Индикатор прогресса. Нужен, чтобы отображать процесс выполения длительных циклов. В отличии от простого ProgresBar'а показывает, сколько времени прошло с момента запуска и сколько примерно осталось.
Сделан из TGauge, TstasusBar, TPanel и TTimer. Основные методы: Start(StartValue, StopValue: Int64) и Stop. Первый запускает процесс отображения цикла, второй останавливает его. Чтобы периодически отображать изменения величины внутри цикла, надо изменять свойство CurrentValue: Int64. При этом вызывается Application.ProgressMessages, чтобы программа не казалась зависшей при длительном счете. Один раз в секунду изменения отображаются. Генерирует события OnStart при запуске отображения и OnStop при остановке. Свойство StopedVisible: Boolean определяет, должен ли индикатор быть видимым, если процесс остановлен. По умолчанию False – не должен.
Мы предполагаем, что вы на базовом уровне знакомы с HTML, Java и web-серверами и у вас имеется доступ к компьютеру, на котором можно установить небольшой web-сервер, стандартный компилятор Java и другие служебные программы. Редактировать данные XML можно с помощью любого текстового редактора, либо вы можете использовать один из многочисленных коммерческих или находящихся в свободном доступе специализированных редакторов XML. Если эти требования выполнены, то практически любой человек, который работает с данными в той или иной форме, потенциально является пользователем XML. Трудно представить себе такую область человеческой деятельности, для которой в Интернете не нашлось бы ни одного относящегося к ней проекта, использующего язык XML.
В нашей книге мы будем использовать сервлеты [Так, по-видимому, по аналогии с апплетами авторы называют программы, написанные на языке Java и выполняющиеся на сервере — Примеч ред. ] Java и JSP-страницы (JavaServer Pages) для создания web-приложений, работающих с данными XML. Сервлеты выполняются на web-сервере, осуществляя те функции, которые ранее возлагались на сценарии CGI. JSP-страницы позволяют объединять элементы разметки HTML и фрагменты кода Java. Технология сервлетов и JSP-страниц развивается примерно так же быстро, как язык XML.
Наверняка почти все читатели в той или иной степени знакомы с таким понятием как разгон, однако не все четко представляют себе как правильно и безболезненно разогнать свою видеокарту, и не знают некоторых тонкостей, встречающихся при разгоне. Этот материал предназначен как раз для новичков в разгоне, собравшихся разогнать свою видеокарту. Сейчас мы постараемся достаточно четко и понятно рассказать о многих проблемах, встречающихся при разгоне, способах их решения, и, конечно же, поделимся некоторыми полезными советами по разгону видеокарт.
Что такое разгон видеокарт?
Под разгоном видеокарт подразумевается увеличение рабочих частот видеокарты. Но также разгоном можно назвать и другие способы внештатного увеличения производительности, будь то разблокировка дополнительных конвейеров на Radeon 9500/9800SE, или включение HyperZ на Radeon LE.
Имеет ли это практический смысл?
Несомненно. Разгон видеокарты является, без преувеличения, самым эффективным средством увеличения производительности компьютера в играх и других 3D-приложениях, за исключением лишь тех случаев, когда производительность сдерживает скорость платформы (читай, связки процессор+память).
Опасно ли это?
Нет. Шанс сгорания видеокарты при разгоне гораздо меньше чем допустим процессора. Да и вообще видеокарта не может сгореть от самого разгона, зато может от перегрева, хотя в большинстве случаев, при перегреве графического процессора машина попросту зависнет.
С другой стороны, работа на внештатных частотах, равно как форсированная работа любого другого компонента компьютера значительно сокращает срок службы карты. И эта особенность могла бы быть весьма серьезным сдерживающим фактором, если бы не одно «но» - срок службы видеокарты составляет куда более восьми лет, и даже при разгоне он уж меньше, чем лет пять не будет. А если посмотреть на существующую гонку технологии, в игровых компах карты более лет двух не держатся, так что если Вы не планируете оставлять видеокарту лет эдак на шесть, Вы можете совершенно спокойно её разогнать.
Вопросы гарантии
Главным побочным эффектом является то, что теоретически Вы полностью теряете гарантию на приобретенную видеокарту. Но не следует расстраиваться, потому как даже если карточка выйдет из строя, то доказать, что это произошло из-за разгона очень и очень проблематично :)))
Младшие и старшие модели
Ни для кого не секрет, что новые модели видеокарт выпускают так называемыми «линейками». Происходит это следующим образом – выходит какой-либо чип, затем на его основе выпускают сразу несколько видеокарт с разными частотами, а в некоторых случаях и на разных дизайнах с разной шириной шины памяти.
Однако, в любом случае, младшая модель, имеющая значительно меньшие частоты, чем старшая будет построена на том же самом чипе, а следовательно, установленной на младшей модели чип в большинстве случаев сможет заработать на частоте старшего, а то и выше.
Но и здесь всё не так гладко, как хотелось бы это видеть нам. Дело в том, что при производстве видеокарт, чипы проходят предварительное тестирование, и часть чипов, которая не смогла пройти тесты на максимальных частотах, установленных для старшей модели, отправляется на производство младших. Но если учитывать тот факт, что современная технология производства достаточно тонка, подобный «брак» ныне встречается не так часто.
Что же до памяти, то тут всё немного хуже – младшие модели оснащается более медленными чем старшие чипами, и разогнать память на младшей модели до частот старшей удается далеко не всегда.
В целом же, если посмотреть на процентные показатели среднестатистического разгона младших моделей в сравнении со старшими, первые имеют значительное преимущество за счет изначального запаса по частотам. Старшие же модели работают практически на пределе, и выжать из них дополнительные мегагерцы будет сложнее.
Какой прирост можно получить при разгоне видеокарты?
Здесь все зависит от условий тестирования, ну и естественно от степени увеличения частот. Хуже всего с этим у noname-карт, произведенных китайскими умельцами и у флагманских моделей линеек (например, GeForce4 Ti4600 или RADEON 9700 PRO). В первом случае карты слабо разгоняются из-за некачественных компонентов, коими оснащают свои продукты китайские умельцы, во втором же случае, платы и без того работают почти на предельных частотах, как мы уже сказали в предыдущем абзаце.
Как правило, при разгоне таких карт можно достичь лишь 15-20% прироста частот. Со средними и младшими моделями в линейках ситуация обстоит получше, потенциал для повышения частот побольше и разгоном таких карт можно улучшить производительность на 20-40%.
Самый хороший вариант - всевозможные оверклокерские сэмплы. На них прирост может составить 35-50%, а порой и больше.
Теперь несколько слов о картах с пониженной структурой организации памяти. Бытует мнение, что на таких картах бессмысленно разгонять чип, однако лично я совершенно с этим не согласен. Дело в том, что пользователи таких карт, как правило, играют в режимах типа 800x600 или 1024x768, и низкая пропуская способность памяти в таких режимах несильно ограничивает производительность, а вот на графический процессор нагрузка, наоборот больше.
Что такое синхронные и асинхронные частоты?
Частоты чипа и памяти видеокарты могут быть синхронными, то есть одинаковыми, или же асинхронными, иначе говоря, различными. Но в чем разница?
При работе видеокарты и обмене данными между графическим процессором (чипом) и памятью видеокарты, происходит синхронизация сигналов. В случае, если чип и память работают на одинаковых частотах, сигналы проходят одновременно и не уходит дополнительного времени на их синхронизацию, если же частоты различны, перед обменом данных, видеокарта должна синхронизовать сигналы, на что, разумеется, уходит немного времени.
Из этого, недолго думая, можно сделать простое умозаключение о том, что на синхронных частотах видеокарта будет работать немного быстрее, нежели на асинхронных. Но есть один момент…
Синхронные частоты выгодно ставить лишь в том случае, если возможные асинхронные частоты не слишком сильно отличаются. Например, у нас есть возможность поставить максимальные частоты 450/460 и больше частоты выставить нельзя. В таком случае, намного эффективнее будет пожертвовать десятью мегагерцами памяти ради синхронности поставить 450/450 – в таком случае видеокарта почти наверняка будет быстрее. Однако если же у нас есть возможность поставить частоты, например 475/450 или 450/480, такие варианты будут предпочтительнее синхронных 450/450 за счет значительно больших результирующих частот.
Что такое технологический процесс чипа и время доступа памяти, как они влияют на разгон?
Любой оверклокер обязательно должен знать, что такое технологический процесс чипа и время доступа памяти. Знание этих двух определений значительно поморгает в примерном определении максимальных частот разгоняемой видеокарты.
Но что же это такое? При изготовлении любого чипа играет весьма важную роль размер элементов микросхемы, ведь степень интеграции может быть разной, в один чип можно «набить» два миллиона транзисторов, в другой – сто два. И когда физический размер кристалла микросхемы ограничен, играет очень большую роль размер элементов микросхемы и расстояние между элементами в кристалле. Этот размер и называют технологическим процессом, и чем он меньше, тем большее количество элементов поместить в чип, тем меньшие токи требуют элементы для питания, тем меньше энергии выделяет чип, и, наконец, на тем больших частотах он может работать.
В настоящий момент подавляющее большинство чипов выпускают по технологическому процессу 0,13 и 0,15 микрон, а на стадии активного освоения находится и 0,11 микрон.
Что же касается памяти, то здесь крайне важную роль играет время доступа. Любые чипы памяти имеют заявленное производителем время, в течение которого происходит считывание инфы из ячейки памяти, и чем это время меньше, тем соответственно, быстрее работает память, и тем больше ее рабочие частоты. Зависимость примерной рабочей частоты о т времени доступа памяти предельно проста, и ее можно описать следующими формулами:
Частота памяти DDR = (1000/время доступа) X 2
Частота памяти SDR = 1000/время доступа
Следующий вопрос заключается в том, как можно узнать время доступа памяти. Как правило, время доступа скрыто в конце первой строчки маркировки. Например, на микросхемах памяти Samsung в конце первой строчки можно найти надпись типа TC-33 или TC40. Это означает, что память имеет время доступа 3,3 и 4 наносекунд соответственно, хотя в некоторых случаях, время обозначается не цифрой, а специальной маркировкой, например чипы памяти Samsung со временем доступа 2,8 нс. обозначаются как GC2A.
Не забывайте также, что точную информацию о чипе памяти можно получить на сайте производителя, либо просто воспользовавшись поиском по строчке с маркировкой памяти в том же Google.
Хотя надежность современных компьютерных систем в целом достаточно высока, время от времени в них происходят сбои, вызванные неисправностью аппаратных средств, ошибками в программном обеспечении, компьютерными вирусами, а также ошибками пользователей, системных администраторов и технического персонала.
Анализируя причины возникновения встречавшихся в нашей практике аварийных ситуаций, приводивших к потере данных, можно сказать, что все перечисленные сбои случаются примерно с одинаковой вероятностью.
Отказы аппаратных средств
Исчезновение данных может быть вызвано отказом различных устройств - жестких дисков и дисковых контроллеров, соединительных кабелей, оперативной памяти или центрального процессора компьютера. Внезапное отключение электропитания при отсутствии источника бесперебойного питания - также одна из наиболее распространенных причин исчезновения данных. В зависимости от того, что происходило в компьютере на момент отказа, последствия могут оказаться более или менее тяжелыми.
Отказы дисковых контроллеров
Чаще всего нам встречались случаи потерь данных при отказах дисковых контроллеров. При этом в момент аварии контроллер выполнял операцию записи, которая завершалась с ошибками. Как следствие, оказывались разрушенными системные области диска, после чего все данные или часть их становились недоступны.
Заметим, что дисковые контроллеры современных файловых серверов, таких, как Compaq Proliant, протоколируют сбои аппаратных средств и позволяют выполнять диагностику. Это дает возможность обнаружить опасные симптомы еще до того, как они приведут к отказу. Например, в одной компании на протяжении нескольких недель контроллер диска записывал в системный журнал сообщения о возможном отказе кэш-памяти, встроенной в контроллер. И когда эта память, наконец, отказала, пропало несколько гигабайт важных данных.
Зеркальные диски
Наиболее простой способ увеличения надежности хранения данных - подключить к одному контроллеру два жестких диска и средствами ОС выполнить их зеркальное отображение. При этом один диск играет роль основного, а другой дублирует всю информацию, записываемую на основной диск. При выходе из строя основного диска его функции автоматически переходят к зеркальному диску, в результате чего система продолжает работать без аварийной остановки.
К сожалению, зеркальные диски не помогут при сбое контроллера или ПО. Фактически данная технология поможет вам застраховаться только от такой неприятности, как поломка одного жесткого диска из зеркальной пары.
Если каждый из зеркальных дисков будет подключен к своему контроллеру, то надежность возрастет. Теперь система продолжит работу при выходе из строя не только одного диска, но и одного дискового контроллера.
Такие ОС, как Microsoft Windows NT и Novell NetWare способны создавать зеркальные диски программным путем без применения дополнительного оборудования.
Отказы кэш-памяти
Как вы, вероятно, знаете, кэш-память значительно ускоряет операции записи данных на диск и чтения с диска за счет временного хранения данных в очень быстрой оперативной памяти. Если данные кэшируются при чтении, то отказ кэш-памяти не приведет к их потере, так как на диске они останутся в неизменном виде. Что же касается кэширования при записи, то эта операция несет в себе потенциальную опасность.
Кэширование при записи предполагает, что данные вначале записываются в оперативную память, а затем, когда для этого возникает подходящий случай, переписываются на жесткий диск. Программа, сохраняющая данные на диске, получает подтверждение окончания процесса записи, когда данные оказываются в кэш-памяти. При этом фактическая запись их на диск произойдет позже. Так вот, если отказ кэш-памяти случится в "неподходящий" момент, то программа (или ОС) будет полагать, что данные уже записаны на диск, хотя фактически это не так. В результате могут оказаться разрушенными важнейшие внутренние структуры файловой системы.
Операционные системы обычно выполняют дополнительное кэширование данных, записываемых на диск или считываемых с диска, в основной оперативной памяти компьютера. Поэтому отказы оперативной памяти, а также внезапное отключение электропитания могут привести (и обычно приводят!) к возникновению фатальных неисправностей файловой системы. Именно поэтому так важно снабжать компьютеры, и особенно серверы, устройствами бесперебойного питания. Кроме того, такие устройства должны быть в состоянии корректно завершать работу ОС компьютера без вмешательства человека. Только в этом случае отключения электропитания не приведут к потере данных.
Неисправности электроники в дисках
Несколько слов заслуживают неисправности, возникающие в самих дисковых устройствах. Помимо механических повреждений, вызванных небрежным обращением с дисками, возникают отказы электронных схем, расположенных как вне, так и внутри герметичного корпуса диска. Отказы таких электронных схем могут привести, а могут и не привести к потере данных. В нашей практике встречались случаи, когда после замены электроники удавалось полностью восстановить данные, переписав их на другой диск.
Замена контроллера диска
Иногда данные пропадают после замены дискового контроллера на контроллер другого типа (такая проблема обычно возникает с контроллерами SCSI). Операционная система в этих случаях просто отказывается монтировать диск. Выбрав правильный тип контроллера, обычно удается легко ликвидировать данную проблему, однако так бывает не всегда.
Сбои, возникающие из-за пыли
Несмотря на то что корпуса современных серверов специальным образом защищены от проникновения пыли (для этого на вентиляторы устанавливают специальные воздушные фильтры), пыль все же проникает в компьютер. Она оседает на системной плате, конструктивных элементах корпуса и контроллерах. Так как в пыли есть металлические частички, она может вызывать замыкания между соединительными линиями, расположенными на системной плате или на платах контроллеров.
Когда компьютер переносят с одного места на другое, комочки пыли перекатываются внутри корпуса и могут привести к замыканию. Именно так пропали данные на сервере у одного из наших клиентов после перестановки сервера из одной стойки в другую.
Чтобы уменьшить вероятность возникновения сбоев из-за пыли, используйте в ответственных случаях специальные пылезащищенные корпуса и периодически выполняйте профилактические работы, удаляя пыль при помощи специального "компьютерного" пылесоса.
Поиск по шаблону является настолько обычным занятием в разработке программного обеспечения, что для облегчения этой задачи была создана специальная технология — регулярные выражения. Узнайте, как можно использовать ее при написании кода, прочитав эту статью.
Все устройства получают входную информацию, выполняют какие-либо операции и выдают результат. Например, телефон во время разговора преобразует звуковую энергию в электрический сигнал и обратно. Двигатель потребляет топливо (пар, расщепление атомных ядер, бензин, мышечные усилия) и преобразует его в энергию. Блендер поглощает ром, лед, лайм и кюрасао и взбалтывает их в коктейль Mai Tai. (Или, если вам хочется чего-то изысканного, сделайте Bellini из шампанского и грушевого сока. Блендер – замечательное универсальное устройство.)
Так как программное обеспечение преобразует данные, то каждое приложение фактически является устройством (хоть и виртуальным, так как у него нет физических составляющих). Например, компилятор в качестве входной информации получает исходную программу и преобразует ее в двоичный исполняемый код. Программа прогнозирования погоды генерирует предсказания на основе результатов прошлых (исторических) замеров, а графический редактор обрабатывает пикселы, применяя правила к отдельным пикселам или их группам, чтобы, например, сделать изображение более четким или изменить его стиль.
Так же, как и любое другое устройство, программное обеспечение предназначено для работы с определенным исходным материалом, например, набором чисел, данными XML-схемы или протоколом. Если программе задать некорректную входную информацию — неподходящую по форме или типу, то существует большая вероятность того, что результат будет непредсказуемым и, возможно, даже катастрофическим. Как говорится: "Мусор заложишь - мусор получишь".
На самом деле для решения всех нетривиальных задач необходимо отделять правильные данные от некорректных и отклонять некорректные данные во избежание ошибок в результатах. Это, конечно же, актуально и для Web-приложений, написанных на языке PHP. Неважно, получены ли входные данные из формы для ввода с клавиатуры или в результате выполнения программного запроса Asynchronous JavaScript + XML (Ajax), прежде чем начать какие-либо вычисления, программа должна проверить входную информацию. Возможно, что числовые значения должны находиться в пределах определенного диапазона чисел или представлять собой только целые числа. Возможно, значение должно соответствовать определенному формату, например, почтового индекса. Например, почтовый индекс в США представляет собой пять цифр плюс дополнительный префикс "Plus 4", состоящий из дефиса и 4 дополнительных цифр. Возможно, другие строки также должны состоять из определенного количества символов, например, две буквы для указания аббревиатуры штата США. Строковые данные доставляют особенно много проблем: PHP-приложение должно быть начеку по отношению к злонамеренным программам-агентам, вложенным в SQL-запросы, код JavaScript или любой другой код, которые способны изменить поведение приложения или обойти защиту.
Однако каким образом программа может определить, являются ли входные данные числом или соответствуют ли определенным требованиям, например, к почтовому индексу? На самом деле для реализации проверки путем сопоставления с шаблоном необходим небольшой парсер, создающий конечный автомат, считывающий входные данные, обрабатывающий маркеры, отслеживающий состояние и выдающий результаты. Однако создание и обслуживание даже самого простого парсера может оказаться непростым делом.
К счастью, анализ на основе сопоставления с шаблоном настолько широко распространен в компьютерных технологиях, что с течением времени (примерно с момента появления UNIX®) были разработаны специальные технологии и, конечно же, механизмы обработки, чтобы облегчить рутинную работу. Регулярное выражение (regex) описывает шаблоны посредством лаконичных и удобочитаемых обозначений. Получив регулярное выражение и данные, механизм regex сообщает, совпадают ли эти данные с шаблоном, и если совпадение было обнаружено, что именно совпало.
Вот небольшой пример использования регулярного выражения, взятый из UNIX-утилиты, работающей в режиме командной строки, которая ищет заданный шаблон в содержимом одного или нескольких текстовых файлов UNIX. Команда grep -i -E '^Bat' ищет последовательность символов beginning-of-line (начало строки), обозначаемое "крышкой", [^]), за которым следуют буквы b, a, и t верхнего или нижнего регистра (ключ -i указывает на то, что при сопоставлении с шаблоном регистр не учитывается, таким образом, например, B и b - тождественны). Следовательно, для файла heroes.txt:
Листинг 1. heroes.txt
Вышеупомянутая команда grep выдаст два совпадения:
Batman
Batgirl
Регулярные выражения
PHP предлагает два программных интерфейса регулярных выражений: один -- для интерфейса переносимых операционных систем (POSIX), а второй - для регулярных выражений, совместимых с языком Perl (PCRE). В общем и целом второй интерфейс является более предпочтительным, так как PCRE сам по себе мощнее, чем POSIX, и предоставляет все операторы, используемые в языке Perl. Более подробная информация по обращению к regex-функциям POSIX представлена в документации по языку PHP (см. раздел Ресурсы). В данной статье мы сосредоточим свое внимание на свойствах PCRE.
Регулярные выражения PHP PCRE содержат операторы, позволяющие путем сопоставления находить конкретные символы или другие операторы, определенные местоположения, например, начало и конец строки, начало или конец слова. Регулярные выражения также позволяют описывать альтернативы, которые можно задать альтернативы типа "или"-"или"; повторения фиксированной, изменяемой или неопределенной длины; наборы символов (например, "любая буква от a до m"); и классы, или типы символов (печатаемые символы, знаки препинания). Специальные операторы также разрешают использовать группировку — возможность применить оператор к целой группе других операторов.
В таблице 1 показаны некоторые типичные операторы регулярных выражений. Для создания сложных выражений можно последовательно объединять элементарные операторы из таблицы 1 (и другие).
Таблица 1. Типичные операторы регулярных выражений
Оператор Значение
. (точка) Любой одиночный символ
^ (крышка) Пустая последовательность в начале строки или цепочки
$ (знак доллара) Пустая последовательность в конце строки
A Буква A верхнего регистра
a Буква a нижнего регистра
\d Любая цифра
\D Любой нецифровой символ
\w Любая буква или цифра; синоним - [:alnum:]
[A-E] Любая заглавная буква из A, B, C, D или E
[^A-E] Любой символ, за исключением заглавных букв A, B, C, D или E
X? Найти совпадение по отсутствию или наличию одной заглавной буквы X
X* Ни одной или любое количество заглавных букв X
X+ Одна или несколько заглавных букв X
X{n} Ровно n заглавных букв X
X{n,m} Не менее n и не более m заглавных букв X; если опустить m, то выражение будет искать не менее n заглавных букв X
(abc|def)+ По меньшей мере одно вхождение последовательности abc и def
В следующем примере показано типичное использование регулярного выражения. Например, для web-сайта необходимо, чтобы каждый пользователь регистрировался. Имя пользователя должно начинаться с буквы и содержать от 3 до 10 буквенно-цифровых символов. Для проверки имени пользователя на соответствие ограничениям при отправке данных в приложение можно использовать следующее регулярное выражение: ^[A-Za-z][A-Za-z0-9_]{2,9}$.
Знак "крышка" соответствует началу строки. Первый набор [A-Za-z] соответствует любой букве. Второй набор [A-Za-z0-9_]{2,9} соответствует последовательности, содержащей от 2 до 9 букв, цифр или символов подчеркивания. Знак доллара ($) соответствует концу строки.
На первый взгляд, знак доллара может показаться лишним, однако его использование важно. Если его пропустить, то условиям данного регулярного выражения будет отвечать любая строка, которая начинается с буквы, содержит от 2 до 9 буквенно-цифровых символов и любое количество других символов. Иными словами, если бы не было знака доллара как привязки к концу строки, то подошла бы недопустимо длинная строка с подходящим началом, например, "martin1234-cruft" .
Программирование на языке PHP и регулярные выражения
В PHP есть функции для поиска совпадений в тексте, замены каждого совпадения на другой текст (похоже на операцию "найти и заменить") и поиска совпадений среди элементов списка. Вот эти функции:
Чтобы показать, как работают эти функции, давайте создадим небольшое PHP-приложение, которое будет просматривать список слов на соответствие определенному шаблону. Слова и регулярные выражения будут вводиться из обычной web-формы, а результаты отображаться в браузере посредством функции simple print_r(). Эта программка пригодится, если возникнет желание проверить или отладить регулярное выражение.
PHP-код показан в листинге 2. Все входные данные берутся из обычной HTML-формы. (Для краткости эту форму и PHP-код, отслеживающий ошибки, опустим.)
Листинг 2. Сравнение текста с шаблоном
Вначале с помощью функции preg_split() строка из слов, разделенных запятыми, преобразуется в отдельные элементы. Данная функция разбивает строку в тех местах, которые соответствуют условиям регулярного выражения. В данном случае регулярное выражение представляет собой просто "," , (запятая - разделитель списка слов, указанных через запятую). Слэш в начале и в конце просто показывает начало и конец regex.
Третий и четвертый аргументы функции preg_split() необязательны, но полезны. Добавьте в третий аргумент число n целого типа, если необходимо вернуть только первые n совпадений, или -1, если необходимо вернуть все совпадения. Если в качестве четвертого аргумента задать идентификатор PREG_SPLIT_NO_EMPTY, то функция preg_split() не будет возвращать пустые результаты.
Затем каждый элемент списка слов, разделенных запятыми, корректируется (убираются начальные и конечные пробелы) с помощью функции trim() и сравнивается с заданным регулярным выражением. Функция preg_grep() существенно упрощает процесс обработки списка: просто укажите в качестве первого аргумента шаблон, а в качестве второго - массив слов для сравнения. Функция возвращает массив совпадений.
Например, если в качестве шаблона задать регулярное выражение ^[A-Za-z][A-Za-z0-9_]{2,9}$ и список слов разной длины, то можно получить результат, показанный в листинге 3.
Листинг 3. Результат работы простого регулярного выражения
Кстати, с помощью дополнительного маркера PREG_GREP_INVERT можно инвертировать операцию preg_grep() и найти элементы, которые не совпадают с шаблоном (аналогично оператору grep -v в командной строке). Заменяя 22 строку на $matches = preg_grep( "/${_REQUEST[ 'regex' ]}/", $words, PREG_GREP_INVERT ) и используя входные данные из листинга 3, мы получим Array ( [1] => 1happy [2] => hermanmunster ).
Разбор строк
Функции preg_split() и preg_grep() очень удобны. Первая из них может разбирать строку на подстроки, если подстроки разделяются определенным шаблоном. Функция preg_grep() позволяет быстро отфильтровать список.
Но что произойдет, если строку нужно разобрать на составные части, используя одно или несколько сложных правил? Например, в США номера телефонов обычно выглядят следующим образом: "(305) 555-1212," "305-555-1212," или "305.555.1212." Если убрать пунктуацию, то количество символов сократится до 10 цифр, что легко можно определить с помощью регулярного выражения \d{10}. Однако код и префикс (каждый из которых состоит из трех цифр) телефонного номера США не могут начинаться с нуля или единицы (так как нуль и единица используются как префиксы для междугородных звонков). Вместо того чтобы разбивать числовую последовательность на отдельные цифры и создавать сложный код, для верификации можно использовать регулярное выражение.
Фрагмент кода позволяющий решить эту задачу, показан в листинге 4.
Листинг 4. Проверка американского телефонного номера
Давайте пройдем по этому коду:
* Как показано в таблице 1, в регулярных выражениях используется ограниченный набор специальных символов, например, квадратные скобки ([ ]) для наименования последовательности. Если надо найти такой символ в тексте, необходимо "выделить" специальный символ в регулярном выражении, поставив перед ним обратный слэш (\). Когда символ выделен, можно задать его посик, как и любого другого символа. Если нужно найти символ точки, например, в полном составном имени хоста, то напишите \.. При желании строку можно подать в функцию preg_quote() которая выполняет автоматическую изоляцию всех специальных символов регулярных выражений, как показано в строке 1. Если поставить echo() $punctuation после первой строки, то вы должны увидеть \(\)\.-.
* В строке 2 из телефонного номера убираются все знаки пунктуации. Функция preg_replace() заменяет все символы из $punctuation — операторы из набора [ ] - пустой строкой, эффективно устраняя такие символы. Возвращаемая новая строка присваивается переменной $number.
* В строке 4 определен шаблон верифицируемого телефонного номера США.
* Строка 5 реализует сопоставление, сравнивая телефонный номер, который теперь состоит только из цифр, с шаблоном. Функция preg_match() возвращает 1, если есть совпадение. Если совпадения нет, функция preg_match() возвращает нулевое значение. Если во время обработки возникла ошибка, то функция возвращает значение False (ложно). Таким образом, чтобы проверить удачное завершение, необходимо посмотреть, было ли возвращено значение 1. В противном случае проверьте итоговое значение функции preg_last_error() (если используется PHP версии 5.2.0 или выше). Если оно не равно нулю, то, возможно, был превышен лимит вычислений, например, разрешенная глубина рекурсии регулярного выражения. Обсуждение констант и ограничений, применяемых в регулярных выражениях PHP, представлено на странице, посвященной функциям регулярных выражений PCRE (см. раздел Ресурсы).
Извлечение данных
Во многих случаях необходимо только получить ответ на вопрос: "Соответствуют ли данные шаблону?" – например, при проверке данных. Однако чаще регулярные выражения используются для подтверждения соответствия и получения информации о совпадении.
Вернемся к примеру с телефонным номером. Пусть при соответствии шаблону нам необходимо сохранить код, префикс и номер линии в отдельных полях базы данных. Регулярные выражения могут запоминать совпадающие с шаблоном данные с помощью оператора capture. Оператор capture обозначается круглыми скобками и может использоваться в любой части регулярного выражения. Операции capture можно делать вложенными для поиска подсегментов в извлеченных сегментах данных. Например, чтобы из 10-значного номера телефона извлечь код города, префикс и номер линии, можно использовать следующую строку:
/([2-9][0-9]{2})([2-9][0-9]{2})([0-9]{4})/
Если входные данные соответствуют шаблону, первые три цифры захватываются первой парой круглых скобок, следующие три цифры - второй парой, а последние 4 цифры - последним оператором. Модификация вызова функции preg_match() возвращает извлеченные данные.
Листинг 5. Возврат извлеченных данных функцией preg_match()
Если в качестве третьего аргумента функции preg_match() указать переменную, например, в нашем коде, $matches, то в качестве ее значения будет выступать список извлеченных результатов. Нулевой элемент списка (с индексом 0) - это все совпадение целиком; первый элемент - совпадение, относящееся к первой паре круглых скобок, и так далее.
Вложенные операторы capture извлекают сегменты и подсегменты фактически любой глубины. Сложность с вложенными операторами capture состоит в том, чтобы определить, в какой части массива соответствий находится каждое соответствие, например, $matches. Действует следующее правило: подсчитайте порядковый номер открывающей скобки в регулярном выражении — этот номер и будет индексом нужного совпадения в массиве соответствий.
В листинге 6 показан пример (немного надуманный) извлечения частей городского адреса.
Листинг 6. Код для извлечения городского адреса
Опять все совпадение целиком хранится по индексу 0. А где хранится номер улицы? Если считать слева направо, номер улицы проверяется \d+. Это вторая открывающая круглая скобка слева, следовательно, значением $matches[2] будет 123. В $matches[4] оказывается название города, а в $matches[6] - почтовый индекс.
Продвинутые технологии
Обработка текста – широко распространенная задача, и PHP предоставляет ряд функций, упрощающих выполнение большого числа операций. Обратите внимание на следующее:
* Функция preg_replace() может работать как с одной строкой, так и с массивом строк. Если вызвать preg_replace() для массива строк, замена будет выполнена во всех элементах массива. В этом случае код preg_replace() возвращает массив измененных строк.
* Как и во всех остальных реализациях PCRE, здесь для осуществления замены можно прибегать к сравнению с вложенным шаблоном. Для наглядности давайте рассмотрим проблему стандартизации формата телефонного номера. Заменим все знаки пунктуации точками. Наше решение показано в листинге 7.
Листинг 7. Замена знаков пунктуации точками
Сопоставление с шаблоном и, в случае совпадения, перевод в стандартный телефонный номер выполняется за один шаг.
Прошли те времена, когда в Интернете на уровне элементарных понятий нужно было объяснять, что такое хостинг. Все уже давно знают, что свою страничку вовсе не нужно держать на домашнем компьютере и каким-то образом обеспечивать к ней постоянный доступ, а на порядок проще разместить ее на так называемом хостинге - на компьютере хостинг-провайдера, чьей головной болью и одновременно сферой приложения профессиональных услуг является обеспечение круглосуточного доступа через Интернет к вашей страничке любых желающих.
Что интересно, еще буквально пару-тройку лет назад под хостингом только это и понималось - размещение и обеспечение доступа. В большинстве случаев это так и выглядело - ваша страничка где-то там лежала, периодически откликаясь на попытки ее посмотреть, а нередко и не откликалась, причем когда кто-то из ваших знакомых интересовался, в чем там дело, вы только криво усмехались и отвечали что-то вроде: "Да опять у хостера какие-то проблемы".
Но время шло, и хостинг как интернетовская услуга претерпел значительные изменения. Во-первых, значительно возросла стабильность доступа - если раньше странички "валялись" не менее пары раз в день, то теперь недоступность странички из-за проблем у хостера - явный нонсенс. Во-вторых, значительно изменилось само "железо", на котором размещаются сайты - раньше серверы собирали черт знает из чего на неизвестно чьей коленке, а сейчас любой уважающий себя хостинг-провайдер использует специальные серверы, созданные именно для решения подобных задач.
В-третьих, понятие "техническая поддержка пользователей" из полуабстракции в виде студента на телефоне, который говорил исключительно на фидошном сленге и через минуту общения с клиентом тут же терял человеческое лицо, превратилась во вполне четкую структуру, которая занимается именно поддержкой пользователей, а не их посыланием во все места с их идиотскими вопросами.
В-четвертых, хостинг-провайдеры стали намного более требовательно относиться к вопросам защиты данных клиентов. Если раньше сохранность вашей страницы на сервере хостинга зависела только от вашей предусмотрительности (то есть - догадаетесь ли вы всегда держать актуальную копию сайта на домашнем компьютере), то теперь, независимо от того, что именно вдруг произошло на сервере хостера, вопрос сохранности вашей информации лежит целиком на нем.
Хостинг как интернетовская услуга претерпел значительные изменения
В-пятых, понятие хостинга стало включать в себя большой набор всевозможных дополнительных видов услуг - предоставление почтовых ящиков, баз данных, скриптов, статистики, защиты от спама и вирусов, листов рассылки и так далее.
И при всем этом богатстве услуг вполне серьезный хостинг стал стоить совсем небольших денег - $5, $10, $15 или $20, в зависимости от дисковой квоты и набора предоставляемых сервисов. Причем уровень стоимости похожих пакетов услуг у разных хостинг-провайдеров отличается весьма незначительно. Не бывает такого, чтобы у одного хостинг-провайдера, скажем так, оптимальный хостинговый пакет стоил $10, а у другого - $30. Разница обычно составляет буквально два-три доллара. Но вот как раз эти ничтожные пара долларов в месяц могут означать весьма существенные отличия в уровне и видах предоставляемых услуг.
Мне не раз приходилось слышать разговоры из серии: "Ну, и зачем ты в этой конторе хостишься, когда вон у тех - и оплата ниже на два бакса, и дискового пространства предоставляют больше, и список сервисов - две страницы?". Но потом, когда пользователь, соблазненный экономией двух долларов в месяц и списком сервисов на две страницы, переходил на нового хостинг-провайдера, вдруг выяснялось, что техподдержка там отвечает на звонки с 11 до 17, кроме выходных, причем как они отвечают - так лучше бы вообще не отвечали; что сайт имеет тенденцию вдруг падать и не подниматься, потому что вырубилось электричество, защиты у провайдера нет, так что все серверы полегли, а поднялись после появления электричества далеко не все, но никто и не почесался; что из заявленного длинного списка сервисов реально представлена дай бог половина, причем из них восемьдесят процентов - вещи, которые никогда не понадобятся, зато многое из того, что действительно нужно, работает через пень-колоду, и так далее. И становится не сильно понятно, зачем такие проблемы из-за каких-то двух долларов в месяц? Стоит оно того или нет?
Или наоборот. Бывает так, что вебмастер (или организация) сели к какому-то хостинг-провайдеру, мучаются с его ненавязчивым сервисом, а переходить в другое место - боятся, потому что, дескать, "от добра добра не ищут". От добра - точно, не ищут. Но в данном случае речь идет совсем не о добре, а о некачественном предоставлении услуг.
Понятие хостинга стало включать в себя большой набор всевозможных дополнительных видов услуг
Закончились времена доморощенных хостеров. Точнее, почти закончились, потому что где-то еще остались конторы, предоставляющие хостинг на кошмарном уровне девяностых годов прошлого столетия. Но они очень скоро отомрут, потому что не могут, не умеют и не хотят оказывать эту услугу так, как полагается на современном уровне, а сегодняшнего клиента уже не удовлетворяют фразы "не волнуйтесь, завтра починим" или "пока нет, но скоро будет". Ему нужно сейчас, в полном объеме и качественно.
Однако у неискушенных клиентов тут же возникает вопрос: как выбрать хостинг-провайдера, если они все предлагают примерно одинаковый набор предоставляемых услуг, цены на которые различаются совсем незначительно? Здесь, на мой взгляд, следует обращать внимание на две вещи. Во-первых, сайт провайдера и данные, которые на нем представлены. Если на сайте нет никакой информации о самой компании, используемом оборудовании, защите, сертификатах и так далее - это шарашкина контора. Список предоставляемых услуг - еще далеко не все. Клиенты должны знать, где расположено помещение с серверами, как оно охраняется, что предусмотрено в случае проблем с электричеством, и так далее.
Конечно, тут многое зависит от ваших личных требований к хостингу. Потому что если вам нужно разместить страничку с парой фотографий и текстом "Когда-нибудь здесь будет крутая страница", тогда, конечно, вас мало будет интересовать охрана дата-центра и защита электропитания. Но в этом случае вам и нормальный хостинг не нужен - достаточно просто разместить страничку на одном из бесплатных серверов. А вот в случае размещения серьезного проекта, корпоративного ресурса и так далее все эти вопросы обязательно нужно выяснить, потому что, например, неответ корпоративного ресурса в течение какого-то времени может обернуться серьезными финансовыми потерями.
Ну, и во-вторых, поинтересуйтесь впечатлениями тех людей, которые уже пользуются услугами каких-то хостинг-провайдеров. Пускай они расскажут, что им понравилось, а что нет, с какими проблемами им пришлось столкнуться. Это может быть весьма показательным.
И последнее. Если вам не нравится тот хостинг-провайдер, на котором в настоящий момент размещен ваш проект, - не останавливайтесь перед тем, чтобы подыскать более подходящую фирму. Перенести проект на новый хостинг, как правило, особого труда не составляет, а выигрыш от подобных действий может быть весьма значительным. Потому что на современном этапе хостинг должен отвечать очень высоким требованиям. И есть немало провайдеров, которые этим требованиям действительно отвечают.
Мне приходится часто менять клиентов, потому что работаю удаленно. Сделал одному – иди к другому. А еще я продаю свои программы через Интернет. При имеющейся специфике работы, заметил одну странность: примерно в двадцати пяти процентов случаев, предприятие, оплатившее работу программиста и принявшее его работу, не пользуется ею.
Начну с примеров
Фирма, продающая компьютеры, купили внушительный комплект программного обеспечения, все своевременно оплатили, купили необходимое торговое оборудование... Мы, соответственно, все им установили и приготовились запускать. Остановились на этапе, когда сотрудники фирмы, ответственные за ввод в эксплуатацию нового программного комплекса, должны внести в информацию по имеющимся в отделах остаткам. Для справки – это примерно пара сотен наименований. Но на этом все работы по проекту остановились, потому что остатки не были внесены к намеченному сроку, ни через неделю после срока, ни через месяц. Не внесены они и до сих пор, хотя прошло уже пол года. Официально мы договорились, что клиент нам позвонит, когда сотрудники освободятся и найдут время внести остатки. Сами понимаете, на небольших фирмах менеджеры – по совместительству еще и продавцы, еще и грузчики, и кассиры…
Еще пример
Достаточно крупный комбинат решил автоматизировать учет обедов собственным сотрудникам в счет зарплаты. Систему подготовили, протестировали, поставили. Обучили их специалиста. Все как обычно. Недавно узнал, что конечный пользователь нашу систему не использует. Оказывается, по весьма банальной причине: на приобретение нового компьютера руководство не выделяет средств, а на имеющемся оказалось недостаточно мощности. В свое время мы указывали им на необходимость более мощного компьютера, но в силу не совсем понятных мне внутренних интриг, этот вопрос был замят на уровне IT-отдела. В результате, автоматизация стала не эффективной, и от использования новой программы решено было отказаться.
Третий пример
Производственная фирма заказала автоматизацию учета. От фирмы был назначен специалист – постановщик ТЗ и в будущем - внедренец. Работу сделали, сдали, провели обучение внедренца (на углубленное внедрение и обучение нами всех сотрудников не выделили бюджет). Я перезвонил клиенту через пол года, чтобы узнать, не было ли замечено каких-либо багов в работе системы. С удивлением услышал, что учет по-прежнему ведется в Excel-е, потому что на глубокое, самостоятельное освоение новой системы у сотрудников нет времени, а специалист, которого мы обучали, уволился…
Хотелось бы обобщить имеющийся, скромный опыт по таким случаям, и порассуждать на тему, когда автоматизация учета становится не эффективной по вине заказчика.
Уже из приведенных примеров можно сделать одно важное заключение: во всех трех случаях явно, что администрация не была заинтересована в результате. В первом – директор не захотел останавливать продажи даже не день, чтобы довести начатое до конца, во втором и третьем был урезан бюджет, и решили сэкономить там, где этого делать было нельзя.
1. Незаинтересованность руководства в результатах
Для меня всегда было загадкой, зачем руководство той или иной фирмы вообще тратится на автоматизацию, если отчетов в excel-е достаточно, и нет желания доводить начатое до конца? Чего дирекция хочет добиться? Дань моде? Надоел ноющий главбух? Решили, что что-то пора менять, но что менять – не выяснили? Стоит напомнить, что грамотно поставленная автоматизация учета в торгово-производственных фирмах способна увеличить прибыль и уменьшить затраты. Хорошая автоматизация окупается достаточно быстро, и уже скоро начинает приносить прибыль и экономию. Но если руководство не оценило перспектив автоматизации или, что еще хуже, считает, что новый стол из красного дерева топ-менеджеру важнее нового сервера сисадмину, то вряд ли на такой фирме автоматизация будет успешной.
2. Ограниченный бюджет
Как правило, из первого следует второе. Когда руководство не совсем отдает себе отчет в том, чего они ждут от автоматизации, тогда возникают идеи, наподобие: «а давайте пригласим студента, и он все сделает, как надо», или «давайте посадим главбуха на сервер»... Я, конечно, не против подработки студентов и не сомневаюсь в потенциале российского студенчества, но хочу лишь сказать о том, что для внедрения серьезной системы учета простого умения программировать очень мало. Хороший внедренец должен уметь просчитать возможные последствия выбора той или иной стратегии автоматизации. Это достаточно кропотливая работа, требующая, прежде всего, большого практического опыта, понимание не только специфики учета предприятия, но и его неочевидных нюансов. В конце концов, такая работа требует настойчивости, потому что часто решения внедренцев могут встретить сопротивление со стороны заказчика, и нужно уметь отстоять свои предложения, основываясь, опять же, на собственном опыте, защищая интересы сопротивляющегося клиента. Вряд ли какой-либо студент, понимающий, что занимается временным, не свойственным ему делом, способен на такое. Поэтому, считаю, что экономия на уровне исполнителя – это почти гарантия неудавшейся автоматизации.
Это же относится и к неоправданной экономии на оборудовании. Как правило, сбой системы происходит в самом слабом ее звене и в самый неподходящий момент… Помню, как у одного моего клиента, смотрящего «сквозь пальцы» на предложение обновить сервер, этот сервер вдруг однажды сгорел, когда бухгалтерия делала годовой отчет. Печально было то, что архивирование данных не велось должным образом, опять же, не смотря на рекомендации: директор считал покупку пишущего cd-room (в то время) – не особенно необходимыми затратами. Систему, конечно, восстановили. Но я помню, как бухгалтерии пришлось две недели работать чуть ли не по ночам, чтобы восстановить потерянные за год данные по первичным документам. Кстати, после этого случая руководство все-таки купило в то время жутко дорогой сервер с райд-массивом…
3. Тендер на откатах
Где-то встречал в сети примерную статистику, какой процент тендеров на IT услуги в России выигрывается за счет откатов ответственному лицу. Статистика – не утешительна. Печально, что на откаты попадают в основном крупные заказчики, где сумма договора внушительна, и руководство напрямую не занимается подбором исполнителя, а поручает это собственному специалисту, который не всегда бывает доволен уровнем своей заработной платы. Практика показывает, что при таком раскладе, все работы бывают выполнены в срок, все документы подписаны, но сотрудники фирмы остаются недовольны результатами и не могут использовать внедренную систему в планируемом объеме по разным причинам. Соответственно, руководство не имеет требуемой аналитической базы и начинает выяснять, в чем причина. Такие разбирательства затягиваются надолго, часто сопровождаются кадровыми движениями и, в конечном итоге, поисками того, кто бы систему довел до ума…
4. К вопросу о лидерах отрасли
Хотел бы привести еще один пример, достаточно типичный. Фирма готова тратить деньги на автоматизацию, но не сориентировалась на рынке IT-услуг и обратилась к кому-то очень известному. В результате затраты превысили все разумные пределы, а итог оказался не совсем ожидаемым, хотя, возможно, приемлемым с натяжкой.
К сожалению, это только при покупке автомобиля можно руководствоваться рекламными буклетами, и, если позволяют средства, выбирать самое последнее из модельного ряда. В сфере IT-услуг, как показывает практика, все далеко не так, особенно в сфере автоматизации на базе продуктов фирмы «1С» фирмами-франчайзи. Если исполнитель – не на уровне масштабов компании «Intel Corporation», то его раскрученность совсем может не соответствовать качеству предлагаемых им услуг, а объемы клиентской сети, требующей постоянного сопровождения, могут не позволить заниматься новым клиентом на должном уровне. На фоне этого, стоило бы вспомнить о небольших фирмах, менее раскрученных, а потому не выигравших тендер, которые были бы просто счастливы получить крупного заказчика IT-услуг, даже с меньшей суммой договора, и были готовы отдать все силы на то, чтобы клиент остался доволен. Амбиции небольших коллективов, уровень их специалистов и заинтересованность в результатах работы часто оказываются выше, чем у раскрученных, больших компаний. Небольшие фирмы не могут допустить в работе того, что позволят себе монополии, потому что любая неудача может грозить такой фирме банкротством.
Я назвал лишь четыре, пожалуй, основных фактора, когда автоматизация не достигает результатов, и присходит это, отчасти, по вине заказчика. Наверняка, имеются и другие причины, но корень проблем, на мой взгляд, следует искать, прежде всего, в неправильной позиции руководства компании, которая выражается или в непонимании, зачем нужна автоматизация, или в неправильно выбранной стратегии решения этого вопроса. Там, где решения принимаются трезво и взвешенно, где оценивается уровень специалиста, а не его раскрученность на рынке, где руководство четко понимает, чего оно ждет от автоматизации в итоге – там все будет нормально, чего всем и желаю…
Не всегда хорошая программа стоит много денег. Не которые бесплатные программы, например, такие как VirtualDub или 7-Zip стали более популярными, чем их платные аналоги. Создание таких программ начинается с простого энтузиазма людей, которые хотят сделать вещь полезную всем. А результат работы целой команды людей всегда оказывается успешным.
3D-редактор Blender 2.45
Не всегда хорошая программа стоит много денег. Не которые бесплатные программы, например, такие как VirtualDub или 7-Zip стали более популярными, чем их платные аналоги. Создание таких программ начинается с простого энтузиазма людей, которые хотят сделать вещь полезную всем. А результат работы целой команды людей всегда оказывается успешным.
Так случилось и с программой трехмерной графики Blender. Это ещё один пример коллективной работы многих людей. И сейчас Blender является полноценным бесплатным 3D-редактором.
Внешний вид всех программ для работы с трехмерной графикой очень похож. По этому производители коммерческих пакетов для работы с 3D выпускают специальные брошюры, где подробно разъясняются отличия в «горячих клавишах» и инструментах управления сценой между их программой и приложением, с которого они хотят переманить пользователя.
Программисты, сделавшие Blender, не ставят перед собой цель заработать деньги, и им не нужно подстраиваться под тех, кто раньше работал в другом 3D-редакторе. Поэтому, открывая для себя Blender, работе с трехмерной графикой приходится учиться заново.
Необычный внешний вид Blender говорит о том, что разработчики создавали свой проект «с нуля», не привязываясь к внешнему виду прочих программ для работы с трехмерной графикой. В какой-то мере это было правильное решение, ведь только так можно было создать удобный и в то же время принципиально новый интерфейс. Казалось бы, что можно придумать удобнее нескольких окон проекций и панели с настройками объектов?
Удобнее может быть только возможность гибкой настройки интерфейса под нужды каждого пользователя. В Blender реализована технология, благодаря которой внешний вид программы изменяется до неузнаваемости. Изюминка интерфейса Blender состоит в том, что в процессе работы над трехмерной сценой можно «разбивать» окно программы на части. Каждая часть – независимое окно, в котором отображается определенный вид на трехмерную сцену, настройки объекта, линейка временной шкалы timeline или любой другой режим работы программы.
Таких частей может быть неограниченно много – все зависит от разрешения экрана. Но сколько бы окошек ни было создано, они никогда не пересекутся между собой. Размер одного зависит от размера остальных, то есть если пользователь увеличивает размер одной части, размер соседних уменьшается, но никаких "накладываний" окон друг на друга не происходит. Это невероятно удобно, и тут создателям коммерческих приложений стоило бы посмотреть в сторону Blender, чтобы взять новшество на заметку.
Еще одна сильная сторона программы – хорошая поддержка «горячих клавиш», при помощи которых можно выполнять практически любые операции. Сочетаний довольно много, и запомнить все сразу тяжело, однако их знание значительно ускоряет и упрощает работу в Blender.
Таким образом, сложным интерфейс программы кажется только с непривычки. На самом же деле, инструменты Blender расположены очень удобно. Для того чтобы это понять, нужно поработать в программе какое-то время, привыкнуть к ней.
Для создания трехмерных моделей используются полигональные и NURBS-поверхности. Имеются в Blender и инструменты сплайнового моделирования. Создание 3D-объектов производится также с использованием кривых Безье иB-сплайнов.
Инструментарий Blender столь универсален, что позволяет воссоздавать даже очень сложные органические формы. Для этой цели можно использовать метаболы и технологию «трехмерной лепки» с помощью виртуальных кистей. Редактирование формы трехмерной модели с помощью кистей производится примерно так же, как это делается в Maya. Вносить изменения в геометрию можно в режиме симметрии, что особенно важно при моделировании персонажей.
В программе можно создавать обычную анимацию, а также работать над персонажной оснасткой, строить скелет и выполнять привязку костей к внешней оболочке. Трехмерный редактор работает с прямой и инверсной кинематикой.
В программе предусмотрена и возможность работы с частицами. Система частиц может быть привязана к любому трехмерному объекту. Поток частиц управляется с помощью направляющих кривых, эффектов ветра и завихрений. Кроме этого, влияние на частицы может определяться как окрашивание, в зависимости от силы воздействия на них. Есть вариант проверить, как частицы будут отражаться от движущейся трехмерной поверхности, или заставить их подчиняться законам гравитации. С помощью статической системы частиц можно даже моделировать волосы.
Blender включает в себя симулятор флюидов, благодаря которому в программе можно моделировать «текучие» эффекты жидкостей. Нужно отметить, что эта разновидность эффектов присутствует далеко не во всех 3D-редакторах, например, в 3ds Max нет инструментов для моделирования текучих флюидов.
Создать реалистичную анимацию особенно сложно, если необходимо имитировать физически точное поведение тел. В Blender есть инструменты для просчета поведения тел в определенных условиях. В режиме реального времени можно просчитать деформацию мягких тел, а затем «запечь» ее для экономии ресурсов и оптимизации визуализации анимации. Физически точное поведение может быть определено также и для упругих тел, с последующим «запеканием» измененных параметров в анимационные кривые.
Что касается визуализации, то и тут возможности Blender на высоте. Можно рассчитывать на поддержку рендеринга по слоям, на получение эффектов смазанного движения и глубины резкости (depth of field). Также поддерживается "мультяшный" рендеринг и имитация глобального освещения (ambient occlusion). Вместе с программой удобно использовать бесплатный движок визуализации YafRay, который может похвастаться работой с HDRI, возможностями просчета каустики и глобального освещения. Есть и другие подключаемые визуализаторы, например, Indigo.
В Blender-сообществе – был выпущен первый 3D-мультфильм, полностью созданный при помощи этой программы. Короткометражный фильм Elephants Dream создавался в течение полугода командой из шести аниматоров и других специалистов, которые постоянно работали в офисе компании Montevideo, поддерживающей проект. Приложить свою руку к созданию мультфильма могли все желающие, помогая основной команде разработчиков удаленно, через интернет.
Целью проекта было показать, что Blender является полноценным 3D-редактором, который с успехом может использоваться не только студентами и школьниками в целях обучения, но и профессионалами, работающими в команде над производством сложных проектов.
Одной из особенностей проекта Elephants Dream стало то, что в интернете был выложен для свободной загрузки не только сам фильм, но и все исходные материалы, которые использовались при его создании: сцены, текстуры и т.д.
После успеха Elephants Dream CG-энтузиасты, работающие в Blender, создали ещё один анимационный проект - фильм Peach. В нем аниматоры обращают внимание общественности на другие сильные стороны Blender, которые не удалось показать в первом фильме. В частности, это касается средств для работы с мехом и шерстью. И Peach стал "забавным и пушистым".
Blender – это отличный инструмент для трехмерного моделирования и анимации. Вне всякого сомнения, у этой программы есть будущее, она постоянно совершенствуется и обрастает новыми возможностями.
Главное о чем стоит упомянуть это, что ваш хранитель экрана будет работать в фоновом режиме и он не должен мешать работе других запущенных программ. Поэтому сам хранитель должен быть как можно меньшего объема. Для уменьшения объема файла в описанной ниже программе не используется визуальные компоненты Delphi, включение хотя бы одного из них приведет к увеличению размера файла свыше 200кб, а так, описанная ниже программа, имеет размер всего 20кб!!!
Технически, хранитель экрана является нормальным EXE файлом (с расширением .SCR), который управляется через командные параметры строки. Например, если пользователь хочет изменить параметры вашего хранителя, Windows выполняет его с параметром "-c" в командной строке. Поэтому начать создание вашего хранителя экрана следует с создания примерно следующей функции:
Поскольку нам нужно создавать небольшое окно предварительного просмотра и полноэкранное окно, их лучше объединить используя единственный класс окна. Следуя правилам хорошего тона, нам также нужно использовать многочисленные нити. Дело в том, что, во-первых, хранитель не должен переставать работать даже если что-то "тяжелое" случилось, и во-вторых, нам не нужно использовать таймер.
Процедура для запуска хранителя на полном экране - приблизительно такова:
Во-первых, мы проинициализировали некоторые глобальные переменные (описанные далее), затем прячем курсор мыши и создаем окно хранителя экрана. Имейте в виду, что важно уведомлять Windows, что это - хранителя экрана через SystemParametersInfo (это выводит из строя Ctrl-Alt-Del чтобы нельзя было вернуться в Windows не введя пароль). Создание окна хранителя:
Теперь окна созданы используя вызовы API. Я удалил проверку ошибки, но обычно все проходит хорошо, особенно в этом типе приложения.
Теперь Вы можете погадать, как мы получим handle родительского окна предварительного просмотра ? В действительности, это совсем просто: Windows просто передает handle в командной строке, когда это нужно. Таким образом:
Как Вы видите, window handle является вторым параметром (после "-p").
Чтобы "выполнять" хранителя экрана - нам нужна нить. Это создается с вышеуказанным CreateThread. Процедура нити выглядит примерно так:
Нить просто заставляет обновляться изображения в нашем окне, спит на некоторое время, и обновляет изображения снова. А Windows будет посылать сообщение WM_PAINT на наше окно (не в нить !). Для того, чтобы оперировать этим сообщением, нам нужна процедура:
Если мышь перемещается, кнопка нажала, мы спрашиваем у пользователя пароль:
Это также демонстрирует использование registry на уровне API. Также имейте в виду как мы динамически загружаем функции пароля, используюя LoadLibrary. Запомните тип функции?
TVSSFunc ОПРЕДЕЛЕН как:
Теперь почти все готово, кроме диалога конфигурации. Это запросто:
Трудная часть -это создать диалоговый сценарий (запомните: мы не используем здесь Delphi формы!). Я сделал это, используя 16-битовую Resource Workshop (остался еще от Turbo Pascal для Windows). Я сохранил файл как сценарий (текст), и скомпилированный это с BRCC32:
Почти также легко сделать диалоговое меню:
После того, как пользователь выбрал некоторые установочные параметры, нам нужно сохранить их.
Загружаем параметры так:
Легко? Нам также нужно позволить пользователю, установить пароль. Я честно не знаю почему это оставлено разработчику приложений ! Тем не менее:
Мы динамически загружаем (недокументированную) библиотеку MPR.DLL, которая имеет функцию, чтобы установить пароль хранителя экрана, так что нам не нужно беспокоиться об этом.
TPCPAFund ОПРЕДЕЛЕН как:
(Не спрашивайте меня что за параметры B и C ! :-)
Теперь единственная вещь, которую нам нужно рассмотреть, - самая странная часть: создание графики. Я не великий ГУРУ графики, так что Вы не увидите затеняющие многоугольники, вращающиеся в реальном времени. Я только сделал некоторые ящики.
И последнее - глобальные переменные:
Затем исходная программа проекта (.dpr). Красива, а!?
Ох, чуть не забыл! Если, Вы используете SysUtils в вашем проекте (например фуекцию StrToInt) вы получите EXE-файл больше чем обещанный в 20k. :) Если Вы хотите все же иметь20k, надо как-то обойтись без SysUtils, например самому написать собственную StrToInt процедуру.
Если все же очень трудно обойтись без использования Delphi-форм, то можно поступить как в случае с вводом пароля: форму изменения параметров хранителя сохранить в виде DLL и динамически ее загружать при необходимости. Т.о. будет маленький и шустрый файл самого хранителя экрана и довеска DLL для конфигурирования и прочего (там объем и скорость уже не критичны).
Те, кто хорошо умеет работать с графическим редактором Photoshop, могут сделать анимированный GIF непосредственно в этой программе. Но создания баннера или анимированной кнопки совсем не обязательно каждому изучать Photoshop. Есть множество специализированных программ для создания анимированной графики, которые в свою очередь имеют множество специальных инструментов и шаблонов, благодаря которым создание рекламного объявления или анимированного логотипа для сайта становится делом нескольких минут.
Программы создающие GIF-анимацию.
Те, кто хорошо умеет работать с графическим редактором Photoshop, могут сделать анимированный GIF непосредственно в этой программе. Но создания баннера или анимированной кнопки совсем не обязательно каждому изучать Photoshop. Есть множество специализированных программ для создания анимированной графики, которые в свою очередь имеют множество специальных инструментов и шаблонов, благодаря которым создание рекламного объявления или анимированного логотипа для сайта становится делом нескольких минут.
GIF Construction Set Professional.
На первый взгляд кажется, что эта программа проста но это не так. Возможности ее очень широки, и, в отличие от многих аналогичных программ, она позволяет компилировать анимационные файлы не только в формате GIF. GIF Construction Set Professional может преобразовывать созданную в ней анимацию или уже готовый GIF-файл в формат Macromedia Flash (SWF). Файл Macromedia Flash имеет свои преимущества и недостатки перед GIF. Так, например, степень сжатия изображения в GIF ниже, и файл SWF может включать в себя не только анимацию, но и звук.
При экспорте созданной анимации в файл Macromedia Flash, следует помнить о том, что если в анимированном GIF можно указать время отображения каждого кадра по отдельности, в файле SWF частота смены изображений будет фиксированной. Кроме этого, файлы SWF, в отличие от GIF не поддерживают прозрачности.
Экспортировать в формат Macromedia Flash циклическую анимацию не получится – файл можно проиграть только один раз. Для имитации многократно повторяющейся анимации необходимо вносить дополнительные изменения в HTML-код страницы, на которой будет расположен SWF файл.
Принцип создания анимированного GIF-файла такой же, как и разработка рисованного мультфильма. Создается группа изображений с несколько измененным рисунком, после чего указывается их последовательность, и все они экспортируются в единый файл. Изображения, из которых будет состоять GIF-анимация, в GIF Construction Set Professional отображены в виде столбца кадров. Инструменты для выполнения различных манипуляций с кадрами «спрятаны» в контекстном меню. Они дают возможность вращать, обрезать, выполнять цветокоррекцию, добавлять эффект тени, выполнять объединение и удаление кадров.
Для файлов, которые помещаются на интернет-странице, очень важно, чтобы их размер был как можно меньше. В утилите GIF Construction Set Professional имеется специальная функция «суперсжатия», благодаря которой программа анализирует код GIF файла и делает размер анимации несколько меньше.
Easy GIF Animator Pro
Эта программа сделана, так чтобы любая задача могла быть выполнена в ней буквально за несколько минут. Реализовано это за счет продуманного процесса создания нового анимационного файла. В программе имеется свои мастера настроек - мастер создания нового баннера и мастер создания новой кнопки. Удобство таких предварительных заготовок еще и в том, что в программе уже заложены стандартные основные размеры баннеров, которые не всегда можно запомнить. В программе содержатся небольшой набор шаблонов кнопок с разными текстурами: мраморные, стеклянные, деревянные и пр.
Чтобы несколько разнообразить монотонное «слайд-шоу» сменяющихся кадров на баннере или на другом графическом элементе интернет-страницы, Easy GIF Animator Pro предлагает использовать анимационные эффекты перехода от одного изображения к другому. Вторая картинка может, например, выезжать из угла кадра или медленно проступать поверх предыдущей. Easy GIF Animator Pro имеет скромный набор инструментов для редактирования каждого изображения в анимации. Однако, несмотря на то, что этот «арсенал» напоминает палитру инструментов программы Microsoft Paint, на практике оказывается, что его вполне достаточно даже для того чтобы сделать текстовый баннер «с нуля». Здесь можно создавать геометрические фигуры, выполнять заливку, добавлять текст и делать заливку изображения градиентным цветом или даже выбранной текстурой.
GIF Movie Gear
В этой программе практически полностью отсутствует возможность редактирования изображений. Единственный способ это сделать – изменять рисунок по пикселам, что не далеко не всегда удобно. Из этого можно сделать вывод, что программа GIF Movie Gear позиционируется не как самостоятельный инструмент для работы с форматом GIF, а как вспомогательная утилита, которую будет уместно использовать в паре с каким-нибудь графическим редактором. В программе даже имеется возможность указать путь на диске к утилите, которая будет запускаться всякий раз, когда возникнет необходимость изменить рисунок кадра.
В GIF Movie Gear хорошо реализована оптимизация выходного файла. Во-первых, с ее помощью можно управлять количеством цветов в индексированной палитре GIF-файла, а также вручную подбирать цвета индексированной палитры и сохранять ее в отдельный файл для повторного использования. Во-вторых, в программе есть целая группа настроек для уменьшения размера файла без потери качества изображения. Среди них – максимально возможная обрезка кадров, устранение ненужных кадров (например, повторяющихся), замена дублирующихся точек изображения с прозрачностью. Эффективность выбранных настроек может быть мгновенно просчитана программой и оценена в процентах сжатия от общего размера анимационного файла.
В GIF Movie Gear можно использовать не только для создания GIF анимации. С помощью программы можно также создавать иконки *.ico (вот тут и пригодится возможность точечного рисунка), обычные и анимированные курсоры (*.cur, *.ani). Кроме вышеперечисленных форматов, изображения могут быть сохранены в виде многослойного файла PSD или в виде секвенции изображений в других графических форматах.
Если необходимо особым образом пометить создаваемый файл GIF, в него можно внедрить комментарий. При этом внешне файл останется прежним, лишь слегка увеличится его размер.
Selteco Bannershop GIF Animator
Эта программа нацелена, в основном на создание баннеров. В списке наиболее часто встречаемых разрешений можно найти все популярные сегодня типы баннеров, от стандартного 468x60 до «небоскреба» (skyscraper). Bannershop GIF Animator имеет специальный режим для быстрого создания анимированного изображения. Работая в нем, достаточно составить список графических файлов, задать задержку перед выводом на экран следующего кадра и все, файл можно сохранять в формате GIF. По такому же принципу работает и мастер создания слайд-шоу из отдельных картинок.
В Bannershop GIF Animator можно использовать анимационные эффекты, которые разделены на три группы – Intro Animation, Animation и Outro Animation. В первом случае можно получить эффект появления выделенного кадра, в последнем – его исчезновение. Отчасти, эти эффекты напоминают эффекты перехода, однако их область применения шире. Они также могут использоваться как видеофильтры. Эффекты еще одной группы, Animation, заставляют изображение двигаться особым образом – скользить, дрожать и переливаться светом.
Если составленная цепочка кадров включает в себя изображения разного разрешения, можно воспользоваться функцией Autosizing Frames, которая будет увеличивать рабочее пространство до тех пор, пока его площади не будет достаточно, чтобы отобразить самый большой кадр.
Нередко при создании текстового баннера приходится использовать символьный шрифт. Для того чтобы отыскать нужный значок, приходится тратить довольно много времени или использовать специальные программы-менеджеры установленных в системе шрифтов.
Создавая текст на баннере, отыскать нужный символ в Bannershop GIF Animator очень просто. Команда Inserт Symbol откроет таблицу со всеми элементами выбранного шрифта. Перебирая названия в списке установленных в системе шрифтов и наблюдая за таблицей, можно легко найти то, что нужно.
Готовую анимацию можно сразу сохранять в виде HTML страницы, в коде которой уже указано название графического файла.
Среди прочих особенностей программы стоит отметить возможность экспорта подготовленной анимации в AVI и поддержку векторного формата WMF, изображение которого растрируется при импорте в программу.
Active GIF Creator
Если необходимо сделать большое количество похожих баннеров, анимированных кнопок или логотипов, стоит задуматься о том, как упростить процесс. В Active GIF Creator это можно сделать с помощью специальных скриптов.
Модуль для работы со скриптами Script Editor является главной "изюминкой" программы. Он дает возможность автоматизировать рутинную работу, записав последовательность действий в отдельный скрипт. Анимационные скрипты – это файлы с расширением *.agif, которые сохраняются внутри проекта и могут многократно использоваться во время работы над ним. Таким образом, можно автоматически перемещать объекты, изменять их размер, управлять их отображением.
Active GIF Creator может оптимизировать размер анимационного файла, в зависимости от указанной скорости модема. В программе можно сохранять Gif анимацию сразу с HTML кодом и при этом подбирать в окне предварительного просмотра цвет фона и текста.
Кроме этого, программа умеет создавать GIF-файлы из командной строки в пакетном режиме. Самостоятельно разобраться с этой возможностью достаточно тяжело, но, тем не менее, ответы, на все вопросы, касающиеся работы с командной строкой, можно найти в технической документации Active GIF Creator.
CoffeeCup GIF Animator
CoffeeCup GIF Animator - это отличный выход для тех, у кого нет никакого желания и времени разбираться со сложными настройками Photoshop только ради того, чтобы сделать аватар. Программа несложна в использовании и при этом имеет все необходимые инструменты для решения такой задачи. Так, например, программа поддерживает импорт видео-файлов, может задавать время задержки для всех кадров GIF-анимации сразу или по отдельности, устанавливать для каждого кадра свое время отображения, задавать цвет, который должен быть прозрачным на изображении. Настроек в программе минимум, и все они помещаются в небольшом окне программы, в котором происходит сборка и предварительный просмотр анимации.
Мастер оптимизации также практически не требует от пользователя никакого вмешательства – достаточно следовать его простым инструкциям, и размер файла будет уменьшен настолько, насколько это возможно, без потери качества изображения. Это достигается за счет ограничения индексированной палитры и устранения присутствующих в файле GIF внутренних комментариев. CoffeeCup GIF Animator также сохраняет сделанную анимацию в SWF, и при этом выводит на экран код, который нужно будет вставить, чтобы файл отображался на веб-странице.
Ulead GIF Animator
Компания Ulead известна, прежде всего, своим программным обеспечением для работы с цифровым видео, поэтому неудивительно, что ее утилита GIF Animator унаследовала черты настоящего видеоредактора. Так, например, программа изобилует всевозможными эффектами, большинство которых перекочевали в GIF Animator из стандартного набора эффектов перехода приложений для обработки видео - Video Studio и Media Studio Pro.
Количество встроенных эффектов можно и увеличить. Для этого в настройках Ulead GIF Animator можно указать расположение фильтров Photoshop и дополнительных фильтров, совместимых с графическим редактором от Adobe. Тут, впрочем, следует вспомнить о том, что со времени выхода последней версии GIF Animator, прошло довольно много времени, и новые фильтры программой от Ulead не поддерживаются.
В режиме, предназначенном для оптимизации файла, рабочая область для наглядности разделена на две части – в одной показываются кадры проекта до сжатия в формат GIF, во второй – после. Изменение настроек сжатия мгновенно отображается на конечном результате. Подбирать «золотую середину» в соотношении размер-качество можно используя ограничение цветовой палитры. Кроме этого, досутпно еще два параметра – Dither, определяющий точность передачи градиентного перехода цвета, и Lossy, отвечающий за количество потерь при сжатии изображения. Управлять кадрами анимации можно либо с помощью панели кадров, где они показаны в виде слайдов, либо с панели настроек, где эта же анимация отображена в виде группы слоев, каждый из которых означает отдельный кадр.
Среди различных форматов экспорта присутствует совершенно неожиданная функция – упаковка созданной анимации в исполнительный EXE-файл. В этом случае на выходе вы получаете один файл, при запуске которого происходит примерно следующее – на экран поверх открытых окон программ выплывает созданное в GIF Animator изображение, а затем воспроизводится анимация. Трудно сказать, какое применение можно найти для этой возможности программы, скорее всего, ее можно использовать для необычного оформления презентации, которая будет начинаться таким неожиданным появлением изображения, либо это может быть просто способ пошутить над коллегой по работе.
Программ GIF-анимации обязательно нужно держать под рукой – чтобы в один прекрасный момент проблема создания анимированного баннера не затормозила всю остальную работу. Для тех, кто постоянно создает анимационные баннеры в больших количествах, следует попробовать в работе редактор скриптов Active GIF Creator, для тех, кому нужно быстро сделать свой аватар или оригинальный юзербар лучше подойдет CoffeeCup GIF Animator. Ну, а если нужен просто универсальный и надежный GIF-аниматор, «на все случаи жизни», советуем присмотреться к хорошо зарекомендовавшей себя программе от Ulead.
Сеть всегда объединяет несколько абонентов, каждый из которых имеет право передавать свои пакеты. Но, как уже отмечалось, по одному кабелю одновременно передавать два (или более) пакета нельзя, иначе может возникнуть конфликт (коллизия), который приведет к искажению либо потере обоих пакетов (или всех пакетов, участвующих в конфликте). Значит, надо каким-то образом установить очередность доступа к сети (захвата сети) всеми абонентами, желающими передавать. Это относится, прежде всего, к сетям с топологиями шина и кольцо. Точно так же при топологии звезда необходимо установить очередность передачи пакетов периферийными абонентами, иначе центральный абонент просто не сможет справиться с их обработкой.
В сети обязательно применяется тот или иной метод управления обменом (метод доступа, метод арбитража), разрешающий или предотвращающий конфликты между абонентами. От эффективности работы выбранного метода управления обменом зависит очень многое: скорость обмена информацией между компьютерами, нагрузочная способность сети (способность работать с различными интенсивностями обмена), время реакции сети на внешние события и т.д. Метод управления – это один из важнейших параметров сети.
Тип метода управления обменом во многом определяется особенностями топологии сети. Но в то же время он не привязан жестко к топологии, как нередко принято считать.
Методы управления обменом в локальных сетях делятся на две группы:
* Централизованные методы, в которых все управление обменом сосредоточено в одном месте. Недостатки таких методов: неустойчивость к отказам центра, малая гибкость управления (центр обычно не может оперативно реагировать на все события в сети). Достоинство централизованных методов – отсутствие конфликтов, так как центр всегда предоставляет право на передачу только одному абоненту, и ему не с кем конфликтовать.
* Децентрализованные методы, в которых отсутствует центр управления. Всеми вопросами управления, в том числе предотвращением, обнаружением и разрешением конфликтов, занимаются все абоненты сети. Главные достоинства децентрализованных методов: высокая устойчивость к отказам и большая гибкость. Однако в данном случае возможны конфликты, которые надо разрешать.
Существует и другое деление методов управления обменом, относящееся, главным образом, к децентрализованным методам:
* Детерминированные методы определяют четкие правила, по которым чередуются захватывающие сеть абоненты. Абоненты имеют определенную систему приоритетов, причем приоритеты эти различны для всех абонентов. При этом, как правило, конфликты полностью исключены (или маловероятны), но некоторые абоненты могут дожидаться своей очереди на передачу слишком долго. К детерминированным методам относится, например, маркерный доступ (сети Token-Ring, FDDI), при котором право передачи передается по эстафете от абонента к абоненту.
* Случайные методы подразумевают случайное чередование передающих абонентов. При этом возможность конфликтов подразумевается, но предлагаются способы их разрешения. Случайные методы значительно хуже (по сравнению с детерминированными) работают при больших информационных потоках в сети (при большом трафике сети) и не гарантируют абоненту величину времени доступа. В то же время они обычно более устойчивы к отказам сетевого оборудования и более эффективно используют сеть при малой интенсивности обмена. Пример случайного метода – CSMA/CD (сеть Ethernet).
Для трех основных топологий характерны три наиболее типичных метода управления обменом.
Управление обменом в сети с топологией звезда
Для топологии звезда лучше всего подходит централизованный метод управления. Это связано с тем, что все информационные потоки проходят через центр, и именно этому центру логично доверить управление обменом в сети. Причем не так важно, что находится в центре звезды: компьютер (центральный абонент), как на рис. 1.6, или же специальный концентратор, управляющий обменом, но сам не участвующий в нем. В данном случае речь идет уже не о пассивной звезде (рис. 1.11), а о некой промежуточной ситуации, когда центр не является полноценным абонентом, но управляет обменом. Это, к примеру, реализовано в сети 100VG-AnyLAN.
Самый простейший централизованный метод состоит в следующем.
Периферийные абоненты, желающие передать свой пакет (или, как еще говорят, имеющие заявки на передачу), посылают центру свои запросы (управляющие пакеты или специальные сигналы). Центр же предоставляет им право передачи пакета в порядке очередности, например, по их физическому расположению в звезде по часовой стрелке. После окончания передачи пакета каким-то абонентом право передавать получит следующий по порядку (по часовой стрелке) абонент, имеющий заявку на передачу (рис. 4.8). Например, если передает второй абонент, то после него имеет право на передачу третий. Если же третьему абоненту не надо передавать, то право на передачу переходит к четвертому и т.д.
Централизованный метод управления обменом в сети с топологией звезда
Рис. 4.8. Централизованный метод управления обменом в сети с топологией звезда
В этом случае говорят, что абоненты имеют географические приоритеты (по их физическому расположению). В каждый конкретный момент наивысшим приоритетом обладает следующий по порядку абонент, но в пределах полного цикла опроса ни один из абонентов не имеет никаких преимуществ перед другими. Никому не придется ждать своей очереди слишком долго. Максимальная величина времени доступа для любого абонента в этом случае будет равна суммарному времени передачи пакетов всех абонентов сети кроме данного. Для топологии, показанной на рис. 4.8, она составит четыре длительности пакета. Никаких столкновений пакетов при этом методе в принципе быть не может, так как все решения о доступе принимаются в одном месте.
Рассмотренный метод управления можно назвать методом с пассивным центром, так как центр пассивно прослушивает всех абонентов. Возможен и другой принцип реализации централизованного управления (его можно назвать методом с активным центром).
В этом случае центр посылает запросы о готовности передавать (управляющие пакеты или специальные сигналы) по очереди всем периферийным абонентам. Тот периферийный абонент, который хочет передавать (первый из опрошенных) посылает ответ (или же сразу начинает свою передачу). В дальнейшем центр проводит сеанс обмена именно с ним. После окончания этого сеанса центральный абонент продолжает опрос периферийных абонентов по кругу (как на рис. 4.8). Если желает передавать центральный абонент, он передает вне очереди.
Как в первом, так и во втором случае никаких конфликтов быть не может (решение принимает единый центр, которому не с кем конфликтовать). Если все абоненты активны, и заявки на передачу поступают интенсивно, то все они будут передавать строго по очереди. Но центр должен быть исключительно надежен, иначе будет парализован весь обмен. Механизм управления не слишком гибок, так как центр работает по жестко заданному алгоритму. К тому же скорость управления невысока. Ведь даже в случае, когда передает только один абонент, ему все равно приходится ждать после каждого переданного пакета, пока центр опросит всех остальных абонентов.
Как правило, централизованные методы управления применяются в небольших сетях (с числом абонентов не более чем несколько десятков). В случае больших сетей нагрузка по управлению обменом на центр существенно возрастает.
Управление обменом в сети с топологией шина
При топологии шина также возможно централизованное управление. При этом один из абонентов ("центральный") посылает по шине всем остальным ("периферийным") запросы (управляющие пакеты), выясняя, кто из них хочет передать, затем разрешает передачу одному из абонентов. Абонент, получивший право на передачу, по той же шине передает свой информационный пакет тому абоненту, которому хочет. А после окончания передачи передававший абонент все по той же шине сообщает "центру", что он закончил передачу (управляющим пакетом), и "центр" снова начинает опрос (рис. 4.9).
Централизованное управление в сети с топологией шина
Рис. 4.9. Централизованное управление в сети с топологией шина
Преимущества и недостатки такого управления – те же самые, что и в случае централизованно управляемой звезды. Единственное отличие состоит в том, что центр здесь не пересылает информацию от одного абонента к другому, как в топологии активная звезда, а только управляет обменом.
Гораздо чаще в шине используется децентрализованное случайное управление, так как сетевые адаптеры всех абонентов в данном случае одинаковы, и именно этот метод наиболее органично подходит шине. При выборе децентрализованного управления все абоненты имеют равные права доступа к сети, то есть особенности топологии совпадают с особенностями метода управления. Решение о том, когда можно передавать свой пакет, принимается каждым абонентом на месте, исходя только из анализа состояния сети. В данном случае возникает конкуренция между абонентами за захват сети, и, следовательно, возможны конфликты между ними и искажения передаваемой информации из-за наложения пакетов.
Существует множество алгоритмов доступа или, как еще говорят, сценариев доступа, порой очень сложных. Их выбор зависит от скорости передачи в сети, длины шины, загруженности сети (интенсивности обмена или трафика сети), используемого кода передачи.
Иногда для управления доступом к шине применяется дополнительная линия связи, что позволяет упростить аппаратуру контроллеров и методы доступа, но заметно увеличивает стоимость сети за счет удвоения длины кабеля и количества приемопередатчиков. Поэтому данное решение не получило широкого распространения.
Суть всех случайных методов управления обменом довольно проста.
Если сеть свободна (то есть никто не передает своих пакетов), то абонент, желающий передавать, сразу начинает свою передачу. Время доступа в этом случае равно нулю.
Если же в момент возникновения у абонента заявки на передачу сеть занята, то абонент, желающий передавать, ждет освобождения сети. В противном случае исказятся и пропадут оба пакета. После освобождения сети абонент, желающий передавать, начинает свою передачу.
Возникновение конфликтных ситуаций (столкновений пакетов, коллизий), в результате которых передаваемая информация искажается, возможно в двух случаях.
* При одновременном начале передачи двумя или более абонентами, когда сеть свободна (рис. 4.10). Это ситуация довольно редкая, но все-таки вполне возможная.
* При одновременном начале передачи двумя или более абонентами сразу после освобождения сети (рис. 4.11). Это ситуация наиболее типична, так как за время передачи пакета одним абонентом вполне может возникнуть несколько новых заявок на передачу у других абонентов.
Существующие случайные методы управления обменом (арбитража) различаются тем, как они предотвращают возможные конфликты или же разрешают уже возникшие. Ни один конфликт не должен нарушать обмен, все абоненты должны, в конце концов, передать свои пакеты.
В процессе развития локальных сетей было разработано несколько разновидностей случайных методов управления обменом.
Коллизии в случае начала передачи при свободной сети
Рис. 4.10. Коллизии в случае начала передачи при свободной сети
Коллизии в случае начала передачи после освобождения сети
Рис. 4.11. Коллизии в случае начала передачи после освобождения сети
Например, был предложен метод, при котором не все передающие абоненты распознают коллизию, а только те, которые имеют меньшие приоритеты. Абонент с максимальным приоритетом из всех, начавших передачу, закончит передачу своего пакета без ошибок. Остальные, обнаружив коллизию, прекратят свою передачу и будут ждать освобождения сети для новой попытки. Для контроля коллизии каждый передающий абонент производит побитное сравнение передаваемой им в сеть информации и данных, присутствующих в сети. Побеждает тот абонент, заголовок пакета которого дольше других не искажается от коллизии. Этот метод, называемый децентрализованным кодовым приоритетным методом, отличается низким быстродействием и сложностью реализации.
При другом методе управления обменом каждый абонент начинает свою передачу после освобождения сети не сразу, а, выдержав свою, строго индивидуальную задержку, что предотвращает коллизии после освобождения сети и тем самым сводит к минимуму общее количество коллизий. Максимальным приоритетом в этом случае будет обладать абонент с минимальной задержкой. Столкновения пакетов возможны только тогда, когда два и более абонентов захотели передавать одновременно при свободной сети. Этот метод, называемый децентрализованным временным приоритетным методом, хорошо работает только в небольших сетях, так как каждому абоненту нужно обеспечить свою индивидуальную задержку.
В обоих случаях имеется система приоритетов, все же данные методы относятся к случайным, так как исход конкуренции невозможно предсказать. Случайные приоритетные методы ставят абонентов в неравные условия при большой интенсивности обмена по сети, так как высокоприоритетные абоненты могут надолго заблокировать сеть для низкоприоритетных абонентов.
[pagebreak]
Чаще всего система приоритетов в методе управления обменом в шине отсутствует полностью. Именно так работает наиболее распространенный стандартный метод управления обменом CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий), используемый в сети Ethernet. Его главное достоинство в том, что все абоненты полностью равноправны, и ни один из них не может надолго заблокировать обмен другому (как в случае наличия приоритетов). В этом методе коллизии не предотвращаются, а разрешаются.
Суть метода состоит в том, что абонент начинает передавать сразу, как только он выяснит, что сеть свободна. Если возникают коллизии, то они обнаруживаются всеми передающими абонентами. После чего все абоненты прекращают свою передачу и возобновляют попытку начать новую передачу пакета через временной интервал, длительность которого выбирается случайным образом. Поэтому повторные коллизии маловероятны.
Еще один распространенный метод случайного доступа – CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance – множественный доступ с контролем несущей и избежанием коллизий) применяющийся, например, в сети Apple LocalTalk. Абонент, желающий передавать и обнаруживший освобождение сети, передает сначала короткий управляющий пакет запроса на передачу. Затем он заданное время ждет ответного короткого управляющего пакета подтверждения запроса от абонента-приемника. Если ответа нет, передача откладывается. Если ответ получен, передается пакет. Коллизии полностью не устраняются, но в основном сталкиваются управляющие пакеты. Столкновения информационных пакетов выявляются на более высоких уровнях протокола.
Подобные методы будут хорошо работать только при не слишком большой интенсивности обмена по сети. Считается, что приемлемое качество связи обеспечивается при нагрузке не выше 30—40% (то есть когда сеть занята передачей информации примерно на 30—40% всего времени). При большей нагрузке повторные столкновения учащаются настолько, что наступает так называемый коллапс или крах сети, представляющий собой резкое падение ее производительности.
Недостаток всех случайных методов состоит еще и в том, что они не гарантируют величину времени доступа к сети, которая зависит не только от выбора задержки между попытками передачи, но и от общей загруженности сети. Поэтому, например, в сетях, выполняющих задачи управления оборудованием (на производстве, в научных лабораториях), где требуется быстрая реакция на внешние события, сети со случайными методами управления используются довольно редко.
При любом случайном методе управления обменом, использующем детектирование коллизии (в частности, при CSMA/CD), возникает вопрос о том, какой должна быть минимальная длительность пакета, чтобы коллизию обнаружили все начавшие передавать абоненты. Ведь сигнал по любой физической среде распространяется не мгновенно, и при больших размерах сети (диаметре сети) задержка распространения может составлять десятки и сотни микросекунд. Кроме того, информацию об одновременно происходящих событиях разные абоненты получают не в одно время. С тем чтобы рассчитать минимальную длительность пакета, следует обратиться к рис. 4.12.
Пусть L – полная длина сети, V – скорость распространения сигнала в используемом кабеле. Допустим, абонент 1 закончил свою передачу, а абоненты 2 и 3 захотели передавать во время передачи абонента 1 и ждали освобождения сети.
После освобождения сети абонент 2 начнет передавать сразу же, так как он расположен рядом с абонентом 1. Абонент 3 после освобождения сети узнает об этом событии и начнет свою передачу через временной интервал прохождения сигнала по всей длине сети, то есть через время L/V. При этом пакет от абонента 3 дойдет до абонента 2 еще через временной интервал L/V после начала передачи абонентом 3 (обратный путь сигнала). К этому моменту передача пакета абонентом 2 не должна закончиться, иначе абонент 2 так и не узнает о столкновении пакетов (о коллизии), в результате чего будет передан неправильный пакет.
Получается, что минимально допустимая длительность пакета в сети должна составлять 2L/V, то есть равняться удвоенному времени распространения сигнала по полной длине сети (или по пути наибольшей длины в сети). Это время называется двойным или круговым временем задержки сигнала в сети или PDV (Path Delay Value). Этот же временной интервал можно рассматривать как универсальную меру одновременности любых событий в сети.
Стандартом на сеть задается как раз величина PDV, определяющая минимальную длину пакета, и из нее уже рассчитывается допустимая длина сети. Дело в том, что скорость распространения сигнала в сети для разных кабелей отличается. Кроме того, надо еще учитывать задержки сигнала в различных сетевых устройствах. Расчетам допустимых конфигураций сети Ethernet посвящена глава 10.
Отдельно следует остановиться на том, как сетевые адаптеры распознают коллизию в кабеле шины, то есть столкновение пакетов. Ведь простое побитное сравнение передаваемой абонентом информации с той, которая реально присутствует в сети, возможно только в случае самого простого кода NRZ, используемого довольно редко. При применении манчестерского кода, который обычно подразумевается в случае метода управления обменом CSMA/CD, требуется принципиально другой подход.
Как уже отмечалось, сигнал в манчестерском коде всегда имеет постоянную составляющую, равную половине размаха сигнала (если один из двух уровней сигнала нулевой). Однако в случае столкновения двух и более пакетов (при коллизии) это правило выполняться не будет. Постоянная составляющая суммарного сигнала в сети будет обязательно больше или меньше половины размаха (рис. 4.13). Ведь пакеты всегда отличаются друг от друга и к тому же сдвинуты друг относительно друга во времени. Именно по выходу уровня постоянной составляющей за установленные пределы и определяет каждый сетевой адаптер наличие коллизии в сети.
Определение факта коллизии в шине при использовании манчестерского кода
Рис. 4.13. Определение факта коллизии в шине при использовании манчестерского кода
Задача обнаружения коллизии существенно упрощается, если используется не истинная шина, а равноценная ей пассивная звезда (рис. 4.14).
Обнаружение коллизии в сети пассивная звезда
Рис. 4.14. Обнаружение коллизии в сети пассивная звезда
При этом каждый абонент соединяется с центральным концентратором, как правило, двумя кабелями, каждый из которых передает информацию в своем направлении. Во время передачи своего пакета абоненту достаточно всего лишь контролировать, не приходит ли ему в данный момент по встречному кабелю (приемному) другой пакет. Если встречный пакет приходит, то детектируется коллизия. Точно так же обнаруживает коллизии и концентратор.
Управление обменом в сети с топологией кольцо
Кольцевая топология имеет свои особенности при выборе метода управления обменом. В этом случае важно то, что любой пакет, посланный по кольцу, последовательно пройдя всех абонентов, через некоторое время возвратится в ту же точку, к тому же абоненту, который его передавал (так как топология замкнутая). Здесь нет одновременного распространения сигнала в две стороны, как в топологии шина. Как уже отмечалось, сети с топологией кольцо бывают однонаправленными и двунаправленными. Наиболее распространены однонаправленные.
В сети с топологией кольцо можно использовать различные централизованные методы управления (как в звезде), а также методы случайного доступа (как в шине), но чаще выбирают все-таки специфические методы управления, в наибольшей степени соответствующие особенностям кольца.
Самые популярные методы управления в кольцевых сетях маркерные (эстафетные), те, которые используют маркер (эстафету) – небольшой управляющий пакет специального вида. Именно эстафетная передача маркера по кольцу позволяет передавать право на захват сети от одного абонента к другому. Маркерные методы относятся к децентрализованным и детерминированным методам управления обменом в сети. В них нет явно выраженного центра, но существует четкая система приоритетов, и потому не бывает конфликтов.
Работа маркерного метода управления в сети с топологией кольцо представлена на рис. 4.15.
Рис. 4.15. Маркерный метод управления обменом (СМ—свободный маркер, ЗМ— занятый маркер, МП— занятый маркер с подтверждением, ПД—пакет данных)
По кольцу непрерывно ходит специальный управляющий пакет минимальной длины, маркер, предоставляющий абонентам право передавать свой пакет. Алгоритм действий абонентов:
1. Абонент 1, желающий передать свой пакет, должен дождаться прихода к нему свободного маркера. Затем он присоединяет к маркеру свой пакет, помечает маркер как занятый и отправляет эту посылку следующему по кольцу абоненту.
2. Все остальные абоненты (2, 3, 4), получив маркер с присоединенным пакетом, проверяют, им ли адресован пакет. Если пакет адресован не им, то они передают полученную посылку (маркер + пакет) дальше по кольцу.
3. Если какой-то абонент (в данном случае это абонент 2) распознает пакет как адресованный ему, то он его принимает, устанавливает в маркере бит подтверждения приема и передает посылку (маркер + пакет) дальше по кольцу.
4. Передававший абонент 1 получает свою посылку, прошедшую по всему кольцу, обратно, помечает маркер как свободный, удаляет из сети свой пакет и посылает свободный маркер дальше по кольцу. Абонент, желающий передавать, ждет этого маркера, и все повторяется снова.
Приоритет при данном методе управления получается географический, то есть право передачи после освобождения сети переходит к следующему по направлению кольца абоненту от последнего передававшего абонента. Но эта система приоритетов работает только при большой интенсивности обмена. При малой интенсивности обмена все абоненты равноправны, и время доступа к сети каждого из них определяется только положением маркера в момент возникновения заявки на передачу.
В чем-то рассматриваемый метод похож на метод опроса (централизованный), хотя явно выделенного центра здесь не существует. Однако некий центр обычно все-таки присутствует. Один из абонентов (или специальное устройство) должен следить, чтобы маркер не потерялся в процессе прохождения по кольцу (например, из-за действия помех или сбоя в работе какого-то абонента, а также из-за подключения и отключения абонентов). В противном случае механизм доступа работать не будет. Следовательно, надежность управления в данном случае снижается (выход центра из строя приводит к полной дезорганизации обмена). Существуют специальные средства для повышения надежности и восстановления центра контроля маркера.
Основное преимущество маркерного метода перед CSMA/CD состоит в гарантированной величине времени доступа. Его максимальная величина, как и при централизованном методе, составит (N-1)• tпк, где N – полное число абонентов в сети, tпк – время прохождения пакета по кольцу. Вообще, маркерный метод управления обменом при большой интенсивности обмена в сети (загруженность более 30—40%) гораздо эффективнее случайных методов. Он позволяет сети работать с большей нагрузкой, которая теоретически может даже приближаться к 100%.
Метод маркерного доступа используется не только в кольце (например, в сети IBM Token Ring или FDDI), но и в шине (в частности, сеть Arcnet-BUS), а также в пассивной звезде (к примеру, сеть Arcnet-STAR). В этих случаях реализуется не физическое, а логическое кольцо, то есть все абоненты последовательно передают друг другу маркер, и эта цепочка передачи маркеров замкнута в кольцо (рис. 4.16). При этом совмещаются достоинства физической топологии шина и маркерного метода управления.
Применение маркерного метода управления в шине
Рис. 4.16. Применение маркерного метода управления в шине
Каждый абонент (узел) локальной сети должен иметь свой уникальный адрес (идентификатор или MAC-адрес), для того чтобы ему можно было адресовать пакеты. Существуют две основные системы присвоения адресов абонентам сети (точнее, сетевым адаптерам этих абонентов).
Первая система сводится к тому, что при установке сети каждому абоненту пользователь присваивает индивидуальный адрес по порядку, к примеру, от 0 до 30 или от 0 до 254. Присваивание адресов производится программно или с помощью переключателей на плате адаптера. При этом требуемое количество разрядов адреса определяется из неравенства:
2n > Nmax
где n – количество разрядов адреса, а Nmax – максимально возможное количество абонентов в сети. Например, восемь разрядов адреса достаточно для сети из 255 абонентов. Один адрес (обычно 1111....11) отводится для широковещательной передачи, то есть он используется для пакетов, адресованных всем абонентам одновременно.
Именно такой подход применен в известной сети Arcnet. Достоинства данного подхода – малый объем служебной информации в пакете, а также простота аппаратуры адаптера, распознающей адрес пакета. Недостаток – трудоемкость задания адресов и возможность ошибки (например, двум абонентам сети может быть присвоен один и тот же адрес). Контроль уникальности сетевых адресов всех абонентов возлагается на администратора сети.
Второй подход к адресации был разработан международной организацией IEEE, занимающейся стандартизацией сетей. Именно он используется в большинстве сетей и рекомендован для новых разработок. Идея этого подхода состоит в том, чтобы присваивать уникальный сетевой адрес каждому адаптеру сети еще на этапе его изготовления. Если количество возможных адресов будет достаточно большим, то можно быть уверенным, что в любой сети по всему миру никогда не будет абонентов с одинаковыми адресами. Поэтому был выбран 48-битный формат адреса, что соответствует примерно 280 триллионам различных адресов. Понятно, что столько сетевых адаптеров никогда не будет выпущено.
С тем чтобы распределить возможные диапазоны адресов между многочисленными изготовителями сетевых адаптеров, была предложена следующая структура адреса (рис. 4.7):
* Младшие 24 разряда кода адреса называются OUA (Organizationally Unique Address) – организационно уникальный адрес. Именно их присваивает каждый из зарегистрированных производителей сетевых адаптеров. Всего возможно свыше 16 миллионов комбинаций, то есть каждый изготовитель может выпустить 16 миллионов сетевых адаптеров.
* Следующие 22 разряда кода называются OUI (Organizationally Unique Identifier) – организационно уникальный идентификатор. IEEE присваивает один или несколько OUI каждому производителю сетевых адаптеров. Это позволяет исключить совпадения адресов адаптеров от разных производителей. Всего возможно свыше 4 миллионов разных OUI, это означает, что теоретически может быть зарегистрировано 4 миллиона производителей. Вместе OUA и OUI называются UAA (Universally Administered Address) – универсально управляемый адрес или IEEE-адрес.
* Два старших разряда адреса управляющие, они определяют тип адреса, способ интерпретации остальных 46 разрядов. Старший бит I/G (Individual/Group) указывает на тип адреса. Если он установлен в 0, то индивидуальный, если в 1, то групповой (многопунктовый или функциональный). Пакеты с групповым адресом получат все имеющие этот групповой адрес сетевые адаптеры. Причем групповой адрес определяется 46 младшими разрядами. Второй управляющий бит U/L (Universal/Local) называется флажком универсального/местного управления и определяет, как был присвоен адрес данному сетевому адаптеру. Обычно он установлен в 0. Установка бита U/L в 1 означает, что адрес задан не производителем сетевого адаптера, а организацией, использующей данную сеть. Это случается довольно редко.
Структура 48-битного стандартного MAC-адреса
Рис. 4.7. Структура 48-битного стандартного MAC-адреса
Для широковещательной передачи (то есть передачи всем абонентам сети одновременно) применяется специально выделенный сетевой адрес, все 48 битов которого установлены в единицу. Его принимают все абоненты сети независимо от их индивидуальных и групповых адресов.
Данной системы адресов придерживаются такие популярные сети, как Ethernet, Fast Ethernet, Token-Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN. Ее недостатки – высокая сложность аппаратуры сетевых адаптеров, а также большая доля служебной информации в передаваемом пакете (адреса источника и приемника вместе требуют уже 96 битов пакета или 12 байт).
Во многих сетевых адаптерах предусмотрен так называемый циркулярный режим. В этом режиме адаптер принимает все пакеты, приходящие к нему, независимо от значения поля адреса приемника. Такой режим используется, например, для проведения диагностики сети, измерения ее производительности, контроля ошибок передачи. При этом один компьютер принимает и контролирует все пакеты, проходящие по сети, но сам ничего не передает. В данном режиме работают сетевые адаптеры мостов и коммутаторы, которые должны обрабатывать перед ретрансляцией все пакеты, приходящие к ним.
Информация в локальных сетях, как правило, передается отдельными порциями, кусками, называемыми в различных источниках пакетами (packets), кадрами (frames) или блоками. Причем предельная длина этих пакетов строго ограничена (обычно величиной в несколько килобайт). Ограничена длина пакета и снизу (как правило, несколькими десятками байт). Выбор пакетной передачи связан с несколькими важными соображениями.
Назначение пакетов и их структура
Информация в локальных сетях, как правило, передается отдельными порциями, кусками, называемыми в различных источниках пакетами (packets), кадрами (frames) или блоками. Причем предельная длина этих пакетов строго ограничена (обычно величиной в несколько килобайт). Ограничена длина пакета и снизу (как правило, несколькими десятками байт). Выбор пакетной передачи связан с несколькими важными соображениями.
Локальная сеть, как уже отмечалось, должна обеспечивать качественную, прозрачную связь всем абонентам (компьютерам) сети. Важнейшим параметром является так называемое время доступа к сети (access time), которое определяется как временной интервал между моментом готовности абонента к передаче (когда ему есть, что передавать) и моментом начала этой передачи. Это время ожидания абонентом начала своей передачи. Естественно, оно не должно быть слишком большим, иначе величина реальной, интегральной скорости передачи информации между приложениями сильно уменьшится даже при высокоскоростной связи.
Ожидание начала передачи связано с тем, что в сети не может происходить несколько передач одновременно (во всяком случае, при топологиях шина и кольцо). Всегда есть только один передатчик и один приемник (реже – несколько приемников). В противном случае информация от разных передатчиков смешивается и искажается. В связи с этим абоненты передают свою информацию по очереди. И каждому абоненту, прежде чем начать передачу, надо дождаться своей очереди. Вот это время ожидания своей очереди и есть время доступа.
Если бы вся требуемая информация передавалась каким-то абонентом сразу, непрерывно, без разделения на пакеты, то это привело бы к монопольному захвату сети этим абонентом на довольно продолжительное время. Все остальные абоненты вынуждены были бы ждать окончания передачи всей информации, что в ряде случаев могло бы потребовать десятков секунд и даже минут (например, при копировании содержимого целого жесткого диска). С тем чтобы уравнять в правах всех абонентов, а также сделать примерно одинаковыми для всех них величину времени доступа к сети и интегральную скорость передачи информации, как раз и применяются пакеты (кадры) ограниченной длины. Важно также и то, что при передаче больших массивов информации вероятность ошибки из-за помех и сбоев довольно высока. Например, при характерной для локальных сетей величине вероятности одиночной ошибки в 10-8пакет длиной 10 Кбит будет искажен с вероятностью 10-4, а массив длиной 10 Мбит – уже с вероятностью 10-1. К тому же выявить ошибку в массиве из нескольких мегабайт намного сложнее, чем в пакете из нескольких килобайт. А при обнаружении ошибки придется повторить передачу всего большого массива. Но и при повторной передаче большого массива снова высока вероятность ошибки, и процесс этот при слишком большом массиве может повторяться до бесконечности.
С другой стороны, сравнительно большие пакеты имеют преимущества перед очень маленькими пакетами, например, перед побайтовой (8 бит) или пословной (16 бит или 32 бита) передачей информации.
Дело в том, что каждый пакет помимо собственно данных, которые требуется передать, должен содержать некоторое количество служебной информации. Прежде всего, это адресная информация, которая определяет, от кого и кому передается данный пакет (как на почтовом конверте – адреса получателя и отправителя). Если порция передаваемых данных будет очень маленькой (например, несколько байт), то доля служебной информации станет непозволительно высокой, что резко снизит интегральную скорость обмена информацией по сети.
Существует некоторая оптимальная длина пакета (или оптимальный диапазон длин пакетов), при которой средняя скорость обмена информацией по сети будет максимальна. Эта длина не является неизменной величиной, она зависит от уровня помех, метода управления обменом, количества абонентов сети, характера передаваемой информации, и от многих других факторов. Имеется диапазон длин, который близок к оптимуму.
Таким образом, процесс информационного обмена в сети представляет собой чередование пакетов, каждый из которых содержит информацию, передаваемую от абонента к абоненту.
Передача пакетов в сети между двумя абонентами
Рис. 4.1. Передача пакетов в сети между двумя абонентами
В частном случае (рис. 4.1) все эти пакеты могут передаваться одним абонентом (когда другие абоненты не хотят передавать). Но обычно в сети чередуются пакеты, посланные разными абонентами (рис. 4.2).
Передача пакетов в сети между несколькими абонентами
Рис. 4.2. Передача пакетов в сети между несколькими абонентами
Структура и размеры пакета в каждой сети жестко определены стандартом на данную сеть и связаны, прежде всего, с аппаратурными особенностями данной сети, выбранной топологией и типом среды передачи информации. Кроме того, эти параметры зависят от используемого протокола (порядка обмена информацией).
Но существуют некоторые общие принципы формирования структуры пакета, которые учитывают характерные особенности обмена информацией по любым локальным сетям.
Чаще всего пакет содержит в себе следующие основные поля или части (рис. 4.3):
Типичная структура пакета
Рис. 4.3. Типичная структура пакета
* Стартовая комбинация битов или преамбула, которая обеспечивает предварительную настройку аппаратуры адаптера или другого сетевого устройства на прием и обработку пакета. Это поле может полностью отсутствовать или же сводиться к единственному стартовому биту.
* Сетевой адрес (идентификатор) принимающего абонента, то есть индивидуальный или групповой номер, присвоенный каждому принимающему абоненту в сети. Этот адрес позволяет приемнику распознать пакет, адресованный ему лично, группе, в которую он входит, или всем абонентам сети одновременно (при широком вещании).
* Сетевой адрес (идентификатор) передающего абонента, то есть индивидуальный номер, присвоенный каждому передающему абоненту. Этот адрес информирует принимающего абонента, откуда пришел данный пакет. Включение в пакет адреса передатчика необходимо в том случае, когда одному приемнику могут попеременно приходить пакеты от разных передатчиков.
* Служебная информация, которая может указывать на тип пакета, его номер, размер, формат, маршрут его доставки, на то, что с ним надо делать приемнику и т.д.
* Данные (поле данных) – это та информация, ради передачи которой используется пакет. В отличие от всех остальных полей пакета поле данных имеет переменную длину, которая, собственно, и определяет полную длину пакета. Существуют специальные управляющие пакеты, которые не имеют поля данных. Их можно рассматривать как сетевые команды. Пакеты, включающие поле данных, называются информационными пакетами. Управляющие пакеты могут выполнять функцию начала и конца сеанса связи, подтверждения приема информационного пакета, запроса информационного пакета и т.д.
* Контрольная сумма пакета – это числовой код, формируемый передатчиком по определенным правилам и содержащий в свернутом виде информацию обо всем пакете. Приемник, повторяя вычисления, сделанные передатчиком, с принятым пакетом, сравнивает их результат с контрольной суммой и делает вывод о правильности или ошибочности передачи пакета. Если пакет ошибочен, то приемник запрашивает его повторную передачу. Обычно используется циклическая контрольная сумма (CRC). Подробнее об этом рассказано в главе 7.
* Стоповая комбинация служит для информирования аппаратуры принимающего абонента об окончании пакета, обеспечивает выход аппаратуры приемника из состояния приема. Это поле может отсутствовать, если используется самосинхронизирующийся код, позволяющий определять момент окончания передачи пакета.
Вложение кадра в пакет
Рис. 4.4. Вложение кадра в пакет
Нередко в структуре пакета выделяют всего три поля:
* Начальное управляющее поле пакета (или заголовок пакета), то есть поле, включающее в себя стартовую комбинацию, сетевые адреса приемника и передатчика, а также служебную информацию.
* Поле данных пакета.
* Конечное управляющее поле пакета (заключение, трейлер), куда входят контрольная сумма и стоповая комбинация, а также, возможно, служебная информация.
Как уже упоминалось, помимо термина "пакет" (packet) в литературе также нередко встречается термин "кадр" (frame). Иногда под этими терминами имеется в виду одно и то же. Но иногда подразумевается, что кадр и пакет различаются. Причем единства в объяснении этих различий не наблюдается.
В некоторых источниках утверждается, что кадр вложен в пакет. В этом случае все перечисленные поля пакета кроме преамбулы и стоповой комбинации относятся к кадру (рис. 4.4). Например, в описаниях сети Ethernet говорится, что в конце преамбулы передается признак начала кадра.
В других, напротив, поддерживается мнение о том, что пакет вложен в кадр. И тогда под пакетом подразумевается только информация, содержащаяся в кадре, который передается по сети и снабжен служебными полями.
Во избежание путаницы, в данной книге термин "пакет" будет использоваться как более понятный и универсальный.
В процессе сеанса обмена информацией по сети между передающим и принимающим абонентами происходит обмен информационными и управляющими пакетами по установленным правилам, называемым протоколом обмена. Это позволяет обеспечить надежную передачу информации при любой интенсивности обмена по сети.
Пример простейшего протокола показан на рис. 4.5.
Пример обмена пакетами при сеансе связи
Рис. 4.5. Пример обмена пакетами при сеансе связи
Сеанс обмена начинается с запроса передатчиком готовности приемника принять данные. Для этого используется управляющий пакет "Запрос". Если приемник не готов, он отказывается от сеанса специальным управляющим пакетом. В случае, когда приемник готов, он посылает в ответ управляющий пакет "Готовность". Затем начинается собственно передача данных. При этом на каждый полученный информационный пакет приемник отвечает управляющим пакетом "Подтверждение". В случае, когда пакет данных передан с ошибками, в ответ на него приемник запрашивает повторную передачу. Заканчивается сеанс управляющим пакетом "Конец", которым передатчик сообщает о разрыве связи. Существует множество стандартных протоколов, которые используют как передачу с подтверждением (с гарантированной доставкой пакета), так и передачу без подтверждения (без гарантии доставки пакета). Подробнее о протоколах обмена будет рассказано в следующей главе.
При реальном обмене по сети применяются многоуровневые протоколы, каждый из уровней которых предполагает свою структуру пакета (адресацию, управляющую информацию, формат данных и т.д.). Ведь протоколы высоких уровней имеют дело с такими понятиями, как файл-сервер или приложение, запрашивающее данные у другого приложения, и вполне могут не иметь представления ни о типе аппаратуры сети, ни о методе управления обменом. Все пакеты более высоких уровней последовательно вкладываются в передаваемый пакет, точнее, в поле данных передаваемого пакета (рис. 4.6). Этот процесс последовательной упаковки данных для передачи называется также инкапсуляцией пакетов.
Многоуровневая система вложения пакетов
Рис. 4.6. Многоуровневая система вложения пакетов
Каждый следующий вкладываемый пакет может содержать собственную служебную информацию, располагающуюся как до данных (заголовок), так и после них (трейлер), причем ее назначение может быть различным. Безусловно, доля вспомогательной информации в пакетах при этом возрастает с каждым следующим уровнем, что снижает эффективную скорость передачи данных. Для увеличения этой скорости предпочтительнее, чтобы протоколы обмена были проще, и уровней этих протоколов было меньше. Иначе никакая скорость передачи битов не поможет, и быстрая сеть может передавать файл дольше, чем медленная сеть, которая пользуется более простым протоколом.
Обратный процесс последовательной распаковки данных приемником называется декапсуляцией пакетов.
Чаще всего аналоговое кодирование используется при передаче информации по каналу с узкой полосой пропускания, например, по телефонным линиям в глобальных сетях. Кроме того, аналоговое кодирование применяется в радиоканалах, что позволяет обеспечивать связь между многими пользователями одновременно.
Код RZ
Код RZ (Return to Zero – с возвратом к нулю) – этот трехуровневый код получил такое название потому, что после значащего уровня сигнала в первой половине битового интервала следует возврат к некоему "нулевому", среднему уровню (например, к нулевому потенциалу). Переход к нему происходит в середине каждого битового интервала. Логическому нулю, таким образом, соответствует положительный импульс, логической единице – отрицательный (или наоборот) в первой половине битового интервала.
В центре битового интервала всегда есть переход сигнала (положительный или отрицательный), следовательно, из этого кода приемник легко может выделить синхроимпульс (строб). Возможна временная привязка не только к началу пакета, как в случае кода NRZ, но и к каждому отдельному биту, поэтому потери синхронизации не произойдет при любой длине пакета.
Еще одно важное достоинство кода RZ – простая временная привязка приема, как к началу последовательности, так и к ее концу. Приемник просто должен анализировать, есть изменение уровня сигнала в течение битового интервала или нет. Первый битовый интервал без изменения уровня сигнала соответствует окончанию принимаемой последовательности бит (рис. 3.12). Поэтому в коде RZ можно использовать передачу последовательностями переменной длины.
Определение начала и конца приема при коде RZ
Рис. 3.12. Определение начала и конца приема при коде RZ
Недостаток кода RZ состоит в том, что для него требуется вдвое большая полоса пропускания канала при той же скорости передачи по сравнению с NRZ (так как здесь на один битовый интервал приходится два изменения уровня сигнала). Например, для скорости передачи информации 10 Мбит/с требуется пропускная способность линии связи 10 МГц, а не 5 МГц, как при коде NRZ (рис. 3.13).
Скорость передачи и пропускная способность при коде RZ
Рис. 3.13. Скорость передачи и пропускная способность при коде RZ
Другой важный недостаток – наличие трех уровней, что всегда усложняет аппаратуру как передатчика, так и приемника.
Код RZ применяется не только в сетях на основе электрического кабеля, но и в оптоволоконных сетях. Правда, в них не существует положительных и отрицательных уровней сигнала, поэтому используется три следующие уровня: отсутствие света, "средний" свет, "сильный" свет. Это очень удобно: даже когда нет передачи информации, свет все равно присутствует, что позволяет легко определить целостность оптоволоконной линии связи без дополнительных мер (рис. 3.14).
Использование кода RZ в оптоволоконных сетях
Рис. 3.14. Использование кода RZ в оптоволоконных сетях
Манчестерский код
Манчестерский код (или код Манчестер-II) получил наибольшее распространение в локальных сетях. Он также относится к самосинхронизирующимся кодам, но в отличие от RZ имеет не три, а всего два уровня, что способствует его лучшей помехозащищенности и упрощению приемных и передающих узлов. Логическому нулю соответствует положительный переход в центре битового интервала (то есть первая половина битового интервала – низкий уровень, вторая половина – высокий), а логической единице соответствует отрицательный переход в центре битового интервала (или наоборот).
Как и в RZ, обязательное наличие перехода в центре бита позволяет приемнику манчестерского кода легко выделить из пришедшего сигнала синхросигнал и передать информацию сколь угодно большими последовательностями без потерь из-за рассинхронизации. Допустимое расхождение часов приемника и передатчика может достигать 25%.
Подобно коду RZ, при использовании манчестерского кода требуется пропускная способность линии в два раза выше, чем при применении простейшего кода NRZ. Например, для скорости передачи 10 Мбит/с требуется полоса пропускания 10 МГц (рис. 3.15).
Скорость передачи и пропускная способность при манчестерском коде
Рис. 3.15. Скорость передачи и пропускная способность при манчестерском коде
Как и при коде RZ, в данном случае приемник легко может определить не только начало передаваемой последовательности бит, но и ее конец. Если в течение битового интервала нет перехода сигнала, то прием заканчивается. В манчестерском коде можно передавать последовательности бит переменной длины (рис. 3.16). Процесс определения времени передачи называют еще контролем несущей, хотя в явном виде несущей частоты в данном случае не присутствует.
Определение начала и конца приема при манчестерском коде
Рис. 3.16. Определение начала и конца приема при манчестерском коде
Манчестерский код используется как в электрических, так и в оптоволоконных кабелях (в последнем случае один уровень соответствует отсутствию света, а другой – его наличию).
Основное достоинство манчестерского кода – постоянная составляющая в сигнале (половину времени сигнал имеет высокий уровень, другую половину – низкий). Постоянная составляющая равна среднему значению между двумя уровнями сигнала.
Если высокий уровень имеет положительную величину, а низкий – такую же отрицательную, то постоянная составляющая равна нулю. Это дает возможность легко применять для гальванической развязки импульсные трансформаторы. При этом не требуется дополнительного источника питания для линии связи (как, например, в случае использования оптронной гальванической развязки), резко уменьшается влияние низкочастотных помех, которые не проходят через трансформатор, легко решается проблема согласования.
Если же один из уровней сигнала в манчестерском коде нулевой (как, например, в сети Ethernet), то величина постоянной составляющей в течение передачи будет равна примерно половине амплитуды сигнала. Это позволяет легко фиксировать столкновения пакетов в сети (конфликт, коллизию) по отклонению величины постоянной составляющей за установленные пределы.
Частотный спектр сигнала при манчестерском кодировании включает в себя только две частоты: при скорости передачи 10 Мбит/с это 10 МГц (соответствует передаваемой цепочке из одних нулей или из одних единиц) и 5 МГц (соответствует последовательности из чередующихся нулей и единиц: 1010101010...). Поэтому с помощью простейших полосовых фильтров можно легко избавиться от всех других частот (помехи, наводки, шумы).
Бифазный код
Бифазный код часто рассматривают как разновидность манчестерского, так как их характеристики практически полностью совпадают.
Данный код отличается от классического манчестерского кода тем, что он не зависит от перемены мест двух проводов кабеля. Особенно это удобно в случае, когда для связи применяется витая пара, провода которой легко перепутать. Именно этот код используется в одной из самых известных сетей Token-Ring компании IBM.
Принцип данного кода прост: в начале каждого битового интервала сигнал меняет уровень на противоположный предыдущему, а в середине единичных (и только единичных) битовых интервалов уровень изменяется еще раз. Таким образом, в начале битового интервала всегда есть переход, который используется для самосинхронизации. Как и в случае классического манчестерского кода, в частотном спектре при этом присутствует две частоты. При скорости 10 Мбит/с это частоты 10 МГц (при последовательности одних единиц: 11111111...) и 5 МГц (при последовательности одних нулей: 00000000...).
Имеется также еще один вариант бифазного кода (его еще называют дифференциальным манчестерским кодом). В этом коде единице соответствует наличие перехода в начале битового интервала, а нулю – отсутствие перехода в начале битового интервала (или наоборот). При этом в середине битового интервала переход имеется всегда, и именно он служит для побитовой самосинхронизации приемника. Характеристики этого варианта кода также полностью соответствуют характеристикам манчестерского кода.
Здесь же стоит упомянуть о том, что часто совершенно неправомерно считается, что единица измерения скорости передачи бод – это то же самое, что бит в секунду, а скорость передачи в бодах равняется скорости передачи в битах в секунду. Это верно только в случае кода NRZ. Скорость в бодах характеризует не количество передаваемых бит в секунду, а число изменений уровня сигнала в секунду. И при RZ или манчестерском кодах требуемая скорость в бодах оказывается вдвое выше, чем при NRZ. В бодах измеряется скорость передачи сигнала, а в битах в секунду – скорость передачи информации. Поэтому, чтобы избежать неоднозначного понимания, скорость передачи по сети лучше указывать в битах в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с, Гбит/с).
Другие коды
Все разрабатываемые в последнее время коды призваны найти компромисс между требуемой при заданной скорости передачи полосой пропускания кабеля и возможностью самосинхронизации. Разработчики стремятся сохранить самосинхронизацию, но не ценой двукратного увеличения полосы пропускания, как в рассмотренных RZ, манчестерском и бифазном кодах.
Чаще всего для этого в поток передаваемых битов добавляют биты синхронизации. Например, один бит синхронизации на 4, 5 или 6 информационных битов или два бита синхронизации на 8 информационных битов. В действительности все обстоит несколько сложнее: кодирование не сводится к простой вставке в передаваемые данные дополнительных битов. Группы информационных битов преобразуются в передаваемые по сети группы с количеством битов на один или два больше. Приемник осуществляет обратное преобразование, восстанавливает исходные информационные биты. Довольно просто осуществляется в этом случае и обнаружение несущей частоты (детектирование передачи).
Так, например, в сети FDDI (скорость передачи 100 Мбит/с) применяется код 4В/5В, который 4 информационных бита преобразует в 5 передаваемых битов. При этом синхронизация приемника осуществляется один раз на 4 бита, а не в каждом бите, как в случае манчестерского кода. Но зато требуемая полоса пропускания увеличивается по сравнению с кодом NRZ не в два раза, а только в 1,25 раза (то есть составляет не 100 МГц, а всего лишь 62,5 МГц). По тому же принципу строятся и другие коды, в частности, 5В/6В, используемый в стандартной сети 100VG-AnyLAN, или 8В/10В, применяемый в сети Gigabit Ethernet.
В сегменте 100BASE-T4 сети Fast Ethernet использован несколько иной подход. Там применяется код 8В/6Т, предусматривающий параллельную передачу трех трехуровневых сигналов по трем витым парам. Это позволяет достичь скорости передачи 100 Мбит/с на дешевых кабелях с витыми парами категории 3, имеющих полосу пропускания всего лишь16 МГц (см. табл. 2.1). Правда, это требует большего расхода кабеля и увеличения количества приемников и передатчиков. К тому же принципиально, чтобы все провода были одной длины и задержки сигнала в них не слишком различались.
Иногда уже закодированная информация подвергается дополнительному кодированию, что позволяет упростить синхронизацию на приемном конце. Наибольшее распространение для этого получили 2-уровневый код NRZI, применяемый в оптоволоконных сетях (FDDI и 100BASE-FX), а также 3-уровневый код MLT-3, используемый в сетях на витых парах (TPDDI и 100BASE-TХ). Оба эти кода (рис. 3.17) не являются самосинхронизирующимися.
Коды NRZI и MLT-3
Рис. 3.17. Коды NRZI и MLT-3
Код NRZI (без возврата к нулю с инверсией единиц – Non-Return to Zero, Invert to one) предполагает, что уровень сигнала меняется на противоположный в начале единичного битового интервала и не меняется при передаче нулевого битового интервала. При последовательности единиц на границах битовых интервалов имеются переходы, при последовательности нулей – переходов нет. В этом смысле код NRZI лучше синхронизируется, чем NRZ (там нет переходов ни при последовательности нулей, ни при последовательности единиц).
Код MLT-3 (Multi-Level Transition-3) предполагает, что при передаче нулевого битового интервала уровень сигнала не меняется, а при передаче единицы – меняется на следующий уровень по такой цепочке: +U, 0, –U, 0, +U, 0, –U и т.д. Таким образом, максимальная частота смены уровней получается вчетверо меньше скорости передачи в битах (при последовательности сплошных единиц). Требуемая полоса пропускания оказывается меньше, чем при коде NRZ.
Все упомянутые в данном разделе коды предусматривают непосредственную передачу в сеть цифровых двух- или трехуровневых прямоугольных импульсов.
Однако иногда в сетях используется и другой путь – модуляция информационными импульсами высокочастотного аналогового сигнала (синусоидального). Такое аналоговое кодирование позволяет при переходе на широкополосную передачу существенно увеличить пропускную способность канала связи (в этом случае по сети можно передавать несколько бит одновременно). К тому же, как уже отмечалось, при прохождении по каналу связи аналогового сигнала (синусоидального) не искажается форма сигнала, а только уменьшается его амплитуда, а в случае цифрового сигнала форма сигнала искажается (см. рис. 3.2).
К самым простым видам аналогового кодирования относятся следующие (рис. 3.18):
* Амплитудная модуляция (АМ, AM – Amplitude Modulation), при которой логической единице соответствует наличие сигнала (или сигнал большей амплитуды), а логическому нулю – отсутствие сигнала (или сигнал меньшей амплитуды). Частота сигнала при этом остается постоянной. Недостаток амплитудной модуляции состоит в том, что АМ-сигнал сильно подвержен действию помех и шумов, а также предъявляет повышенные требования к затуханию сигнала в канале связи. Достоинства – простота аппаратурной реализации и узкий частотный спектр.
Аналоговое кодирование цифровой информации
Рис. 3.18. Аналоговое кодирование цифровой информации
* Частотная модуляция (ЧМ, FM – Frequency Modulation), при которой логической единице соответствует сигнал более высокой частоты, а логическому нулю – сигнал более низкой частоты (или наоборот). Амплитуда сигнала при частотной модуляции остается постоянной, что является большим преимуществом по сравнению с амплитудной модуляцией.
* Фазовая модуляция (ФМ, PM – Phase Modulation), при которой смене логического нуля на логическую единицу и наоборот соответствует резкое изменение фазы синусоидального сигнала одной частоты и амплитуды. Важно, что амплитуда модулированного сигнала остается постоянной, как и в случае частотной модуляции.
Применяются и значительно более сложные методы модуляции, являющиеся комбинацией перечисленных простейших методов. Чаще всего аналоговое кодирование используется при передаче информации по каналу с узкой полосой пропускания, например, по телефонным линиям в глобальных сетях. Кроме того, аналоговое кодирование применяется в радиоканалах, что позволяет обеспечивать связь между многими пользователями одновременно. В локальных кабельных сетях аналоговое кодирование практически не используется из-за высокой сложности и стоимости как кодирующего, так и декодирующего оборудования.
Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель – это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент – это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.
Рис. 2.4. Структура оптоволоконного кабеля
Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля (рис. 2.4). Только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром около 1 – 10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции – стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае речь идет о режиме так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется. Однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).
Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам сигнал не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как при этом нарушается целостность кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, то есть 1000 ГГц, что несравнимо выше, чем у электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля.
Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях на частотах, используемых в локальных сетях, составляет от 5 до 20 дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических кабелей на низких частотах. Но в случае оптоволоконного кабеля при росте частоты передаваемого сигнала затухание увеличивается очень незначительно, и на больших частотах (особенно свыше 200 МГц) его преимущества перед электрическим кабелем неоспоримы, у него просто нет конкурентов.
Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.
Самый главный из них – высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа. Следует помнить, что некачественная установка разъема резко снижает допустимую длину кабеля, определяемую затуханием.
Также надо помнить, что использование оптоволоконного кабеля требует специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.
Оптоволоконные кабели допускают разветвление сигналов (для этого производятся специальные пассивные разветвители (couplers) на 2—8 каналов), но, как правило, их используют для передачи данных только в одном направлении между одним передатчиком и одним приемником. Ведь любое разветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до конца сети. Кроме того, в разветвителе есть и внутренние потери, так что суммарная мощность сигнала на выходе меньше входной мощности.
Оптоволоконный кабель менее прочен и гибок, чем электрический. Типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10 – 20 см, при меньших радиусах изгиба центральное волокно может сломаться. Плохо переносит кабель и механическое растяжение, а также раздавливающие воздействия.
Чувствителен оптоволоконный кабель и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Резкие перепады температуры также негативно сказываются на нем, стекловолокно может треснуть.
Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией звезда и кольцо. Никаких проблем согласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели или, во всяком случае, сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стекла более чем достаточно.
Существуют два различных типа оптоволоконного кабеля:
* многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;
* одномодовый кабель, более дорогой, но имеет лучшие характеристики по сравнению с первым.
Суть различия между этими двумя типами сводится к разным режимам прохождения световых лучей в кабеле.
Распространение света в одномодовом кабеле
Рис. 2.5. Распространение света в одномодовом кабеле
В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего они достигают приемника одновременно, и форма сигнала почти не искажается (рис. 2.5). Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным типом благодаря своим прекрасным характеристикам. К тому же лазеры имеют большее быстродействие, чем обычные светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле составляет около 5 дБ/км и может быть даже снижено до 1 дБ/км.
Распространение света в многомодовом кабеле
Рис. 2.6. Распространение света в многомодовом кабеле
В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается (рис. 2.6). Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн около 30 – 50 нм. Допустимая длина кабеля составляет 2 – 5 км. Многомодовый кабель – это основной тип оптоволоконного кабеля в настоящее время, так как он дешевле и доступнее. Затухание в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом и составляет 5 – 20 дБ/км.
Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4—5 нс/м, что близко к величине задержки в электрических кабелях.
Оптоволоконные кабели, как и электрические, выпускаются в исполнении plenum и non-plenum.
Поиск
