"Oracle9i XML. Разработка приложений электронной коммерции с использованием технологии XML"
В этой книге рассказывается о создании и развертывании межплатформных основанных на транзакциях приложений Оrасlе9i с использованием технологии ХМL, являющейся промышленным стандартом описания данных при интеграции приложений электронного бизнеса и организации торговли через Интернет. Книга написана членами группы разработки XML-продуктов компании Oracle. Она позволит эффективно использовать все преимущества инструментального пакета разработчика Oracle XML Developer Kit (XDK) для создания, управления, преобразования и просмотра XML-документов. Книга дополнена примерами из практики, которые иллюстрируют использование встроенных в Оrасlе9i функций, поддерживающих технологию XML.
Книга адресована программистам, работающим в самых разнообразных ОС UNIX. Авторы предлагают шире взглянуть на возможности параллельной организации вычислительного процесса в традиционном программировании. Особый акцент делается на потоках (threads), а именно на тех возможностях и сложностях, которые были привнесены в технику параллельных вычислений этой относительно новой парадигмой программирования. На примерах реальных кодов показываются приемы и преимущества параллельной организации вычислительного процесса. Некоторые из результатов испытаний тестовых примеров будут большим сюрпризом даже для самых бывалых программистов. Тем не менее излагаемые техники вполне доступны и начинающим программистам: для изучения материала требуется базовое знание языка программирования С/О++ и некоторое понимание "устройства" современных многозадачных ОС UNIX.
В качестве "испытательной площадки" для тестовых фрагментов выбрана ОСРВ QNX, что позволило с единой точки зрения взглянуть как на специфические механизмы микроядерной архитектуры QNX, так и на универсальные механизмы POSIX. В этом качестве книга может быть интересна и тем, кто не использует (и не планирует никогда использовать) ОС QNX: программистам в Linux, FreeBSD, NetBSD, Solaris и других традиционных ОС UNIX.
Книги, подобные этой, редко появляются на прилавках магазинов, поскольку за ними стоит многолетний опыт работы их авторов. В книге описывается хороший стиль Unix-программирования, многообразие доступных языков программирования, их преимущества и недостатки, различные IPC-методики и инструменты разработки. Автор анализирует философию Unix, культуру и основные традиции сформированного вокруг нее сообщества. В книге объясняются наилучшие практические приемы проектирования и разработки программ в Unix. Вместе с тем описанные в книге модели и принципы будут во многом полезны и Windows-разработчикам. Особо рассматриваются стили пользовательских интерфейсов Unix- программ и инструменты для их разработки. Отдельная глава посвящена описанию принципов и инструментов для создания хорошей документации.
Книга будет полезна для широкой категории пользователей ПК и программистов.
Не так давно компания Microsoft известила весь мир о создании новой технологии .NET. Эта технология выводит программирование на новый уровень развития. Специально для нее компания Microsoft разработала язык Си (Си Шарп), который является новейшим на сегодняшний день языком программирования. Он сочетает в себе преимущества уже существующих языков программирования и дополняет их удобными механизмами работы с технологией .NET.
Эта книга позволит вам в короткие сроки ознакомиться, с основными возможностями С#. Вы сможете изучить синтаксис языка, типы данных, классы, свойства, методы, атрибуты и многое другое. Также в книге подробно рассмотрена методика создания приложений для Windows. Все описанные в книге возможности языка подчеркиваются многочисленными примерами. Прочитав эту книгу, вы сможете с легкостью приступить к созданию собственных приложений на языке Си.
Книга будет интересна как новичкам, так и имеющим опыт программистам.
Если Вам необходимо быстро и без затруднений развернуть на сайте удобный интернет-магазин, то этот скрипт создан специально для Вас.
Преимущества данного скрипта:
* Любое количество уровней вложенности разделов-подразделов для товаров.
* Информационные поля для товаров настраиваются при необходимости (возможность добавить любые необходимые поля для товаров).
* Удобный интерфейс корзины покупок и получения заказов по емейл.
* Весь дизайн магазина вынесен в отдельные файлы и полностью настраивается.
Целью данной статьи является попытка на конкретных примерах показать некоторые из возможностей XML, ответить на ряд часто возникающих при знакомстве с новым языком вопросов. Что же такое XML? В чем заключаются его преимущества перед привычным уже нам языком HTML? Можно ли использовать XML на своих Web-страничках уже сегодня? А если можно, то как?
Автором языка C++ является Бьерн Страуструп,сотрудник известной фирмы AT&T. C++(а точнее, его предшественник, С with classes) был создан под влиянием языка Simula (надо сказать, что этот язык программирования появился еще в 1967 году). Собственно, к тому моменту, когда появился C++, С уже заработал себе популярность; профессиональные программисты уважают его за возможность использовать преимущества конкретной архитектуры, создавая при этом программы на языке относительно высокого уровня.
В настоящее время C++ — один из самых популярных (если не самый популярный) языков программирования. Именно С++ позволяет написать программу с использованием объектно ориентированных подходов (а программы, которые этого требуют, обычно очень большие) и при этом достаточно «быструю». Эта книга познакомит читателя с «философией » и основами программирования на языке С++. В книге приводится множество примеров, скомпилированных и проверенных автором.
Не так давно компания Microsoft известила мир о создании новой технологии .NET. Эта технология выводит программирование на новый уровень развития. Специально для нее компания Microsoft разработала язык C# ( Си Шарп ), котиорый является новейшим на сегодняшний день языком программирования. Он сочетает преимущества уже существующих языков программирования и дополняет их удобными механизмами работы с технологией .NET.
Эта книга позволит вам в короткие сроки ознакомиться с основными возможностями C#. Вы сможете изучить синтаксис языка, типы данных, классы, свойства, методы, атрибуты и многое другое.
Также в книге подробно рассмотрена методика создания приложений для Windows. Все описываемые в книге возможности подчеркиваются многочисленными примерами. Прочитав эту книгу, вы сможете с легкостью приступить к созданию собственных приложений на языке C#. Книга будет полезна как новичкам, так и имеющим опыт программистам.
режде, чем применять Flash на сайте, нужно семь раз отмерить. Оказывается, не все знают, что это такое. Одни применяют Flash от необходимости, другие — от незнания. Дело в том, что Flash — это не обычная растровая (gif, jpg, bmp и т.п.) картинка и не html. А мультемидийная технология. Как у любой технологии, у этой есть свои преимущества и недостатки.
Рассматривать Flash-технологию стоит с нескольких позиций:
С точки зрения внешнего оформления и культуры сайта;
C функционально-технической стороны;
C практической стороны.
Оформление и культура сайта.
Сайт — это как книга. Вы покупаете книгу, потому что ее сюжет вам интересен или информация из нее вам полезна. Но не потому, что у нее красивая обложка или известный автор. То время, когда изумленный прогрессом интернетчик приходил на сайт, чтобы посмотреть, как там что-то прыгает-летает-плавает прошло. Теперь людей заботит информация.
Flash препятствует восприятию информации. Сайт, построенный на Flash больше напоминает игру для новомодной приставки или телевизионную рекламу, когда сидишь и ждешь, когда она закончится. В большинстве случаев это связано с изменением привычного для пользователя хода вещей, например, вмешательством в интерфейс, навязыванием анимации и даже звука. Сайт — не самоцель, он существует для посетителя (кроме домашних страничек, которые их авторы для себя же делают).
Функционально-техническая сторона.
Flash использует plug-in модули, мультемидийные функции, на сегодняшний день не интегрированные в браузеры. В силу присущих Flash-технологии свойств она имеет функциональные недостатки:
Наличие этих недостатков совсем не означает, что надо вовсе отказаться от Flash . Просто с одной стороны на весы нужно положить необходимость использования Flash -элемента, с другой стороны — его недостатки
Обесцениваются функции браузера:
Регулировка размера шрифта. Изменять шрифт средствами стандартных функций браузера нельзя. Поэтому шрифт у посетителя будет таким, каким его задал дизайнер (для справки: все дизайнеры обладают прекрасным зрением, делая шрифты мелкими и очень мелкими);
Кнопка «назад». Она перемещает не к началу сценария анимации, как ожидается, а на предыдущую страницу сайта, где Flash-элемент еще/уже отсутствует;
Поиск по странице.
Гиперссылки лишаются важного качества — изменяемости цвета в зависимости от движения по сайту посетителя. Вспоминаешь, был ли ты на этой странице или нет. Таким образом, затрудняется навигация по сайту в целом;
Вес страниц увеличивается в разы;
Навигация во Flash-сайтах часто неудобна;
Сайты, построенные на Flash в большинстве случаев некорректно работают в офлайне (т.е. когда страницы сайта скачаны на компьютер пользователя и просматриваются в автономном режиме).
По отношению к крупным информационным сайтам Flash обладает еще большим недостатком — невозможностью индексирования текстов во flash -элементах. У сайтов, полностью построенных на Flash , всегда низкая степень релевантности.
Практическая сторона.
Кроме технических тонкостей, которые увидит не каждый, Flash обладает рядом весомых практических недостатков:
Flash-элементы имеют большой размер. Мультимедийные возможности Flash широки, поэтому дизайнер просто не удерживается, чтобы не поэксплуатировать их;
Flash-ролики создаются раз и навсегда. Вместо этого можно уделить внимание более частому обновлению содержания сайта;
Скачанные на компьютер Flash-сайты отображаются некорректно. Информация, находящаяся во Flash-формате недоступна (для закачки Flash-элементов требуется программное обеспечение, которое обычно отсутствует у пользователя).
Прежде, чем применять Flash на сайте, надо поставить себя на место пользователя: нужна информация; мало времени; модемная скорость; трафик заканчивается.
Выводы:
Flash противопоказан крупным информационным сайтам (главная цель которых — погоня за посетителями);
Flash применим для малого сайта узкой специализации (например, для сайта, чей адрес узнается с визитки его представителя и только);
Использование Flash хорошо подходит для рекламы и развлечений (баннеры, промо-сайты, игры);
Если можно обойтись без Flash, лучше обойтись без Flash.
Примечание - большая часть написанного здесь текста с примерами взята по памяти (пару лет назад изучал достаточно подробно, поэтому может что-то в алгоритмах не работать - я ведь их не копировал откуда-то, а прямо тут же и писал, так что за синтаксические ошибки не пинайте) - на данный момент я активно OLE не пользуюсь (не из-за каких-то проблем с самим OLE, а из-за отсутствия надобности в его использовании в текущий момент).
Основные преимущества, благодаря которым OLE активно используется:
* Для вызывающей базы "по барабану" - какой тип вызываемой базы (DBF или SQL)
* Объектами вызываемой базы можно управлять всеми известными методами работы с объектами в 1С (т.е. со справочниками работают методы ВыбратьЭлементы(), ИспользоватьДату() и т.п., с документами - ВыбратьДокументы() и т.п.), соответственно, можно напрямую решить - стоит отрабатывать конкретные объекты базы OLE или пропустить их.
Пример 1. Присоединение к базе 1С через OLE.
БазаОле=СоздатьОбъект("V77.Application"); // Получаем доступ к OLE объекту 1С
Локальная версия (на одного пользователя): V77L.Application
Сетевая версия: V77.Application
Версия SQL: V77S.Application
Далее вместо термина "вызываемая база" будет написано просто "база OLE", а вместо термина "вызывающая база" - "местная база"
Теперь, мы должны знать несколько параметров для запуска базы OLE: Каталог базы, имя пользователя и пароль. Ну, наверное, еще и желание запустить 1С в монопольном режиме :)
Комментарий: функции СокрЛП() стоят в примере на случай, если пользователь захочет указанные выше переменные сделать в форме диалога, а проблема при этом состоит в том, что в алгоритм программа передаст полное значение реквизита (т.е. допишет в конце значения то количество пробелов, которое необходимо для получения полной длины строки (указана в свойствах реквизита диалога)).
Пример 2. Доступ к объектам базы OLE.
Запомните на будущее как непреложный факт:
1. Из местной базы в базу OLE (и, соответственно, наоборот) напрямую методом присвоения можно перенести только числовые значения, даты и строки ограниченной длины!!! Т.е. местная база поймет прекрасно без дополнительных алгоритмов преобразования полученного значения только указанные типы значений. Кроме того, под ограничением строк подразумевается проблемы с пониманием в местной базе реквизитов объектов базы OLE типа "Строка неограниченной длины". К этому же еще надо добавить и периодические реквизиты. Естественно, под методом присвоения подразумеваются и попытки сравнить объекты разных баз в одном условии (например, в алгоритмах "Если" или "Пока" и т.п.).
2. Есть проблемы при попытке перенести "пустую" дату - OLE может ее конвертировать, например, в 31.12.1899 года и т.п. Поэтому вам лучше заранее выяснить те значения, которые могут появится в местной базе при переносе "пустых" дат, чтобы предусмотреть условия преобразования их в местной базе.
A) Доступ к константам базы OLE:
Б) Доступ к справочникам и документам базы OLE (через функцию "CreateObject"):
После создания объекта справочника или документа к ним применимы все методы, касающиеся таких объектов в 1С:
Заметьте, что если вместо "Сообщить(Спр.Наименование)" вы укажете "Сообщить(Спр.ТекущийЭлемент())", то вместо строкового/числового представления этого элемента программа выдаст вам в окошке сообщение "OLE". Именно это я и имел в виду, когда говорил, что напрямую мало что можно перенести. Т.е. не будут работать следующие методы (ошибки 1С не будет, но и результат работы будет нулевой). Рассмотрим следующий пример:
Однако, сработает следующий метод:
Отсюда вывод: возможность доступа к объектам базы 1С через OLE требуется, в основном, только для определенной задачи - получить доступ к реквизитам определенного элемента справочника или документа. Однако, не забываем, что объекты базы OLE поддерживают все методы работы с ними, в т.ч. и "Новый()", т.е. приведем пример противоположный предыдущему:
В) Доступ к регистрам базы OLE (Не сложнее справочников и документов):
Г) Доступ к перечислениям базы OLE (аналогичен константе):
ЗначениеПеречисленияOLE = БазаОле.Перечисление.Булево.НеЗнаю; // :)
Заметьте, что пользы для местной базы от переменной "ЗначениеПеречисленияOLE" особо-то и нет, ведь подобно справочнику и документу перечисление также напрямую недоступно для местной базы. Пожалуй, пример работы с ними может быть следующим (в качестве параметра условия):
По аналогии со справочниками и документами работает объект "Периодический", план счетов работает по аналогии с ВидомСубконто, ну и далее в том же духе… Отдельную главу посвятим запросу, а сейчас… стоп. Еще пункт забыл!
Ж) Доступ к функциям и процедурам глобального модуля базы OLE!
Как же я про это забыл-то, а? Поскольку при запуске базы автоматически компилируется глобальный модуль, то нам становятся доступны функции и процедуры глобального модуля (поправлюсь - только те, у которых стоит признак "Экспорт"). Плюс к ним еще и различные системные функции 1С. А доступны они нам через функцию 1С OLE - EvalExpr(). Приведем примеры работы с базой OLE:
На самом деле, в последней строке примера я исхитрился и забежал немного вперед. Дело в том, что как и запрос (см. отдельную главу), так и EvalExpr() выполняются внутри базы OLE, причем команды передавается им обычной строкой, и поэтому надо долго думать, как передать необходимые ссылки на объекты базы OLE в строке текста местной базы. Так что, всегда есть возможность поломать голову над этим…
Алгоритмы преобразования объектов в "удобоваримый вид" между базами.
Ясно, что алгоритмы преобразования нужны не только для переноса объектов между и базами, но и для такой простой задачи, как попытки сравнить их между собой.
И еще раз обращу внимание: ОБЪЕКТЫ ОДНОЙ БАЗЫ ПРЕКРАСНО ПОНИМАЮТ ДРУГ ДРУГА, ПРОБЛЕМЫ ВОЗНИКАЮТ ТОЛЬКО ТОГДА, КОГДА ВЫ НАЧИНАЕТЕ СВЯЗЫВАТЬ МЕЖДУ СОБОЙ ОБЪЕКТЫ РАЗНЫХ БАЗ, т.е. команда
будет прекрасно работать без ошибок. Не забывайте это, чтобы не перемудрить с алгоритмами!
Итак, повторяюсь, что напрямую перенести, да и просто сравнить можно только даты (причем не "пустые"), числа и строки ограниченной длины. Итак, как же нам сравнить объекты разных баз (не числа, не даты, не строки), т.е. как их преобразовать в эту самую строку/число/дату.
А) Преобразование справочников/документов базы OLE (если есть аналогичные справочники/документы в местной базе). В принципе, преобразование их было уже рассмотрено в примерах выше и сводится к поиску их аналогов в местной базе. Могу еще раз привести пример, заодно с использованием регистров:
Б) Преобразование перечислений и видов субконто (подразумевается, что в обоих базах есть аналогичные перечисления и виды субконто). Вся задача сводится к получению строкового или числового представления перечисления или вида субконто.
Не поймите это как прямую команду воспользоваться функцией Строка() или Число() :)) Нет. Для этого у нас есть обращение к уникальному представлению перечисления и вида субконто - метод Идентификатор() или ЗначениеПоНомеру(). Второй вариант не очень подходит, так как зачастую в разных базах даже перечисления бывают расположены в другом порядке, а вот идентификаторы стараются держать одинаковыми в разных базах. Отсюда вывод, пользуйтесь методом Идентификатор(). Кстати, не путайте вид субконто с самим субконто! Привожу пример преобразования:
То же самое относится и к плану счетов - принцип у него тот же, что и у вида субконто…
В) Преобразование счетов:
Во многом объект "Счет" аналогичен объекту "Справочник". Отсюда и пляшем:
Работа с запросами и EvalExpr().
Наконец-то добрались и до запросов. Надо пояснить несколько вещей, касаемых запросов (да и EvalExpr() тоже). Самое главное - компиляция текста OLE-запроса (т.е. разбор всех переменных внутри запроса), как и сами OLE-запросы выполняются внутри базы OLE и поэтому ни одна переменная, ни один реквизит местной базы там недоступны, да и запрос даже не подозревает, что его запускают по OLE из другой базы!!! Поэтому, чтобы правильно составить текст, иногда требуется не только обдумать, как передать параметры запроса в базу OLE, но и обдумать, что нужно добавить в глобальный модуль той самой OLE-базы, чтобы как-то собрать для запросы переменные!
1. Поскольку сам текст запроса и функции EvalExpr() является по сути текстом, а не набором параметров, то напрямую передать ему ссылку на элемент справочника, документ, счет и т.п. нельзя. Исключение может быть составлено для конкретных значений перечислений, видов субконто, констант, планов счетов и т.п.
2. Хоть и многим и так понятно, что я скажу дальше, но я все-таки уточню: при описании переменных в тексте запроса не забывайте, что объекты базы надо указывать напрямую, без всяких префиксов типа "БазаОле".
3. Отрабатывать запрос сложно тем, что ошибки, например, при компиляции напрямую не увидеть. Поэтому начинаем пошагово готовится к отработке запроса в базе OLE.
Вначале допишем в глобальном модуле базы OLE немного строк, которые нам помогут в работе:
Теперь начинаем потихоньку писать сам запрос. Что мы имеем:
В форме диалога местной базы несколько реквизитов диалога (либо местные переменные):
* Даты периода (НачДата и КонДата)
* Элементы справочников для фильтрации (ВыбТовар, ВыбФирма, ВыбКлиент, и т.д.)
* Какие-либо флажки (ТолькоЗамерзающийЗимойТовар , ..)
Мы начинаем писать запрос и сразу попадаем в такую ловушку:
ТекстЗапроса = " Период с НачДата по КонДата; ";
Вроде все в порядке, но такой запрос не выполнится в базе OLE, так как там понятия не имеют, что такое НачДата и КонДата :)) Ведь эти переменные действительны только для местной базы! Переписываем запрос заново:
Казалось бы все очень просто. По аналогии - если уникальность для товаров ведется по наименованию, то простой заменой слова "код" на "наименование" мы решаем вопрос и здесь. Теперь рассмотрим, когда мы выбрали группу, т.е. текст условия должен будет выглядеть так:
И здесь, правда можно проблему решить "двумями путями" :)) Первый пусть - когда мы имеем дело с двухуровне вымсправочником. Тогда проблема группы решается также просто, как и в 1-м варианте:
А если справочник очень даже многоуровневый? Вот для этого мы и используем написанную ранее функцию. Предположим, что список значений запроса с индексом массива " 1 " мы будем использовать для хранения подобных значений (например, хранить в нем группы товаров, клиентов) для хитрых условий. Итак, например, в ВыбТовар у нас указана группа товаров, а в ВыбКлиент - группа клиентов, которым мы товары группы ВыбТовар продавали. Кроме того, мы должны пропустить накладные возвратов поставщикам, и не забыть, что товары надо еще отбирать по флажку ТолькоЗамерзающийЗимойТовар:
Ну, а с реквизитами запроса разбираемся так же, как указано было выше в предыдущих разделах… И не забываем, что кроме хранения конкретных значений, можно использовать другие списки значений запроса. Например, можно заполнить какой-либо список значений запроса списком клиентов и использовать его в запросе:
Те, кто хорошо умеет работать с графическим редактором Photoshop, могут сделать анимированный GIF непосредственно в этой программе. Но создания баннера или анимированной кнопки совсем не обязательно каждому изучать Photoshop. Есть множество специализированных программ для создания анимированной графики, которые в свою очередь имеют множество специальных инструментов и шаблонов, благодаря которым создание рекламного объявления или анимированного логотипа для сайта становится делом нескольких минут.
Программы создающие GIF-анимацию.
Те, кто хорошо умеет работать с графическим редактором Photoshop, могут сделать анимированный GIF непосредственно в этой программе. Но создания баннера или анимированной кнопки совсем не обязательно каждому изучать Photoshop. Есть множество специализированных программ для создания анимированной графики, которые в свою очередь имеют множество специальных инструментов и шаблонов, благодаря которым создание рекламного объявления или анимированного логотипа для сайта становится делом нескольких минут.
GIF Construction Set Professional.
На первый взгляд кажется, что эта программа проста но это не так. Возможности ее очень широки, и, в отличие от многих аналогичных программ, она позволяет компилировать анимационные файлы не только в формате GIF. GIF Construction Set Professional может преобразовывать созданную в ней анимацию или уже готовый GIF-файл в формат Macromedia Flash (SWF). Файл Macromedia Flash имеет свои преимущества и недостатки перед GIF. Так, например, степень сжатия изображения в GIF ниже, и файл SWF может включать в себя не только анимацию, но и звук.
При экспорте созданной анимации в файл Macromedia Flash, следует помнить о том, что если в анимированном GIF можно указать время отображения каждого кадра по отдельности, в файле SWF частота смены изображений будет фиксированной. Кроме этого, файлы SWF, в отличие от GIF не поддерживают прозрачности.
Экспортировать в формат Macromedia Flash циклическую анимацию не получится – файл можно проиграть только один раз. Для имитации многократно повторяющейся анимации необходимо вносить дополнительные изменения в HTML-код страницы, на которой будет расположен SWF файл.
Принцип создания анимированного GIF-файла такой же, как и разработка рисованного мультфильма. Создается группа изображений с несколько измененным рисунком, после чего указывается их последовательность, и все они экспортируются в единый файл. Изображения, из которых будет состоять GIF-анимация, в GIF Construction Set Professional отображены в виде столбца кадров. Инструменты для выполнения различных манипуляций с кадрами «спрятаны» в контекстном меню. Они дают возможность вращать, обрезать, выполнять цветокоррекцию, добавлять эффект тени, выполнять объединение и удаление кадров.
Для файлов, которые помещаются на интернет-странице, очень важно, чтобы их размер был как можно меньше. В утилите GIF Construction Set Professional имеется специальная функция «суперсжатия», благодаря которой программа анализирует код GIF файла и делает размер анимации несколько меньше.
Easy GIF Animator Pro
Эта программа сделана, так чтобы любая задача могла быть выполнена в ней буквально за несколько минут. Реализовано это за счет продуманного процесса создания нового анимационного файла. В программе имеется свои мастера настроек - мастер создания нового баннера и мастер создания новой кнопки. Удобство таких предварительных заготовок еще и в том, что в программе уже заложены стандартные основные размеры баннеров, которые не всегда можно запомнить. В программе содержатся небольшой набор шаблонов кнопок с разными текстурами: мраморные, стеклянные, деревянные и пр.
Чтобы несколько разнообразить монотонное «слайд-шоу» сменяющихся кадров на баннере или на другом графическом элементе интернет-страницы, Easy GIF Animator Pro предлагает использовать анимационные эффекты перехода от одного изображения к другому. Вторая картинка может, например, выезжать из угла кадра или медленно проступать поверх предыдущей. Easy GIF Animator Pro имеет скромный набор инструментов для редактирования каждого изображения в анимации. Однако, несмотря на то, что этот «арсенал» напоминает палитру инструментов программы Microsoft Paint, на практике оказывается, что его вполне достаточно даже для того чтобы сделать текстовый баннер «с нуля». Здесь можно создавать геометрические фигуры, выполнять заливку, добавлять текст и делать заливку изображения градиентным цветом или даже выбранной текстурой.
GIF Movie Gear
В этой программе практически полностью отсутствует возможность редактирования изображений. Единственный способ это сделать – изменять рисунок по пикселам, что не далеко не всегда удобно. Из этого можно сделать вывод, что программа GIF Movie Gear позиционируется не как самостоятельный инструмент для работы с форматом GIF, а как вспомогательная утилита, которую будет уместно использовать в паре с каким-нибудь графическим редактором. В программе даже имеется возможность указать путь на диске к утилите, которая будет запускаться всякий раз, когда возникнет необходимость изменить рисунок кадра.
В GIF Movie Gear хорошо реализована оптимизация выходного файла. Во-первых, с ее помощью можно управлять количеством цветов в индексированной палитре GIF-файла, а также вручную подбирать цвета индексированной палитры и сохранять ее в отдельный файл для повторного использования. Во-вторых, в программе есть целая группа настроек для уменьшения размера файла без потери качества изображения. Среди них – максимально возможная обрезка кадров, устранение ненужных кадров (например, повторяющихся), замена дублирующихся точек изображения с прозрачностью. Эффективность выбранных настроек может быть мгновенно просчитана программой и оценена в процентах сжатия от общего размера анимационного файла.
В GIF Movie Gear можно использовать не только для создания GIF анимации. С помощью программы можно также создавать иконки *.ico (вот тут и пригодится возможность точечного рисунка), обычные и анимированные курсоры (*.cur, *.ani). Кроме вышеперечисленных форматов, изображения могут быть сохранены в виде многослойного файла PSD или в виде секвенции изображений в других графических форматах.
Если необходимо особым образом пометить создаваемый файл GIF, в него можно внедрить комментарий. При этом внешне файл останется прежним, лишь слегка увеличится его размер.
Selteco Bannershop GIF Animator
Эта программа нацелена, в основном на создание баннеров. В списке наиболее часто встречаемых разрешений можно найти все популярные сегодня типы баннеров, от стандартного 468x60 до «небоскреба» (skyscraper). Bannershop GIF Animator имеет специальный режим для быстрого создания анимированного изображения. Работая в нем, достаточно составить список графических файлов, задать задержку перед выводом на экран следующего кадра и все, файл можно сохранять в формате GIF. По такому же принципу работает и мастер создания слайд-шоу из отдельных картинок.
В Bannershop GIF Animator можно использовать анимационные эффекты, которые разделены на три группы – Intro Animation, Animation и Outro Animation. В первом случае можно получить эффект появления выделенного кадра, в последнем – его исчезновение. Отчасти, эти эффекты напоминают эффекты перехода, однако их область применения шире. Они также могут использоваться как видеофильтры. Эффекты еще одной группы, Animation, заставляют изображение двигаться особым образом – скользить, дрожать и переливаться светом.
Если составленная цепочка кадров включает в себя изображения разного разрешения, можно воспользоваться функцией Autosizing Frames, которая будет увеличивать рабочее пространство до тех пор, пока его площади не будет достаточно, чтобы отобразить самый большой кадр.
Нередко при создании текстового баннера приходится использовать символьный шрифт. Для того чтобы отыскать нужный значок, приходится тратить довольно много времени или использовать специальные программы-менеджеры установленных в системе шрифтов.
Создавая текст на баннере, отыскать нужный символ в Bannershop GIF Animator очень просто. Команда Inserт Symbol откроет таблицу со всеми элементами выбранного шрифта. Перебирая названия в списке установленных в системе шрифтов и наблюдая за таблицей, можно легко найти то, что нужно.
Готовую анимацию можно сразу сохранять в виде HTML страницы, в коде которой уже указано название графического файла.
Среди прочих особенностей программы стоит отметить возможность экспорта подготовленной анимации в AVI и поддержку векторного формата WMF, изображение которого растрируется при импорте в программу.
Active GIF Creator
Если необходимо сделать большое количество похожих баннеров, анимированных кнопок или логотипов, стоит задуматься о том, как упростить процесс. В Active GIF Creator это можно сделать с помощью специальных скриптов.
Модуль для работы со скриптами Script Editor является главной "изюминкой" программы. Он дает возможность автоматизировать рутинную работу, записав последовательность действий в отдельный скрипт. Анимационные скрипты – это файлы с расширением *.agif, которые сохраняются внутри проекта и могут многократно использоваться во время работы над ним. Таким образом, можно автоматически перемещать объекты, изменять их размер, управлять их отображением.
Active GIF Creator может оптимизировать размер анимационного файла, в зависимости от указанной скорости модема. В программе можно сохранять Gif анимацию сразу с HTML кодом и при этом подбирать в окне предварительного просмотра цвет фона и текста.
Кроме этого, программа умеет создавать GIF-файлы из командной строки в пакетном режиме. Самостоятельно разобраться с этой возможностью достаточно тяжело, но, тем не менее, ответы, на все вопросы, касающиеся работы с командной строкой, можно найти в технической документации Active GIF Creator.
CoffeeCup GIF Animator
CoffeeCup GIF Animator - это отличный выход для тех, у кого нет никакого желания и времени разбираться со сложными настройками Photoshop только ради того, чтобы сделать аватар. Программа несложна в использовании и при этом имеет все необходимые инструменты для решения такой задачи. Так, например, программа поддерживает импорт видео-файлов, может задавать время задержки для всех кадров GIF-анимации сразу или по отдельности, устанавливать для каждого кадра свое время отображения, задавать цвет, который должен быть прозрачным на изображении. Настроек в программе минимум, и все они помещаются в небольшом окне программы, в котором происходит сборка и предварительный просмотр анимации.
Мастер оптимизации также практически не требует от пользователя никакого вмешательства – достаточно следовать его простым инструкциям, и размер файла будет уменьшен настолько, насколько это возможно, без потери качества изображения. Это достигается за счет ограничения индексированной палитры и устранения присутствующих в файле GIF внутренних комментариев. CoffeeCup GIF Animator также сохраняет сделанную анимацию в SWF, и при этом выводит на экран код, который нужно будет вставить, чтобы файл отображался на веб-странице.
Ulead GIF Animator
Компания Ulead известна, прежде всего, своим программным обеспечением для работы с цифровым видео, поэтому неудивительно, что ее утилита GIF Animator унаследовала черты настоящего видеоредактора. Так, например, программа изобилует всевозможными эффектами, большинство которых перекочевали в GIF Animator из стандартного набора эффектов перехода приложений для обработки видео - Video Studio и Media Studio Pro.
Количество встроенных эффектов можно и увеличить. Для этого в настройках Ulead GIF Animator можно указать расположение фильтров Photoshop и дополнительных фильтров, совместимых с графическим редактором от Adobe. Тут, впрочем, следует вспомнить о том, что со времени выхода последней версии GIF Animator, прошло довольно много времени, и новые фильтры программой от Ulead не поддерживаются.
В режиме, предназначенном для оптимизации файла, рабочая область для наглядности разделена на две части – в одной показываются кадры проекта до сжатия в формат GIF, во второй – после. Изменение настроек сжатия мгновенно отображается на конечном результате. Подбирать «золотую середину» в соотношении размер-качество можно используя ограничение цветовой палитры. Кроме этого, досутпно еще два параметра – Dither, определяющий точность передачи градиентного перехода цвета, и Lossy, отвечающий за количество потерь при сжатии изображения. Управлять кадрами анимации можно либо с помощью панели кадров, где они показаны в виде слайдов, либо с панели настроек, где эта же анимация отображена в виде группы слоев, каждый из которых означает отдельный кадр.
Среди различных форматов экспорта присутствует совершенно неожиданная функция – упаковка созданной анимации в исполнительный EXE-файл. В этом случае на выходе вы получаете один файл, при запуске которого происходит примерно следующее – на экран поверх открытых окон программ выплывает созданное в GIF Animator изображение, а затем воспроизводится анимация. Трудно сказать, какое применение можно найти для этой возможности программы, скорее всего, ее можно использовать для необычного оформления презентации, которая будет начинаться таким неожиданным появлением изображения, либо это может быть просто способ пошутить над коллегой по работе.
Программ GIF-анимации обязательно нужно держать под рукой – чтобы в один прекрасный момент проблема создания анимированного баннера не затормозила всю остальную работу. Для тех, кто постоянно создает анимационные баннеры в больших количествах, следует попробовать в работе редактор скриптов Active GIF Creator, для тех, кому нужно быстро сделать свой аватар или оригинальный юзербар лучше подойдет CoffeeCup GIF Animator. Ну, а если нужен просто универсальный и надежный GIF-аниматор, «на все случаи жизни», советуем присмотреться к хорошо зарекомендовавшей себя программе от Ulead.
Анимированное кино существует и развивается уже сто лет. Оно стало считаться одним из видов искусства. Год от года неуклонно возрастет число анимационных проектов. Такие картины, как Final Fantasy, Shrek, Little Stuart, The Incredibles, Finding Nemo претендуют на престижную премию Оскара. Возможно наступит момент, когда актеров заменят их трехмерные двойники.
Трехмерные сцены становятся все реалистичными, а их себестоимость снижается. Без трехмерных декораций не обходится ни один современный экшн.
Как создается трехмерная анимация.
Анимированное кино существует и развивается уже сто лет. Оно стало считаться одним из видов искусства. Год от года неуклонно возрастет число анимационных проектов. Такие картины, как Final Fantasy, Shrek, Little Stuart, The Incredibles, Finding Nemo претендуют на престижную премию Оскара. Возможно наступит момент, когда актеров заменят их трехмерные двойники.
Трехмерные сцены становятся все реалистичными, а их себестоимость снижается. Без трехмерных декораций не обходится ни один современный экшн.
Трехмерная анимация постепенно вытесняет классическую двухмерную мультипликацию. Многие мультяшные герои или "уходят на пенсию" (с ними просто больше не делают новых мультфильмов), или обретают новую жизнь в 3D. Например, мультфильм с моряком Папаем, сделанный при помощи 3D-редактора Softimage|XSI.
В 2004-ом году известная анимационная студия Blur Studio представила первый анимационный трехмерный проект про Микки Мауса и других диснеевских героев.
Три мультфильма общей продолжительностью 40 минут стали самым крупным проектом за девятилетнюю историю Blur Studio.
Работа над проектом велась совместно 3D-аниматорами Blur и художниками Disney Studios, которые в свое время рисовали Дональда, Плуто и прочих персонажей. Для того чтобы максимально сохранить особенности движения и внешнего вида персонажей при переносе их в трехмерный мир, ведущий аниматор студии Disney Андреас Дежа (Andreas Deja) все время давал советы коллегам-3D-художникам. Результатом остались довольны все, и в Blur и в Studio надеются, что проект не будет последним.
Метод ключевых кадров.
Современная техника анимации кардинально отличается от анимационных фильмов выпускавшихся двадцать, пятьдесят лет назад.
А до появления трехмерной графики существовала так называемая кукольная анимация. Делалась она так: снимался один кадр с мультипликационным героем, затем, например, руку персонажа передвигали на очень небольшое расстояние и опять снимали один кадр. Вся работа состояла в том, чтобы снять на пленку все положения руки мультяшного героя. Что же касается рисованной анимации, каждый кадр рисовался вручную.
В компьютерной анимации все гораздо проще. Аниматор задает в программе только два положения руки - верхнее и нижнее, а все промежуточные положения просчитываются компьютером. Кадры, которые фиксируют начальное и конечное положение тела, называютсяключевыми.
Используя метод ключевых кадров, можно "оживить" практически любые параметры анимационной сцены. Продолжительность анимации зависит от количества промежуточных кадров между ключевыми.
Если математически отобразить зависимость анимированного параметра (или ключа анимации, как его еще называют) от времени, каждый ключевой кадр будет характеризоваться двумя кривыми, которые определяют функциональные зависимости анимированного параметра на промежутке между текущим ключевым кадром и предыдущим, а также настоящим ключевым кадром и следующим. Во многих редакторах для работы с трехмерной графиков подобной графической зависимостью можно управлять, определяя характер анимации.
Преимущество метода ключевых кадров перед классической техникой создания анимации очевидно: аниматор тратит на создание проекта гораздо меньше времени. Большая часть рутинной работы, которая ранее выполнялась вручную, сегодня переложена на компьютер.
Проблемы при создании анимации методом ключевых кадров.
Несмотря на универсальность и простоту техники ключевых кадров, существуют случаи, когда использование этого метода не позволяет добиться желаемого результата. Это касается тех сцен, в которых необходимо отобразить эффекты, подчиняющиеся законам физики.
В реальной жизни все, что нас окружает, постоянно изменяется - шторы слабо двигаются, по озеру бежит мелкая рябь и так далее. Аниматору очень трудно воссоздать такую картину методом ключевых кадров.
Если сцена содержит большое количество анимированных объектов, установить для каждого из них свой набор ключевых кадров очень сложно. Поскольку подбор параметров значений анимированных параметров в каждом из ключевых кадров производится методом проб и ошибок, на подгонку такой сцены уйдет очень много времени.
Кроме этого, при помощи ключевых кадров 3D-аниматору бывает очень сложно воссоздать реалистичную анимацию некоторых объектов: жидкости, материи, огня, волос, разбивающихся предметов. Алгоритм решения этих проблем настолько сложен, что его разработкой занимаются целые институты.
Каждая программа для создания динамики в трехмерных сценах по-своему уникальна, имеет свои преимущества и недостатки. Поэтому при выборе программного обеспечения руководитель анимационного проекта обычно учитывает задачи, которые планируется выполнить на данном этапе.
Помимо проблем, связанных с моделированием физических процессов, существует еще одна трудность, связанная с анимированием большого количества объектов в сцене. Создать простую, на первый взгляд, сцену с горящим бенгальским огнем при помощи ключевых кадров невозможно. Вручную задать траекторию движения для каждой из огромного количества разлетающихся искр - задача практически невыполнимая. В этом случае в трехмерной анимации используются так называемые источники частиц. Их особенность в том, что они позволяют одновременно управлять большим количеством объектов. Значимость частиц в трехмерной графике столь велика, что некоторые 3D-редакторы имеют сложные системы управления источниками частиц, которые позволяют тонко настроить анимационные эффекты с учетом изменения скорости движения частиц, размера, цвета, формы, изменения положения в пространстве и т.д.
Персонажная анимация.
Создание персонажной анимации - это один из важнейших этапов создания трехмерного проекта.
Любую анимацию можно условно разделить на два типа: реалистичная и нереалистичная. Персонажная анимация может быть как реалистичной, так и нереалистичной, однако, зрителем она лучше воспринимается, если напоминает движения, совершаемые реальными существами. Даже если персонаж анимации - это вымышленное существо, плод воображения художника, лучше, чтобы его движения были правдоподобны. В противном случае персонаж будет выглядеть безжизненным манекеном.
Характер движения любого существа определяется анатомическим строением его скелета. Поэтому при создании трехмерной анимации сначала создается модель скелета существа, на который позже "одевается" оболочка.
"Одевание" оболочки - это тоже достаточно трудоемкий процесс, ведь нужно "привязать" кости к соответствующим частям тела таким образом, чтобы при изменении положения скелета оболочка деформировалась реалистично.
Создавать анимацию скелета будущего персонажа можно двумя способами: вручную, с помощью ключевых кадров, и используя систему захвата движения Motion Capture. Последний способ получил широкое распространение и используется практически по всех коммерческих анимационных проектах, так как имеет ряд преимуществ перед методом ключевых кадров.
Технология Motion Capture использовалась, например, в анимационном фильме - <Полярный экспресс> (The Polar Express). В этом фильме известный актер Том Хенкс, играл сразу несколько ролей: маленького мальчика, проводника поезда, бродягу и Санта Клауса. При этом, во многих анимационных сценах актер играл сам с собой. Конечно же, все герои мультфильма были трехмерными, но Том Хенкс управлял их действиями, жестами и даже мимикой. Актер одевал специальное одеяние с датчиками, напоминающее гидрокостюм, совершал действия перед специальным устройством, а компьютер получал информацию об изменении положения отметок на костюме и моделировал, таким образом, движения трехмерного персонажа. Подобные датчики были установлены и на лице актера, что позволило переносить на анимационных героев его мимику.
Понятно, что анимация персонажей, созданная с использованием технологии Motion Capture, более реалистична, чем полученная методом ключевых кадров.
Мимика персонажа.
Для создания мимики трехмерного персонажа, кроме метода Motion Capture, используется также метод морфинга. Все современные 3D-редакторы обычно имеют средства для создания морфинга.
Добиться высокой реалистичности при имитации мимики методом Motion Capture не всегда удается. Чтобы она была правдоподобной, необходимо имитировать движения огромного количества мускулов, а ведь на каждый мускул датчик повесить невозможно.
Поэтому для имитации мимики используется метод морфинга. Он заключается в том, что на основе модели, которая будет анимирована, создается определенное количество клонированных объектов. Затем каждый из этих объектов редактируется вручную - форма лица изменяется таким образом, чтобы на нем присутствовала та или иная гримаса. При создании мимики очень важно, чтобы лицо персонажа при анимации не выглядело однообразным. Для этого необходимо использовать модели-заготовки с самыми разными гримасами. Пусть на одной заготовке персонаж будет моргать, на другой - щуриться, на третьей - надувать щеки и т.д.
На основе этих моделей при помощи метода морфинга создается анимация. При этом, просчитывается, как изменяется лицо персонажа при переходе от выражения лица одной модели до гримасы, созданной на второй модели и т.д. Таким образом, каждая из моделей служит ключом анимации, в результате использования морфинга форма объекта изменяется, и создается мимика персонажа.
3D-аниматор, который профессионально занимается "оживлением" персонажей, должен быть не только художником, но и знатоком анатомии. Знания о строении тела и работе мускулов помогают создать реалистичные движения и выражения лица.
Если же персонаж не только ходит и кривляется, но еще и говорит, 3D-аниматор обязан превратиться еще и в лингвиста. Каждый звук, который произносит человек, сопровождается определенными движениями его губ, языка, челюсти. Для того чтобы перенести эти движения на трехмерную анимацию, нужно уметь разбивать речь на фонемы и создавать соответствующие их произношению движения на лице персонажа.
Виртуальные камеры.
Многие трехмерные анимационные эффекты создаются с помощью виртуальных камер. Эти вспомогательные объекты предназначены для того, чтобы изменять положение точки съемки в виртуальном пространстве.
Виртуальные камеры обладают всеми основными параметрами, которые присущи настоящим камерам. Так, например, для виртуальной камеры можно указать фокусное расстояние, установить свой тип линз и т.д.
Виртуальная камера, в отличие от настоящей, - это лишь вспомогательный объект, которого вы никогда не увидите на трехмерной анимации.
Трехмерная анимация заметно упрощает реализацию многих спецэффектов. Так, например, хорошо всем известный "эффект Матрицы", когда, камера медленно объезжает вокруг человека, замершего в прыжке, гораздо проще создать при помощи виртуальной камеры. Для реализации этого эффекта в фильме "Матрица" использовалось большое количество камер, расположенных вокруг объекта съемки. Все они зафиксировали положение человека в один и тот же момент времени. Из этих кадров была создана анимация, имитирующая "облет" вокруг объекта.
В трехмерной анимации законы физики не действуют, поэтому для создания такого эффекта достаточно зафиксировать в прыжке трехмерную модель человека и задать плавное движение виртуальной камеры вокруг него.
В реальном мире при съемке фото или видеокамерой быстро движущиеся объекты остаются на полученном изображении смазанными. Причем, размытие изображения в конкретном кадре указывает на направление движения заснятого объекта. Присутствие этого эффекта в трехмерной анимации делает ее более реалистичной.
Эффект смазанного движения (Motion Blur) позволяет создать в трехмерных анимированных сценах смазанный шлейф от быстродвижущихся объектов, и отобразить их такими, какими они выглядят при реальных съемках. Возможность использования эффекта смазанного движения имеется практически во всех модулях просчета изображения, которые используются в 3D-графике.
Сегодня 3D-анимация находится на ранней стадии своего развития но за ней большое будущее. Потребуется еще немало времени, пока в 3D будут созданы анимационные шедевры, которые можно будет сравнить с лучшими образцами классической анимации.
А пока все с удовольствием смотрят мультфильмы, выпущенные много лет назад. Такой например как мультфильм "Бемби", созданный студией Диснея шестьдесят три года назад и отреставрированный при помощи современных средств видеообработки.
Хочется надеяться, что такую же популярность, нерушимую временем, смогут снискать и трехмерные анимационные проекты будущего.
Сеть всегда объединяет несколько абонентов, каждый из которых имеет право передавать свои пакеты. Но, как уже отмечалось, по одному кабелю одновременно передавать два (или более) пакета нельзя, иначе может возникнуть конфликт (коллизия), который приведет к искажению либо потере обоих пакетов (или всех пакетов, участвующих в конфликте). Значит, надо каким-то образом установить очередность доступа к сети (захвата сети) всеми абонентами, желающими передавать. Это относится, прежде всего, к сетям с топологиями шина и кольцо. Точно так же при топологии звезда необходимо установить очередность передачи пакетов периферийными абонентами, иначе центральный абонент просто не сможет справиться с их обработкой.
В сети обязательно применяется тот или иной метод управления обменом (метод доступа, метод арбитража), разрешающий или предотвращающий конфликты между абонентами. От эффективности работы выбранного метода управления обменом зависит очень многое: скорость обмена информацией между компьютерами, нагрузочная способность сети (способность работать с различными интенсивностями обмена), время реакции сети на внешние события и т.д. Метод управления – это один из важнейших параметров сети.
Тип метода управления обменом во многом определяется особенностями топологии сети. Но в то же время он не привязан жестко к топологии, как нередко принято считать.
Методы управления обменом в локальных сетях делятся на две группы:
* Централизованные методы, в которых все управление обменом сосредоточено в одном месте. Недостатки таких методов: неустойчивость к отказам центра, малая гибкость управления (центр обычно не может оперативно реагировать на все события в сети). Достоинство централизованных методов – отсутствие конфликтов, так как центр всегда предоставляет право на передачу только одному абоненту, и ему не с кем конфликтовать.
* Децентрализованные методы, в которых отсутствует центр управления. Всеми вопросами управления, в том числе предотвращением, обнаружением и разрешением конфликтов, занимаются все абоненты сети. Главные достоинства децентрализованных методов: высокая устойчивость к отказам и большая гибкость. Однако в данном случае возможны конфликты, которые надо разрешать.
Существует и другое деление методов управления обменом, относящееся, главным образом, к децентрализованным методам:
* Детерминированные методы определяют четкие правила, по которым чередуются захватывающие сеть абоненты. Абоненты имеют определенную систему приоритетов, причем приоритеты эти различны для всех абонентов. При этом, как правило, конфликты полностью исключены (или маловероятны), но некоторые абоненты могут дожидаться своей очереди на передачу слишком долго. К детерминированным методам относится, например, маркерный доступ (сети Token-Ring, FDDI), при котором право передачи передается по эстафете от абонента к абоненту.
* Случайные методы подразумевают случайное чередование передающих абонентов. При этом возможность конфликтов подразумевается, но предлагаются способы их разрешения. Случайные методы значительно хуже (по сравнению с детерминированными) работают при больших информационных потоках в сети (при большом трафике сети) и не гарантируют абоненту величину времени доступа. В то же время они обычно более устойчивы к отказам сетевого оборудования и более эффективно используют сеть при малой интенсивности обмена. Пример случайного метода – CSMA/CD (сеть Ethernet).
Для трех основных топологий характерны три наиболее типичных метода управления обменом.
Управление обменом в сети с топологией звезда
Для топологии звезда лучше всего подходит централизованный метод управления. Это связано с тем, что все информационные потоки проходят через центр, и именно этому центру логично доверить управление обменом в сети. Причем не так важно, что находится в центре звезды: компьютер (центральный абонент), как на рис. 1.6, или же специальный концентратор, управляющий обменом, но сам не участвующий в нем. В данном случае речь идет уже не о пассивной звезде (рис. 1.11), а о некой промежуточной ситуации, когда центр не является полноценным абонентом, но управляет обменом. Это, к примеру, реализовано в сети 100VG-AnyLAN.
Самый простейший централизованный метод состоит в следующем.
Периферийные абоненты, желающие передать свой пакет (или, как еще говорят, имеющие заявки на передачу), посылают центру свои запросы (управляющие пакеты или специальные сигналы). Центр же предоставляет им право передачи пакета в порядке очередности, например, по их физическому расположению в звезде по часовой стрелке. После окончания передачи пакета каким-то абонентом право передавать получит следующий по порядку (по часовой стрелке) абонент, имеющий заявку на передачу (рис. 4.8). Например, если передает второй абонент, то после него имеет право на передачу третий. Если же третьему абоненту не надо передавать, то право на передачу переходит к четвертому и т.д.
Централизованный метод управления обменом в сети с топологией звезда
Рис. 4.8. Централизованный метод управления обменом в сети с топологией звезда
В этом случае говорят, что абоненты имеют географические приоритеты (по их физическому расположению). В каждый конкретный момент наивысшим приоритетом обладает следующий по порядку абонент, но в пределах полного цикла опроса ни один из абонентов не имеет никаких преимуществ перед другими. Никому не придется ждать своей очереди слишком долго. Максимальная величина времени доступа для любого абонента в этом случае будет равна суммарному времени передачи пакетов всех абонентов сети кроме данного. Для топологии, показанной на рис. 4.8, она составит четыре длительности пакета. Никаких столкновений пакетов при этом методе в принципе быть не может, так как все решения о доступе принимаются в одном месте.
Рассмотренный метод управления можно назвать методом с пассивным центром, так как центр пассивно прослушивает всех абонентов. Возможен и другой принцип реализации централизованного управления (его можно назвать методом с активным центром).
В этом случае центр посылает запросы о готовности передавать (управляющие пакеты или специальные сигналы) по очереди всем периферийным абонентам. Тот периферийный абонент, который хочет передавать (первый из опрошенных) посылает ответ (или же сразу начинает свою передачу). В дальнейшем центр проводит сеанс обмена именно с ним. После окончания этого сеанса центральный абонент продолжает опрос периферийных абонентов по кругу (как на рис. 4.8). Если желает передавать центральный абонент, он передает вне очереди.
Как в первом, так и во втором случае никаких конфликтов быть не может (решение принимает единый центр, которому не с кем конфликтовать). Если все абоненты активны, и заявки на передачу поступают интенсивно, то все они будут передавать строго по очереди. Но центр должен быть исключительно надежен, иначе будет парализован весь обмен. Механизм управления не слишком гибок, так как центр работает по жестко заданному алгоритму. К тому же скорость управления невысока. Ведь даже в случае, когда передает только один абонент, ему все равно приходится ждать после каждого переданного пакета, пока центр опросит всех остальных абонентов.
Как правило, централизованные методы управления применяются в небольших сетях (с числом абонентов не более чем несколько десятков). В случае больших сетей нагрузка по управлению обменом на центр существенно возрастает.
Управление обменом в сети с топологией шина
При топологии шина также возможно централизованное управление. При этом один из абонентов ("центральный") посылает по шине всем остальным ("периферийным") запросы (управляющие пакеты), выясняя, кто из них хочет передать, затем разрешает передачу одному из абонентов. Абонент, получивший право на передачу, по той же шине передает свой информационный пакет тому абоненту, которому хочет. А после окончания передачи передававший абонент все по той же шине сообщает "центру", что он закончил передачу (управляющим пакетом), и "центр" снова начинает опрос (рис. 4.9).
Централизованное управление в сети с топологией шина
Рис. 4.9. Централизованное управление в сети с топологией шина
Преимущества и недостатки такого управления – те же самые, что и в случае централизованно управляемой звезды. Единственное отличие состоит в том, что центр здесь не пересылает информацию от одного абонента к другому, как в топологии активная звезда, а только управляет обменом.
Гораздо чаще в шине используется децентрализованное случайное управление, так как сетевые адаптеры всех абонентов в данном случае одинаковы, и именно этот метод наиболее органично подходит шине. При выборе децентрализованного управления все абоненты имеют равные права доступа к сети, то есть особенности топологии совпадают с особенностями метода управления. Решение о том, когда можно передавать свой пакет, принимается каждым абонентом на месте, исходя только из анализа состояния сети. В данном случае возникает конкуренция между абонентами за захват сети, и, следовательно, возможны конфликты между ними и искажения передаваемой информации из-за наложения пакетов.
Существует множество алгоритмов доступа или, как еще говорят, сценариев доступа, порой очень сложных. Их выбор зависит от скорости передачи в сети, длины шины, загруженности сети (интенсивности обмена или трафика сети), используемого кода передачи.
Иногда для управления доступом к шине применяется дополнительная линия связи, что позволяет упростить аппаратуру контроллеров и методы доступа, но заметно увеличивает стоимость сети за счет удвоения длины кабеля и количества приемопередатчиков. Поэтому данное решение не получило широкого распространения.
Суть всех случайных методов управления обменом довольно проста.
Если сеть свободна (то есть никто не передает своих пакетов), то абонент, желающий передавать, сразу начинает свою передачу. Время доступа в этом случае равно нулю.
Если же в момент возникновения у абонента заявки на передачу сеть занята, то абонент, желающий передавать, ждет освобождения сети. В противном случае исказятся и пропадут оба пакета. После освобождения сети абонент, желающий передавать, начинает свою передачу.
Возникновение конфликтных ситуаций (столкновений пакетов, коллизий), в результате которых передаваемая информация искажается, возможно в двух случаях.
* При одновременном начале передачи двумя или более абонентами, когда сеть свободна (рис. 4.10). Это ситуация довольно редкая, но все-таки вполне возможная.
* При одновременном начале передачи двумя или более абонентами сразу после освобождения сети (рис. 4.11). Это ситуация наиболее типична, так как за время передачи пакета одним абонентом вполне может возникнуть несколько новых заявок на передачу у других абонентов.
Существующие случайные методы управления обменом (арбитража) различаются тем, как они предотвращают возможные конфликты или же разрешают уже возникшие. Ни один конфликт не должен нарушать обмен, все абоненты должны, в конце концов, передать свои пакеты.
В процессе развития локальных сетей было разработано несколько разновидностей случайных методов управления обменом.
Коллизии в случае начала передачи при свободной сети
Рис. 4.10. Коллизии в случае начала передачи при свободной сети
Коллизии в случае начала передачи после освобождения сети
Рис. 4.11. Коллизии в случае начала передачи после освобождения сети
Например, был предложен метод, при котором не все передающие абоненты распознают коллизию, а только те, которые имеют меньшие приоритеты. Абонент с максимальным приоритетом из всех, начавших передачу, закончит передачу своего пакета без ошибок. Остальные, обнаружив коллизию, прекратят свою передачу и будут ждать освобождения сети для новой попытки. Для контроля коллизии каждый передающий абонент производит побитное сравнение передаваемой им в сеть информации и данных, присутствующих в сети. Побеждает тот абонент, заголовок пакета которого дольше других не искажается от коллизии. Этот метод, называемый децентрализованным кодовым приоритетным методом, отличается низким быстродействием и сложностью реализации.
При другом методе управления обменом каждый абонент начинает свою передачу после освобождения сети не сразу, а, выдержав свою, строго индивидуальную задержку, что предотвращает коллизии после освобождения сети и тем самым сводит к минимуму общее количество коллизий. Максимальным приоритетом в этом случае будет обладать абонент с минимальной задержкой. Столкновения пакетов возможны только тогда, когда два и более абонентов захотели передавать одновременно при свободной сети. Этот метод, называемый децентрализованным временным приоритетным методом, хорошо работает только в небольших сетях, так как каждому абоненту нужно обеспечить свою индивидуальную задержку.
В обоих случаях имеется система приоритетов, все же данные методы относятся к случайным, так как исход конкуренции невозможно предсказать. Случайные приоритетные методы ставят абонентов в неравные условия при большой интенсивности обмена по сети, так как высокоприоритетные абоненты могут надолго заблокировать сеть для низкоприоритетных абонентов.
[pagebreak]
Чаще всего система приоритетов в методе управления обменом в шине отсутствует полностью. Именно так работает наиболее распространенный стандартный метод управления обменом CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий), используемый в сети Ethernet. Его главное достоинство в том, что все абоненты полностью равноправны, и ни один из них не может надолго заблокировать обмен другому (как в случае наличия приоритетов). В этом методе коллизии не предотвращаются, а разрешаются.
Суть метода состоит в том, что абонент начинает передавать сразу, как только он выяснит, что сеть свободна. Если возникают коллизии, то они обнаруживаются всеми передающими абонентами. После чего все абоненты прекращают свою передачу и возобновляют попытку начать новую передачу пакета через временной интервал, длительность которого выбирается случайным образом. Поэтому повторные коллизии маловероятны.
Еще один распространенный метод случайного доступа – CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance – множественный доступ с контролем несущей и избежанием коллизий) применяющийся, например, в сети Apple LocalTalk. Абонент, желающий передавать и обнаруживший освобождение сети, передает сначала короткий управляющий пакет запроса на передачу. Затем он заданное время ждет ответного короткого управляющего пакета подтверждения запроса от абонента-приемника. Если ответа нет, передача откладывается. Если ответ получен, передается пакет. Коллизии полностью не устраняются, но в основном сталкиваются управляющие пакеты. Столкновения информационных пакетов выявляются на более высоких уровнях протокола.
Подобные методы будут хорошо работать только при не слишком большой интенсивности обмена по сети. Считается, что приемлемое качество связи обеспечивается при нагрузке не выше 30—40% (то есть когда сеть занята передачей информации примерно на 30—40% всего времени). При большей нагрузке повторные столкновения учащаются настолько, что наступает так называемый коллапс или крах сети, представляющий собой резкое падение ее производительности.
Недостаток всех случайных методов состоит еще и в том, что они не гарантируют величину времени доступа к сети, которая зависит не только от выбора задержки между попытками передачи, но и от общей загруженности сети. Поэтому, например, в сетях, выполняющих задачи управления оборудованием (на производстве, в научных лабораториях), где требуется быстрая реакция на внешние события, сети со случайными методами управления используются довольно редко.
При любом случайном методе управления обменом, использующем детектирование коллизии (в частности, при CSMA/CD), возникает вопрос о том, какой должна быть минимальная длительность пакета, чтобы коллизию обнаружили все начавшие передавать абоненты. Ведь сигнал по любой физической среде распространяется не мгновенно, и при больших размерах сети (диаметре сети) задержка распространения может составлять десятки и сотни микросекунд. Кроме того, информацию об одновременно происходящих событиях разные абоненты получают не в одно время. С тем чтобы рассчитать минимальную длительность пакета, следует обратиться к рис. 4.12.
Пусть L – полная длина сети, V – скорость распространения сигнала в используемом кабеле. Допустим, абонент 1 закончил свою передачу, а абоненты 2 и 3 захотели передавать во время передачи абонента 1 и ждали освобождения сети.
После освобождения сети абонент 2 начнет передавать сразу же, так как он расположен рядом с абонентом 1. Абонент 3 после освобождения сети узнает об этом событии и начнет свою передачу через временной интервал прохождения сигнала по всей длине сети, то есть через время L/V. При этом пакет от абонента 3 дойдет до абонента 2 еще через временной интервал L/V после начала передачи абонентом 3 (обратный путь сигнала). К этому моменту передача пакета абонентом 2 не должна закончиться, иначе абонент 2 так и не узнает о столкновении пакетов (о коллизии), в результате чего будет передан неправильный пакет.
Получается, что минимально допустимая длительность пакета в сети должна составлять 2L/V, то есть равняться удвоенному времени распространения сигнала по полной длине сети (или по пути наибольшей длины в сети). Это время называется двойным или круговым временем задержки сигнала в сети или PDV (Path Delay Value). Этот же временной интервал можно рассматривать как универсальную меру одновременности любых событий в сети.
Стандартом на сеть задается как раз величина PDV, определяющая минимальную длину пакета, и из нее уже рассчитывается допустимая длина сети. Дело в том, что скорость распространения сигнала в сети для разных кабелей отличается. Кроме того, надо еще учитывать задержки сигнала в различных сетевых устройствах. Расчетам допустимых конфигураций сети Ethernet посвящена глава 10.
Отдельно следует остановиться на том, как сетевые адаптеры распознают коллизию в кабеле шины, то есть столкновение пакетов. Ведь простое побитное сравнение передаваемой абонентом информации с той, которая реально присутствует в сети, возможно только в случае самого простого кода NRZ, используемого довольно редко. При применении манчестерского кода, который обычно подразумевается в случае метода управления обменом CSMA/CD, требуется принципиально другой подход.
Как уже отмечалось, сигнал в манчестерском коде всегда имеет постоянную составляющую, равную половине размаха сигнала (если один из двух уровней сигнала нулевой). Однако в случае столкновения двух и более пакетов (при коллизии) это правило выполняться не будет. Постоянная составляющая суммарного сигнала в сети будет обязательно больше или меньше половины размаха (рис. 4.13). Ведь пакеты всегда отличаются друг от друга и к тому же сдвинуты друг относительно друга во времени. Именно по выходу уровня постоянной составляющей за установленные пределы и определяет каждый сетевой адаптер наличие коллизии в сети.
Определение факта коллизии в шине при использовании манчестерского кода
Рис. 4.13. Определение факта коллизии в шине при использовании манчестерского кода
Задача обнаружения коллизии существенно упрощается, если используется не истинная шина, а равноценная ей пассивная звезда (рис. 4.14).
Обнаружение коллизии в сети пассивная звезда
Рис. 4.14. Обнаружение коллизии в сети пассивная звезда
При этом каждый абонент соединяется с центральным концентратором, как правило, двумя кабелями, каждый из которых передает информацию в своем направлении. Во время передачи своего пакета абоненту достаточно всего лишь контролировать, не приходит ли ему в данный момент по встречному кабелю (приемному) другой пакет. Если встречный пакет приходит, то детектируется коллизия. Точно так же обнаруживает коллизии и концентратор.
Управление обменом в сети с топологией кольцо
Кольцевая топология имеет свои особенности при выборе метода управления обменом. В этом случае важно то, что любой пакет, посланный по кольцу, последовательно пройдя всех абонентов, через некоторое время возвратится в ту же точку, к тому же абоненту, который его передавал (так как топология замкнутая). Здесь нет одновременного распространения сигнала в две стороны, как в топологии шина. Как уже отмечалось, сети с топологией кольцо бывают однонаправленными и двунаправленными. Наиболее распространены однонаправленные.
В сети с топологией кольцо можно использовать различные централизованные методы управления (как в звезде), а также методы случайного доступа (как в шине), но чаще выбирают все-таки специфические методы управления, в наибольшей степени соответствующие особенностям кольца.
Самые популярные методы управления в кольцевых сетях маркерные (эстафетные), те, которые используют маркер (эстафету) – небольшой управляющий пакет специального вида. Именно эстафетная передача маркера по кольцу позволяет передавать право на захват сети от одного абонента к другому. Маркерные методы относятся к децентрализованным и детерминированным методам управления обменом в сети. В них нет явно выраженного центра, но существует четкая система приоритетов, и потому не бывает конфликтов.
Работа маркерного метода управления в сети с топологией кольцо представлена на рис. 4.15.
Рис. 4.15. Маркерный метод управления обменом (СМ—свободный маркер, ЗМ— занятый маркер, МП— занятый маркер с подтверждением, ПД—пакет данных)
По кольцу непрерывно ходит специальный управляющий пакет минимальной длины, маркер, предоставляющий абонентам право передавать свой пакет. Алгоритм действий абонентов:
1. Абонент 1, желающий передать свой пакет, должен дождаться прихода к нему свободного маркера. Затем он присоединяет к маркеру свой пакет, помечает маркер как занятый и отправляет эту посылку следующему по кольцу абоненту.
2. Все остальные абоненты (2, 3, 4), получив маркер с присоединенным пакетом, проверяют, им ли адресован пакет. Если пакет адресован не им, то они передают полученную посылку (маркер + пакет) дальше по кольцу.
3. Если какой-то абонент (в данном случае это абонент 2) распознает пакет как адресованный ему, то он его принимает, устанавливает в маркере бит подтверждения приема и передает посылку (маркер + пакет) дальше по кольцу.
4. Передававший абонент 1 получает свою посылку, прошедшую по всему кольцу, обратно, помечает маркер как свободный, удаляет из сети свой пакет и посылает свободный маркер дальше по кольцу. Абонент, желающий передавать, ждет этого маркера, и все повторяется снова.
Приоритет при данном методе управления получается географический, то есть право передачи после освобождения сети переходит к следующему по направлению кольца абоненту от последнего передававшего абонента. Но эта система приоритетов работает только при большой интенсивности обмена. При малой интенсивности обмена все абоненты равноправны, и время доступа к сети каждого из них определяется только положением маркера в момент возникновения заявки на передачу.
В чем-то рассматриваемый метод похож на метод опроса (централизованный), хотя явно выделенного центра здесь не существует. Однако некий центр обычно все-таки присутствует. Один из абонентов (или специальное устройство) должен следить, чтобы маркер не потерялся в процессе прохождения по кольцу (например, из-за действия помех или сбоя в работе какого-то абонента, а также из-за подключения и отключения абонентов). В противном случае механизм доступа работать не будет. Следовательно, надежность управления в данном случае снижается (выход центра из строя приводит к полной дезорганизации обмена). Существуют специальные средства для повышения надежности и восстановления центра контроля маркера.
Основное преимущество маркерного метода перед CSMA/CD состоит в гарантированной величине времени доступа. Его максимальная величина, как и при централизованном методе, составит (N-1)• tпк, где N – полное число абонентов в сети, tпк – время прохождения пакета по кольцу. Вообще, маркерный метод управления обменом при большой интенсивности обмена в сети (загруженность более 30—40%) гораздо эффективнее случайных методов. Он позволяет сети работать с большей нагрузкой, которая теоретически может даже приближаться к 100%.
Метод маркерного доступа используется не только в кольце (например, в сети IBM Token Ring или FDDI), но и в шине (в частности, сеть Arcnet-BUS), а также в пассивной звезде (к примеру, сеть Arcnet-STAR). В этих случаях реализуется не физическое, а логическое кольцо, то есть все абоненты последовательно передают друг другу маркер, и эта цепочка передачи маркеров замкнута в кольцо (рис. 4.16). При этом совмещаются достоинства физической топологии шина и маркерного метода управления.
Применение маркерного метода управления в шине
Рис. 4.16. Применение маркерного метода управления в шине
Информация в локальных сетях, как правило, передается отдельными порциями, кусками, называемыми в различных источниках пакетами (packets), кадрами (frames) или блоками. Причем предельная длина этих пакетов строго ограничена (обычно величиной в несколько килобайт). Ограничена длина пакета и снизу (как правило, несколькими десятками байт). Выбор пакетной передачи связан с несколькими важными соображениями.
Назначение пакетов и их структура
Информация в локальных сетях, как правило, передается отдельными порциями, кусками, называемыми в различных источниках пакетами (packets), кадрами (frames) или блоками. Причем предельная длина этих пакетов строго ограничена (обычно величиной в несколько килобайт). Ограничена длина пакета и снизу (как правило, несколькими десятками байт). Выбор пакетной передачи связан с несколькими важными соображениями.
Локальная сеть, как уже отмечалось, должна обеспечивать качественную, прозрачную связь всем абонентам (компьютерам) сети. Важнейшим параметром является так называемое время доступа к сети (access time), которое определяется как временной интервал между моментом готовности абонента к передаче (когда ему есть, что передавать) и моментом начала этой передачи. Это время ожидания абонентом начала своей передачи. Естественно, оно не должно быть слишком большим, иначе величина реальной, интегральной скорости передачи информации между приложениями сильно уменьшится даже при высокоскоростной связи.
Ожидание начала передачи связано с тем, что в сети не может происходить несколько передач одновременно (во всяком случае, при топологиях шина и кольцо). Всегда есть только один передатчик и один приемник (реже – несколько приемников). В противном случае информация от разных передатчиков смешивается и искажается. В связи с этим абоненты передают свою информацию по очереди. И каждому абоненту, прежде чем начать передачу, надо дождаться своей очереди. Вот это время ожидания своей очереди и есть время доступа.
Если бы вся требуемая информация передавалась каким-то абонентом сразу, непрерывно, без разделения на пакеты, то это привело бы к монопольному захвату сети этим абонентом на довольно продолжительное время. Все остальные абоненты вынуждены были бы ждать окончания передачи всей информации, что в ряде случаев могло бы потребовать десятков секунд и даже минут (например, при копировании содержимого целого жесткого диска). С тем чтобы уравнять в правах всех абонентов, а также сделать примерно одинаковыми для всех них величину времени доступа к сети и интегральную скорость передачи информации, как раз и применяются пакеты (кадры) ограниченной длины. Важно также и то, что при передаче больших массивов информации вероятность ошибки из-за помех и сбоев довольно высока. Например, при характерной для локальных сетей величине вероятности одиночной ошибки в 10-8пакет длиной 10 Кбит будет искажен с вероятностью 10-4, а массив длиной 10 Мбит – уже с вероятностью 10-1. К тому же выявить ошибку в массиве из нескольких мегабайт намного сложнее, чем в пакете из нескольких килобайт. А при обнаружении ошибки придется повторить передачу всего большого массива. Но и при повторной передаче большого массива снова высока вероятность ошибки, и процесс этот при слишком большом массиве может повторяться до бесконечности.
С другой стороны, сравнительно большие пакеты имеют преимущества перед очень маленькими пакетами, например, перед побайтовой (8 бит) или пословной (16 бит или 32 бита) передачей информации.
Дело в том, что каждый пакет помимо собственно данных, которые требуется передать, должен содержать некоторое количество служебной информации. Прежде всего, это адресная информация, которая определяет, от кого и кому передается данный пакет (как на почтовом конверте – адреса получателя и отправителя). Если порция передаваемых данных будет очень маленькой (например, несколько байт), то доля служебной информации станет непозволительно высокой, что резко снизит интегральную скорость обмена информацией по сети.
Существует некоторая оптимальная длина пакета (или оптимальный диапазон длин пакетов), при которой средняя скорость обмена информацией по сети будет максимальна. Эта длина не является неизменной величиной, она зависит от уровня помех, метода управления обменом, количества абонентов сети, характера передаваемой информации, и от многих других факторов. Имеется диапазон длин, который близок к оптимуму.
Таким образом, процесс информационного обмена в сети представляет собой чередование пакетов, каждый из которых содержит информацию, передаваемую от абонента к абоненту.
Передача пакетов в сети между двумя абонентами
Рис. 4.1. Передача пакетов в сети между двумя абонентами
В частном случае (рис. 4.1) все эти пакеты могут передаваться одним абонентом (когда другие абоненты не хотят передавать). Но обычно в сети чередуются пакеты, посланные разными абонентами (рис. 4.2).
Передача пакетов в сети между несколькими абонентами
Рис. 4.2. Передача пакетов в сети между несколькими абонентами
Структура и размеры пакета в каждой сети жестко определены стандартом на данную сеть и связаны, прежде всего, с аппаратурными особенностями данной сети, выбранной топологией и типом среды передачи информации. Кроме того, эти параметры зависят от используемого протокола (порядка обмена информацией).
Но существуют некоторые общие принципы формирования структуры пакета, которые учитывают характерные особенности обмена информацией по любым локальным сетям.
Чаще всего пакет содержит в себе следующие основные поля или части (рис. 4.3):
Типичная структура пакета
Рис. 4.3. Типичная структура пакета
* Стартовая комбинация битов или преамбула, которая обеспечивает предварительную настройку аппаратуры адаптера или другого сетевого устройства на прием и обработку пакета. Это поле может полностью отсутствовать или же сводиться к единственному стартовому биту.
* Сетевой адрес (идентификатор) принимающего абонента, то есть индивидуальный или групповой номер, присвоенный каждому принимающему абоненту в сети. Этот адрес позволяет приемнику распознать пакет, адресованный ему лично, группе, в которую он входит, или всем абонентам сети одновременно (при широком вещании).
* Сетевой адрес (идентификатор) передающего абонента, то есть индивидуальный номер, присвоенный каждому передающему абоненту. Этот адрес информирует принимающего абонента, откуда пришел данный пакет. Включение в пакет адреса передатчика необходимо в том случае, когда одному приемнику могут попеременно приходить пакеты от разных передатчиков.
* Служебная информация, которая может указывать на тип пакета, его номер, размер, формат, маршрут его доставки, на то, что с ним надо делать приемнику и т.д.
* Данные (поле данных) – это та информация, ради передачи которой используется пакет. В отличие от всех остальных полей пакета поле данных имеет переменную длину, которая, собственно, и определяет полную длину пакета. Существуют специальные управляющие пакеты, которые не имеют поля данных. Их можно рассматривать как сетевые команды. Пакеты, включающие поле данных, называются информационными пакетами. Управляющие пакеты могут выполнять функцию начала и конца сеанса связи, подтверждения приема информационного пакета, запроса информационного пакета и т.д.
* Контрольная сумма пакета – это числовой код, формируемый передатчиком по определенным правилам и содержащий в свернутом виде информацию обо всем пакете. Приемник, повторяя вычисления, сделанные передатчиком, с принятым пакетом, сравнивает их результат с контрольной суммой и делает вывод о правильности или ошибочности передачи пакета. Если пакет ошибочен, то приемник запрашивает его повторную передачу. Обычно используется циклическая контрольная сумма (CRC). Подробнее об этом рассказано в главе 7.
* Стоповая комбинация служит для информирования аппаратуры принимающего абонента об окончании пакета, обеспечивает выход аппаратуры приемника из состояния приема. Это поле может отсутствовать, если используется самосинхронизирующийся код, позволяющий определять момент окончания передачи пакета.
Вложение кадра в пакет
Рис. 4.4. Вложение кадра в пакет
Нередко в структуре пакета выделяют всего три поля:
* Начальное управляющее поле пакета (или заголовок пакета), то есть поле, включающее в себя стартовую комбинацию, сетевые адреса приемника и передатчика, а также служебную информацию.
* Поле данных пакета.
* Конечное управляющее поле пакета (заключение, трейлер), куда входят контрольная сумма и стоповая комбинация, а также, возможно, служебная информация.
Как уже упоминалось, помимо термина "пакет" (packet) в литературе также нередко встречается термин "кадр" (frame). Иногда под этими терминами имеется в виду одно и то же. Но иногда подразумевается, что кадр и пакет различаются. Причем единства в объяснении этих различий не наблюдается.
В некоторых источниках утверждается, что кадр вложен в пакет. В этом случае все перечисленные поля пакета кроме преамбулы и стоповой комбинации относятся к кадру (рис. 4.4). Например, в описаниях сети Ethernet говорится, что в конце преамбулы передается признак начала кадра.
В других, напротив, поддерживается мнение о том, что пакет вложен в кадр. И тогда под пакетом подразумевается только информация, содержащаяся в кадре, который передается по сети и снабжен служебными полями.
Во избежание путаницы, в данной книге термин "пакет" будет использоваться как более понятный и универсальный.
В процессе сеанса обмена информацией по сети между передающим и принимающим абонентами происходит обмен информационными и управляющими пакетами по установленным правилам, называемым протоколом обмена. Это позволяет обеспечить надежную передачу информации при любой интенсивности обмена по сети.
Пример простейшего протокола показан на рис. 4.5.
Пример обмена пакетами при сеансе связи
Рис. 4.5. Пример обмена пакетами при сеансе связи
Сеанс обмена начинается с запроса передатчиком готовности приемника принять данные. Для этого используется управляющий пакет "Запрос". Если приемник не готов, он отказывается от сеанса специальным управляющим пакетом. В случае, когда приемник готов, он посылает в ответ управляющий пакет "Готовность". Затем начинается собственно передача данных. При этом на каждый полученный информационный пакет приемник отвечает управляющим пакетом "Подтверждение". В случае, когда пакет данных передан с ошибками, в ответ на него приемник запрашивает повторную передачу. Заканчивается сеанс управляющим пакетом "Конец", которым передатчик сообщает о разрыве связи. Существует множество стандартных протоколов, которые используют как передачу с подтверждением (с гарантированной доставкой пакета), так и передачу без подтверждения (без гарантии доставки пакета). Подробнее о протоколах обмена будет рассказано в следующей главе.
При реальном обмене по сети применяются многоуровневые протоколы, каждый из уровней которых предполагает свою структуру пакета (адресацию, управляющую информацию, формат данных и т.д.). Ведь протоколы высоких уровней имеют дело с такими понятиями, как файл-сервер или приложение, запрашивающее данные у другого приложения, и вполне могут не иметь представления ни о типе аппаратуры сети, ни о методе управления обменом. Все пакеты более высоких уровней последовательно вкладываются в передаваемый пакет, точнее, в поле данных передаваемого пакета (рис. 4.6). Этот процесс последовательной упаковки данных для передачи называется также инкапсуляцией пакетов.
Многоуровневая система вложения пакетов
Рис. 4.6. Многоуровневая система вложения пакетов
Каждый следующий вкладываемый пакет может содержать собственную служебную информацию, располагающуюся как до данных (заголовок), так и после них (трейлер), причем ее назначение может быть различным. Безусловно, доля вспомогательной информации в пакетах при этом возрастает с каждым следующим уровнем, что снижает эффективную скорость передачи данных. Для увеличения этой скорости предпочтительнее, чтобы протоколы обмена были проще, и уровней этих протоколов было меньше. Иначе никакая скорость передачи битов не поможет, и быстрая сеть может передавать файл дольше, чем медленная сеть, которая пользуется более простым протоколом.
Обратный процесс последовательной распаковки данных приемником называется декапсуляцией пакетов.
Информация в кабельных локальных сетях передается в закодированном виде, то есть каждому биту передаваемой информации соответствует свой набор уровней электрических сигналов в сетевом кабеле. Модуляция высокочастотных сигналов применяется в основном в бескабельных сетях, в радиоканалах. В кабельных сетях передача идет без модуляции или, как еще говорят, в основной полосе частот.
Правильный выбор кода позволяет повысить достоверность передачи информации, увеличить скорость передачи или снизить требования к выбору кабеля. Например, при разных кодах предельная скорость передачи по одному и тому же кабелю может отличаться в два раза. От выбранного кода напрямую зависит также сложность сетевой аппаратуры (узлы кодирования и декодирования кода). Код должен в идеале обеспечивать хорошую синхронизацию приема, низкий уровень ошибок, работу с любой длиной передаваемых информационных последовательностей.
Некоторые коды, используемые в локальных сетях, показаны на рис. 3.8. Далее будут рассмотрены их преимущества и недостатки.
Наиболее распространенные коды передачи информации
Рис. 3.8. Наиболее распространенные коды передачи информации
Код NRZ
Код NRZ (Non Return to Zero – без возврата к нулю) – это простейший код, представляющий собой обычный цифровой сигнал. Логическому нулю соответствует высокий уровень напряжения в кабеле, логической единице – низкий уровень напряжения (или наоборот, что не принципиально). Уровни могут быть разной полярности (положительной и отрицательной) или же одной полярности (положительной или отрицательной). В течение битового интервала (bit time, BT), то есть времени передачи одного бита никаких изменений уровня сигнала в кабеле не происходит.
К несомненным достоинствам кода NRZ относятся его довольно простая реализация (исходный сигнал не надо ни специально кодировать на передающем конце, ни декодировать на приемном конце), а также минимальная среди других кодов пропускная способность линии связи, требуемая при данной скорости передачи. Ведь наиболее частое изменение сигнала в сети будет при непрерывном чередовании единиц и нулей, то есть при последовательности 1010101010..., поэтому при скорости передачи, равной 10 Мбит/с (длительность одного бита равна 100 нс) частота изменения сигнала и соответственно требуемая пропускная способность линии составит 1 / 200нс = 5 МГц (рис. 3.9).
Скорость передачи и требуемая пропускная способность при коде NRZ
Рис. 3.9. Скорость передачи и требуемая пропускная способность при коде NRZ
Передача в коде NRZ с синхросигналом
Рис. 3.10. Передача в коде NRZ с синхросигналом
Самый большой недостаток кода NRZ – это возможность потери синхронизации приемником во время приема слишком длинных блоков (пакетов) информации. Приемник может привязывать момент начала приема только к первому (стартовому) биту пакета, а в течение приема пакета он вынужден пользоваться только внутренним тактовым генератором (внутренними часами). Например, если передается последовательность нулей или последовательность единиц, то приемник может определить, где проходят границы битовых интервалов, только по внутренним часам. И если часы приемника расходятся с часами передатчика, то временной сдвиг к концу приема пакета может превысить длительность одного или даже нескольких бит. В результате произойдет потеря переданных данных. Так, при длине пакета в 10000 бит допустимое расхождение часов составит не более 0,01% даже при идеальной передаче формы сигнала по кабелю.
Во избежание потери синхронизации, можно было бы ввести вторую линию связи для синхросигнала (рис. 3.10). Но при этом требуемое количество кабеля, число приемников и передатчиков увеличивается в два раза. При большой длине сети и значительном количестве абонентов это невыгодно.
В связи с этим код NRZ используется только для передачи короткими пакетами (обычно до 1 Кбита).
Большой недостаток кода NRZ состоит еще и в том, что он может обеспечить обмен сообщениями (последовательностями, пакетами) только фиксированной, заранее обговоренной длины. Дело в том, что по принимаемой информации приемник не может определить, идет ли еще передача или уже закончилась. Для синхронизации начала приема пакета используется стартовый служебный бит, чей уровень отличается от пассивного состояния линии связи (например, пассивное состояние линии при отсутствии передачи – 0, стартовый бит – 1). Заканчивается прием после отсчета приемником заданного количества бит последовательности (рис. 3.11).
Определение окончания последовательности при коде NRZ
Рис. 3.11. Определение окончания последовательности при коде NRZ
Наиболее известное применение кода NRZ – это стандарт RS232-C, последовательный порт персонального компьютера. Передача информации в нем ведется байтами (8 бит), сопровождаемыми стартовым и стоповым битами.
Три остальных кода (RZ, манчестерский код, бифазный код) принципиально отличаются от NRZ тем, что сигнал имеет дополнительные переходы (фронты) в пределах битового интервала. Это сделано для того, чтобы приемник мог подстраивать свои часы под принимаемый сигнал на каждом битовом интервале. Отслеживая фронты сигналов, приемник может точно синхронизовать прием каждого бита. В результате небольшие расхождения часов приемника и передатчика уже не имеют значения. Приемник может надежно принимать последовательности любой длины. Такие коды называются самосинхронизирующимися. Можно считать, что самосинхронизирующиеся коды несут в себе синхросигнал.
Поиск
