это объединение различных технологийи, изучая данную инфраструктуру, вам неизбежно придется столкнуться с новыми для себя вопросами. Мы призываем вас расширить свой кругозор и повысить квалификацию. Затраченные усилия окупают себя, а результаты проявляются в различных областях нашей профессиональной деятельности.
Книга отличается от других учебников по C++ новым подходом к изложению материала, основанным на логике и здравом смысле. Вместо простого переисления языковых конструкций, снабженных примерами, авторы стремяться научить читателя мыслить категориями C++. Они подробно объясняют, почему проектировщики языка принимали то или иное решение, описывают типичные проблемы и пути их решения.
Во втором томе рассматриваются такие темы, как обработка исключений, стандартная библиотека C++ (включая потоки ввода/вывода, контейнеры и алгоритмы STL), шаблоны, множественное наследование, RTTI, автоматизация тестирования и отладки программ, паттерны проектирования итд.
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.
В этом разделе речь пойдет о растеризации двумерных графических примитивов, таких как отрезки, окружности, эллипсы. Мы попробуем разобраться, в чем отличие идеальных математических объектов от реальных отрезков и окружностей, рисуемых на экране.
При этом рассматриваются реальные задачи отрисовки графики, поэтому предложенные алгоритмы должны работать с приемлемой скоростью и использовать различные оптимизации.
Далее, на базе рассмотренных методов, будут построенны алгоритмы заливки фигур.
Связность
Идеальная математическая линия представляет собой бесконечное количество точек, удовлетворяющих определенному уравнению, или задана другим образом. Реальный экран это всегда конечное количество точек. Изображение представляет из себя прямоугольную сетку, узлы которой имеет целочисленные координаты. Появляется законный вопрос: как определить связность линии на экране?
Традиционно вводятся два понятия связности.
4-связность: пикселы p1(x1, y1) и p2(x2, y2) называются соседними, если либо разность их координат по оси x, либо разность их координат по оси y равна 1 (либо исключающее):
|x2 – x1| + |y2 – y1| <= 1
8-связность: пикселы p1(x1, y1) и p2(x2, y2) называются соседними, если разность их координат по оси x и разность их координат по оси y не больше 1:
|x2 – x1| <= 1, |y2 – y1| <= 1
8-связность(рис 1.) и 4-связность (рис 2.)
Линией на растровой сетке будем считать последовательность пикселов {P1, …, Pn}, таких, что любые два пиксела Pi, Pi+1 являются соседними в смысле заданной связности.
Прим. Отметим, что любая четырехсвязная линия одновременно является восьмисвязной, но не наоборот. Таким образом 4-связность является более сильным понятием.
Отсечение
Понятие связности, введенное выше, позволяет обойти требование на целочисленность координат всех точек. С помощью этого понятия можно судить о связности дискретной линии. Другая проблема состоит в том, что область вывода всегда имеет ограниченные размеры. Область формы, на которую делался вывод в предыдущих разделах, имеет форму прямоугольника. Таким образом появляется задача отсечения выводимых геометрических примитивов по границе некоторой области. Алгоритмы отчесения будут рассмотрены ниже.
Переход к оконным координатам
В предыдущем разделе не акцентировалось внимание, где именно стоит перейти из логических координат в оконные. Дискретность сетки, на которую выводится изображение, имеет определенные преимущества. А именно, за счет целочисленности коорднат пикселей можно создать алгоритмы, которые будут также работать только с целыми числами. Более того, во многих случаях основной цикл из числа арифметических операций содержит только сложения!
Становится ясно, что переход к оконным коодинатам нужно осуществить до начала работы основного алгоритма. В общем случае схема работы будет выглядеть следующим образом:
Это то, что касается базовых понятий. В последующих статьях будут рассмотрены математические основы задания графических примитивов и алгоритмы их построения (растеризации).
Выбор ключевых слов является одним из важнейших этапов оптимизации сайта под поисковые системы. Так как поисковики являются основным источником целевых посетителей, то этому вопросу надо уделять особое внимание. Правильно подобранные ключевые слова помогут пользователям легко находить страницы сайта, а также повысят их позицию в результатах выдачи по запросу.
Итак, для начала необходимо проанализировать тематику сайта и постараться взглянуть на него глазами посетителя. Цель такого упражнения-разминки – подбор слов и выражений, по которым, на ваш взгляд, производится поиск подобных сайтов.
Теперь можно приступить к детализации задачи, а именно, подбору ключевых слов для каждой страницы сайта отдельно. Большинство начинающих разработчиков при оптимизации допускают одну критическую ошибку, а именно, оптимизируют все страницы под одни и те же запросы. Они не учитывают тот факт, что машины поиска каждую страницу рассматривают независимо от остальных, поэтому необходимо оптимизировать страницы по отдельности, тщательно подбирая для них ключевые слова.
При анализе страницы необходимо написать около двух десятков ключевых слов, из которых попробовать сформировать фразы с учетом возможностей морфологического поиска и расположить слова и выражения в порядке их соответствия тематике страницы.
Например, ваша компания занимается продажей бытовой техники. Вместо использования в тегах HTML-кода и содержимом страниц ключевой фразы “продажа бытовой техники”, нужно уточнить эту фразу в зависимости от содержимого каждой страницы. Если на данной странице внимание сфокусировано, например, на кухонных комбайнах, то теги и текст необходимо оптимизировать именно под это выражение.
Сейчас идет тенденция к оптимизации страниц больше под ключевые выражения, чем под отдельные слова. Это связано с повышением уровня интернет-пользователей, которые для уточнения поисковых запросов из ключевых слов с помощью служебных символов строят ключевые фразы, значительно повышающие релевантность результатов поиска.
Следующий этап - это анализ частоты запросов по пунктам списка, составленного на этапе обдумывания тематики сайта. Здесь уже придется излагать не свое видение сайта, а вооружиться поисковой системой. Желательно брать тот поисковик, в трафике которого вы больше всего заинтересованы.
Составленный список предполагаемых ключевых слов можно проверить, например, с помощью сервиса «Яндекс.Директ» и выделить в нем фразы, сходные с заданными изначально. Далее необходимо посмотреть количество запросов для каждого выражения, выбранного на первом этапе, и попробовать найти фразы-синонимы. Если для них количество запросов будет больше, есть смысл заменить первоначальный вариант.
Чтобы выявить близкие по значению выражения, можно использовать сервис «Рамблер-Ассоциации», который представляет статистику поисковых запросов и работает по принципу «Те, кто ищут [запрос пользователя], ищут также». Сервис предназначен в помощь пользователю, совершившему поиск по какому-либо запросу и не получившему нужной информации. Статистика “ассоциаций” помогает выяснить интересы пользователей, путем анализа списка запросов, схожих с основным. Для выявления англоязычных запросов можно использовать сервис Wordtracker, который в бесплатной версии выдает ограниченные отчеты по поисковым запросам.
Теперь необходимо проанализировать полученную статистику запросов по списку ключевых слов. Если по некоторым из них результаты зашкаливают за десятки тысяч, их однозначно можно убрать из дальнейшего рассмотрения т.к. эти слова используются многими конкурентами. Здесь надо учесть тот факт, что если для оптимизации будет выбрана слишком распространенная ключевая фраза, то потребуется много времени и сил, чтобы взобраться на вершину ранжированного списка результатов. Кроме того, привлеченный таким образом сетевой трафик будет плохо сфокусирован, т.е. процент целевых покупателей будет невелик. С другой стороны, если для ключевой фразы будет получено малое число результатов, то эффективность такой оптимизации также буде невысока.
Чтобы добиться компромисса в этом сложном вопросе, надо брать ключевую фразу, которая является оптимальной для тематики страницы и высоко конкурентной, и добавлять в нее описательные слова или, например, конкретные модели и торговые марки, т.е. конкретизировать представленную на странице информацию.
Часто многие сайты для привлечения большего числа посетителей используют для ключевых слов практически на всех страницах выражения типа “все модели”, “весь модельный ряд”, “огромный выбор” и т.д. Если на вашем сайте в самом деле представлены все модели некоторой торговой марки или же подавляющее большинство их, то лучшим вариантом будет оптимизация под такой запрос какой-то одной страницы, например с самой популярной моделью. При этом на этой странице обязательно должны быть ссылки на другие модели или на страницу с кратким представлением всех моделей в удобном для сравнения виде. Если в ключевой фразе перечисляются конкретные модели, то необходимо располагать их в порядке убывания популярности.
Очень часто при вводе поискового запроса пользователи не пишут прописные буквы в названиях компаний, торговых марок, городов и т.п. Т.к. некоторые системы поиска чувствительны к регистру символов, т.е. поиск по вариантам фразы с символами, преобразованными в нижний регистр, и с символами в верхнем регистре приводит к разным результатам. Поэтому, чтобы улучшить результаты поиска своего сайта, надо добавлять на страницы все варианты написания ключевой фразы. Если во фразе используются слова, которые по правилам языка пишутся с прописной буквы, то можно использовать ее версию со строчными буквами там, где она не будет видна для посетителей.
В зависимости от того, под какую систему поиска оптимизируется сайт, необходимо узнать поддерживается ли ей морфологический поиск, т.е. поиск по слову во всех его морфологических формах. Это значит, что поиск по фразе «оптовая покупка скидка» может быть интерпретирован, как “при оптовой покупке скидки” и т.д. Чтобы определить, выполняет ли данный поисковик морфологическую функцию, можно проработать поиск по различным версиям ключевой фразы и проанализировать результаты.
Необходимо не только постоянно проводить мониторинг частоты использования вашей ключевой фразы пользователями, но и отслеживать, как много других страниц также оптимизированы под нее. Т.е. надо постоянно следить за конкурирующими ресурсами, которые стоят первыми в рейтинге при запросе по данной тематике.
Таким образом, выбор наиболее эффективных ключевых фраз может буквально поставить на ноги ваш онлайновый бизнес, а неудачный, наоборот, разрушить его. Главное не забывать, что каждая страница оптимизируется под одну-две ключевые фразы, которые четко соответствуют ее тематике.
Для многих вебмастеров SEO (search engine optimization, оптимизация для поисковой машины) - это не что иное, как просто набор трюков и методик, которые несомненно должны поднимать их сайт в рейтингах всех поисковиков. Такое отношение к SEO может и дает временные результаты, тем не менее, здесь содержится большой недостаток: правила постоянно меняются.
Алгоритмы поисковых машин постоянно меняются, как, например, антивирусное программное обеспечение. Ведь в мире постоянно появляются новые вирусы, поэтому они и должны постоянно совершенствовать и вносить коррективы в свои программы. Аналогично обстоит дело и с поисковиками: все в этом мире быстро меняется, а интернет-сфера еще быстрее.
Тем не менее, существует определенный набор правил, по которым поисковики ранжируют сайты, которых должен придерживаться каждый вебмастер в нелегком процессе поисковой оптимизации. Конечно, нет 100% гарантии, что все это работает сейчас или уже появились новые правила игры, но идея остается прежней. Меняются лишь детали, как говорится.
Но если мы не можем применить для оптимизации стандартный набор правил, то что же нам делать? Выход здесь в том, что не нужно всеми силами стараться разобраться в хитростях работы поисковой машины, а просто понять каким образом они работают. У этих самых хитростей есть своя логика работы, которую довольно просто вычислить, что и является их недостатком.
Так что же на самом деле необходимо?
Для достижения высоких позиций в рейтинге (да еще на долгое время) следует понимать, что поисковый робот - это в своем роде живое существо. Конечно, я при этом не имею ввиду, что у них есть мозги, пусть это останется для писателей-фантастов. Тем не менее их поведение и способы работы во многом похожи на работу этого самого мозга.
А теперь остановимся на рассмотрении некоторых функций их "мозга". В общем можно сказать, что им присуща такая специфика, как (если принять интернет за мир с множеством дорог) ходить различными путями, следуя указаниям установленных знаков и собирая всевозможную информация об этой дороге. Затем они направляют собранную информацию группе серверов, которые уже по своим специфическим алгоритмам определяют ее важность для внесения в свои базы.
По каким принципам работают эти алгоритмы? Для начала они создаются людьми, которые прекрасно разбираются в принципах работы интернета и информации, которая в нем содержится. А так как всемирная паутина постоянно изменяется, то эти самые люди и вносят необходимые коррективы в поисковые алгоритмы. По своей сути поисковую машину следует рассматривать, как существо, которое постоянно собирает информацию, сохраняет ее, а потом сортирует исходя из ее важности и с большим удовольствием отсеивает ненужную. Только вот как это она делает и исходя из каких принципов - толком не ясно.
Присмотримся поближе
Понимание того, что из себя представляет поисковая машина на самом деле, попытаемся выяснить в сравнении с анатомией человека. Пусть машина и не дышит, но она содержит много схожего, что необходимо ей для ее виртуальной жизни. А состоит она из следующего:
Легкие: Данный орган у поисковой машины, как и большинство жизненно важных органов, расположены внутри огромных data-центров (сервера, специально предназначенные для хранения информации). Как и организме человека, легкие мы не считаем очень важным органом, тем не менее понимаем, что без них не обойтись и нужно поддерживать их здоровыми.
Руки и ноги: Представим себе, что руки и ноги поисковой машины не что иное, как ссылки на ресурсы, которые она щедро выдает по запросу пользователя. С помощью этого органа мы можем найти все, что нам нужно и получить указатель в виде ссылки на необходимый ресурс. Также, как и тело человека изначально было создано для движения и исследования окружающего мира, аналогично и поисковые машины изначально запрограммированы исследовать всемирную паутину.
Глаза: Глазами поисковой машины являются так называемые пауки (еще их называют роботами или краулерами). Эти самые пауки постоянно просматривают интернет для поиска новых сайтов и следят за изменениями на уже проиндексированных. В данном случае пауки "ползают" по страничкам сайта по его внутренним ссылкам (как по путям), аналогично человеку, который на своем пути видит множество дорог для своего передвижения. К счастью для нас, поисковые роботы движутся по оптико-волоконным проводам, вот поэтому они могут путешествовать по интернету со скоростью света. Это-то и позволяет им посетить все интернет-странички, которые попадаются им на пути.
Мозг: Мозг поисковой машины выполняет те же функции, что и мозг человека: содержит целый набор функций для управления организмом своего хозяина. Также у мозга должен быть свой инстинкт, который должен знать о работе и постоянно контролировать все органы и системы. Вот поэтому поисковой машине никак не обойтись без этого самого мозга, который ей и помогает выжить в этом враждебном мире (пусть в чем-то и виртуальном).
Инстинкт: С помощью инстинкта поисковые машины имеют набор ключевых функций, таких как просматривание сайтов и фильтрация данных, которые нужно или не нужно индексировать. Они запрограммированы игнорировать некоторые типы файлов, не соответствующих определенным критериям. Как мне кажется, в инстинкте поисковой машины главное - это механизм или алгоритм, с помощью которого она индексирует сайты.
Знания: Поисковые машины прекрасно осведомлены о всех тонкостях индексации сайтов. Те знания, которыми они владеют, идут далеко впереди знаний всех пользователей, вебмастеров и оптимизаторов. Поисковая машина знает множество методов сортировки, представления данных, и, естественно, еще и имеет свой специфический набор хитростей и уловок.
Пока поисковый робот путешествует по интернету и индексирует веб-странички, параллельно он отсылает обратно в свой data-центр собранные им данные. Именно в этом центре данные обрабатываются согласно алгоритмов, а спам-фильтры отсеивают ненужное.
Подобно тому, как мы анализируем информацию из статьи в газете согласно своему видению мира, так и поисковики обрабатывает и ранжируют данные в строгом соответствии со своими законами и пониманием работы интернета.
Изучение: Так как поисковая машина ранжирует веб-странички согласно своему видению и пониманию законов функционирования интернета, а эти правила постоянно изменяются, то поисковые алгоритмы постоянно изменяются. Вот тут-то как раз и нужен механизм адаптации или самообучения поисковика.
В то же время, наряду в способностях просматривать странички, поисковые роботы должны уметь определять и наказывать попытки запрещенной раскрутки сайта. При этом благосклонно относится к честным вебмастерам и оптимизаторам.
Вот примеры тех областей, в которых поисковые машины так часто любят менять свои алгоритмы:
* Определения релевантности контента того сайта, на который она нашла ссылку;
* Способность обнаруживать информацию, которая содержится в новых типах данных, к примеру, базы данных, flash и т.п.
* Понимание нечестных методов раскрутки сайтов, таких как размещение "невидимого" текста, ссылок и т.п. Данные технологии рассматриваются поисковой машиной как спам, а пойманные на этом ресурсы попадают в так называемый "черный список";
* Изучение полученных данных, выявление недостатков в индексации, что приводит в действие механизм изменения алгоритма в сторону более эффективного определения релевантности сайта.
Способность к изучению и адаптации к окружающему интернет-пространству изначально закладывается при разработке алгоритмов работы поисковой машины. Ну и, само собой, остается актуальной до следующего обновления алгоритма.
От теории к практике
Все, о чем было сказано выше, касалось лишь аспектов работы поисковой машины. А вот как эти знания применить для раскрутки сайта? Все дело в том, что для правильного выбора стратегии раскрутки необходимо хорошо понимать, каким образом работает эта самая поисковая машина: собирает информацию, ранжирует сайты и т.д.
В свое время, когда одним из основных методов раскрутки было размещение большого количества ключевых слов на страницах сайта, многие вебмастера создавали целые сообщества из сайтов, дабы взаимным обменом ссылок достичь высоких позиций в рейтингах. А вот работает ли эта тактика сегодня? Работает, только результат скорее всего будет временным и краткосрочным.
Ведь поисковая машина, как и человек, хочет выжить в агрессивной окружающей среде. Поэтому, если результаты их работы будут плохими (а вот как раз нечестные методы раскрутки часто ведут к выдаче ненужной посетителю информации), то они медленно, но уверенно перестанут существовать. А ведь при постоянно растущей конкуренции эволюционировать крайне необходимо.
Для примера, пользователю значительно удобнее и проще найти сайт с множеством контента, который ему необходим. Как правило, на таких сайтах он часто обновляется, что позволяет сайту быть актуальным. Поэтому делайте выводы.
Немаловажным моментом остается и обмен ссылками. В данном вопросе намечается тенденция к снижению релевантности обратных ссылок, а обмен ссылками между сайтами разных тематик и вовсе малоэффективен. Но если же вы все же решите поставить обратные ссылки, то обязательно убедитесь, что они ведут на родственные по тематике сайты.
Данная стратегия хорошо работает как для привлечения посетителей, так и для повышения релевантности сайта. Ведь многие пользователи переходят из сайта на сайт по внутренним ссылкам. А если они еще и стоят на авторитетном и посещаемом ресурсе, то это только дополнительный плюс.
И напоследок...
Сам собою напрашивается вывод делать ставку на будущее. И отношение к поисковой машине как живому организму (пусть и в общих чертах) поможет выбрать правильную тактику. Вот когда она в очередной раз придет на ваш сайт, то "накормите" ее вкусным новым контентом, новыми разделами и она обязательно еще к вам вернется. А вот негостеприимных сайтов они не любят, как и быть обманутыми нечестными хозяевами. У роботов память отменная...
Все протоколы обмена маршрутной информацией стека TCP/IP относятся к классу адаптивных протоколов, которые в свою очередь делятся на две группы, каждая из которых связана с одним из следующих типов алгоритмов:
* дистанционно-векторный алгоритм (Distance Vector Algorithms, DVA),
* алгоритм состояния связей (Link State Algorithms, LSA).
В алгоритмах дистанционно-векторного типа каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по сети вектор расстояний от себя до всех известных ему сетей. Под расстоянием обычно понимается число промежуточных маршрутизаторов через которые пакет должен пройти прежде, чем попадет в соответствующую сеть. Может использоваться и другая метрика, учитывающая не только число перевалочных пунктов, но и время прохождения пакетов по связи между соседними маршрутизаторами.
Получив вектор от соседнего маршрутизатора, каждый маршрутизатор добавляет к нему информацию об известных ему других сетях, о которых он узнал непосредственно (если они подключены к его портам) или из аналогичных объявлений других маршрутизаторов, а затем снова рассылает новое значение вектора по сети. В конце-концов, каждый маршрутизатор узнает информацию об имеющихся в интерсети сетях и о расстоянии до них через соседние маршрутизаторы.
Дистанционно-векторные алгоритмы хорошо работают только в небольших сетях. В больших сетях они засоряют линии связи интенсивным широковещательным трафиком, к тому же изменения конфигурации могут отрабатываться по этому алгоритму не всегда корректно, так как маршрутизаторы не имеют точного представления о топологии связей в сети, а располагают только обобщенной информацией - вектором дистанций, к тому же полученной через посредников. Работа маршрутизатора в соответствии с дистанционно-векторным протоколом напоминает работу моста, так как точной топологической картины сети такой маршрутизатор не имеет.
Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно-векторном алгоритме, является протокол RIP.
Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации. Широковещательная рассылка используется здесь только при изменениях состояния связей, что происходит в надежных сетях не так часто.
Для того, чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами со своими ближайшими соседями. Этот трафик также широковещательный, но он циркулирует только между соседями и поэтому не так засоряет сеть.
Протоколом, основанным на алгоритме состояния связей, в стеке TCP/IP является протокол OSPF.
Дистанционно-векторный протокол RIP
Протокол RIP (Routing Information Protocol) представляет собой один из старейших протоколов обмена маршрутной информацией, однако он до сих пор чрезвычайно распространен в вычислительных сетях. Помимо версии RIP для сетей TCP/IP, существует также версия RIP для сетей IPX/SPX компании Novell.
В этом протоколе все сети имеют номера (способ образования номера зависит от используемого в сети протокола сетевого уровня), а все маршрутизаторы - идентификаторы. Протокол RIP широко использует понятие "вектор расстояний". Вектор расстояний представляет собой набор пар чисел, являющихся номерами сетей и расстояниями до них в хопах.
Вектора расстояний итерационно распространяются маршрутизаторами по сети, и через несколько шагов каждый маршрутизатор имеет данные о достижимых для него сетях и о расстояниях до них. Если связь с какой-либо сетью обрывается, то маршрутизатор отмечает этот факт тем, что присваивает элементу вектора, соответствующему расстоянию до этой сети, максимально возможное значение, которое имеет специальный смысл - "связи нет". Таким значением в протоколе RIP является число 16.
При необходимости отправить пакет в сеть D маршрутизатор просматривает свою базу данных маршрутов и выбирает порт, имеющий наименьшее расстояния до сети назначения (в данном случае порт, связывающий его с маршрутизатором 3).
Для адаптации к изменению состояния связей и оборудования с каждой записью таблицы маршрутизации связан таймер. Если за время тайм-аута не придет новое сообщение, подтверждающее этот маршрут, то он удаляется из маршрутной таблицы.
При использовании протокола RIP работает эвристический алгоритм динамического программирования Беллмана-Форда, и решение, найденное с его помощью является не оптимальным, а близким к оптимальному. Преимуществом протокола RIP является его вычислительная простота, а недостатками - увеличение трафика при периодической рассылке широковещательных пакетов и неоптимальность найденного маршрута.
При обрыве связи с сетью 1 маршрутизатор М1 отмечает, что расстояние до этой сети приняло значение 16. Однако получив через некоторое время от маршрутизатора М2 маршрутное сообщение о том, что от него до сети 1 расстояние составляет 2 хопа, маршрутизатор М1 наращивает это расстояние на 1 и отмечает, что сеть 1 достижима через маршрутизатор 2. В результате пакет, предназначенный для сети 1, будет циркулировать между маршрутизаторами М1 и М2 до тех пор, пока не истечет время хранения записи о сети 1 в маршрутизаторе 2, и он не передаст эту информацию маршрутизатору М1.
Для исключения подобных ситуаций маршрутная информация об известной маршрутизатору сети не передается тому маршрутизатору, от которого она пришла.
Существуют и другие, более сложные случаи нестабильного поведения сетей, использующих протокол RIP, при изменениях в состоянии связей или маршрутизаторов сети.
Комбинирование различных протоколов обмена. Протоколы EGP и BGP сети Internet
Большинство протоколов маршрутизации, применяемых в современных сетях с коммутацией пакетов, ведут свое происхождение от сети Internet и ее предшественницы - сети ARPANET. Для того, чтобы понять их назначение и особенности, полезно сначала познакомится со структурой сети Internet, которая наложила отпечаток на терминологию и типы протоколов.
Internet изначально строилась как сеть, объединяющая большое количество существующих систем. С самого начала в ее структуре выделяли магистральную сеть (core backbone network), а сети, присоединенные к магистрали, рассматривались как автономные системы (autonomous systems). Магистральная сеть и каждая из автономных систем имели свое собственное административное управление и собственные протоколы маршрутизации. Далее маршрутизаторы будут называться шлюзами для следования традиционной терминологии Internet.
Шлюзы, которые используются для образования подсетей внутри автономной системы, называются внутренними шлюзами (interior gateways), а шлюзы, с помощью которых автономные системы присоединяются к магистрали сети, называются внешними шлюзами (exterior gateways). Непосредственно друг с другом автономные системы не соединяются. Соответственно, протоколы маршрутизации, используемые внутри автономных систем, называются протоколами внутренних шлюзов (interior gateway protocol, IGP), а протоколы, определяющие обмен маршрутной информацией между внешними шлюзами и шлюзами магистральной сети - протоколами внешних шлюзов (exterior gateway protocol, EGP). Внутри магистральной сети также может использоваться любой собственный внутренний протокол IGP.
Смысл разделения всей сети Internet на автономные системы в ее многоуровневом представлении, что необходимо для любой крупной системы, способной к расширению в больших масштабах. Внутренние шлюзы могут использовать для внутренней маршрутизации достаточно подробные графы связей между собой, чтобы выбрать наиболее рациональный маршрут. Однако, если информация такой степени детализации будет храниться во всех маршрутизаторах сети, то топологические базы данных так разрастутся, что потребуют наличия памяти гигантских размеров, а время принятия решений о маршрутизации непременно возрастет.
Поэтому детальная топологическая информация остается внутри автономной системы, а автономную систему как единое целое для остальной части Internet представляют внешние шлюзы, которые сообщают о внутреннем составе автономной системы минимально необходимые сведения - количество IP-сетей, их адреса и внутреннее расстояние до этих сетей от данного внешнего шлюза.
При инициализации внешний шлюз узнает уникальный идентификатор обслуживаемой им автономной системы, а также таблицу достижимости (reachability table), которая позволяет ему взаимодействовать с другими внешними шлюзами через магистральную сеть.
Затем внешний шлюз начинает взаимодействовать по протоколу EGP с другими внешними шлюзами и обмениваться с ними маршрутной информацией, состав которой описан выше. В результате, при отправке пакета из одной автономной системы в другую, внешний шлюз данной системы на основании маршрутной информации, полученной от всех внешних шлюзов, с которыми он общается по протоколу EGP, выбирает наиболее подходящий внешний шлюз и отправляет ему пакет.
Каждая функция работает на основе обмена сообщениями запрос-ответ.
Так как каждая автономная система работает под контролем своего административного штата, то перед началом обмена маршрутной информацией внешние шлюзы должны согласиться на такой обмен. Сначала один из шлюзов посылает запрос на установление соседских отношений (acquisition request) другому шлюзу. Если тот согласен на это, то он отвечает сообщением подтверждение установления соседских отношений (acquisition confirm), а если нет - то сообщением отказ от установления соседских отношений (acquisition refuse), которое содержит также причину отказа.
После установления соседских отношений шлюзы начинают периодически проверять состояние достижимости друг друга. Это делается либо с помощью специальных сообщений (привет (hello) и Я-услышал-тебя (I-heard-you)), либо встраиванием подтверждающей информации непосредственно в заголовок обычного маршрутного сообщения.
Обмен маршрутной информацией начинается с посылки одним из шлюзов другому сообщения запрос данных (poll request) о номерах сетей, обслуживаемых другим шлюзом и расстояниях до них от него. Ответом на это сообщение служит сообщение обновленная маршрутная информация (routing ). Если же запрос оказался некорректным, то в ответ на него отсылается сообщение об ошибке.
Все сообщения протокола EGP передаются в поле данных IP-пакетов. Сообщения EGP имеют заголовок фиксированного формата.
Поля Тип и Код совместно определяют тип сообщения, а поле Статус - информацию, зависящую от типа сообщения. Поле Номер автономной системы - это номер, назначенный той автономной системе, к которой присоединен данный внешний шлюз. Поле Номер последовательности служит для синхронизации процесса запросов и ответов.
[pagebreak]
Поле IP-адрес исходной сети в сообщениях запроса и обновления маршрутной информации обозначает сеть, соединяющую два внешних шлюза.
Сообщение об обновленной маршрутной информации содержит список адресов сетей, которые достижимы в данной автономной системе. Этот список упорядочен по внутренним шлюзам, которые подключены к исходной сети и через которые достижимы данные сети, а для каждого шлюза он упорядочен по расстоянию до каждой достижимой сети от исходной сети, а не от данного внутреннего шлюза. Для примера внешний шлюз R2 в своем сообщении указывает, что сеть 4 достижима с помощью шлюза R3 и расстояние ее равно 2, а сеть 2 достижима через шлюз R2 и ее расстояние равно 1 (а не 0, как если бы шлюз измерял ее расстояние от себя, как в протоколе RIP).
Протокол EGP имеет достаточно много ограничений, связанных с тем, что он рассматривает магистральную сеть как одну неделимую магистраль.
Развитием протокола EGP является протокол BGP (Border Gateway Protocol), имеющий много общего с EGP и используемый наряду с ним в магистрали сети Internet.
Протокол состояния связей OSPF
Протокол OSPF (Open Shortest Path Firs) является достаточно современной реализацией алгоритма состояния связей (он принят в 1991 году) и обладает многими особенностями, ориентированными на применение в больших гетерогенных сетях.
Протокол OSPF вычисляет маршруты в IP-сетях, сохраняя при этом другие протоколы обмена маршрутной информацией.
Непосредственно связанные (то есть достижимые без использования промежуточных маршрутизаторов) маршрутизаторы называются "соседями". Каждый маршрутизатор хранит информацию о том, в каком состоянии по его мнению находится сосед. Маршрутизатор полагается на соседние маршрутизаторы и передает им пакеты данных только в том случае, если он уверен, что они полностью работоспособны. Для выяснения состояния связей маршрутизаторы-соседи достаточно часто обмениваются короткими сообщениями HELLO.
Для распространения по сети данных о состоянии связей маршрутизаторы обмениваются сообщениями другого типа. Эти сообщения называются router links advertisement - объявление о связях маршрутизатора (точнее, о состоянии связей). OSPF-маршрутизаторы обмениваются не только своими, но и чужими объявлениями о связях, получая в конце-концов информацию о состоянии всех связей сети. Эта информация и образует граф связей сети, который, естественно, один и тот же для всех маршрутизаторов сети.
Кроме информации о соседях, маршрутизатор в своем объявлении перечисляет IP-подсети, с которыми он связан непосредственно, поэтому после получения информации о графе связей сети, вычисление маршрута до каждой сети производится непосредственно по этому графу по алгоритму Дэйкстры. Более точно, маршрутизатор вычисляет путь не до конкретной сети, а до маршрутизатора, к которому эта сеть подключена. Каждый маршрутизатор имеет уникальный идентификатор, который передается в объявлении о состояниях связей. Такой подход дает возможность не тратить IP-адреса на связи типа "точка-точка" между маршрутизаторами, к которым не подключены рабочие станции.
Маршрутизатор вычисляет оптимальный маршрут до каждой адресуемой сети, но запоминает только первый промежуточный маршрутизатор из каждого маршрута. Таким образом, результатом вычислений оптимальных маршрутов является список строк, в которых указывается номер сети и идентификатор маршрутизатора, которому нужно переслать пакет для этой сети. Указанный список маршрутов и является маршрутной таблицей, но вычислен он на основании полной информации о графе связей сети, а не частичной информации, как в протоколе RIP.
Описанный подход приводит к результату, который не может быть достигнут при использовании протокола RIP или других дистанционно-векторных алгоритмов. RIP предполагает, что все подсети определенной IP-сети имеют один и тот же размер, то есть, что все они могут потенциально иметь одинаковое число IP-узлов, адреса которых не перекрываются. Более того, классическая реализация RIP требует, чтобы выделенные линии "точка-точка" имели IP-адрес, что приводит к дополнительным затратам IP-адресов.
В OSPF такие требования отсутствуют: сети могут иметь различное число хостов и могут перекрываться. Под перекрытием понимается наличие нескольких маршрутов к одной и той же сети. В этом случае адрес сети в пришедшем пакете может совпасть с адресом сети, присвоенным нескольким портам.
Если адрес принадлежит нескольким подсетям в базе данных маршрутов, то продвигающий пакет маршрутизатор использует наиболее специфический маршрут, то есть адрес подсети, имеющей более длинную маску.
Например, если рабочая группа ответвляется от главной сети, то она имеет адрес главной сети наряду с более специфическим адресом, определяемым маской подсети. При выборе маршрута к хосту в подсети этой рабочей группы маршрутизатор найдет два пути, один для главной сети и один для рабочей группы. Так как последний более специфичен, то он и будет выбран. Этот механизм является обобщением понятия "маршрут по умолчанию", используемого во многих сетях.
Использование подсетей с различным количеством хостов является вполне естественным. Например, если в здании или кампусе на каждом этаже имеются локальные сети, и на некоторых этажах компьютеров больше, чем на других, то администратор может выбрать размеры подсетей, отражающие ожидаемые требования каждого этажа, а не соответствующие размеру наибольшей подсети.
В протоколе OSPF подсети делятся на три категории:
* "хост-сеть", представляющая собой подсеть из одного адреса,
* "тупиковая сеть", которая представляет собой подсеть, подключенную только к одному маршрутизатору,
* "транзитная сеть", которая представляет собой подсеть, подключенную к более чем одному маршрутизатору.
Транзитная сеть является для протокола OSPF особым случаем. В транзитной сети несколько маршрутизаторов являются взаимно и одновременно достижимыми. В широковещательных локальных сетях, таких как Ethernet или Token Ring, маршрутизатор может послать одно сообщение, которое получат все его соседи. Это уменьшает нагрузку на маршрутизатор, когда он посылает сообщения для определения существования связи или обновленные объявления о соседях.
Однако, если каждый маршрутизатор будет перечислять всех своих соседей в своих объявлениях о соседях, то объявления займут много места в памяти маршрутизатора. При определении пути по адресам транзитной подсети может обнаружиться много избыточных маршрутов к различным маршрутизаторам. На вычисление, проверку и отбраковку этих маршрутов уйдет много времени.
Когда маршрутизатор начинает работать в первый раз (то есть инсталлируется), он пытается синхронизировать свою базу данных со всеми маршрутизаторами транзитной локальной сети, которые по определению имеют идентичные базы данных. Для упрощения и оптимизации этого процесса в протоколе OSPF используется понятие "выделенного" маршрутизатора, который выполняет две функции.
Во-первых, выделенный маршрутизатор и его резервный "напарник" являются единственными маршрутизаторами, с которыми новый маршрутизатор будет синхронизировать свою базу. Синхронизировав базу с выделенным маршрутизатором, новый маршрутизатор будет синхронизирован со всеми маршрутизаторами данной локальной сети.
Во-вторых, выделенный маршрутизатор делает объявление о сетевых связях, перечисляя своих соседей по подсети. Другие маршрутизаторы просто объявляют о своей связи с выделенным маршрутизатором. Это делает объявления о связях (которых много) более краткими, размером с объявление о связях отдельной сети.
Для начала работы маршрутизатора OSPF нужен минимум информации - IP-конфигурация (IP-адреса и маски подсетей), некоторая информация по умолчанию (default) и команда на включение. Для многих сетей информация по умолчанию весьма похожа. В то же время протокол OSPF предусматривает высокую степень программируемости.
Интерфейс OSPF (порт маршрутизатора, поддерживающего протокол OSPF) является обобщением подсети IP. Подобно подсети IP, интерфейс OSPF имеет IP-адрес и маску подсети. Если один порт OSPF поддерживает более, чем одну подсеть, протокол OSPF рассматривает эти подсети так, как если бы они были на разных физических интерфейсах, и вычисляет маршруты соответственно.
Интерфейсы, к которым подключены локальные сети, называются широковещательными (broadcast) интерфейсами, так как они могут использовать широковещательные возможности локальных сетей для обмена сигнальной информацией между маршрутизаторами. Интерфейсы, к которым подключены глобальные сети, не поддерживающие широковещание, но обеспечивающие доступ ко многим узлам через одну точку входа, например сети Х.25 или frame relay, называются нешироковещательными интерфейсами с множественным доступом или NBMA (non-broadcast multi-access).
Они рассматриваются аналогично широковещательным интерфейсам за исключением того, что широковещательная рассылка эмулируется путем посылки сообщения каждому соседу. Так как обнаружение соседей не является автоматическим, как в широковещательных сетях, NBMA-соседи должны задаваться при конфигурировании вручную. Как на широковещательных, так и на NBMA-интерфейсах могут быть заданы приоритеты маршрутизаторов для того, чтобы они могли выбрать выделенный маршрутизатор.
Интерфейсы "точка-точка", подобные PPP, несколько отличаются от традиционной IP-модели. Хотя они и могут иметь IP-адреса и подмаски, но необходимости в этом нет.
В простых сетях достаточно определить, что пункт назначения достижим и найти маршрут, который будет удовлетворительным. В сложных сетях обычно имеется несколько возможных маршрутов. Иногда хотелось бы иметь возможности по установлению дополнительных критериев для выбора пути: например, наименьшая задержка, максимальная пропускная способность или наименьшая стоимость (в сетях с оплатой за пакет). По этим причинам протокол OSPF позволяет сетевому администратору назначать каждому интерфейсу определенное число, называемое метрикой, чтобы оказать нужное влияние на выбор маршрута.
Число, используемое в качестве метрики пути, может быть назначено произвольным образом по желанию администратора. Но по умолчанию в качестве метрики используется время передачи бита в 10-ти наносекундных единицах (10 Мб/с Ethernet'у назначается значение 10, а линии 56 Кб/с - число 1785). Вычисляемая протоколом OSPF метрика пути представляет собой сумму метрик всех проходимых в пути связей; это очень грубая оценка задержки пути. Если маршрутизатор обнаруживает более, чем один путь к удаленной подсети, то он использует путь с наименьшей стоимостью пути.
В протоколе OSPF используется несколько временных параметров, и среди них наиболее важными являются интервал сообщения HELLO и интервал отказа маршрутизатора (router dead interval).
HELLO - это сообщение, которым обмениваются соседние, то есть непосредственно связанные маршрутизаторы подсети, с целью установить состояние линии связи и состояние маршрутизатора-соседа. В сообщении HELLO маршрутизатор передает свои рабочие параметры и говорит о том, кого он рассматривает в качестве своих ближайших соседей. Маршрутизаторы с разными рабочими параметрами игнорируют сообщения HELLO друг друга, поэтому неверно сконфигурированные маршрутизаторы не будут влиять на работу сети.
Каждый маршрутизатор шлет сообщение HELLO каждому своему соседу по крайней мере один раз на протяжении интервала HELLO. Если интервал отказа маршрутизатора истекает без получения сообщения HELLO от соседа, то считается, что сосед неработоспособен, и распространяется новое объявление о сетевых связях, чтобы в сети произошел пересчет маршрутов.
Пример маршрутизации по алгоритму OSPF
Представим себе один день из жизни транзитной локальной сети. Пусть у нас имеется сеть Ethernet, в которой есть три маршрутизатора - Джон, Фред и Роб (имена членов рабочей группы Internet, разработавшей протокол OSPF). Эти маршрутизаторы связаны с сетями в других городах с помощью выделенных линий.
Пусть произошло восстановление сетевого питания после сбоя. Маршрутизаторы и компьютеры перезагружаются и начинают работать по сети Ethernet. После того, как маршрутизаторы обнаруживают, что порты Ethernet работают нормально, они начинают генерировать сообщения HELLO, которые говорят о их присутствии в сети и их конфигурации. Однако маршрутизация пакетов начинает осуществляться не сразу - сначала маршрутизаторы должны синхронизировать свои маршрутные базы.
На протяжении интервала отказа маршрутизаторы продолжают посылать сообщения HELLO. Когда какой-либо маршрутизатор посылает такое сообщение, другие его получают и отмечают, что в локальной сети есть другой маршрутизатор. Когда они посылают следующее HELLO, они перечисляют там и своего нового соседа.
Когда период отказа маршрутизатора истекает, то маршрутизатор с наивысшим приоритетом и наибольшим идентификатором объявляет себя выделенным (а следующий за ним по приоритету маршрутизатор объявляет себя резервным выделенным маршрутизатором) и начинает синхронизировать свою базу данных с другими маршрутизаторами.
[pagebreak]
С этого момента времени база данных маршрутных объявлений каждого маршрутизатора может содержать информацию, полученную от маршрутизаторов других локальных сетей или из выделенных линий. Роб, например, вероятно получил информацию от Мило и Робина об их сетях, и он может передавать туда пакеты данных. Они содержат информацию о собственных связях маршрутизатора и объявления о связях сети.
Базы данных теперь синхронизированы с выделенным маршрутизатором, которым является Джон. Джон суммирует свою базу данных с каждой базой данных своих соседей - базами Фреда, Роба и Джеффа - индивидуально. В каждой синхронизирующейся паре объявления, найденные только в какой-либо одной базе, копируются в другую. Выделенный маршрутизатор, Джон, распространяет новые объявления среди других маршрутизаторов своей локальной сети.
Например, объявления Мило и Робина передаются Джону Робом, а Джон в свою очередь передает их Фреду и Джеффри. Обмен информацией между базами продолжается некоторое время, и пока он не завершится, маршрутизаторы не будут считать себя работоспособными. После этого они себя таковыми считают, потому что имеют всю доступную информацию о сети.
Посмотрим теперь, как Робин вычисляет маршрут через сеть. Две из связей, присоединенных к его портам, представляют линии T-1, а одна - линию 56 Кб/c. Робин сначала обнаруживает двух соседей - Роба с метрикой 65 и Мило с метрикой 1785. Из объявления о связях Роба Робин обнаружил наилучший путь к Мило со стоимостью 130, поэтому он отверг непосредственный путь к Мило, поскольку он связан с большей задержкой, так как проходит через линии с меньшей пропускной способностью. Робин также обнаруживает транзитную локальную сеть с выделенным маршрутизатором Джоном. Из объявлений о связях Джона Робин узнает о пути к Фреду и, наконец, узнает о пути к маршрутизаторам Келли и Джеффу и к их тупиковым сетям.
После того, как маршрутизаторы полностью входят в рабочий режим, интенсивность обмена сообщениями резко падает. Обычно они посылают сообщение HELLO по своим подсетям каждые 10 секунд и делают объявления о состоянии связей каждые 30 минут (если обнаруживаются изменения в состоянии связей, то объявление передается, естественно, немедленно). Обновленные объявления о связях служат гарантией того, что маршрутизатор работает в сети. Старые объявления удаляются из базы через определенное время.
Представим, однако, что какая-либо выделенная линия сети отказала. Присоединенные к ней маршрутизаторы распространяют свои объявления, в которых они уже не упоминают друг друга. Эта информация распространяется по сети, включая маршрутизаторы транзитной локальной сети. Каждый маршрутизатор в сети пересчитывает свои маршруты, находя, может быть, новые пути для восстановления утраченного взаимодействия.
Сравнение протоколов RIP и OSPF по затратам на широковещательный трафик
В сетях, где используется протокол RIP, накладные расходы на обмен маршрутной информацией строго фиксированы. Если в сети имеется определенное число маршрутизаторов, то трафик, создаваемый передаваемой маршрутной информацией, описываются формулой (1):
(1) F = (число объявляемых маршрутов/25) x 528 (байтов в сообщении) x
(число копий в единицу времени) x 8 (битов в байте)
В сети с протоколом OSPF загрузка при неизменном состоянии линий связи создается сообщениями HELLO и обновленными объявлениями о состоянии связей, что описывается формулой (2):
(2) F = { [ 20 + 24 + 20 + (4 x число соседей)] x
(число копий HELLO в единицу времени) }x 8 +
[(число объявлений x средний размер объявления) x
(число копий объявлений в единицу времени)] x 8,
где 20 - размер заголовка IP-пакета,
24 - заголовок пакета OSPF,
20 - размер заголовка сообщения HELLO,
4 - данные на каждого соседа.
Интенсивность посылки сообщений HELLO - каждые 10 секунд, объявлений о состоянии связей - каждые полчаса. По связям "точка-точка" или по широковещательным локальным сетям в единицу времени посылается только одна копия сообщения, по NBMA сетям типа frame relay каждому соседу посылается своя копия сообщения. В сети frame relay с 10 соседними маршрутизаторами и 100 маршрутами в сети (подразумевается, что каждый маршрут представляет собой отдельное OSPF-обобщение о сетевых связях и что RIP распространяет информацию о всех этих маршрутах) трафик маршрутной информации определяется соотношениями (3) и (4):
(3) RIP: (100 маршрутов / 25 маршрутов в объявлении) x 528 x
(10 копий / 30 сек) = 5 632 б/с
(4) OSPF: {[20 + 24 + 20 + (4 x 10) x (10 копий / 10 сек)] +
[100 маршрутов x (32 + 24 + 20) + (10 копий / 30 x 60 сек]} x 8 = 1 170 б/с
Как видно из полученных результатов, для нашего гипотетического примера трафик, создаваемый протоколом RIP, почти в пять раз интенсивней трафика, создаваемого протоколом OSPF.
Использование других протоколов маршрутизации
Случай использования в сети только протокола маршрутизации OSPF представляется маловероятным. Если сеть присоединена к Internet'у, то могут использоваться такие протоколы, как EGP (Exterior Gateway protocol), BGP (Border Gateway Protocol, протокол пограничного маршрутизатора), старый протокол маршрутизации RIP или собственные протоколы производителей.
Когда в сети начинает применяться протокол OSPF, то существующие протоколы маршрутизации могут продолжать использоваться до тех пор, пока не будут полностью заменены. В некоторых случаях необходимо будет объявлять о статических маршрутах, сконфигурированных вручную.
В OSPF существует понятие автономных систем маршрутизаторов (autonomous systems), которые представляют собой домены маршрутизации, находящиеся под общим административным управлением и использующие единый протокол маршрутизации. OSPF называет маршрутизатор, который соединяет автономную систему с другой автономной системой, использующей другой протокол маршрутизации, пограничным маршрутизатором автономной системы (autonomous system boundary router, ASBR).
В OSPF маршруты (именно маршруты, то есть номера сетей и расстояния до них во внешней метрике, а не топологическая информация) из одной автономной системы импортируются в другую автономную систему и распространяются с использованием специальных внешних объявлений о связях.
Внешние маршруты обрабатываются за два этапа. Маршрутизатор выбирает среди внешних маршрутов маршрут с наименьшей внешней метрикой. Если таковых оказывается больше, чем 2, то выбирается путь с меньшей стоимостью внутреннего пути до ASBR.
Область OSPF - это набор смежных интерфейсов (территориальных линий или каналов локальных сетей). Введение понятия "область" служит двум целям - управлению информацией и определению доменов маршрутизации.
Для понимания принципа управления информацией рассмотрим сеть, имеющую следующую структуру: центральная локальная сеть связана с помощью 50 маршрутизаторов с большим количеством соседей через сети X.25 или frame relay. Эти соседи представляют собой большое количество небольших удаленных подразделений, например, отделов продаж или филиалов банка.
Из-за большого размера сети каждый маршрутизатор должен хранить огромное количество маршрутной информации, которая должна передаваться по каждой из линий, и каждое из этих обстоятельств удорожает сеть. Так как топология сети проста, то большая часть этой информации и создаваемого ею трафика не имеют смысла.
Для каждого из удаленных филиалов нет необходимости иметь детальную маршрутную информацию о всех других удаленных офисах, в особенности, если они взаимодействуют в основном с центральными компьютерами, связанными с центральными маршрутизаторами. Аналогично, центральным маршрутизаторам нет необходимости иметь детальную информацию о топологии связей с удаленными офисами, соединенными с другими центральными маршрутизаторами.
В то же время центральные маршрутизаторы нуждаются в информации, необходимой для передачи пакетов следующему центральному маршрутизатору. Администратор мог бы без труда разделить эту сеть на более мелкие домены маршрутизации для того, чтобы ограничить объемы хранения и передачи по линиям связи не являющейся необходимой информации. Обобщение маршрутной информации является главной целью введения областей в OSPF.
В протоколе OSPF определяется также пограничный маршрутизатор области (ABR, area border router). ABR - это маршрутизатор с интерфейсами в двух или более областях, одна из которых является специальной областью, называемой магистральной (backbone area). Каждая область работает с отдельной базой маршрутной информации и независимо вычисляет маршруты по алгоритму OSPF.
Пограничные маршрутизаторы передают данные о топологии области в соседние области в обобщенной форме - в виде вычисленных маршрутов с их весами. Поэтому в сети, разбитой на области, уже не действует утверждение о том, что все маршрутизаторы оперируют с идентичными топологическими базами данных.
Маршрутизатор ABR берет информацию о маршрутах OSPF, вычисленную в одной области, и транслирует ее в другую область путем включения этой информации в обобщенное суммарное объявление (summary) для базы данных другой области. Суммарная информация описывает каждую подсеть области и дает для нее метрику. Суммарная информация может быть использована тремя способами: для объявления об отдельном маршруте, для обобщения нескольких маршрутов или же служить маршрутом по умолчанию.
Дальнейшее уменьшение требований к ресурсам маршрутизаторов происходит в том случае, когда область представляет собой тупиковую область (stub area). Этот атрибут администратор сети может применить к любой области, за исключением магистральной. ABR в тупиковой области не распространяет внешние объявления или суммарные объявления из других областей. Вместо этого он делает одно суммарное объявление, которое будет удовлетворять любой IP-адрес, имеющий номер сети, отличный от номеров сетей тупиковой области. Это объявление называется маршрутом по умолчанию.
Маршрутизаторы тупиковой области имеют информацию, необходимую только для вычисления маршрутов между собой плюс указания о том, что все остальные маршруты должны проходить через ABR. Такой подход позволяет уменьшить в нашей гипотетической сети количество маршрутной информации в удаленных офисах без уменьшения способности маршрутизаторов корректно передавать пакеты.
Поиск
