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
Растровый графический редактор — специализированная программа, предназначенная для создания и обработки изображений. Подобные программные продукты нашли широкое применение в работе художников-иллюстраторов, при подготовке изображений к печати типографским способом или на фотобумаге, публикации в Интернете.
О растровых графических редакторах и растровой графике.
Растровый графический редактор — специализированная программа, предназначенная для создания и обработки изображений. Подобные программные продукты нашли широкое применение в работе художников-иллюстраторов, при подготовке изображений к печати типографским способом или на фотобумаге, публикации в Интернете.
Растровые графические редакторы позволяют пользователю рисовать и редактировать изображения на экране компьютера. Также сохранять их в различных растровых форматах, таких как, например, JPEG и TIFF, позволяющих сохранять растровую графику с незначительным снижением качества за счёт использования алгоритмов сжатия с потерями. PNG и GIF, поддерживающими хорошее сжатие без потерь, и BMP, также поддерживающем сжатие (RLE), но в общем случае представляющем собой несжатое «попиксельно» описание изображения.
В противоположность векторным редакторам растровые редакторы используют для представления изображений матрицу точек (bitmap). Однако, большинство современных растровых редакторов содержат векторные инструменты редактирования в качестве вспомогательных.
Наиболее известные растровые редакторы.
Adobe Photoshop — самый популярный коммерческий собственнический редактор Adobe Fireworks(также известный как FW) — растровый и векторный графический редактор для веб-дизайнеров и разработчиков, Corel Photo-Paint Corel Paint Shop Pro— растровый графический редактор, выпускаемый компанией Jasc Software с 1992 года. Позже спектр функций был расширен для работы с векторной графикой. Corel Painter— программа, предназначенная для цифровой живописи и рисунка. GIMP — самый популярный свободный бесплатный редактор
Microsoft Paint— простой растровый графический редактор компании Microsoft, входящий в состав операционной системы Windows, начиная с самых ранних версий. Microsoft Photo Editor Krita — свободный растровый редактор из пакетов KOffice и KAtelier.
Менее известные растровые редакторы.
Tux Paint — ориентирован на детей от 3-х лет.
Paint.NET— растровый графический редактор для Windows NT, разработанный для создания как обычных программ, так и веб-приложений. PhotoFiltre — компактный универсальный графический редактор для операционной системы Windows. SAI — стремительно набирающий популярность графический редактор.
[center]Растровая графика.[/center]
Растровое изображение — это файл данных или структура, представляющая собой сетку пикселей или точек цветов (на практике прямоугольную) на компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах.
Создается растровая графика фотоаппаратами, сканерами, непосредственно в растровом редакторе, также путем экспорта из векторного редактора или в виде скриншотов.
Растровая графика позволяет создать практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому (в теории, конечно, возможно, но файл размером 1 МБ в формате BMP будет иметь размер 200 МБ в векторном формате).
Растровая графика используется сейчас практически везде: от маленьких значков до плакатов.
Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование.
Растровое изображение используют большинство устройств ввода/вывода графической информации, таких как монитор, принтер, цифровой фотоаппарат, сканер и др.
Но у растровой графике есть и недостатки. Такие как большой размер файлов с простыми изображениями, невозможность идеального масштабирования.
Из-за этих недостатков для хранения простых рисунков рекомендуют вместо даже сжатой растровой графики использовать векторную графику.
Растровые изображения обычно хранятся в сжатом виде. В зависимости от типа сжатия может быть возможно или невозможно восстановить изображение в точности таким, каким оно было до сжатия. Так же в графическом файле может храниться дополнительная информация: об авторе файла, фотокамере и её настройках, количестве точек на дюйм при печати и др.
В этой статье я попытаюсь дать оценку быстродействию файловых систем, используемых в операционных системах WindowsNT/2000. Статья не содержит графиков и результатов тестирований, так как эти результаты слишком сильно зависят от случая, методик тестирования и конкретных систем, и не имеют почти никакой связи с реальным положением дел. В этом материале я вместо этого постараюсь описать общие тенденции и соображения, связанные с производительностью файловых систем. Прочитав данный материал, вы получите информацию для размышлений и сможете сами сделать выводы, понять, какая система будет быстрее в ваших условиях, и почему. Возможно, некоторые факты помогут вам также оптимизировать быстродействие своей машины с точки зрения файловых систем, подскажут какие-то решения, которые приведут к повышению скорости работы всего компьютера.
В данном обзоре упоминаются три системы - FAT (далее FAT16), FAT32 и NTFS, так как основной вопрос, стоящий перед пользователями Windows2000 - это выбор между этими вариантами. Я приношу извинение пользователям других файловых систем, но проблема выбора между двумя, внешне совершенно равнозначными, вариантами со всей остротой стоит сейчас только в среде Windows2000. Я надеюсь, всё же, что изложенные соображения покажутся вам любопытными, и вы сможете сделать какие-то выводы и о тех системах, с которыми вам приходится работать.
Данная статья состоит из множества разделов, каждый из которых посвящен какому-то одному вопросу быстродействия. Многие из этих разделов в определенных местах тесно переплетаются между собой. Тем не менее, чтобы не превращать статью в кашу, в соответствующем разделе я буду писать только о том, что имеет отношение к обсуждаемый в данный момент теме, и ни о чем более. Если вы не нашли каких-то важных фактов в тексте - не спешите удивляться: скорее всего, вы встретите их позже. Прошу вас также не делать никаких поспешных выводов о недостатках и преимуществах той или иной системы, так как противоречий и подводных камней в этих рассуждениях очень и очень много. В конце я попытаюсь собрать воедино всё, что можно сказать о быстродействии систем в реальных условиях.
Теория
Самое фундаментальное свойство любой файловой системы, влияющее на быстродействие всех дисковых операций - структура организации и хранения информации, т.е. то, как, собственно, устроена сама файловая система. Первый раздел - попытка анализа именно этого аспекта работы, т.е. физической работы со структурами и данными файловой системы. Теоретические рассуждения, в принципе, могут быть пропущены - те, кто интересуется лишь чисто практическими аспектами быстродействия файловых систем, могут обратиться сразу ко второй части статьи.
Для начала хотелось бы заметить, что любая файловая система так или иначе хранит файлы. Доступ к данным файлов - основная и неотъемлемая часть работы с файловой системой, и поэтому прежде всего нужно сказать пару слов об этом. Любая файловая система хранит данные файлов в неких объемах - секторах, которые используются аппаратурой и драйвером как самая маленькая единица полезной информации диска. Размер сектора в подавляющем числе современных систем составляет 512 байт, и все файловые системы просто читают эту информацию и передают её без какой либо обработки приложениям. Есть ли тут какие-то исключения? Практически нет. Если файл хранится в сжатом или закодированном виде - как это возможно, к примеру, в системе NTFS - то, конечно, на восстановление или расшифровку информации тратится время и ресурсы процессора. В остальных случаях чтение и запись самих данных файла осуществляется с одинаковой скоростью, какую файловую систему вы не использовали бы.
Обратим внимание на основные процессы, осуществляемые системой для доступа к файлам:
Поиск данных файла
Выяснение того, в каких областях диска хранится тот или иной фрагмент файла - процесс, который имеет принципиально разное воплощение в различных файловых системах. Имейте в виду, что это лишь поиск информации о местоположении файла - доступ к самим данным, фрагментированы они или нет, здесь уже не рассматривается, так как этот процесс совершенно одинаков для всех систем. Речь идет о тех "лишних" действиях, которые приходится выполнять системе перед доступом к реальным данным файлов.
На что влияет этот параметр: на скорость навигации по файлу (доступ к произвольному фрагменту файла). Любая работа с большими файлами данных и документов, если их размер - несколько мегабайт и более. Этот параметр показывает, насколько сильно сама файловая система страдает от фрагментации файлов.
NTFS способна обеспечить быстрый поиск фрагментов, поскольку вся информация хранится в нескольких очень компактных записях (типичный размер - несколько килобайт). Если файл очень сильно фрагментирован (содержит большое число фрагментов) - NTFS придется использовать много записей, что часто заставит хранить их в разных местах. Лишние движения головок при поиске этих данных, в таком случае, приведут к сильному замедлению процесса поиска данных о местоположении файла.
FAT32, из-за большой области самой таблицы размещения будет испытывать огромные трудности, если фрагменты файла разбросаны по всему диску. Дело в том, что FAT (File Allocation Table, таблица размещения файлов) представляет собой мини-образ диска, куда включен каждый его кластер. Для доступа к фрагменту файла в системе FAT16 и FAT32 приходится обращаться к соответствующей частичке FAT. Если файл, к примеру, расположен в трех фрагментах - в начале диска, в середине, и в конце - то в системе FAT нам придется обратиться к фрагменту FAT также в его начале, в середине и в конце. В системе FAT16, где максимальный размер области FAT составляет 128 Кбайт, это не составит проблемы - вся область FAT просто хранится в памяти, или же считывается с диска целиком за один проход и буферизируется. FAT32 же, напротив, имеет типичный размер области FAT порядка сотен килобайт, а на больших дисках - даже несколько мегабайт. Если файл расположен в разных частях диска - это вынуждает систему совершать движения головок винчестера столько раз, сколько групп фрагментов в разных областях имеет файл, а это очень и очень сильно замедляет процесс поиска фрагментов файла.
Вывод: Абсолютный лидер - FAT16, он никогда не заставит систему делать лишние дисковые операции для данной цели. Затем идет NTFS - эта система также не требует чтения лишней информации, по крайней мере, до того момента, пока файл имеет разумное число фрагментов. FAT32 испытывает огромные трудности, вплоть до чтения лишних сотен килобайт из области FAT, если файл разбросан разным областям диска. Работа с внушительными по размеру файлами на FAT32 в любом случае сопряжена с огромными трудностями - понять, в каком месте на диске расположен тот или иной фрагмент файла, можно лишь изучив всю последовательность кластеров файла с самого начала, обрабатывая за один раз один кластер (через каждые 4 Кбайт файла в типичной системе). Стоит отметить, что если файл фрагментирован, но лежит компактной кучей фрагментов - FAT32 всё же не испытывает больших трудностей, так как физический доступ к области FAT будет также компактен и буферизован.
Поиск свободного места
Данная операция производится в том случае, если файл нужно создать с нуля или скопировать на диск. Поиск места под физические данные файла зависит от того, как хранится информация о занятых участках диска.
На что влияет этот параметр: на скорость создания файлов, особенно больших. Сохранение или создание в реальном времени больших мультимедийных файлов (.wav, к примеру), копирование больших объемов информации, т.д. Этот параметр показывает, насколько быстро система сможет найти место для записи на диск новых данных, и какие операции ей придется для этого проделать.
Для определения того, свободен ли данный кластер или нет, системы на основе FAT должны просмотреть одну запись FAT, соответствующую этому кластеру. Размер одной записи FAT16 составляет 16 бит, одной записи FAT32 - 32 бита. Для поиска свободного места на диске может потребоваться просмотреть почти всего FAT - это 128 Кбайт (максимум) для FAT16 и до нескольких мегабайт (!) - в FAT32. Для того, чтобы не превращать поиск свободного места в катастрофу (для FAT32), операционной системе приходится идти на различные ухищрения.
NTFS имеет битовую карту свободного места, одному кластеру соответствует 1 бит. Для поиска свободного места на диске приходится оценивать объемы в десятки раз меньшие, чем в системах FAT и FAT32.
Вывод: NTFS имеет наиболее эффективную систему нахождения свободного места. Стоит отметить, что действовать "в лоб" на FAT16 или FAT32 очень медленно, поэтому для нахождения свободного места в этих системах применяются различные методы оптимизации, в результате чего и там достигается приемлемая скорость. (Одно можно сказать наверняка - поиск свободного места при работе в DOS на FAT32 - катастрофический по скорости процесс, поскольку никакая оптимизация невозможна без поддержки хоть сколь серьезной операционной системы).
Работа с каталогами и файлами
Каждая файловая система выполняет элементарные операции с файлами - доступ, удаление, создание, перемещение и т.д. Скорость работы этих операций зависит от принципов организации хранения данных об отдельных файлах и от устройства структур каталогов.
На что влияет этот параметр: на скорость осуществления любых операций с файлом, в том числе - на скорость любой операции доступа к файлу, особенно - в каталогах с большим числом файлов (тысячи).
FAT16 и FAT32 имеют очень компактные каталоги, размер каждой записи которых предельно мал. Более того, из-за сложившейся исторически системы хранения длинных имен файлов (более 11 символов), в каталогах систем FAT используется не очень эффективная и на первый взгляд неудачная, но зато очень экономная структура хранения этих самих длинных имен файлов. Работа с каталогами FAT производится достаточно быстро, так как в подавляющем числе случаев каталог (файл данных каталога) не фрагментирован и находится на диске в одном месте.
Единственная проблема, которая может существенно понизить скорость работы каталогов FAT - большое количество файлов в одном каталоге (порядка тысячи или более). Система хранения данных - линейный массив - не позволяет организовать эффективный поиск файлов в таком каталоге, и для нахождения данного файла приходится перебирать большой объем данных (в среднем - половину файла каталога).
NTFS использует гораздо более эффективный способ адресации - бинарное дерево, о принципе работы которого можно прочесть в другой статье (Файловая система NTFS). Эта организация позволяет эффективно работать с каталогами любого размера - каталогам NTFS не страшно увеличение количества файлов в одном каталоге и до десятков тысяч.
Стоит заметить, однако, что сам каталог NTFS представляет собой гораздо менее компактную структуру, нежели каталог FAT - это связано с гораздо большим (в несколько раз) размером одной записи каталога. Данное обстоятельство приводит к тому, что каталоги на томе NTFS в подавляющем числе случаев сильно фрагментированы. Размер типичного каталога на FAT-е укладывается в один кластер, тогда как сотня файлов (и даже меньше) в каталоге на NTFS уже приводит к размеру файла каталога, превышающему типичный размер одного кластера. Это, в свою очередь, почти гарантирует фрагментацию файла каталога, что, к сожалению, довольно часто сводит на нет все преимущества гораздо более эффективной организации самих данных.
Вывод: структура каталогов на NTFS теоретически гораздо эффективнее, но при размере каталога в несколько сотен файлов это практически не имеет значения. Фрагментация каталогов NTFS, однако, уверенно наступает уже при таком размере каталога. Для малых и средних каталогов NTFS, как это не печально, имеет на практике меньшее быстродействие.
Преимущества каталогов NTFS становятся реальными и неоспоримыми только в том случае, если в одно каталоге присутствуют тысячи файлов - в этом случае быстродействие компенсирует фрагментированность самого каталога и трудности с физическим обращением к данным (в первый раз - далее каталог кэшируется). Напряженная работа с каталогами, содержащими порядка тысячи и более файлов, проходит на NTFS буквально в несколько раз быстрее, а иногда выигрыш в скорости по сравнению с FAT и FAT32 достигает десятков раз.
Практика
К сожалению, как это часто бывает во всевозможных компьютерных вопросах, практика не очень хорошо согласуется с теорией. NTFS, имеющая, казалось бы, очевидные преимущества в структуре, показывает не настолько уж фантастические результаты, как можно было бы ожидать. Какие еще соображения влияют на быстродействие файловой системы? Каждый из рассматриваемых далее вопросов вносит свой вклад в итоговое быстродействие. Помните, однако, что реальное быстродействие - результат действия сразу всех факторов, поэтому и в этой части статьи не стоит делать поспешных выводов.
Объем оперативной памяти (кэширование)
Очень многие данные современных файловых систем кэшируются или буферизируются в памяти компьютера, что позволяет избежать лишних операций физического чтения данных с диска. Для нормальной (высокопроизводительной) работы системы в кэше приходится хранить следующие типы информации:
Данные о физическом местоположении всех открытых файлов. Это, прежде всего, позволит обращаться к системным файлам и библиотекам, доступ к которым идет буквально постоянно, без чтения служебной (не относящейся к самим файлам) информации с диска. Это же относится к тем файлам, которые исполняются в данный момент - т.е. к выполняемым модулям (.exe и .dll) активных процессов в системе. В эту категорию попадают также файлы системы, с которыми производится работа (прежде всего реестр и виртуальная память, различные .ini файлы, а также файлы документов и приложений).
Наиболее часто используемые каталоги. К таковым можно отнести рабочий стол, меню "пуск", системные каталоги, каталоги кэша интернета, и т.п.
Данные о свободном месте диска - т.е. та информация, которая позволит найти место для сохранения на диск новых данных.
В случае, если этот базовый объем информации не будет доступен прямо в оперативной памяти, системе придется совершать множество ненужных операций еще до того, как она начнет работу с реальными данными. Что входит в эти объемы в разных файловых системах? Или, вопрос в более практической плоскости - каким объемом свободной оперативной памяти надо располагать, чтобы эффективно работать с той или иной файловой системой?
FAT16 имеет очень мало данных, отвечающих за организацию файловой системы. Из служебных областей можно выделить только саму область FAT, которая не может превышать 128 Кбайт (!) - эта область отвечает и за поиск фрагментов файлов, и за поиск свободного места на томе. Каталоги системы FAT также очень компактны. Общий объем памяти, необходимый для предельно эффективной работы с FAT-ом, может колебаться от сотни килобайт и до мегабайта-другого - при условии огромного числа и размера каталогов, с которыми ведется работа.
FAT32 отличается от FAT16 лишь тем, что сама область FAT может иметь более внушительные размеры. На томах порядка 5 - 10 Гбайт область FAT может занимать объем в несколько Мбайт, и это уже очень внушительный объем, надежно кэшировать который не представляется возможным. Тем не менее, область FAT, а вернее те фрагменты, которые отвечают за местоположение рабочих файлов, в подавляющем большинстве систем находятся в памяти машины - на это расходуется порядка нескольких Мбайт оперативной памяти.
NTFS, к сожалению, имеет гораздо большие требования к памяти, необходимой для работы системы. Прежде всего, кэширование сильно затрудняет большие размеры каталогов. Размер одних только каталогов, с которыми активно ведет работу система, может запросто доходить до нескольких Мбайт и даже десятков Мбайт! Добавьте к этому необходимость кэшировать карту свободного места тома (сотни Кбайт) и записи MFT для файлов, с которыми осуществляется работа (в типичной системе - по 1 Кбайт на каждый файл). К счастью, NTFS имеет удачную систему хранения данных, которая не приводит к увеличению каких-либо фиксированных областей при увеличении объема диска. Количество данных, с которым оперирует система на основе NTFS, практически не зависит от объема тома, и основной вклад в объемы данных, которые необходимо кэшировать, вносят каталоги. Тем не менее, уже этого вполне достаточно для того, чтобы только минимальный объем данных, необходимых для кэширования базовых областей NTFS, доходил до 5 - 8 Мбайт.
[pagebreak]
К сожалению, можно с уверенностью сказать: NTFS теряет огромное количество своего теоретического быстродействия из-за недостаточного кэширования. На системах, имеющих менее 64 Мбайт памяти, NTFS просто не может оказаться быстрее FAT16 или FAT32. Единственное исключение из этого правила - диски FAT32, имеющие объем десятки Гбайт (я бы лично серьезно опасался дисков FAT32 объемом свыше, скажем, 30 Гбайт). В остальных же случаях - системы с менее чем 64 мегабайтами памяти просто обязаны работать с FAT32 быстрее.
Типичный в настоящее время объем памяти в 64 Мбайта, к сожалению, также не дает возможности организовать эффективную работу с NTFS. На малых и средних дисках (до 10 Гбайт) в типичных системах FAT32 будет работать, пожалуй, немного быстрее. Единственное, что можно сказать по поводу быстродействия систем с таким объемом оперативной памяти - системы, работающие с FAT32, будут гораздо сильнее страдать от фрагментации, чем системы на NTFS. Но если хотя бы изредка дефрагментировать диски, то FAT32, с точки зрения быстродействия, является предпочтительным вариантом. Многие люди, тем не менее, выбирают в таких системах NTFS - просто из-за того, что это даст некоторые довольно важные преимущества, тогда как типичная потеря быстродействия не очень велика.
Системы с более чем 64 Мбайтами, а особенно - со 128 Мбайт и более памяти, смогут уверенно кэшировать абсолютно всё, что необходимо для работы систем, и вот на таких компьютерах NTFS, скорее всего, покажет более высокое быстродействие из-за более продуманной организации данных. В наше время этим показателям соответствует практически любой компьютер.
Быстродействие накопителя
Влияют ли физические параметры жесткого диска на быстродействие файловой системы? Да, хоть и не сильно, но влияют. Можно выделить следующие параметры физической дисковой системы, которые по-разному влияют на разные типы файловых систем:
Время случайного доступа (random seek time). К сожалению, для доступа к системным областям на типичном диске более сложной файловой системы (NTFS) приходится совершать, в среднем, больше движений головками диска, чем в более простых системах (FAT16 и FAT32). Гораздо большая фрагментация каталогов, возможность фрагментации системных областей - всё это делает диски NTFS гораздо более чувствительными к скорости считывания произвольных (случайных) областей диска. По этой причине использовать NTFS на медленных (старых) дисках не рекомендуется, так как высокое (худшее) время поиска дорожки дает еще один плюс в пользу систем FAT.
Наличие Bus Mastering. Bus Mastering - специальный режим работы драйвера и контроллера, при использовании которого обмен с диском производится без участия процессора. Стоит отметить, что система запаздывающего кэширования NTFS сможет действовать гораздо более эффективно при наличии Bus Mastering, т.к. NTFS производит отложенную запись гораздо большего числа данных. Системы без Bus Mastering в настоящее время встречаются достаточно редко (обычно это накопители или контроллеры, работающие в режиме PIO3 или PIO4), и если вы работаете с таким диском - то, скорее всего, NTFS потеряет еще пару очков быстродействия, особенно при операциях модификации каталогов (например, активная работа в интернете - работа с кэшем интернета).
Кэширование как чтения, так и записи на уровне жестких дисков (объем буфера HDD - от 128 Кбайт до 1-2 Мбайт в современных дорогих дисках) - фактор, который будет более полезен системам на основе FAT. NTFS из соображений надежности хранения информации осуществляет модификацию системных областей с флагом "не кэшировать запись", поэтому быстродействие системы NTFS слабо зависит от возможности кэширования самого HDD. Системы FAT, напротив, получат некоторый плюс от кэширования записи на физическом уровне. Стоит отметить, что, вообще говоря, всерьез принимать в расчет размер буфера HDD при оценке быстродействия тех или иных файловых систем не стоит.
Подводя краткий итог влиянию быстродействия диска и контроллера на быстродействия системы в целом, можно сказать так: NTFS страдает от медленных дисков гораздо сильнее, чем FAT.
Размер кластера
Хотелось бы сказать пару слов о размере кластера - тот параметр, который в файловых системах FAT32 и NTFS можно задавать при форматировании практически произвольно. Прежде всего, надо сказать, что больший размер кластера - это практически всегда большее быстродействие. Размер кластера на томе NTFS, однако, имеет меньшее влияние на быстродействие, чем размер кластера для системы FAT32.
Типичный размер кластера для NTFS - 4 Кбайта. Стоит отметить, что при большем размере кластера отключается встроенная в файловую систему возможность сжатия индивидуальных файлов, а также перестает работать стандартный API дефрагментации - т.е. подавляющее число дефрагментаторов, в том числе встроенный в Windows 2000, будут неспособны дефрагментировать этот диск. SpeedDisk, впрочем, сможет - он работает без использования данного API. Оптимальным с точки зрения быстродействия, по крайней мере, для средних и больших файлов, считается (самой Microsoft) размер 16 Кбайт. Увеличивать размер далее неразумно из-за слишком больших расходов на неэффективность хранения данных и из-за мизерного дальнейшего увеличения быстродействия. Если вы хотите повысить быстродействие NTFS ценой потери возможности сжатия - задумайтесь о форматировании диска с размером кластера, большим чем 4 Кбайта. Но имейте в виду, что это даст довольно скромный прирост быстродействия, который часто не стоит даже уменьшения эффективности размещения файлов на диске.
Быстродействие системы FAT32, напротив, можно довольно существенно повысить, увеличив размер кластера. Если в NTFS размер кластера почти не влияет на размер и характер данных системных областей, то в системе FAT увеличивая кластер в два раза, мы сокращаем область FAT в те же два раза. Вспомните, что в типичной системе FAT32 эта очень важная для быстродействия область занимает несколько Мбайт. Сокращение области FAT в несколько раз даст заметное увеличение быстродействия, так как объем системных данных файловой системы сильно сократиться - уменьшается и время, затрачиваемое на чтение данных о расположении файлов, и объем оперативной памяти, необходимый для буферизирования этой информации. Типичный объем кластера для систем FAT32 составляет тоже 4 Кбайт, и увеличение его до 8 или даже до 16 Кбайт - особенно для больших (десяток и более гигабайт) дисков - достаточно разумный шаг.
Другие соображения
NTFS является достаточно сложной системой, поэтому, в отличие от FAT16 и FAT32, имеются и другие факторы, которые могут привести к существенному замедлению работы NTFS:
Диск NTFS был получен преобразованием раздела FAT16 или FAT32 (команда convert). Данная процедура в большинстве случаев представляет собой тяжелый случай для быстродействия, так как структура служебных областей NTFS, скорее всего, получится очень фрагментированной. Если есть возможность - избегайте преобразования других систем в NTFS, так как это приведет к созданию очень неудачного диска, которому не поможет даже типичный (неспециализированный) дефрагментатор, типа Diskeeper-а или встроенного в Windows 2000.
Активная работа с диском, заполненным более чем на 80% - 90%, представляет собой катастрофический для быстродействия NTFS случай, так как фрагментация файлов и, самое главное, служебных областей, будет расти фантастически быстро. Если ваш диск используется в таком режиме - FAT32 будет более удачным выбором при любых других условиях.
Выводы
В данной заключительной части "одной строчкой" собраны ключевые особенности быстродействия этих трех файловых систем.
FAT - плюсы:
Для эффективной работы требуется немного оперативной памяти.
Быстрая работа с малыми и средними каталогами.
Диск совершает в среднем меньшее количество движений головок (в сравнении с NTFS).
Эффективная работа на медленных дисках.
FAT - минусы:
Катастрофическая потеря быстродействия с увеличением фрагментации, особенно для больших дисков (только FAT32).
Сложности с произвольным доступом к большим (скажем, 10% и более от размера диска) файлам.
Очень медленная работа с каталогами, содержащими большое количество файлов.
NTFS - плюсы:
Фрагментация файлов не имеет практически никаких последствий для самой файловой системы - работа фрагментированной системы ухудшается только с точки зрения доступа к самим данным файлов.
Сложность структуры каталогов и число файлов в одном каталоге также не чинит особых препятствий быстродействию.
Быстрый доступ к произвольному фрагменту файла (например, редактирование больших .wav файлов).
Очень быстрый доступ к маленьким файлам (несколько сотен байт) - весь файл находится в том же месте, где и системные данные (запись MFT).
NTFS - минусы:
Существенные требования к памяти системы (64 Мбайт - абсолютный минимум, лучше - больше).
Медленные диски и контроллеры без Bus Mastering сильно снижают быстродействие NTFS.
Работа с каталогами средних размеров затруднена тем, что они почти всегда фрагментированы.
Диск, долго работающий в заполненном на 80% - 90% состоянии, будет показывать крайне низкое быстродействие.
Хотелось бы еще раз подчеркнуть, что на практике основной фактор, от которого зависит быстродействие файловой системы - это, как ни странно, объем памяти машины. Системы с памятью 64-96 Мбайт - некий рубеж, на котором быстродействие NTFS и FAT32 примерно эквивалентно. Обратите внимание также на сложность организации данных на вашей машине. Если вы не используете ничего, кроме простейших приложений и самой операционной системы - может случиться так, что FAT32 сможет показать более высокое быстродействие и на машинах с большим количеством памяти.
NTFS - система, которая закладывалась на будущее, и это будущее для большинства реальных применений сегодняшнего дня еще, к сожалению, видимо не наступило. На данный момент NTFS обеспечивает стабильное и равнодушное к целому ряду факторов, но, пожалуй, всё же невысокое - на типичной "игровой" домашней системе - быстродействие. Основное преимущество NTFS с точки зрения быстродействия заключается в том, что этой системе безразличны такие параметры, как сложность каталогов (число файлов в одном каталоге), размер диска, фрагментация и т.д. В системах FAT же, напротив, каждый из этих факторов приведет к существенному снижению скорости работы.
Только в сложных высокопроизводительных системах - например, на графических станциях или просто на серьезных офисных компьютерах с тысячами документов, или, тем более, на файл-серверах - преимущества структуры NTFS смогут дать реальный выигрыш быстродействия, который порой заметен невооруженным глазом. Пользователям, не имеющим большие диски, забитые информацией, и не пользующимся сложными программами, не стоит ждать от NTFS чудес скорости - с точки зрения быстродействия на простых домашних системах гораздо лучше покажет себя FAT32.
Поисковая оптимизация - это комплекс работ над сайтом и внешними факторами для достижения наилучших позиций в поисковых системах в соответствии с выбранными ключевыми словами. Этот способ оптимизации позволяет достигать высоких позиций в результатах выдачи поисковых машин по профильным запросам (ключевым словам) и тем самым привлекать огромную часть целевых посетителей.
В настоящий момент единственным путём завоевать Интернет-просторы, является оптимизация и продвижение сайта в поисковых системах. С каждым годом число пользователей Интернета, а, следовательно, поисковых систем растет. А это значит, что поисковая оптимизация приносит все больше и больше выгоды владельцам сайта. Согласно статистике, около 85% пользователей ищут информацию при помощи поисковых машин, которые обеспечивают от 70% до 85% от общей посещаемости ресурса.
Основные этапы оптимизации сайта и поискового продвижения:
* анализ ресурса;
* составление семантического ядра для поисковой оптимизации;
* оптимизация сайта: тексты, навигация, код;
* поисковое продвижение сайта: регистрация сайта в каталогах, на досках объявлений и форумах, работа со ссылочным ранжированием.
Поисковую оптимизацию можно разделить на внутреннюю и внешнюю.
Внутренняя оптимизация сайта направлена на работу с самим сайтом. К ней относится:
1. Составление семантического ядра сайта.
Семантическое ядро представляет собой совокупность запросов (ключевых слов), смыслу которых отвечает интернет-ресурс. Семантическое ядро создается с учетом специфики сайта из наиболее распространенных и соответствующих ключевых слов. По такому списку ключевых слов отслеживается продвижение сайта.
Правильно подобранные ключевые слова станут эффективным оружием в конкурентной борьбе. Есть несколько рекомендаций по использованию ключевых слов на страницах интернет-ресурсов.
Советы по использованию ключевых слов:
* Всегда используйте более одного слова при выборе ключевых фраз. Исследования показали, что большинство людей вводят в строку поиска фразу, состоящую из 2-х слов и более.
* Избегайте самых популярных ключевых слов, потому что Вашему сайту придется конкурировать с миллионом других подобных страниц, среди которых те, что принадлежат более мощным компаниям.
* Оптимальная частотность ключевых слов - 5%. Использование большего количества ключевых фраз может превратить ваш документ в спам.
2. Оптимизация страниц сайта.
В нее входят работы с html-кодом и текстами (контентом) страниц. При оптимизации html-кода проводится правка непосредственно html-кода, коррекция META-тегов, заголовков, описаний страниц сайта, выделение нужных частей страницы специальными тегами. Все тексты страниц анализируются и корректируются в соответствии с ключевыми словами.
Основные факторы ранжирования, на которые надо обратить внимание:
* Теги title - заголовки страниц сайта, наиболее важный фактор, на который следует обратить внимание. В заголовки страниц необходимо прописывать слова, по которым вы планируете провести оптимизацию сайта, но не следует забывать о том, что текст, содержащийся в заголовке страницы, будет выдаваться в результатах поиска. Следовательно, заголовок страницы должен быть информативными и привлекательно выглядеть, ведь с большей вероятностью пользователь выберет именно такое описание страницы. Распространенная ошибка - использование одного заголовка для всех страниц сайта. Для каждой страницы заголовок должен разрабатываться отдельно, в соответствии с содержанием страницы.
*
* Тег meta name="description" content="описание страницы" - практически никак не влияет на ранжирование сайта, однако это описание страницы будет выдаваться, если ваш сайт будет найден по ссылке, поэтому всё же стоит составить грамотное описание страницы и включить его в данный тег.
* Теги заголовков h1-h6 - играют очень большую роль при ранжировании сайта. Рекомендуется включать ключевые слова в данные теги. Также можно оформлять данные теги с помощью стилей CSS, но в пределах разумного, т.е. заголовок h1 должен быть основным заголовком страницы, h2 - подзаголовком и т.д. При попытке включить весь текст на странице в данный тег, ваш сайт может быть вообще исключен из результатов поиска, так что рекомендуем вам пользоваться данными тегами осторожно и не злоупотреблять ими.
* Теги акцентирования b, i и им подобные - рекомендуется выделять ключевые слова на странице данными тегами, это может дать преимущество при ранжировании сайта.
* Плотность ключевых слов на странице - отношение количества ключевых слов и словосочетаний к полному текстовому объему страницы. Рекомендуемой плотностью является, по разным данным, от 5% до 7%.
3. Оптимизация структуры сайта.
Изменение внутренних ссылок на страницы, создание карты сайта, для того чтобы поисковый робот смог проиндексировать все страницы. После таких работ поисковым роботам будет проще и удобнее работать со страницами, что ускорит их индексацию.
Рекомендации по структуре сайта:
* Используйте текстовые ссылки на все страницы сайта с необходимыми ключевыми словами, используйте прямые ссылки вида: , поисковые системы очень хорошо распознают такие ссылки, использование сложных скриптов, таких как Java, PHP и т.п. для формирования ссылок лучше не используйте.
* При наличии большого количества страниц на сайте, сделайте карту сайта, можно даже разбить ее на несколько страниц так, чтобы одна страница не содержала больше 50 исходящих ссылок (это затрудняет работу поискового робота).
* Следуйте "правилу трех кликов", т.е. все страницы сайта должны быть доступны пользователю на расстоянии 3-х кликов от главной страницы.
* Старайтесь не использовать на страницах сайта большое количество flash и графики, страница не должна очень много весить.
К внешней оптимизации относятся действия по повышению "дружественности" к поисковым системам и авторитетности (популярности) интернет-ресурса. Чтобы увеличить популярность сайта нужно учесть такие факторы как:
1. Ссылки с сайтов с большим тИЦ и PageRank.
Такие ссылки являются качественными и обладают большим весом, что влияет на позиции сайта в результатах поиска.
2. Тексты описания ссылок.
Текст ссылки, содержащий ключевые слова, воспринимается поисковой системой как дополнительная рекомендация, подтверждающая соответствие поисковому запросу, что влияет на ранжирование сайта.
3. Ссылки на тематических сайтах.
Кроме текста ссылок поисковые роботы учитывают общее информационное содержимое ссылающейся страницы сайта и при схожести тематик дают таким ссылкам больший вес.
4. Односторонние ссылки.
Поисковые системы стараются отслеживать взаимные ссылки, поэтому отдают предпочтение односторонним ссылкам, считая их более подлинными и ценными.
5. Избегание "плохих" ссылок.
С тех пор как увеличение ссылочности стала одним из важных факторов ранжирования, число сайтов "каталогов ссылок" возросло. Поисковые системы негативно относятся к многочисленным каталогам сайтов и стараются обесценить такие ссылки или не учитывать их совсем.
Регионы нужны не только для того, чтобы резать дырки в формах. Иногда они могут оказаться довольно полезным инструментом именно в своём "родном" качестве, т.е. для отрисовки на экране достаточно сложных геометрических фигур. Например, для вывода карт, представляющих собой совокупность ломанных линий, построенных по массивам точек. Создать такую линию нам уже не составит труда, пора разобраться, как её показать юзеру.
Из функций отрисовки две первые нам уже смутно знакомы: они делают тоже, что делает параметр FillMode (ALTERNATE/WINDING) для функций CreatePolygonRgn и CreatePolyPolygonRgn. GetPolyFillMode получает заданный для указанного контекста режим заливки, а SetPolyFillMode устанавливает его. Просто на этот раз речь идёт не о создании региона, а всего лишь о его отрисовке. Установленное значение будет иметь смысл для всех функций, заливающих регион, т.е. PaintRgn и FillRgn, при этом сам регион останется таким, каким он и был создан, а вот раскрашен будет по разному, в том случае, если он состоит из нескольких пересекающихся регионов. Для простых регионов типа прямоугольника или элипса установка данного значения ничего не меняет.
Итак. Давайте срочно что-нить создадим и нарисуем. Можно, конечно, сделать это в одной функции, например в OnCreate, но тогда изображение будет весьма недолговечным - до первой перерисовки формы. Поэтому поступим иначе: объявим private property fRgn, в OnCreate его инициализируем, в OnPaint будем его отображать, а в OnDestroy - уничтожим. Код методов представлен ниже:
Следует помнить, что Функции отрисовки регионов всегда работают с цветом,
указанным в Canvas.Brush.Color. Даже рисуя бордюр (frame) использоваться будет не цвет Canvas.Pen, что, в общем-то, представляется более логичным, а цвет Canvas.Brush.
Ничего такой получился кружочек. Погребального вида. Давайте сделаем его более жизнерадостным, и заодно разберёмся, как работает FrameRgn:
У меня получилась такая вот картинка:
Насколько я могу судить, функции FillRgn и PaintRgn отличаются друг от друга только тем, что первая позволяет указать дескриптор кисти, не связанной с текущим canvas'ом. Сомнительная фича с точки зрения дельфей, т.к. манипулировать с текущим цветом кисти канваса всяко легче, чем создавать отдельный экземпляр класса TBrush. Вот, собственно, и всё об отрисовке. Примечательно то, что для того, чтобы нарисовать регион нам не нужно знать, что он из себя представляет. Мы просто передаём дескриптор одной и той же процедуре, а она отобразит на экране круг, овал, треугольник, звезду Давида - всё, что угодно.
Функции, представленные в разделе прочее ничего особенно интересного из себя не представляют, и, в общем-то, интуитивно понятны. поэтому рассотрим лишь некоторые из них.
В кабельной инфраструктуре традиционным решением по организации кабельных трасс является прокладка кабелей и проводов в системах кабельных каналов, при этом все большее внимание производители уделяют технологичности монтажа.
Ни одно современное здание нельзя представить без кабельной канализации, куда укладываются кабели для различных типов сетей (электрических, телефонных, компьютерных, телевизионных, систем оповещения, сигнализации и др.). Она должна обеспечивать простоту прокладки и обслуживания, надежную и удобную коммутацию, простое наращивание кабельных систем, их последующую модернизацию и реконфигурацию, а также обладать достаточной емкостью для размещения резервных кабельных линий. Кроме того, необходимо соответствие нормам пожарной безопасности, госстандарта, эпидемиологической службы.
Для решения этих задач разработчики совершенствуют системы укладки кабелей с использованием гофрированных и жестких труб, кабель-каналов и коробов, а первостепенными требованиями становятся удобство и быстрота монтажа СКС, электропроводки и кабеленесущих систем. Поставщики кабеленесущих систем адаптируют свои продукты к изменениям в технологиях СКС и нуждам заказчиков, пытаясь найти оптимальное соотношение между себестоимостью и качеством продукции.
Современные кабеленесущие системы позволяют быстро добавлять электроустановочные изделия и кабель, а специальные решения помогают в несколько раз ускорить монтаж силовых розеток. По данным «Остек-Ком», время монтажа кабеленесущих систем от разных поставщиков может различаться в полтора раза.
Между тем российские потребители становятся все более требовательными к качеству изделий, пожаростойкости, долговечности, а отечественные нормы пересматриваются с целью их унификации в соответствии с международными стандартами. В числе первоочередных требований к кабеленесущим системам на российском рынке в «Остек-Ком» называют невысокую стоимость (особенно для регионов) и наличие большого складского запаса, а также полноту системы — ассортимент необходимых аксессуаров для построения и монтажа кабельной трассы. Среди качественных параметров системы наиболее существенными являются удобство, надежность и быстрота организации кабельной проводки, поскольку это непосредственно отражается на экономичности решения. Как отмечают в компании ДКС, сегодня эталон кабеленесущей системы — удобный в монтаже и эксплуатации продукт, эстетичный, долговечный, соответствующий нормам пожарной и экологической безопасности. По мнению специалистов DNA Trading, легкость и быстрота монтажа кабеленесущих систем, прочность и долговечность материала, разнообразие и совместимость решений — все, что позволяет снизить стоимость и повысить надежность системы, — остаются насущными требованиями.
Многие работающие на рынке инженерных коммуникаций российские компании и системные интеграторы, занимающиеся монтажом СКС и локальных сетей, дополняют спектр предлагаемых решений в области СКС кабеленесущими и электроустановочными изделиями известных зарубежных и российских поставщиков, а также собственных производственных подразделений.
ОТ СИСТЕМЫ К СИСТЕМЕ
Скрытая проводка электрических силовых, а иногда и слаботочных систем осуществляется при помощи гофрированных труб. Они обеспечивают не только защиту от механических повреждений, проникновения влаги и возгорания, но и удобство монтажа, позволяя впоследствии проложить дополнительную проводку или заменить ее. В отличие от металлорукава, гофротруба не подвержена коррозии, не требует заземления, монтируется намного быстрее, существенно дешевле и легче. Для крепежа труб выпускается широкий ассортимент коробок и компонентов. Вместе с аксессуарами такие изделия образуют систему, куда входит все необходимое для монтажа на объектах. Цель разработки подобных систем — создание надежного комплекса для прокладки электропроводки с гарантированной экономией за счет удешевления материалов и сокращения времени монтажа, ведь, по данным ДКС, затраты на монтажные работы составляют до 70% от стоимости системы.
Гофрированная труба — массовый продукт, широко применяемый при прокладке силовой проводки и слаботочных кабелей. Трубы из ПНД «Октопус» серии 7’’ компании ДКС при сохранении прочностных и изоляционных свойств не содержат дорогостоящих добавок, препятствующих горению, и чаще всего используются при монолитном строительстве.
Для скрытой проводки внутри жилых и рабочих помещений ДКС предлагает систему «Октопус». Это гофротрубы нескольких серий, корпуса встраиваемых щитков и транзитных коробок, а также аксессуары для монтажа. Материал труб различается по цвету: в голубой окрашены полипропиленовые трубы (ПП) с повышенной эластичностью и устойчивостью к воздействию низких и высоких температур (от –40 до +100°C), в серый — негорючие трубы из поливинилхлорида (ПВХ), а в оранжевый и черный — трубы из полиэтилена низкого давления (ПНД). Компания планирует расширить спектр продукции и уже в этом году представить систему двустенных труб для прокладки кабельных трасс в грунте.
Предприятие «Экопласт» ориентируется на профессиональный рынок. Гофрированные трубы из композиций ПВХ и ПНД легкого и тяжелого типов изготавливаются на оборудовании немецких и итальянских производителей. Под системой в компании понимают весь спектр оборудования, необходимого для монтажа кабельной трассы, с дополнительными элементами. Она должна быть универсальна и обеспечивать реализацию всевозможных вариантов кабельной проводки. Системы «Экопласт» включают гофротрубы для прокладки кабелей в различных помещениях и средах, в том числе серию FL (легкая) и FH (тяжелая) с внешним диаметром от 16 до 50 мм, наружные и внутренние распределительные коробки и щитки. Они имеют степень защиты IP55 (по ГОСТ 14254/МЭК 529).
По данным статистики, до 95% пожаров происходит из-за электропроводки, поэтому особое внимание уделяется требованиям безопасности и качеству материалов. Чтобы исключить возгорание кабеля от короткого замыкания в силовой проводке и распространение пламени по трубе и кабелю, применяются самозатухающие композиции ПВХ, однако в соответствии с действующими в России нормативами при скрытой установке каналов в стенах и потолках из горючих материалов монтажники нередко вынуждены использовать металлические трубы.
Тем не менее, как отмечают в ДКС, сфера применения гофротруб очень широка: они могут использоваться при заливке в бетон или укладке под штукатурку, в конструкциях теплых полов, в длинных трассах. Гофротрубы из полиэтилена высокого давления (ПВД) прокладывают под землей и на наружных негорючих поверхностях. В тяжелом варианте (для заливки в бетон) они имеют утолщенную стенку.
Традиционное практичное решение — система гладких пластиковых жестких труб. По данным «Экопласт», фитинги (соединительные элементы) обеспечивают степень защиты от IP54 до IP65. Гладкие жесткие трубы из ПВХ широко применяются для магистральной прокладки кабеля, скрытой и открытой электропроводки в стенах жилых, административных и промышленных помещений. Такие решения тяжелее гофрированных труб на 40%, но их вес можно назвать средним, а значит, удобным для монтажа и транспортировки. Прокладка кабеля в гладкой трубе не представляет особых трудностей, времени затрачивается меньше, а негорючий материал исключает распространение пламени по трубе. Удобство и скорость монтажа системы гладких труб нашли отражение в названиях несущих систем ДКС — «ЭКСПРЕСС 4» (IP40) и «ЭКСПРЕСС 6» (IP65). В число аксессуаров входят корпуса для наружного монтажа электроустановочных изделий ВИВА от ДКС. Система гладких труб серии RIG от «Экопласт» обычно используется для электропроводки в подвалах и гаражах зданий, в промышленных цехах и на открытых площадках.
Иногда система должна быть не только прочной, но и гибкой. В этом случае используются гибкие армированные трубы из модифицированного пластиката. Трубы от «Экопласт», армированные спиралью из ПВХ, применяются для защиты кабелей машин, станков и промышленного оборудования с подвижными частями. Они устойчивы к агрессивным средам и влаге (IP64), выдерживают динамические нагрузки. ДКС выпускает гибкие армированные трубы с прочным спиралевидным каркасом, залитым пластикатом ПВХ для герметизации. В комплексе с гладкой жесткой трубой и аксессуарами для монтажа такие изделия позволяют строить информационные и силовые сети на любых сложных участках.
Гофротрубы из ПВХ, ПНД и полиэтилена высокого давления (ПВД) выпускает также завод «Рувинил». Это жесткие и гладкие трубы 16—63 мм, а также двустенные трубы (ПНД/ПВД), цвет которых указывает на область их применения (прокладка электрокабеля, системы связи и телекоммуникаций или кабельные линии общего назначения). Аналогичную продукцию производит и ряд других предприятий. Поставщики стараются учитывать требования, предъявляемые российскими компаниями к кабеленесущим системам, и стремятся быть в курсе зарубежных технологий, дабы предложить качественную продукцию с улучшенными монтажными свойствами, тем более что на их заводах установлено высокотехнологичное европейское оборудование. Освоив технологии производства пластиковых изделий, они переходят к выпуску более сложных видов продукции — системам пластиковых кабель-каналов.
КАЖДОМУ ПО ПОТРЕБНОСТЯМ
Способы прокладки кабелей в административных и офисных помещениях различны. Они могут располагаться в подвесных потолках, фальшполах или в залитых в бетон желобах и разводиться до рабочих мест с помощью лючков и мини-колонн. Однако с начала 90-х гг. на отечественном рынке наиболее широкое распространение получила открытая проводка информационных, телефонных, оптических, силовых и видеокабелей в настенных коробах, что упрощает обслуживание и реорганизацию кабельной системы.
Короб — замкнутый профиль с плоским основанием и с защелкивающейся крышкой — предназначен для монтажа на поверхность (стены, пола или потолка). Системные изделия имеют в своем составе набор совместимых аксессуаров для прокладки трасс различной сложности, включая настенные каналы (короба), соединительные и ответвительные аксессуары, элементы крепления электроустановочных изделий, телефонные и компьютерные розетки.
Кроме соответствия ГОСТам и ТУ, а также стандартам на проводку электрических силовых и слаботочных кабелей, рынок диктует и другие требования, а именно — широкий спектр аксессуаров, конкурентная цена и эстетичный вид. Дополнение системы коробов полным набором аксессуаров вкупе с продуманностью конструкции помогает быстро и легко монтировать их и прокладывать кабельные сети. Как отмечают в DNA Trading, наряду с традиционными требованиями к дизайну, долговечности самого пластика и его окраски, разнообразию типоразмеров и фитингов для всевозможных вариантов соединения, производители выпускают все более удобные и разнообразные решения. Это фитинги с изменяемым углом поворота короба и автоматическим обеспечением необходимого радиуса изгиба кабеля; короба со специальной конструкцией, чтобы кабель не приходилось фиксировать при монтаже; розетки, установку которых можно осуществить без специальных инструментов и навыков и т. д. Накладные аксессуары с защелками (без винтов) упрощают монтаж, к тому же они дешевле сборных.
Среди других требований — возможность различных соединений с переходом от короба одного сечения к другому для создания разветвленной сети, модульная конструкция в расчете на установку розеток различных типов, наличие креплений, например суппортов быстрой фиксации, простой и удобный доступ к проводке. Кабельные каналы должны быть устойчивыми к агрессивным средам и загрязнению, легко очищаться от пыли, обладать такими свойствами, как высокая гибкость и пластичность, способность выдерживать механические нагрузки, химическая стабильность в цветности, негорючесть.
Короба используют не только для подвода комбинированных сетей к рабочим местам, но и для создания магистральных каналов. Кабели прокладывают с учетом 30—50% запаса по сечению (на случай модернизации и развития кабельной системы), с соблюдением необходимого расстояния между информационной и силовой проводкой.
На российском рынке популярны пластиковые установочные короба. Этот материал отличается хорошими диэлектрическими параметрами, прочностью, химической стойкостью, а главное — ценой. При необходимости некоторые виды коробов можно окрасить. Выпускаются и цветные их модели, но стоят они значительно дороже — производители относят такие решения к категории эксклюзивных. По оценке «Экопласт» около 90% рынка составляют короба белого цвета.
[pagebreak]
Алюминиевые и стальные короба, как считают в ДКС, — специфическая продукция, применяемая там, где к электроустановке предъявляются особые требования. Они тяжелее, в три-четыре раза дороже пластиковых, их труднее монтировать. Поэтому до 90% уже установленных коробов изготовлены из композиций ПВХ с добавлением различных модификаторов. Такие системы не требуют заземления, обладают высокими электроизолирующими свойствами, малым весом и гибкостью. Вместе с тем, системным интеграторам подчас приходится сталкиваться с проектами, где требуется применение алюминиевых коробов. В «Сонет Текнолоджис» отмечают такие их качества и свойства, как пожаробезопасность, прочность и износостойкость. По мнению специалистов «Остек-Ком», спрос на подобные короба, весьма распространенные за рубежом, может вырасти, однако в DNA Trading полагают, что электропроводящие короба вряд ли составят конкуренцию пластиковым по причине дороговизны, сложности монтажа и требований к заземлению.
Сегодня на российском рынке представлено большое число популярных зарубежных марок кабельных каналов — Aesma, Efapel, GGK, Iboco, LAP, Marshall Tufflex, MITA, MK Electric, Quintela, Niedax, Rehau, Thorsman, Panduit и ряда других. Аналогичную продукцию выпускают и российские производители — ДКС, «Экопласт», «Электропласт», «Техпласт», «Рувинил» и др. Несмотря на внешнее сходство, изделия различаются стоимостью, качеством, долговечностью, удобством монтажа и эксплуатации, дизайном, разнообразием аксессуаров и типоразмеров. Экономия времени и затрат во многом зависит от применяемых технологических подходов и конструктивного исполнения продукции.
На отечественном рынке пластиковых коробов по-прежнему наиболее известна продукция французской компании Legrand. Она начала поставки этой продукции в Россию одной из первых, и ее марка стала здесь синонимом кабельного канала. Компания и сегодня предлагает одну из самых полных и удобных систем коробов DLP с широким выбором типоразмеров для монтажа СКС любой сложности, но ее продукция не относится к разряду дешевых решений, поэтому системные интеграторы и компании, специализирующиеся на проектных решениях, часто пытаются найти альтернативные продукты, оптимальные по соотношению цена/качество.
Некоторые поставщики дополняют зарубежную продукцию недорогой отечественной. Как отмечают в «Остек-Ком», изделия Thorsman и MITA способны удовлетворить любые требования, но довольно дороги, поэтому компания расширила продуктовую линейку кабель-каналами из ПВХ от «Экопласт», обладающими надлежащим качеством и привлекательной ценой. «Веритек Дистрибьюшн» и «Сонет Текнолоджис» в качестве поставщика кабельных каналов выбрали португальскую компанию Efapel, продукция которой, по их мнению, в своем ценовом сегменте выгодно отличается от конкурентов качеством пластика, большим выбором аксессуаров и полным соответствием распространенным в России стандартам. При сопоставимой с другими известными марками цене за короб, стоимость аксессуаров Efapel заметно ниже, поэтому и готовое решение оказывается дешевле. Среди наиболее интересных новинок — модульные короба Efapel серии 16 с возможностью установки модулей типа 45х45 непосредственно в короб, что помогает быстро расширять кабельные сети. Подобное удобство представляют и короба Consort от MITA, их жесткая конструкция с двойной боковой стенкой позволяет монтировать электроустановочные изделия прямо в короб, а затем устанавливать крышку нужной длины. Тем самым экономится и время, и деньги.
Серию DLP продолжает совершенствовать и Legrand. Новинка года — кабель-каналы с гибкой крышкой. Такое решение обеспечивает быстроту и удобство монтажа короба, поскольку крышку не нужно резать при обходе углов. Среди других решений, нацеленных на сокращение сроков работ, — заранее нарезанные отверстия в задней стенке, благодаря чему короб не нужно сверлить, и защелкивающиеся в кабель-канал суппорты, на которые крепятся лицевые панели и рамки. Для системы DLP разработаны розетки Mosaic с боковым подключением провода. Это экономит не только время, но и место, отведенное для прокладки кабеля. В системе INLINER от ДКС с этой целью применяют электроустановочные изделия ВИВА, где кабель присоединяется к боковой части розеток, а также «выдвинутые» наружу рамки. В результате высвобождается пространство внутри короба, что дает возможность использовать короб меньшего сечения.
В короба Legrand иногда устанавливают электротехнические изделия других производителей. Такой подход удешевляет решения, практически не ухудшая параметров качества и надежности. В частности, один из крупнейших в России производителей электроустановочных изделий компания WESSEN предлагает для установки в кабельные каналы продукцию серии Wessen45. Она состоит из универсальных модулей типоразмера 45х45 мм, включая информационные (Категории 5е), телефонные, силовые розетки, розетки для защищенного питания, одно- и двухклавишных выключателей и выключателей-переключателей (скоро к ним должны добавиться светорегуляторы). Все изделия серии монтируются в кабель-каналы с помощью суппорта. В системе INSTA от «Экопласт» применяются решения для крепления розеток евростандарта (60 мм) или модульных систем 45х45 от WESSEN, Legrand и SOLERA.
У испанской компании Quintela (входит в концерн Legrand) установочные короба EUROQUINT снабжены скобами для фиксации кабеля. От двух до четырех разделительных перегородок крепятся на рейку DIN на дне короба. Такой подход используют большинство производителей. В компании «Кросс Линк» отличительной особенностью EUROQUINT считают систему соединяемых в ряд суппортов, позволяющую организовать рабочие места на любое число пользователей. Для монтажа слаботочных розеток разных производителей предусмотрены адаптеры и переходники. В частности, как отмечают в компании «Тайле», при использовании переходников MMI и MMI/B со стандарта 47х47 на стандарт Mosaic (45х45) возможна установка в коробах Quintela любых модулей 45х45 для компьютерных и электрических розеток, что помогает подобрать экономичные варианты.
Американская компания Panduit применяет для установки коммуникационных и силовых розеток разных поставщиков лицевые панели, защелкивающиеся на основании короба или устанавливаемые на выносные коробки. Розетки могут монтироваться и непосредственно в канал. Конструкция короба обеспечивает защиту от несанкционированного доступа и возможность добавления, перемещения и замены элементов. Panduit предлагает системы кабель-каналов четырех цветов (белый, кремовый, бежевый и серый).
Специалисты DNA Trading в отношении кабельных каналов Panduit отмечают ограничение минимального радиуса изгиба кабеля, возможность использования для СКС других производителей, наличие лицевых панелей для модулей Keystone. У коробов малого сечения LD крышка соединяется с базой при помощи пластичного шарнира, поэтому при прокладке удерживаемый ею кабель не выпадает из короба, что облегчает монтаж. Panduit расширяет ассортимент принадлежностей и выпускает новые серии коробов. Среди новинок — потолочные короба. Интерес представляет и система коробов для офисных перегородок.
По мере создания все более сложных сетей, где кабеля требуется очень много, появляются короба увеличенного сечения. Если средние имеют сечение от 50х50 до 100х50 мм, то большие — от 50х170 до 50х254 мм. Quintela предлагает сдвоенные установочные каналы NETQUINT. Они изготавливаются как из ПВХ, так и из алюминия и допускают использование установочных механизмов Quintela, Legrand, BTicino и др.
Одна из новинок Efapel — расширяемые модульные короба со специальной конструкцией основания. С помощью соединителей несколько коробов стыкуется параллельно, что можно делать и при первоначальной установке, и в ходе эксплуатации в случае расширения сетей. Однако, по данным «Сонет Текнолоджис», популярность такого решения невелика, поскольку трассировка кабельного канала обычно рассчитывается с запасом.
MK Electric производит серию двухсекционных разноцветных коробов Prestige 2Com, обеспечивающих максимальную вместимость: углы фиксируют радиус изгиба кабеля, а сам короб, подобно системе Quintela, состоит из основы и двух крышек. У MK Electric имеется и серия трехсекционных коробов Prestige трех видов из ПВХ и алюминия. Legrand выпускает двухсекционные (65х195) и трехсекционные короба DLP (65x220) с гибкими крышками и внутренними разделителями по длине короба и в углах. Для удобства монтажа на коробах защелкиваются углы и отводы.
Недавно компания Trale приступила к поставкам новых кабельных каналов MK Electric, в большей степени адаптированных для нужд инсталляторов СКС и отвечающих эстетическим запросам требовательных заказчиков. Новая серия коробов Prestige Compact — усовершенствование серии Prestige Plus. Она включает в себя компактные и технологичные трехсекционные короба, специальные регулируемые углы, а монтаж кабеля упрощается благодаря использованию одинарного и двойного установочных мест без дна с двумя боковыми стенками, что позволяет обойтись без дополнительных отверстий. Специальный фиксатор дает возможность соблюсти радиус изгиба.
Гибкость и пластичность коробов из ПВХ облегчают монтаж на неровных поверхностях стен. Угловые соединения (внешние и внутренние) предусматривают различные варианты — от 60—80 до 120°. Регулируемые углы выпускают не только известные зарубежные поставщики, например Legrand и Thorsman, но и отечественные ДКС, «Экопласт» и «Рувинил». У Thorsman подобное решение предусмотрено и для коробов из алюминия.
Британская компания MITA предлагает двухсекционный короб Cableline Duo с возможностью прокладки заземления, а также парапетные короба серии CONSORT SOLO и AMBASADOR. В трехсекционном коробе SOLO съемные крышки имеются только у центральной секции, а перегородки можно снять, создав одно большое пространство. Короб изготовлен из высокопрочного пластика, углы крепятся на защелках. Декоративные короба MITA большого сечения известны на мировом рынке, однако пока мало востребованы в России из-за их высокой стоимости. В «Остек-Ком» отмечают исключительную белизну кабельных каналов MITA из ПВХ — по чистоте и устойчивости цвета эти изделия превосходят продукты многих известных марок.
MITA производит и специальные короба для оптического кабеля FOCUS с выступами на угловых соединениях для обеспечения большего радиуса изгиба кабеля. Для прокладки и распределения массивного пучка оптических кабелей разработан короб серии YS. Набор переходов, аксессуаров и фитингов обеспечивает быструю инсталляцию благодаря специальной системе соединения (clip together). В DNA Trading полагают, что спрос на короба для прокладки оптики в России будет расти. Не так давно новая серия подобных изделий появилась у Panduit, дополнившей серию FiberDuct системой FiberRunner с более широкими возможностями комплектации.
По данным «Кросс Линк», новое решение в этой области разрабатывает и Quintela.
Кабельные короба TWT из ПВХ предлагает российская компания LANMASTER. Это восемь видов коробов с сечением от 15х10 до 100х100 мм, стыкуемых друг с другом с помощью переходников. Они могут использоваться для разводки кабельных сетей по комнатам и рабочим местам или в качестве магистральных (серии больших сечений) и позиционируются как бюджетное решение с хорошим качеством. В компании считают, что эти типоразмеры практически полностью удовлетворяют требованиям рынка. Изделия других типоразмеров поставляются под заказ. В настоящее время в разработке находятся напольные и плинтусные короба, а также короба размера 100х50, повышенной прочности с возможностью установки нескольких разделительных перегородок. В ассортименте продукции TWT есть настенные розетки для установки модуля Mosaic 45x45, что позволяет использовать любые установочные изделия данного типа. Компанией рассматривается и возможность выпуска цветных коробов серого и коричневых цветов, а также расцветок «под дерево».
С зарубежными поставщиками кабель-каналов конкурируют ведущие российские производители, позиционирующие свои продукты как оптимальные по цене решения европейского качества. Например, в ДКС считают, что ее продукция не уступает решениям Legrand и Marshall Tufflex. В компании анализируют тенденции в электротехнической сфере и стараются соответствовать ожиданиям рынка.
Система INLINER от ДКС специально разработана для применения в составе СКС и позволяет монтировать телекоммуникационные розетки большинства поставщиков. Монтажные коробки устанавливаются простым защелкиванием, а далее без дополнительного крепежа в них размещают — опять-таки путем защелкивания — электроустановочные изделия. Экономия времени достигается и за счет широкого спектра аксессуаров. INLINER предусматривает перфорацию на коробе (его не нужно сверлить) и совместима с другими системами ДКС. По данным производителя, ее эксплуатационные характеристики сохраняются в течение длительного времени, а по цене она дешевле зарубежных аналогов.
В ответ на возрастающие требования рынка ДКС выпустила новую систему пластиковых коробов INLINER Front, разработанную и спроектированную с учетом пожеланий монтажников и российской специфики. Линейки продуктов компании развиваются в направлении улучшения функциональности, сервисного обслуживания, удобства использования и простоты инсталляции (в частности, за счет доработки и предложения дополнительных аксессуаров), снижения себестоимости, в том числе благодаря переводу производства большей части продукции в Россию. Сейчас компания импортирует около 20% изделий (в основном аксессуары).
«Экопласт» разрабатывает свои системные решения совместно с ведущими системными интеграторами и электромонтажными организациями, адаптируя их к условиям инсталляции слаботочной и силовой проводки. Ее серия коробов INSTA производится из российского ПВХ, а устойчивость к выцветанию обеспечивают специальные добавки, поставляемые немецкими партнерами. Кроме того, короба не подвержены горению. В «Экопласт» считают, что созданная модульная система хорошо адаптирована к требованиям российского рынка, где популярны модули 45х45, и отвечает евростандарту с посадочным местом 60 мм. Собирается она подобно конструктору, а монтаж розеток не отнимает много времени. Уже установленные розетки легко дополняются новыми или перемещаются. Система укомплектована различными аксессуарами (также российского производства), а замок позволяет многократно открывать и закрывать короб. Короб допускает размещение до трех внутренних разделителей. К концу этого года завод собирается выпустить два новых типоразмера изделий INSTA для малых офисов и муниципальных учреждений. Все компоненты систем каналов и труб «Экопласт» производятся в России.
[pagebreak]
Для открытой проводки в административных, жилых и промышленных помещениях компания выпускает систему пластиковых магистральных каналов TEC с сечением от 60х40 до 230х60 мм и повышенной ударопрочностью (8 Дж). Конструкция замка крышки выполнена в соответствии с немецким стандартом — в нахлест; фиксацию торцевых сторон обеспечивает кабельная скоба, которая одновременно служит распоркой и позволяет многократно открывать и закрывать короб без деформации крышки. Система TEC разработана для применения главным образом в промышленных помещениях или административных зданиях при прокладке кабелей на большие расстояния.
Системы кабель-каналов компании «Рувинил» белого и коричневого цвета изготавливаются на итальянском оборудовании с полным набором аксессуаров сочетаются с различными сериями розеток, устанавливаемых посредством суппорта. Компания готовится выпустить продукты новых типоразмеров. Производство кабельных каналов двух цветов наладил опытно-экспериментальный завод «Техпласт». Они изготавливается на импортном оборудовании с контролем качества; компоненты исходной смеси, кроме ПВХ, закупаются за рубежом.
МИНИ И МИКРО
Когда электропроводка и кабельная сеть уже смонтированы и нужно организовать еще одно рабочее место, подведя к нему телефонную и информационную сеть, часто используют мини- и микроканалы с откидывающейся или полностью открывающейся крышкой. Они позволяют организовать рабочие места там, куда невозможно подвести большой короб. Широкий выбор типоразмеров и полная гамма аксессуаров помогают подобрать наилучший вариант для конкретного случая. К мини-каналам (мини-коробам) обычно относят короба сечением от 8х10 до 40х60.
Интересное решение — микроканалы на самоклеющейся основе. Такую продукцию, предлагают, в частности, Quintela, MITA, MK Electric, Panduit, Aemsa, Niedax и ряд других компаний. Технологию производства мини-каналов с адгезивной пленкой 3М освоил «Экопласт». ДКС также планирует выпуск мини-каналов 10х10 с возможностью использования самоклеющейся ленты. Они легко и быстро монтируются там, где позволяет поверхность.
Мини-каналы отличаются более широким ассортиментом и могут снабжаться встроенными перегородками, однако название зависит от терминологии производителя. MITA предлагает еще и так называемые короба миди размером 50х30 и 50х50 мм. Кроме мини-коробов для телекоммуникаций и охранных сигнализаций стандартного и суперпрочного типа эта компания выпускает мини-канал-трансформер. Он поставляется в рулоне в виде плоской пластиковой ленты. Она легко прибивается или привинчивается к стене, а затем края отгибаются вверх и закрываются крышкой, образуя мини-короб.
Для компактной укладки кабельной проводки в малых сетях компания AESP предлагает в составе системы SignaMax Trunking System серию компактных односекционных коробов Mini, дополняющих полноразмерные серии Office и Solo. Розетки устанавливаются в наружные подрозетники. MK Electric выпускает мини-каналы серии Ega Mini белого и черного цветов. Электроустановочные изделия монтируются с помощью настенных подрозетников, стыкуемых с мини-коробом через адаптеры. Короба серии Ega Communication разработаны для прокладки кабелей малого диаметра (обычно для телефонии и сигнализации). Legrand выпускает мини-каналы (мини-плинтусы) трех цветов (серый, белый, коричневый); мини-плинтусы DLPlus можно монтировать на уровне пола, по стене или под потолком. Благодаря специальному держателю-мембране провод не выпадает из канала. Panduit производит три серии мини-каналов (LD, LDP и LDS) для слаботочной и силовой проводки, сопрягаемых с коробами T45, T70, TG70, Twin-70 и новой серией потолочных коробов.
Трансформируемые углы для мини-каналов Quintela дают возможность по-разному использовать один и тот же элемент. Например, L-образное соединение заменяет четыре детали, что упрощает подбор аксессуаров: путем нескольких простых манипуляций деталь собирается как элемент конструктора. По данным Quintela, такой подход сокращает время монтажа и стоимость проекта, а также позволяет решить многие проблемы несоответствия первоначального проекта с реальными задачами монтажа. Как и у большинства поставщиков, для стыковки с другими типами коробов имеются переходники и адаптеры. Возможность соединения всех серий коробов и мини-каналов INLINER предусматривает и ДКС. Система INLINER включает девять типоразмеров мини-каналов. У «Экопласт» микро- и мини-каналы для слаботочных сетей имеют отдельную или открывающуюся крышку и основу с отверстиями для крепления к стене. Недорогую серию мини-каналов выпускает предприятие «Электропласт». Это бюджетное решение для не очень сложной сети. Белые и коричневые мини-короба предлагает и «Рувинил».
КОРОБ НЕТРАДИЦИОННОЙ ОРИЕНТАЦИИ
Многие производители кабельных коробов выпускают специальные серии для жилых помещений, частных домов, школ и т. д. Они отличаются высоким качеством изготовления и привлекательным дизайном, отвечающим требованиям интерьера. Такие специализированные короба (плинтусные, карнизные, для установки на рабочий стол и проч.) нередко имеют нетрадиционную форму. Как отмечают в «Сонет Текнолоджис», «нетрадиционные» решения пользуются ограниченным спросом, но имеют свой четко выделенный сегмент. Это, например, крупные банки и офисы компаний, специализирующихся на дорогостоящих товарах и услугах, где престиж и дизайн интерьера играют большую роль.
У компании Efapel данная линейка представлена кабельным плинтусом, коробами для внутренней установки розеток, мини-каналами и напольными коробами. Разнообразные аксессуары позволяют устанавливать любые типы механизмов (розетки, выключатели и т. п. в терминологии компании). MK Electric производит короба-наличники и плинтусные короба Lincoln, а также оригинальные короба треугольного сечения Pinnacle, монтируемые в углах помещений и допускающие окрашивание. Для монтажа в качестве карниза (в стыке между стеной и потолком) MK Electric разработала серию коробов Ega Carnice, совместимых с Ega Mini и Lincoln. Похожая продукция треугольного сечения (DLP 3D 80x80) имеется и у Legrand.
Иногда заказчики предпочитают традиционному пластику короба из стали и алюминия. Они обеспечивают дополнительное экранирование, обладают высокой пожаростойкостью и могут окрашиваться. Например, Niedax выпускает такие офисные короба из стали с конца 70-х. Thorsman дополняет собственную систему пластиковых коробов металлическими (стальными и алюминиевыми) и даже деревянными. Marshall Tufflex, наряду с обширным спектром настенных, плинтусных и потолочных коробов из ПВХ, предлагает деревянные системы для организации кабельных трасс. Так, короб Real Wood Trunking способен удовлетворить самый взыскательный вкус. Он поставляется в прямоугольном (панельном) и плинтусном вариантах с совместимыми электрическими компонентами и изготавливается из дуба, бука, вишни, клена или ореха.
Требования к дизайну изделий заставляют производителей расширять спектр продукции за счет цветных изделий или коробов под окраску. Иногда кабельные каналы, короба или плинтусы выпускают в ограниченной цветовой гамме (двух-трех цветов), а под заказ производят окрашенные. По такому пути пошла компания Quintela.
При всем удобстве открытая проводка в настенных коробах не способствует уюту, поэтому в жилых помещениях нередко используются кабельные плинтусы. Они достаточно функциональны и позволяют организовать рабочие места любой сложности. Кабельный плинтус Quintela, включая цветную серию RODAQUINT для жилых помещений, снабжен перегородками, поставляется с аксессуарами и установочными коробками (такими же, как для мини-каналов). Серию кабельных плинтусов CARLTON выпускает MITA, а ее короба AMBASSADOR производятся в цветном варианте. Legrand предлагает декоративные плинтусы округлого сечения в четырех вариантах цветовой отделки. Трехсекционный короб с выносными розетками от Marshall Tufflex хорошо смотрится в городских квартирах и пригоден для прокладки телекоммуникаций и электрики внутри помещений, а короба Sovereign Plus Skirting Trunking этой же компании устанавливаются вместо плинтуса.
ДКС разработала для открытой проводки в административных и жилых зданиях систему EVOLUTION/ART, исполнение которой отличается особой эстетичностью. Она состоит из пластиковых каналов (настенных, напольных и плинтусных), соединительных и ответвительных аксессуаров, элементов крепления электроустановочных изделий, телефонных и компьютерных розеток и предлагается в трех цветовых решениях. Новую линию плинтусной системы с изменяемыми углами и модульными коробками для офисных помещений и квартир внедряет «Экопласт».
По данным «Остек-Ком», популярность приобретают напольные лючки и сервисные стойки, обладающие удобной функциональностью и привлекательным видом. Лючки и мини-колонны системы FrontLine предлагает, в частности, Thorsman, эту компанию на российском рынке представляет концерн Schneider Electric. Мини-колонны часто используются для организации рабочих мест в открытых интерьерах и больших
Технология стека TCP/IP сложилась в основном в конце 1970-х годов и с тех пор основные принципы работы базовых протоколов, таких как IP, TCP, UDP и ICMP, практически не изменились. Однако, сам компьютерный мир за эти годы значительно изменился, поэтому долго назревавшие усовершенствования в технологии стека TCP/IP сейчас стали необходимостью.
Основными обстоятельствами, из-за которых требуется модификация базовых протоколов стека TCP/IP, являются следующие.
* Повышение производительности компьютеров и коммуникационного оборудования. За время существования стека производительность компьютеров возросла на два порядка, объемы оперативной памяти выросли более чем в 30 раз, пропускная способность магистрали Internet в Соединенных Штатах выросла в 800 раз.
* Появление новых приложений. Коммерческий бум вокруг Internet и использование ее технологий при создании intranet привели к появлению в сетях TCP/IP, ранее использовавшихся в основном в научных целях, большого количества приложений нового типа, работающих с мультимедийной информацией. Эти приложения чувствительны к задержкам передачи пакетов, так как такие задержки приводят к искажению передаваемых в реальном времени речевых сообщений и видеоизображений. Особенностью мультимедийных приложений является также передача очень больших объемов информации. Некоторые технологии вычислительных сетей, например, frame relay и ATM, уже имеют в своем арсенале механизмы для резервирования полосы пропускания для определенных приложений. Однако эти технологии еще не скоро вытеснят традиционные технологии локальных сетей, не поддерживающие мультимедийные приложения (например, Ethernet). Следовательно, необходимо компенсировать такой недостаток средствами сетевого уровня, то есть средствами протокола IP.
* Бурное расширение сети Internet. В начале 90-х годов сеть Internet расширялась очень быстро, новый узел появлялся в ней каждые 30 секунд, но 95-й год стал переломным - перспективы коммерческого использования Internet стали отчетливыми и сделали ее развитие просто бурным. Первым следствием такого развития стало почти полное истощение адресного пространства Internet, определяемого полем адреса IP в четыре байта.
* Новые стратегии администрирования. Расширение Internet связано с его проникновением в новые страны и новые отрасли промышленности. При этом в сети появляются новые органы администрирования, которые начинают использовать новые методы администрирования. Эти методы требуют появления новых средств в базовых протоколах стека TCP/IP.
Сообщество Internet уже несколько лет работает над разработкой новой спецификации для базового протокола стека - протокола IP. Выработано уже достаточно много предложений, от простых, предусматривающих только расширения адресного пространства IP, до очень сложных, приводящих к существенному увеличению стоимости реализации IP в высокопроизводительных (и так недешевых) маршрутизаторах.
Основным предложением по модернизации протокола IP является предложение, разработанное группой IETF. Сейчас принято называть ее предложение версией 6 - IPv6, а все остальные предложения группируются под названием IP Next Generation, IPng.
В предложении IETF протокол IPv6 оставляет основные принципы IPv4 неизменными. К ним относятся дейтаграммный метод работы, фрагментация пакетов, разрешение отправителю задавать максимальное число хопов для своих пакетов. Однако, в деталях реализации протокола IPv6 имеются существенные отличия от IPv4. Эти отличия коротко можно описать следующим образом.
* Использование более длинных адресов. Новый размер адреса - наиболее заметное отличие IPv6 от IPv4. Версия 6 использует 128-битные адреса.
* Гибкий формат заголовка. Вместо заголовка с фиксированными полями фиксированного размера (за исключением поля Резерв), IPv6 использует базовый заголовок фиксированного формата плюс набор необязательных заголовков различного формата.
* Поддержка резервирования пропускной способности. В IPv6 механизм резервирования пропускной способности заменяет механизм классов сервиса версии IPv4.
* Поддержка расширяемости протокола. Это одно из наиболее значительных изменений в подходе к построению протокола - от полностью детализированного описания протокола к протоколу, который разрешает поддержку дополнительных функций.
Адресация в IPv6
Адреса назначения и источника в IPv6 имеют длину 128 бит или 16 байт. Версия 6 обобщает специальные типы адресов версии 4 в следующих типах адресов:
* Unicast - индивидуальный адрес. Определяет отдельный узел - компьютер или порт маршрутизатора. Пакет должен быть доставлен узлу по кратчайшему маршруту.
* Cluster - адрес кластера. Обозначает группу узлов, которые имеют общий адресный префикс (например, присоединенных к одной физической сети). Пакет должен быть маршрутизирован группе узлов по кратчайшему пути, а затем доставлен только одному из членов группы (например, ближайшему узлу).
* Multicast - адрес набора узлов, возможно в различных физических сетях. Копии пакета должны быть доставлены каждому узлу набора, используя аппаратные возможности групповой или широковещательной доставки, если это возможно.
Как и в версии IPv4, адреса в версии IPv6 делятся на классы, в зависимости от значения нескольких старших бит адреса.
Большая часть классов зарезервирована для будущего применения. Наиболее интересным для практического использования является класс, предназначенный для провайдеров услуг Internet, названный Provider-Assigned Unicast.
Каждому провайдеру услуг Internet назначается уникальный идентификатор, которым помечаются все поддерживаемые им сети. Далее провайдер назначает своим абонентам уникальные идентификаторы, и использует оба идентификатора при назначении блока адресов абонента. Абонент сам назначает уникальные идентификаторы своим подсетям и узлам этих сетей.
Абонент может использовать технику подсетей, применяемую в версии IPv4, для дальнейшего деления поля идентификатора подсети на более мелкие поля.
Описанная схема приближает схему адресации IPv6 к схемам, используемым в территориальных сетях, таких как телефонные сети или сети Х.25. Иерархия адресных полей позволит магистральным маршрутизаторам работать только со старшими частями адреса, оставляя обработку менее значимых полей маршрутизаторам абонентов.
Под поле идентификатора узла требуется выделения не менее 6 байт, для того чтобы можно было использовать в IP-адресах МАС-адреса локальных сетей непосредственно.
Для обеспечения совместимости со схемой адресации версии IPv4, в версии IPv6 имеется класс адресов, имеющих 0000 0000 в старших битах адреса. Младшие 4 байта адреса этого класса должны содержать адрес IPv4. Маршрутизаторы, поддерживающие обе версии адресов, должны обеспечивать трансляцию при передаче пакета из сети, поддерживающей адресацию IPv4, в сеть, поддерживающую адресацию IPv6, и наоборот.
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.
Сетевой уровень в первую очередь должен предоставлять средства для решения следующих задач:
* доставки пакетов в сети с произвольной топологией,
* структуризации сети путем надежной локализации трафика,
* согласования различных протоколов канального уровня.
Локализация трафика и изоляция сетей
Трафик в сети складывается случайным образом, однако в нем отражены и некоторые закономерности. Как правило, некоторые пользователи, работающие над общей задачей, (например, сотрудники одного отдела) чаще всего обращаются с запросами либо друг к другу, либо к общему серверу, и только иногда они испытывают необходимость доступа к ресурсам компьютеров другого отдела.
Желательно, чтобы структура сети соответствовала структуре информационных потоков. В зависимости от сетевого трафика компьютеры в сети могут быть разделены на группы (сегменты сети). Компьютеры объединяются в группу, если большая часть порождаемых ими сообщений, адресована компьютерам этой же группы.
Для разделения сети на сегменты используются мосты и коммутаторы. Они экранируют локальный трафик внутри сегмента, не передавая за его пределы никаких кадров, кроме тех, которые адресованы компьютерам, находящимся в других сегментах. Тем самым, сеть распадается на отдельные подсети. Это позволяет более рационально выбирать пропускную способность имеющихся линий связи, учитывая интенсивность трафика внутри каждой группы, а также активность обмена данными между группами.
Однако локализация трафика средствами мостов и коммутаторов имеет существенные ограничения.
С одной стороны, логические сегменты сети, расположенные между мостами, недостаточно изолированы друг от друга, а именно, они не защищены от, так называемых, широковещательных штормов. Если какая-либо станция посылает широковещательное сообщение, то это сообщение передается всем станциям всех логических сегментов сети. Защита от широковещательных штормов в сетях, построенных на основе мостов, имеет количественный, а не качественный характер: администратор просто ограничивает количество широковещательных пакетов, которое разрешается генерировать некоторому узлу.
С другой стороны, использование механизма виртуальных сегментов, реализованного в коммутаторах локальных сетей, приводит к полной локализации трафика - такие сегменты полностью изолированы друг от друга, даже в отношении широковещательных кадров. Поэтому в сетях, построенных только на мостах и коммутаторах, компьютеры, принадлежащие разным виртуальным сегментам, не образуют единой сети.
Приведенные недостатки мостов и коммутаторов связаны с тем, что они работают по протоколам канального уровня, в которых в явном виде не определяется понятие части сети (или подсети, или сегмента), которое можно было бы использовать при структуризации большой сети. Вместо того, чтобы усовершенствовать канальный уровень, разработчики сетевых технологий решили поручить задачу построения составной сети новому уровню - сетевому.
Согласование протоколов канального уровня
Современные вычислительные сети часто строятся с использованием нескольких различных базовых технологий - Ethernet, Token Ring или FDDI. Такая неоднородность возникает либо при объединении уже существовавших ранее сетей, использующих в своих транспортных подсистемах различные протоколы канального уровня, либо при переходе к новым технологиям, таким, как Fast Ethernet или 100VG-AnyLAN.
Именно для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами, и служит сетевой уровень. Когда две или более сетей организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия обычно называют межсетевым взаимодействием (internetworking). Для обозначения составной сети в англоязычной литературе часто также используется термин интерсеть (internetwork или internet).
Создание сложной структурированной сети, интегрирующей различные базовые технологии, может осуществляться и средствами канального уровня: для этого могут быть использованы некоторые типы мостов и коммутаторов. Однако возможностью трансляции протоколов канального уровня обладают далеко не все типы мостов и коммутаторов, к тому же возможности эти ограничены. В частности, в объединяемых сетях должны совпадать максимальные размеры полей данных в кадрах, так как канальные протоколы, как правило, не поддерживают функции фрагментации пакетов.
Маршрутизация в сетях с произвольной топологией
Среди протоколов канального уровня некоторые обеспечивают доставку данных в сетях с произвольной топологией, но только между парой соседних узлов (например, протокол PPP), а некоторые - между любыми узлами (например, Ethernet), но при этом сеть должна иметь топологию определенного и весьма простого типа, например, древовидную.
При объединении в сеть нескольких сегментов с помощью мотов или коммутаторов продолжают действовать ограничения на ее топологию: в получившейся сети должны отсутствовать петли. Действительно, мост или его функциональный аналог - коммутатор - могут решать задачу доставки пакета адресату только тогда, когда между отправителем и получателем существует единственный путь. В то же время наличие избыточных связей, которые и образуют петли, часто необходимо для лучшей балансировки нагрузки, а также для повышения надежности сети за счет существования альтернативного маршрута в дополнение к основному.
Сетевой уровень позволяет передавать данные между любыми, произвольно связанными узлами сети.
Реализация протокола сетевого уровня подразумевает наличие в сети специального устройства - маршрутизатора. Маршрутизаторы объединяют отдельные сети в общую составную сеть. Внутренняя структура каждой сети не показана, так как она не имеет значения при рассмотрении сетевого протокола. К каждому маршрутизатору могут быть присоединены несколько сетей (по крайней мере две).
В сложных составных сетях почти всегда существует несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Задачу выбора маршрутов из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы.
Маршрут - это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения.
Маршрутизатор выбирает маршрут на основании своего представления о текущей конфигурации сети и соответствующего критерия выбора маршрута. Обычно в качестве критерия выступает время прохождения маршрута, которое в локальных сетях совпадает с длиной маршрута, измеряемой в количестве пройденных узлов маршрутизации (в глобальных сетях принимается в расчет и время передачи пакета по каждой линии связи).
[pagebreak]
Сетевой уровень и модель OSI
В модели OSI, называемой также моделью взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - OSI) и разработанной Международной Организацией по Стандартам (International Organization for Standardization - ISO), средства сетевого взаимодействия делятся на семь уровней, для которых определены стандартные названия и функции.
Сетевой уровень занимает в модели OSI промежуточное положение: к его услугам обращаются протоколы прикладного уровня, сеансового уровня и уровня представления. Для выполнения своих функций сетевой уровень вызывает функции канального уровня, который в свою очередь обращается к средствам физического уровня.
Рассмотрим коротко основные функции уровней модели OSI.
Физический уровень выполняет передачу битов по физическим каналам, таким, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. На этом уровне определяются характеристики физических сред передачи данных и параметров электрических сигналов.
Канальный уровень обеспечивает передачу кадра данных между любыми узлами в сетях с типовой топологией либо между двумя соседними узлами в сетях с произвольной топологией. В протоколах канального уровня заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Адреса, используемые на канальном уровне в локальных сетях, часто называют МАС-адресами.
Сетевой уровень обеспечивает доставку данных между любыми двумя узлами в сети с произвольной топологией, при этом он не берет на себя никаких обязательств по надежности передачи данных.
Транспортный уровень обеспечивает передачу данных между любыми узлами сети с требуемым уровнем надежности. Для этого на транспортном уровне имеются средства установления соединения, нумерации, буферизации и упорядочивания пакетов.
Сеансовый уровень предоставляет средства управления диалогом, позволяющие фиксировать, какая из взаимодействующих сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации в рамках процедуры обмена сообщениями.
Уровень представления. В отличии от нижележащих уровней, которые имеют дело с надежной и эффективной передачей битов от отправителя к получателю, уровень представления имеет дело с внешним представлением данных. На этом уровне могут выполняться различные виды преобразования данных, такие как компрессия и декомпрессия, шифровка и дешифровка данных.
Прикладной уровень - это в сущности набор разнообразных сетевых сервисов, предоставляемых конечным пользователям и приложениям. Примерами таких сервисов являются, например, электронная почта, передача файлов, подключение удаленных терминалов к компьютеру по сети.
При построении транспортной подсистемы наибольший интерес представляют функции физического, канального и сетевого уровней, тесно связанные с используемым в данной сети оборудованием: сетевыми адаптерами, концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами. Функции прикладного и сеансового уровней, а также уровня представления реализуются операционными системами и системными приложениями конечных узлов. Транспортный уровень выступает посредником между этими двумя группами протоколов.
Функции сетевого уровня
Протоколы канального уровня не позволяют строить сети с развитой структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между узлами. Для того, чтобы, с одной стороны, сохранить простоту процедур передачи пакетов для типовых топологий, а с другой стороны, допустить использование произвольных топологий, вводится дополнительный сетевой уровень.
Прежде, чем приступить к рассмотрению функций сетевого уровня , уточним, что понимается под термином "сеть". В протоколах сетевого уровня термин "сеть" означает совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи пакетов общую базовую сетевую технологию. Внутри сети сегменты не разделяются маршрутизаторами, иначе это была бы не одна сеть, а несколько сетей. Маршрутизатор соединят несколько сетей в интерсеть.
Основная идея введения сетевого уровня состоит в том, чтобы оставить технологии, используемые в объединяемых сетях в неизменном в виде, но добавить в кадры канального уровня дополнительную информацию - заголовок сетевого уровня, на основании которой можно было бы находить адресата в сети с любой базовой технологией. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в объединенную сеть.
Заголовок сетевого уровня должен содержать адрес назначения и другую информацию, необходимую для успешного перехода пакета из сети одного типа в сеть другого типа. К такой информации может относиться, например:
* номер фрагмента пакета, нужный для успешного проведения операций сборки-разборки фрагментов при соединении сетей с разными максимальными размерами кадров канального уровня,
* время жизни пакета, указывающее, как долго он путешествует по интерсети, это время может использоваться для уничтожения "заблудившихся" пакетов,
* информация о наличии и о состоянии связей между сетями, помогающая узлам сети и маршрутизаторам рационально выбирать межсетевые маршруты,
* информация о загруженности сетей, также помогающая согласовать темп посылки пакетов в сеть конечными узлами с реальными возможностями линий связи на пути следования пакетов,
* качество сервиса - критерий выбора маршрута при межсетевых передачах - например, узел-отправитель может потребовать передать пакет с максимальной надежностью, возможно в ущерб времени доставки.
В качестве адресов отправителя и получателя в составной сети используется не МАС-адрес, а пара чисел - номер сети и номер компьютера в данной сети. В канальных протоколах поле "номер сети" обычно отсутствует - предполагается, что все узлы принадлежат одной сети. Явная нумерация сетей позволяет протоколам сетевого уровня составлять точную карту межсетевых связей и выбирать рациональные маршруты при любой их топологии, используя альтернативные маршруты, если они имеются, что не умеют делать мосты.
Таким образом, внутри сети доставка сообщений регулируется канальным уровнем. А вот доставкой пакетов между сетями занимается сетевой уровень.
Существует два подхода к назначению номера узла в заголовке сетевого пакета. Первый основан на использовании для каждого узла нового адреса, отличного от того, который использовался на канальном уровне. Преимуществом такого подхода является его универсальность и гибкость - каков бы ни был формат адреса на канальном уровне, формат адреса узла на сетевом уровне выбирается единым. Однако, здесь имеются и некоторые неудобства, связанные с необходимостью заново нумеровать узлы, причем чаще всего вручную.
Второй подход состоит в использовании на сетевом уровне того же адреса узла, что был дан ему на канальном уровне. Это избавляет администратора от дополнительной работы по присвоению новых адресов, снимает необходимость в установлении соответствия между сетевым и канальным адресом одного и того же узла, но может породить сложную задачу интерпретации адреса узла при соединении сетей с разными форматами адресов.
Протоколы передачи данных и протоколы обмена маршрутной информацией
Для того, чтобы иметь информацию о текущей конфигурации сети, маршрутизаторы обмениваются маршрутной информацией между собой по специальному протоколу. Протоколы этого типа называются протоколами обмена маршрутной информацией (или протоколами маршрутизации). Протоколы обмена маршрутной информацией следует отличать от, собственно, протоколов сетевого уровня. В то время как первые несут чисто служебную информацию, вторые предназначены для передачи пользовательских данных, также, как это делают протоколы канального уровня.
Для того, чтобы доставить удаленному маршрутизатору пакет протокола обмена маршрутной информацией, используется протокол сетевого уровня, так как только он может передать информацию между маршрутизаторами, находящимися в разных сетях. Пакет протокола обмена маршрутной информацией помещается в поле данных пакета сетевого уровня, поэтому с точки зрения вложенности пакетов протоколы маршрутизации следует отнести к более высокому уровню, чем сетевой. Но функционально они решают общую задачу с пакетами сетевого уровня - доставляют кадры адресату через разнородную составную сеть.
С помощью протоколов обмена маршрутной информацией маршрутизаторы составляют карту межсетевых связей той или иной степени подробности и принимают решение о том, какому следующему маршрутизатору нужно передать пакет для образования рационального пути.
На сетевом уровне работают протоколы еще одного типа, которые отвечают за отображение адреса узла, используемого на сетевом уровне, в локальный адрес сети. Такие протоколы часто называют протоколами разрешения адресов - Address Resolution Protocol, ARP. Иногда их относят не к сетевому уровню, а к канальному, хотя тонкости классификации не изменяют их сути.
Поиск
