Автор: admin

И.В. Мухлаева

Введение

В работе представлен паралелльный генетический алгоритм (ПаГА) для решения задачи одномерной упаковки. В целом эта задача является задачей разбиения множества объектов на непересекающиеся подмножества:

  .           [1]

В большинстве задач разбиения их решение связано с определенными налагаемыми ограничениями, в противном случае решение будет нелегальным. Вот почему элемент, как правило, не может быть объединен в одно подмножество со всеми возможными подмножествами остающихся элементов. Цель разбиения состоит в оптимизации функции стоимости, определенной на множестве всех легальных подмножеств.

Задача одномерной упаковки является широко применяемой в качестве модели распределения ресурсов разного рода. В вычислительной технике это могут быть назначение заданий на процессоры, локация памяти, форматирование таблиц и т.д. Браун [1] приводит дополнительно приложения задачи в индустрии и бизнесе.

Как известно, задача одномерной упаковки является задачей комбинаторной оптимизации и относится к классу NP-полных [2]. Поэтому для ее решения разрабатываются различные аппроксимационные, эвристические алгоритмы, позволяющие получать приемлемые по качеству результаты за приемлемое время. Однако, известные приближенные алгоритмы одномерной упаковки дают решения достаточно низкого качества. Так, оценка алгоритма FF равна

              [2].

Дальнейшие попытки получить приближенные алгоритмы с более высокими оценками не привели к существенным результатам [3-7]. Не удалось превысить оценку алгоритма RFF:

              [3, 4].

Для повышения качества решения следует использовать методы комбинаторной оптимизации, обладающие механизмами выхода из локальных оптимумов и способные находить близкие к оптимальному решения. Перспективными в этом смысле являются алгоритмы, основанные на методе отжига и генетические алгоритмы (ГА).

ГА позволяют получать близкие к оптимальному решения значительно быстрее, чем метод отжига [8]. Это происходит за счет сочетания в них элементов случайного и направленного поиска. ГА работают одновременно с несколькими решениями и синтезируют новые субоптимальные решения на основе свойств достигнутых. ГА обладают механизмами избежания локальных оптимумом за счет элементов случайности.

Разработаны несколько ГА одномерной упаковки [9-11].

Разработка параллельных ГА является перспективной, поскольку распараллеливание процесса поиска позволяет сократить время решения [12].

Известны несколько параллельных генетических алгоритмов [12-14], предназначенных для решения различных оптимизационных задач.

В представленном алгоритме ПаГА за счет согласования позиций точек кроссинговера осуществляется кооперативный поиск в независимых субпопуляциях, что дополнительно снижает временные затраты. Также разработаны три вида направленной мутации, повышающей качество получаемых решений. Для усиления элементов направленности введены защищенные от деструкции фрагменты хромосом, поскольку по мере приближения решений к оптимуму возрастает деструктивность генетических операторов, основанных на принципе случайности. Дополнительно для сокращения времени решения предложена эвристика, сокращающая объем данных для ГА.

Для исследования предложенного алгоритма разработано ПО на языке С++ для IBM PC. Проведены статистические исследования, подтверждающие эффективность ПаГА.

1. Параллельный генетический алгоритм

1.1. Постановка задачи

Рассмотрим задачу одномерной упаковки в следующей постановке.

Дано: множество элементов E={e1, e2 , … , en }, имеющих размеры S(E)={s(e1), s(e2), … , s(en)}, и множество блоков B={b1, b2, … , bm}, имеющих размеры S(B)={s(b1), s(b2), … , s(bm)}.

Цель: разместить элементы в имеющиеся блоки, заполняя каждый из блоков до максимально возможного уровня и минимизируя общее количество заполненных блоков.

1.2. Функция стоимости

Для работы ГА необходимо определить функцию стоимости, в соответствии с которой будут оцениваться решения. Целью решения определена минимизация площади, занятой размещенными в блоках элементами. Соответственно, необходимо найти способ ее оценки. Будем считать, что в идеальном случае (верхняя оценка) площадь, занятая элементами, равна сумме их размеров:

Площадь, занятая элементами при каждом конкретном размещении, определяется следующим образом:

PS=SB* + Sr ,

где SB* — сумма размеров блоков, занятых элементами, кроме последнего занятого блока, Sr — сумма размеров элементов в последнем блоке. Оценкой решения в таком случае будет коэффициент  Целью решения задачи становится максимизация коэффициента C.

1.3. Кодирование

Среди шести принципов создания эффективных решений (см. например, [9]) фигурирует принцип минимальной избыточности: каждый элемент области поиска (в данном случае области всех легальных подмножеств) должен быть представлен минимальным (идеально — одной) числом хромосом, чтобы сократить размер области поиска ГА. Областью поиска в случае задачи одномерной упаковки является множество всех легальных (т.е. не допускающих переполнение какого-либо блока) распределений элементов в блоки.

В алгоритме использовано линейное кодирование, при котором хромосома представляет собой список элементов, где позиция элемента в списке означает очередь его на размещение в блоках. Элемент размещается в блок, если в блоке есть достаточное для этого место.

1.4. Генетические операции

1.4.1. Операторы кроссинговера

В начале работы ГА создается начальная популяция, разделенная на три субпопуляции. Независимая эволюция в субпопуляциях позволяет сохранять разнообразие генетического материала (ГМ) и вести поиск в различных направлениях. Для кооперации этого поиска были разработаны операторы кроссинговера, применение которых согласовано при коммуникации субпопуляций. Каждый оператор кроссинговера передает потомкам максимально возможный фрагмент решения, получившего высокую оценку. Для этого схема действующего кроссинговера выбирается в зависимости от схемы кроссинговера, который применялся на более низком уровне (в субпопуляции).

В первой субпопуляции используется упорядоченный оператор кроссинговера (Order crossover, OX), разработанный D. Davis в 1985г.. Во второй субпопуляции используется модификация OX, при которой считывание генов производится справа налево. Для отличия эти операторы обозначены OXL и OXR соответственно. В третей субпопуляции используется двухточечный оператор кроссинговера.

При коммуникации 1 и 2 субпопуляции используется OXL. В результате формируются два потомка, которые записываются один в 1 субпопуляцию, второй — во вторую. При коммуникации 2 и 1 субпопуляций используется OXR. Потомки записываются один во 2 субпопуляцию, второй — в 1-ю. При коммуникации 1 и 3 субпопуляции используется OXL. Потомки записываются один в 1 субпопуляцию, второй — в 3-ю. При коммуникации 3 и 1 субпопуляций используется двухточечный кроссинговер. В результате формируются два потомка, которые записываются один в 3 субпопуляцию, второй — в 1-ю. При коммуникации 2 и 3 субпопуляции используется OXR. Потомки записываются один во 2 субпопуляцию, второй — в 3-ю. При коммуникации 3 и 2 субпопуляций используется двухточечный кроссинговер. Потомки записываются один в 3 субпопуляцию, второй — во 2-ю.

1.4.2. Операторы мутации

В алгоритме использованы, кроме случайной мутации, специально разработанные проблемно-ориентированные направленная мутация. с поиском 1-1 (подстановка элемента списка в подходяшую по размеру незанятую позицию) и аправленная мутация. с поиском 2-1 (обмена позициями элементов, один из которых равен по величине сумме величин второго элемента и свободной позиции за ним).

1.4.3. Инверсия

В алгоритме использован также классический оператор инверсии.

1.5. Параллельный поиск

ПаГА работает следующим образом.

1о.Формируется начальная популяция, разделенная на три субпопуляции..

2о.В каждой субпопуляции происходит соответствующий кроссинговер.

3о. В каждой субпопуляции происходят случайная и направленные мутации и инверсия.

4о.По истечении 10 поколений происходит кроссинговер между субпопуляциями (соответствующий для каждой).

5о. Окончание работы при достижении C=1 или предела введенного пользователем числа поколений.

Одним из мотивов разделения ГА является потенциальный рост быстродействия благодаря использованию процессора или многопроцессорной системы для обработки отдельной популяции. Однако, наиболее важным мотивом является то, что после некоторого числа поколений хромосомы в отдельной популяции становятся очень похожими. Разнообразие генетического материала будет потеряно, и рекомбинация в дальнейшем может быть неэффективной. Одним из способов преодоления этой проблемы и является независимая обработка отдельных популяций. Так как ГА включают в себя элементы случайного поиска, независимая эволюция отдельных популяций будет направлять процесс в различные области пространства решений. Если оптимизируемая в каждой субпопуляции функция одна и та же, каждая субпопуляция даст конкурентоспособное, но при этом значительно отличающееся по составу ГМ решение.

Число взаимодействий между популяциями может быть критическим фактором в определениии эффективности параллельного ГА. При наличии большого числа взаимодействий преимущества использования субпопуляций оказываются потерянными, так как хорошие хромосомы из одной субпопуляции быстро попадают в другие субпопуляции, и эволюция недолго остается независимой. Результаты, полученные в исследованиях [13,14] подтверждают это положение.

При определении эффективности ПаГА необходимо учитывать эффекты, произведенные на начальную популяцию операторами кроссинговера, мутации и селекции.

Благодаря применению трех типов кросинговера в каждой из субпопуляций формируется отдельный качественный фрагмент упаковки. Синтез этих фрагментов осуществляется в процессе коммуникации между субпопуляциями, при которой в кроссинговере участвуют лучшие хромосомы.

Таким образом, хорошие свойства субоптимальных решений, полученных в независимых субпопуляциях, наследуются во всей популяции и направляют процесс поиска.

Рассмотрим эффект произведенных генетических операций [8].

Эффект мутации. Обозначим pm норму случайной мутации, одинаковую для каждого локального ГА. Тогда вероятность того, что схема S порядка n(S) во всей популяции подвергнется случайной мутации, будет равна pmn(S). В стандартном последовательном ГА вероятность того, что схема выживет, равна: 1- pmn(S). Таким образом, ПаГА в сравнении с ГА не изменяет эффект случайной мутации. Однако, учитывая, что при случайной мутации точки мутации выбираются случайно, эволюция в отдельных субпопуляциях пойдет разными путями. С ростом нормы мутации эффект, производимый ею в разных популяциях, сближается, но станет одинаковым, лишь если мутация осуществит полный перебор генов в хромосоме, что не допускается.

Эффект кроссинговера. Возьмем случайно выбранную хромосому. Вероятность того, что она подвергнется кроссинговеру, равна pc. Характеристики потомков этой хромосомы зависят от того, какая хромосома будет выбрана в качестве второго родителя. В субпопуляции размером N у всякого другого индивида есть  шансов быть выбранным в качестве второго родителя.

Эффективность ГА определяется нормой выживания схемы. Важно определить, какой эффект на выживаемость схемы имеет выбор индивида для кроссинговера. Вероятность выбора индивида в субпопуляции равна pc, вероятность выбора индивида в начальной популяции — pc. Тогда для локального ГА и ПаГА вероятность того, что схема S некоторой длины d(S) выживет после кроссинговера, равна , где L — длина схемы. Норма выживания схемы в ПаГА отличается от нормы выживания схемы в ГА, что определяется распределенной природой селекции и коммуникацией генетической информации. Средний или плохой по качеству для одной субпопуляции индивид может быть хорошим для другой субпопуляции.

2. Статистические исследования

2.1. План экспериментов

С использованием разработанного ПО исследовались следующие зависимости. Зависимость времени работы алгоритма от количества элементов, динамика качества решений в поколениях и зависимости этих показателей от весовых распределений элементов. Исследования проводились с доверительной вероятностью 75%, размер серии эксперимента 33, на IBM 486 DX/2 66.

Для исследования использовались наборы данных по 20, 50, 100, 150, 200 элементов при четырех весовых распределениях; вид весовых распределений элементов представлен ниже.

Вид тестов на 200 элементов.

3.2. Результаты экспериментов

Зависимости времени от числа элементов при разных типах данных (цвет означает соответствующее количество элементов).

Проведенные исследования показали, что зависимость времени от количества элементов при всех распределениях не достигает квадратной степени при размерах задачи до 200 элементов, что доказывает практическую ценность разработанного алгоритма.

Зависимости качества от числа поколений на разных тестах:(в скобках указаны количества элементов, цвет означает число поколений).

Результаты проведенных исследований показывают, что наиболее плотная упаковка при всех количествах элементов достигается при четвертом типе весового распределения. Второе и третье распределения дают приблизительно равные результаты.

3.3. Сравнение с известными результатами

Было проведено сравнеие разработанного ПаГА с простым ГА (ПГА). Результаты сравнения сведены в таблицу. Они показывают, что ПаГА на всех тестах достиг оптимума и, таким образом, имеет значительное превышение качества решения при незначительном превышении затраченного времени.

Список литературы

Brown A.R. Optimal Packing and Depletion. American Elsevier, New York, 1971.

Гэри М., Джонсон Д. Вычислительные машины и труднорешаемые задачи.-М.: Мир, 1982. — 416с.

Yao A.C. New algorithms for bin packing. Report NoSTAN-CS-78-662. Computer Science Dept., Stanford University, Stanford, CA, 1978.

Chi-Chin Yao. A new algorithm for bin packing J. of the ACM, Vol.27, No.2, 1980.

Johnson D.S., Demers A., Ullmans J.D. and oth. Worts-case performance bounds for simple one-dimensional packing algorithms. SIAM J. Comput., vol.3, No. 4, 1974.

Kao C.-Y., Lin F.-T. A statistic approach for the one-dimensional bin-packing problems. In Proceedings of the 1992 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, vol. 2, 1545-1551. Chicago,IL, 1992.

Garey M.R., Graham R.L., Johnson D.S., Yao A.C. Resource constrained scheduling as generalized bin packing. J. Combinatorial Theory Ser. A21, pp. 257-298.

Goldberg D.E., Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Larning. Addison-Wesley Publishing Company, Inc. 1989. -354p.

Falkenauer E., Delchambre A. A Genetic Algorithm for Bin Packing and Time Balancing. In: Proc. of the IEEE 1992 International Conference on Robotics and Automation (RA92), Nice, 1992.

Kroger B. Genetic algorithms for bin packing problems. In Stender J. (Ed.) Parallel Genetic Algorithms. IOS Press, Amsterdam, 1993.

Goodman E.D., Tetelbaum A.Y., Kureichik V.M. Genetic Algorithm Approach to Compaction, Bin Packing and Nesting Problems, Technical Report N# 940502, MSU, East lansing,USA, 1994.

Muhlenbein H., Schomisen M., Born J. The Parallel Genetic Algorithm as Function Optimizer. Proc. of the Fourth International Conference on Genetic Algorithms. San Mateo. Morgan Kaufman, 1991. -576p.

Muhlenbein H. Parallel Genetic Algorithms, Population Genetics and Combinatorial Optimization. Proc. of the Third International Conference on Genetic Algorithms. San Mateo. Morgan Kaufmann, 1989. -576p.

Tanese R. Distributed Genetic Algorithms. In J.D.Schaffer (Ed.) Proceedings of the Third International Conference on Genetic Algorithms. Morgan Kaufmann, San Mateo, CA, 1989.

Митропольский А.К. Техника статистических исследований.- М., «Наука», 1971. — 218с.

Применение математических методов и ЭВМ. Планирование и обработка результатов эксперимента: Учеб. пособие./ Под общ. ред. Останина А.Н.- Минск.: Вышэйшая школа., 1989. — 237с.

Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.-М.: Наука, 1971. — 283с.

Государственная академия управления им.

Серго Орджоникидзе

Кафедра программирования и компьютерной техники

Реферат на тему:

Локальные вычислительные сети. Операционная система NetWare фирмы

Novell.

Выполнил: студент ФЭУ б/у 2-2

Дрождев И.Ф.

Проверил:

Москва 1995 г.
Введение.

Система NetWare фирмы Novell позволяет так организовать архитектуру ЛВС, чтобы удовлетворить любым специфическим требованиям. Эта способность к модификации относится не только к прикладным программам, которые выполняются в сети, но также к аппаратным средствам и используемым функциям систем.

ЛВС могут состоять из одного файл-сервера, поддерживающего небольшое число рабочих станций, или из многих файл-серверов и коммуникационных серверов, соединенных с сотнями рабочих станций. Некоторые сети спроектированы для оказания сравнительно простых услуг, таких, как совместное пользование прикладной программой и файлом и обеспечение доступа к единственному принтеру. Другие сети обеспечивают связь с большими и мини-ЭВМ, модемами коллективного пользования, разнообразными устройствами ввода/вывода (графопостроителями, принтерами и т. д.) и устройствам памяти большой емкости (диски типа WORM).

ФАЙЛ-СЕРВЕР И РАБОЧИЕ СТАНЦИИ

Файл-сервер является ядром локальной сети. Этот компьютер (обычно высокопроизводительный мини-компьютер) запускает операционную систему и управляет потоком данных, передаваемых по сети. Отдельные рабочие станции и любые совместно используемые периферийные устройства, такие, как принтеры, — все подсоединяются к файл-серверу.

Каждая рабочая станция представляет собой обычный персональный компьютер, работающий под управлением собственной дисковой операционной системы (такой, как DOS или OS/2). Однако в отличие от автономного персонального компьютера рабочая станция содержит плату сетевого интерфейса и физически соединена кабелями с файлом-сервером.
Кроме того, рабочая станция запускает специальную программу, называемой оболочкой сети, которая позволяет ей обмениваться информацией с файл-сервером, другими рабочими станциями и прочими устройствами сети. Оболочка позволяет рабочей станции использовать файлы и программы, хранящиеся на файл-сервере, так же легко, как и находящиеся на ее собственных дисках.

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА РАБОЧЕЙ СТАНЦИИ

Каждый компьютер рабочей станции работает под управлением своей собственной операционной системы (такой, как DOS или OS/2). Чтобы включить каждую рабочую станцию с состав сети, оболочка сетевой операционной системы загружается в начало операционной системы компьютера.

Оболочка сохраняет большую часть команд и функций операционной системы, позволяя рабочей станции в процессе работы выглядеть как обычно. Оболочка просто добавляет локальной операционной системе больше функций и придает ей гибкость.

ТОПОЛОГИЯ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Термин «топология сети» относится к пути, по которому данные перемещаются по сети. Существуют три основных вида топологий: «общая шина», «звезда» и «кольцо».

[pic]

Топология «общая шина» предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети (рис. 2.2). В случае «общая шина» кабель используется совместно всеми станциями по очереди.
Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные.

В топологии «общая шина» все сообщения, посылаемые отдельными компьютерами, подключенными к сети. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособности сети в целом. Поиск неисправностей в кабеле затруднен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети.

[pic]

На рис. 2.3 показаны компьютеры, соединенные звездой. В этом случае каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству.

При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией «звезда», при этом получаются разветвленные конфигурации сети.

С точки зрения надежности эта топология не является наилучшим решением, так как выход из строя центрального узла приведет к остановке всей сети. Однако при использовании топологии «звезда» легче найти неисправность в кабельной сети.

Используется также топология «кольцо» (рис. 2.4). В этом случае данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете.
Если компьютер получит данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу. Если данные предназначены для получившего их компьютера, они дальше не передаются.

Локальная сеть может использовать одну из перечисленных топологий. Это зависит от количества объединяемых компьютеров, их взаимного расположения и других условий. Можно также объединить несколько локальных сетей, выполненных с использованием разных топологий, в единую локальную сеть. Может, например, древовидная топология.

[pic]

МЕТОДЫ ДОСТУПА И ПРОТОКОЛЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

В различных сетях существуют различные процедуры обмена данными в сети. Эти процедуры называются протоколами передачи данных, которые описывают методы доступа к сетевым каналам данных.

Наибольшее распространение получили конкретные реализации методов доступа: Ethernet, Arcnet и Token-Ring.

Метод доступа Ethernet.

Это метод доступа, разработанный фирмой Xerox в 1975 году, пользуется наибольшей популярностью. Он обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность.

Для данного метода доступа используется топология «общая шина».
Поэтому сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными, подключенными к общей шине. Но сообщение, предназначенное только для одной станции (оно включает в себя адрес станции назначения и адрес станции отправителя). Та станция, которой предназначено сообщение, принимает его, остальные игнорируют.

Метод доступа Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (конфликтов)
(CSMA/CD — Carier Sense Multiple Access with Collision Detection).

Перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу.

Ethernet не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознает такие конфликты, называемые коллизиями. После обнаружения конфликта станции задерживают передачу на некоторое время.
Это время небольшое и для каждой станции свое. После задержки передача возобновляется.

Реально конфликты приводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, если работает порядка 80-100 станций.

Метод доступа Arcnet.

Этот метод доступа разработан фирмой Datapoint Corp. Он тоже получил широкое распространение, в основном благодаря тому, что оборудование
Arcnet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token -Ring. Arcnet используется в локальных сетях с топологией «звезда». Один из компьютеров создает специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одного компьютера к другому.

Если станция желает передать сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет «отцеплено» от маркера и передано станции.

Метод доступа Token-Ring.

Метод доступа Token-Ring был разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети.

Этот метод напоминает Arcnet, так как тоже использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. В отличие от Arcnet, при методе доступа Token-Ring имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям.

АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Аппаратура Ethernet

Аппаратура Ethernet обычно состоит из кабеля, разъемов, Т- коннекторов, терминаторов и сетевых адаптеров. Кабель, очевидно, используется для передачи данных между рабочими станциями. Для подключения кабеля используются разъемы. Эти разъемы через Т-коннекторы подключаются к сетевым адаптерам — специальным платам, вставленным в слоты расширения материнской платы рабочей станции. Терминаторы подключаются к открытым концам сети.

Для Ethernet могут быть использованы кабели разных типов: тонкий коаксиальный кабель, толстый коаксиальный кабель и неэкранированная витая пара. Для каждого типа кабеля используются свои разъемы и свой способ подключения к сетевому адаптеру.

В зависимости от кабеля меняются такие характеристики сети, как максимальная длина кабеля и максимальное количество рабочих станций, подключаемых к кабелю.

Как правило, скорость передачи данных в сети Ethernet достигает 10
Мбит в секунду, что достаточно для многих приложений.

Рассмотрим подробно состав аппаратных средств Ethernet для различных типов кабеля.

Толстый коаксиальный кабель.

Толстый коаксиальный кабель, используемый Ethernet, имеет диаметр 0.4 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Иногда этот кабель называют «желтым кабелем». Это самый дорогостоящий из рассматриваемых нами кабелей. Институт
IEEE определил спецификацию на этот кабель — 10BASES.

На рис. 4 схематически изображена локальная сеть на основе толстого коаксиального кабеля.
[pic]

Здесь приведена конфигурация сети, состоящей из двух сегментов, разделенным репитером. В каждом сегменте находятся 3 рабочие станции.

Каждая рабочая станция через сетевой адаптер (установлен на материнской плате компьютера и на рисунке не показан) специальным многожильным трансиверным кабелем подключается к устройству, называемому трансивером. Трансивер служит для подключения рабочей станции к толстому коаксиальному кабелю.

На корпусе трансивера имеется 3 разъема: два — для подключения толстого коаксиального кабеля, и один — для подключения трансиверного кабеля.

В таблице 2 перечислены устройства, необходимые для подключения рабочей станции к толстому коаксиальному кабелю.

К сожалению, длина одного сегмента ограничена, и для толстого кабеля не может превышать 500 метров. Если общая длина сети больше 500 метров, ее необходимо разбить на сегменты, соединенные друг с другом через специальное устройство — репитер.

На рисунке изображены два сегмента, соединенные репитером. При этом общая длина сети может достигать одного километра.

Между собой трансиверы соединяются отрезками толстого коаксиального кабеля с припаянными к их концам коаксиальными
Таблица 2. Оборудование для подключения рабочей станции к толстому коаксиальному кабелю Ethernet
***********************************************************************
Сетевой адаптер Вставляется в материнскую плату компьютера
Трансиверный кабель Многожильный экранированный кабель, соединяет сетевой адаптер с трансивером
Трансивер Соединяется трансиверным кабелем с сетевым адаптером, имеет два коаксиальных разъема для подключения к толстому кабелю
*********************************************************************** разъемами.

На концах сегмента подключены специальные заглушки — терминаторы. Это просто коаксиальные разъемы, в корпусе которых установлен резистор с сопротивлением 50 Ом.

Корпус одного из терминаторов должен быть заземлен. В каждом сегменте сети можно соединять только один терминатор.

Существуют и другие ограничения кроме максимальной длины коаксиального кабеля.

Таблица 3. Ограничения для Ethernet на толстом кабеле
***********************************************************************
Максимальная длина сегмента 500 м
Максимальное количество сегментов в сети 5
Максимальная длина сети 2.5 км
Максимальное количество станций, подключенных к одному сегменту (если в сети есть репитеры, то они тоже считаются как рабочие станции) 100
Минимальное расстояние между точками подключения рабочих станций 2.5 м
Максимальная длина трансиверного кабеля 50 м
***********************************************************************

Кроме ограничения на длину сегмента существуют ограничения на максимальное количество сегментов в сети (и, как следствие, на максимальную длину сети), на максимальное количество рабочих станций, подключенных к сети и на максимальную длину трансиверного кабеля.

Однако в большинстве случаев эти ограничения не существенны. Более того, возможности толстого кабеля избыточны.

Итак, перечислим оборудование, необходимое для сети Ethernet на толстом кабеле:

= N-коннектор

= N-терминатор

= N-Barrel-коннектор

= N-терминатор с заземлением

= DIX-коннектор

= Трансивер

Тонкий коаксиальный кабель

Тонкий коаксиальный кабель, используемый для Ethernet, имеет диаметр
0.2 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Импортный кабель называется RG-
58A/U и соответствует спецификации 10BASE2. Можно также использовать кабель
РК-50, выпускаемый нашей промышленностью.

Сеть Ethernet на тонком кабеле существенно проще, чем на толстом.

Как правило, все сетевые адаптеры имеют два разъема. Один из них предназначен для подключения многожильного трансиверного кабеля, второй — для подключения небольшого тройника, называемого Т-коннектором. Т-коннектор с одной стороны подключается к сетевому адаптеру, а с двух других сторон к нему подключаются отрезки тонкого коаксиального кабеля с соответствующими разъемами на концах. При этом получается, что коаксиальный кабель подключается как бы непосредственно к сетевому адаптеру, поэтому не нужны трансивер и трансиверный кабель.
[pic]

На концах сегмента должны находиться терминаторы, которые подключаются к свободным концам Т-коннекторов. Один (и только один!) терминатор в сегменте должен быть заземлен.

Сети на тонком кабеле имеют худшие параметры по сравнению с сетями на базе толстого кабеля (таблица 4). Но стоимость сетевого оборудования, необходимого для создания сети на тонком кабеле, существенно меньше.

Следует отметить, что некоторые фирмы выпускают адаптеры Ethernet, способные работать при длине сегмента до 300 метров (например, адаптеры фирмы 3COM). Однако такие адаптеры стоят дороже и вся сеть в

Таблица 4. Ограничения для Ethernet на тонком кабеле.
***********************************************************************
Максимальная длина сегмента 185 м
Максимальное количество сегментов в сети 5
Максимальная длина сети 925 м
Максимальное количество станций, подключенных к одному сегменту (если в сети есть репитеры, то они тоже считаются как рабочие станции) 30
Минимальное расстояние между точками подключения рабочих станций 0.5 м
*********************************************************************** этом случае должна быть сделана с использованием адаптеров только одного типа.

Как правило, большинство сетей Ethernet создано именно на базе тонкого кабеля.

Итак, перечислим оборудование, необходимое для сети Ethernet на тонком кабеле:

= BNC-коннектор

= BNC-терминатор

= BNC-Barrel-коннектор

= BNC-терминатор с заземлением

= T-коннектор

Неэкранированная витая пара.

Некоторые (но не все) сетевые адаптеры Ethernet способны работать с кабелем, представляющем собой простую неэкранированную витую пару проводов
(спецификация 10BASE-T). В качестве такого кабеля можно использовать обычный телефонный провод и уже имеющуюся в вашей организации телефонную сеть.

Сетевые адаптеры, способные работать с витой парой, имеют разъем, аналогичный применяемому в импортных телефонных аппаратах.

Для сети Ethernet на базе витой пары необходимо специальное устройство — концентратор. К одному концентратору через все те же телефонные розетки можно подключить до 12 рабочих станций. Максимальное расстояние от концентратора до рабочей станции составляет 100 метров, при этом скорость передачи данных такая же, как и для коаксиального кабеля, —
10 Мбит в секунду.

Достоинства сети на базе витой пары очевидны — низкая стоимость оборудования и возможность использования имеющейся телефонной сети. Однако есть серьезные ограничения на количество станций в сети и на ее длину.

Сетевой адаптер Ethernet.

Вне зависимости от используемого кабеля для каждой рабочей станции необходимо иметь сетевой адаптер. Сетевой адаптер — это плата, которая вставляется в материнскую плату компьютера. Она имеет два разъема для подключения к сетевому кабелю.

Для Ethernet в стандарте ISA используется три вида сетевых адаптеров:
8-битовые, 16-битовые и 32-битовые. 8-битовый адаптер может вставляться в 8- битовый или 16-битовый слоты материнской платы и используется, главным образом, в компьютерах IBM XT IBM PC, где нет 16-битовых слотов. Иногда 8- битовые адаптеры используются для компьютеров IBM AT, если требования к скорости передачи данных не высоки. Для 16-битового адаптера необходимо использовать 16-битовый слот.

На компьютерах 80386 или 80486 имеет смысл использовать скоростные 32- битовые адаптеры, по крайней мере для тех станций, на которые приходится максимальная нагрузка.

Сетевые адаптеры могут быть рассчитаны на архитектуру ISA/EISA или
Micro Channel. Первая архитектура используется в серии компьютеров IBM AT и совместимых с ними, вторая — в мощных станциях на базе процессоров 80486, третья — в компьютерах PS/2 серии IBM. Конструктивно эти типы адаптеров отличаются друг от друга. Для ускорения работы на плате сетевого адаптера может находиться буфер. Размер этого буфера различен для адаптеров разных типов и может составлять от 8 Кб для 8-битовых адаптеров до 16 Кб и более для 16- и 32-битовых адаптеров.

Сетевые адаптеры Ethernet используют порты ввода/вывода и один канал прерывания. Некоторые адаптеры могут работать с каналами прямого доступа к памяти (DMA).

На плате адаптера может располагаться микросхема постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) для создания так называемых бездисковых рабочих станций. Это компьютеры, в которых нет ни винчестера, ни флоппи- дисков. Загрузка операционной системы выполняется из сети, и выполнят ее программа, записанная в микросхеме дистанционной загрузки.

Перед тем как вставить сетевой адаптер в материнскую плату компьютера, необходимо с помощью переключателей (расположенных на плате адаптера) задать правильные значения для портов ввода/вывода, канала прерывания, базовый адрес ПЗУ дистанционной загрузки бездисковой станции.

Репитер.

Если длина сети превышает максимальную длину сегмента сети, необходимо разбить сеть на несколько (до пяти) сегментов, соединив их через репитер.

Конструктивно репитер может быть выполнен либо в виде отдельной конструкции со своим блоком питания, либо в виде платы, вставляемой в слот расширения материнской платы компьютера.

Репитер в виде отдельной конструкции стоит дороже, но он может быть использован для соединения сегментов Ethernet, выполненных как на тонком, так и на толстом кабеле, так как он имеет и коаксиальные разъемы, и разъемы для подключения трансиверного кабеля. С помощью этого репитера можно даже соединить в единую сеть сегменты, выполненные и на тонком, и на толстом кабеле.

Репитер в виде платы имеет только коаксиальные разъемы и поэтому может соединять только сегменты на тонком коаксиальном кабеле. Однако он стоит дешевле, и не требует отдельной розетки для подключения электропитания.

Один из недостатков встраиваемого в рабочую станцию репитера заключается в том, чтобы для обеспечения круглосуточной роботы сети станция с репитером также должна работать круглосуточно. При выключении питания связь между сегментами сети будет нарушена.

Функции репитера заключаются в физическом разделении сегментов сети и обеспечении восстановления пакетов, передаваемых из одного сегмента сети в другой.

Репитер повышает надежность сети, так как отказ одного сегмента
(например, обрыв кабеля) не сказывается на работе других сегментов. Однако, разумеется, через поврежденный сегмент данные проходить не могут.

Аппаратура Arcnet.

Для организации сети Arcnet необходим специальный сетевой адаптер.
Этот адаптер имеет один внешний разъем для подключения коаксиального кабеля.

Каждый адаптер Arcnet должен иметь для данной сети свой номер. Этот номер устанавливается переключателями, расположенными на адаптере, и находятся в пределах от 0 до 255.

Таблица 5. Ограничения для сети Arcnet.
***********************************************************************
Максимальная длина кабеля, который идет к активному концентратору 300 м
Минимальное расстояние между рабочими станциями, подключенными к одному кабелю 0.9 м
Максимальная длина сети по самому длинному маршруту 6 км
Максимальное расстояние между рабочей станцией и пассивным концентратором 30 м
Максимальное расстояние между активным и пассивным концентраторами 30 м
Максимальное расстояние между двумя активными концентраторами 600 м
***********************************************************************

Сетевые адаптеры рабочих станций через коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 93 Ом подключаются к специальному устройству — концентратору. Возможно также использование неэкранированной витой пары.

Концентраторы бывают пассивными (Passive Hub) и активными (Active
Hub). К одному концентратору (в зависимости от его типа) может подключаться
4,8,16 или 32 рабочих станций.

Ограничения для сети Arcnet приведены в таблице 5.

Достоинствами сети Arcnet являются низкая стоимость сетевого оборудования (по сравнению с Ethernet) и большая длина сети (до 6 км).
Однако низкая скорость передачи данных, составляющая 2.44 Мбит в секунду, ограничивает применение сети Arcnet.

Аппаратура Token-Ring.

Что касается сети Token-Ring, то ее название может ввести вас в заблуждение. Топология этой сети больше похожа на топологию звезды, чем на топологию кольца. Вместо того чтобы, соединяясь друг с другом, образовывать кольцо, рабочие станции Token-Ring подключаются радиально к концентратору типа 8228 производства IBM. Правда, концентраторов может быть несколько, и в этом случае концентраторы действительно объединяются в кольцо через специальные разъемы.

Однако если используется один концентратор, то объединяющие разъемы можно не закольцовывать.

Скорость передачи данных в сети Token-Ring может достигать 4 или 16
Мбит в секунду, однако стоимость сетевого оборудования выше, чем для сети
Ethernet. Кроме того, существуют и другие ограничения (см. таблицу 6).

Таблица 6. Ограничения для сети Token-Ring.
***********************************************************************
Максимальное количество концентраторов типа
8228 в сети 12
Минимальное количество рабочих станций в сети 96
Максимальная длина кабеля между двумя концентраторами 45 м
Максимальная длина кабеля, соединяющая все концентраторы в сети 120 м
***********************************************************************

Как видно из этой таблицы, сети Token-Ring не рассчитаны на большие расстояния. Все компьютеры должны быть расположены на одном или двух этажах здания. Более высокая стоимость оборудования с Ethernet дополнительно уменьшает привлекательность этого изделия IBM.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ.

После подключения компьютеров к сети необходимо установить на них специальное сетевое программное обеспечение. Существует два подхода к организации сетевого программного обеспечения:

— сети с централизованным управлением;

— одно-ранговые сети.

Сети с централизованным управлением.

В сети с централизованным управлением выделяются одна или несколько машин, управляющих обменом данными по сети. Диски выделенных машин, которые называются файл-серверами, доступны всем остальным компьютерам сети. На файл-серверах должна работать специальная сетевая операционная система. Обычно это мультизадачная ОS, использующая защищенный режим работы процессора.

Остальные компьютеры называются рабочими станциями. Рабочие станции имеют доступ к дискам файл-сервера и совместно используемым принтерам, но и только. С одной рабочей станции нельзя работать с дисками других рабочих станций. С одной стороны, это хорошо, так как пользователи изолированы друг от друга и не могут случайно повредить чужие данные. С другой стороны, для обмена данными пользователи вынуждены использовать диски файл-сервера, создавая для него дополнительную нагрузку.

Есть, однако, специальные программы, работающие в сети с централизованным управлением и позволяющие передавать данные непосредственно от одной рабочей станции к другой минуя файл-сервер.
Пример такой программы — программа NetLink. После ее запуска на двух рабочих станциях можно передавать файлы с диска одной станции на диск другой, аналогично тому, как копируются файлы из одного каталога в другой при помощи программы Norton Commander.

На рабочих станциях должно быть установлено специальное программное обеспечение, часто называемое сетевой оболочкой. Это обеспечение работает в среде той ОS, которая используется на данной рабочей станции, — DOS,
OS/2 и т.д.

Файл-серверы могут быть выделенными или невыделенными. В первом случае файл-сервер не может использоваться как рабочая станция и выполняет только задачи управления сетью. Во втором случае параллельно с задачей управления сетью файл-сервер выполняет обычные пользовательские программы в среде MS-DOS. Однако при этом снижается производительность файл-сервера и надежность работы всей сети в целом, так как ошибка в пользовательской программе, запущенной на файл-сервере, может привести к остановке работы всей сети. Поэтому не рекомендуется использовать невыделенные файл- серверы, особенно в ответственных случаях.

Существуют различные сетевые ОS, ориентированные на сети с централизованным управлением. Самые известные из них — Novell NetWare,
Microsoft Lan Manager (на базе OS/2), а также выполненная на базе UNIX сетевая ОS VINES.

Одно-ранговые сети.

Одно-ранговые сети не содержат в своем составе выделенных серверов.
Функции управления сетью передаются по очереди от одной рабочей станции к другой.

Как правило, рабочие станции имеют доступ к дискам (и принтерам) других рабочих станций. Такой подход облегчает совместную работу групп пользователей, но в целом производительность сети может понизиться.

Если сеть объединяет несколько рабочих станций, которые должны совместно использовать такие ресурсы, как лазерный принтер, файлы на дисках, и если требуется интенсивный обмен данными между рабочими станциями, рассматривают возможность применения недорогих одно-ранговых сетевых средств.

Одно из достоинств одно-ранговых сетей — простота обслуживания. Если для обслуживания сети на базе Novell NetWare, как правило, требуется системный администратор, то для поддержания работоспособности одно-ранговой сети не требуется специально выделенный для этого сотрудник.

Наиболее распространены такие одно-ранговые сети, как Artisoft
LANtastic, LANsmart компании D-Link Systems, Invisible Software NET-30 и
Web NOS компании Webcorp. Все эти сетевые средства реализованы как надстройки над OS MS-DOS.

Фирма Novell предложила свое решение для организации работы групп пользователей. Ее сетевая оболочка Novell NetWare Lite напоминает одно- ранговые сетевые оболочки тем, что для организации сети не требуются выделенные файл-серверы, облегчено совместное использование дисков и принтеров. Novell NetWare Lite запускается как набор резидентных программ в среде MS-DOS.

Однако Novell NetWare Lite не является одно-ранговой сетью. Скорее это сеть с централизованным управлением, в которой может быть несколько невыделенных или выделенных серверов.

В целом Novell NetWare Lite представляет достаточно удачное решение для организации небольших сетей. Кроме того, Novell NetWare Lite хорошо уживается с Novell NetWare 3.11, что позволяет комбинировать возможности сетей с централизованным управлением на базе NetWare 3.11 с удобным разделением ресурсов отдельных рабочих станций.

Из всего разнообразия сетевых OS и оболочек самые распространенные и самые интересные изделия — Novell NetWare и Microsoft Windows for
Workgroups.

Novell NetWare.

С момента своего появления сетевая OS Novell NetWare пережила множество «переизданий» и, успешно вытесняя конкурентов, захватила значительную часть рынка.

В нашей стране массовое вторжение Novell NetWare началось с версии
2.15, способной работать на доступных компьютерах с процессором 80286.
Кроме того, что тоже важно в условиях дефицита компьютеров, эта версия позволяет совмещать в одном компьютере функции файл-сервера и рабочей станции.

Следующая версия Novell NetWare для процессора 80286 — версия 2.2
-отличается от версии 2.15 большей надежностью и более удобной процедурой инсталляции. Эта OS больше всего подходит для организации небольшой сети на базе файл-сервера с процессором 80286 для решения задач совместного использования принтеров и дисковой памяти.

Для создания крупных и надежно работающих сетей больше подходит
Novell NetWare 386 версии 3.11. Эта высокопроизводительная многозадачная
OS реального времени может работать только на процессорах 80386 или
80486. Novell NetWare 386 не позволяет совмещать файл-сервер и рабочую станцию, что благоприятно сказывается на производительности и надежности сети.

Novell NetWare Lite может послужить альтернативной операционной системе Novell NetWare 2.2. Эта сетевая оболочка реализована в виде резидентных программ, она предельно проста в установке и использовании.
Но производительность ее в некоторых случаях может оказаться недостаточной.

Novell NetWare 386 версии 3.11

Сетевая операционная система (ОS) Novell NetWare 386 версии 3.11 представляет собой 32-разрядную многозадачную операционную систему реального времени, работающую в защищенном режиме процессора 80386 или
80486. Эта ОS использует все аппаратные особенности процессора 80386, поэтому она не будет работать на компьютерах с процессором 80286.

NetWare 386 является сетевой ОS с централизованным управлением. Это означает, что в сети один или несколько компьютеров используются в качестве файл-серверов. На этих компьютерах работает ОS NetWare 386.
Остальные компьютеры используются в качестве рабочих станций и на них должна быть загружена сетевая оболочка — специальная компонента NetWare для рабочих станций. Общее количество рабочих станций, подключенных к одному серверу, может достигать 250.

ОС NetWare 386 стартует из МS-DOS. Для этого необходимо запустить программу server.exe — ядро ОS. После останова NetWare 386 можно снова вернуться в среду MS-DOS, что достаточно удобно с точки зрения отладки и настройки сетевой ОS.

Как и всякая операционная система, Nowell NetWare работает с аппаратурой через драйверы. Особенностью версии NetWare 386 является возможность динамической загрузки драйверов дисковых устройств и сетевых адаптеров.

Кроме драйверов можно загружать и сразу запускать программы, выполняющие те или иные функции для обслуживания сервера и сети. Много таких программ будут работать параллельно в мультизадачном режиме. Имена запускаемых программ содержат расширение .nim (термин nim-процесс).

Параллельно работающие nim-процессы (или nim-программы) могут относиться как к самой операционной системе NetWare 386, так и к другим подсистемам, в том числе разработанным другими фирмами (не Novell). Эти процессы обычно решают такие задачи, как управление файлами, хранящимися в сервере, и сетевыми принтерами, работа с внешними коммуникационными каналами связи, управление базами данных, управление доступом к средствам файл-сервера и т.п.

При установке Novell NetWare стартовый диск файл-сервера обычно разбивают на два раздела. Первый раздел имеет размер 3-5 Мбайт, на нем находится MS-DOS, программа server.exe и некоторые другие файлы, необходимые для запуска NetWare 386 (например, драйвер диска). Второй раздел форматируется специальным образом для использования ОS NetWare 386.
В этом разделе находятся остальные модули сетевой ОS, сетевые утилиты и некоторые другие служебные каталоги. Там же могут быть размещены файлы, которые должны быть доступны для рабочих станций, подключенных к сети. В компьютере, используемом в качестве файл-сервера, можно установить два или большее количество дисков.

Рабочие станции получают доступ к данным, хранящимся на файл сервере следующим образом.

После загрузки нескольких резидентных программ, входящих в состав сетевой оболочки для MS-DOS, на рабочей стации появляется еще один диск.
Это или диск F:(если имеются локальные диски C:, D:, E:),или диск, обозначаемый следующей буквой после локального диска с учетом параметра команды «LASTDRIVE».

Пользователь оказывается в каталоге с именем LOGIN. Запустив имеющуюся в этом каталоге программу slist.exe, пользователь может увидеть список активных серверов. При помощи программы login.exe он может подключиться к одному из них, указав свое имя и пароль, которые он должен получить у администратора сети. Подключение к серверу открывает доступ к дополнительным дискам, которые являются каталогами разделов файл-сервера.
При подключении к файл-серверу на первом сетевом диске открывается доступ в каталог PUBLIC, содержащий сетевые утилиты (обычные exe-программы).

Мосты

При работе большого количества рабочих станций с одним файл-сервером производительность такой сети может оказаться невысокой. Это связано с тем, что на сервере стоит один-два диска и для удовлетворения большого количества запросов потребуются многочисленные перемещения блока головок.
Увеличение размера расширенной памяти, установленной на файл-сервере, может в некоторой степени улучшить ситуацию, так как NetWare увеличит размер дискового буфера. Однако такое решение стоит дорого и не всегда может привести к желаемому результату.

Поэтому может возникнуть необходимость установить второй файл- сервер. Сеть с двумя файл-серверами будет работать быстрее, так как теперь будет не только большее количество дисков, но и два дисковых контроллера вместо одного, а также два процессора.

Иногда выгодно полностью разделить сети, снабдив каждую своим отдельным файл-сервером. Для связи отдельных сетей в единую сеть можно использовать так называемые мосты. С помощью моста можно объединить в единое целое даже сети, использующие разные методы доступа, например
Ethernet, Arcnet, Token-Ring.

Мосты бывают внутренние и внешние.

Внутренний мост организуется следующим образом. В один файл-сервер вставляется несколько (в версии Novell NetWare 386 до четырех) сетевых адаптеров. К каждому сетевому адаптеру подключается свой сегмент сети. (При объединении сетей с разными методами доступа необходимо для каждого метода установить свой адаптер и загрузить несколько драйверов — для каждого сетевого адаптера свой).

Внешний мост требует для себя отдельного компьютера. Этот компьютер должен иметь несколько сетевых адаптеров (по одному для каждой из объединяемых сетей) и запускаться специальным программным обеспечением моста, входящим в комплект ОS Novell NetWare 386.

Транзакции.

Транзакцией называется совокупность трех действий:

— чтение данных;

— обработка данных;

— запись данных.

Применительно к файл-серверу транзакцией можно считать процесс изменения файла на сервере, когда рабочая станция сначала читает файл или его часть, а затем пишет в этот же файл.

В многопользовательской среде, к которой можно отнести локальную сеть, каждый пользователь может независимо от другого модифицировать одни и те же данные, хранящиеся на файл-сервере. Если во время такой модификации произойдет «зависание» сети или аварийное отключение электропитания, изменяемые на сервере файлы могут быть разрушены.

Для повышения надежности OS Novell NetWare 386 содержит специальную систему прослеживания транзакций TTS (Transaction Tracking System). Эта система следит за транзакциями и в случае аварии сервера при повторном его запуске ликвидирует все действия, выполненные незавершенной транзакцией. В этом случае произойдет так называемый откат транзакции.

Зеркальные диски.

Для исключения ущерба, связанного с возможным повреждением диска, в ответственных случаях используют резервирование дисков. Для резервирования дисков к одному дисковому контроллеру подключают два совершенно одинаковых винчестера и соответствующим образом настраивают
OS NetWare 386. После этого вся информация, записываемая на основной диск, будет дублироваться на втором, называемом зеркальным.

В случае повреждения основного диска можно выполнить полное восстановление данных с зеркального при помощи специальной процедуры восстановления.

Дополнительно используется так называемое горячее резервирование дорожек диска (Hot Fix). На диске выделяется область горячего резервирования. Если в процессе работы на диске обнаруживается дефектная дорожка, она динамически заменяется дорожкой из области резервирования.

Резервирование дисков и каналов.

При использовании зеркального диска есть вероятность повреждения единых для обоих дисков канала, контроллера и блока питания.

OS NetWare 386 может резервировать целиком каналы, при этом используются два контроллера, к которым соответственно подключены два диска. Для питания этих контроллеров и дисков используются два блока питания.

Горячее резервирование серверов.

Восстановление данных с зеркального диска может потребовать, в зависимости от объема диска, времени порядка нескольких часов. Иногда такая задержка в работе сети является совершенно недопустимой.

Относительно недавно фирма Novell разработала сетевую OS NetWare
System Fault Tolerance Level III (SFT III) версии 3.11. Эта OS обеспечивает горячее резервирование серверов.

Система NetWare SFT III состоит из двух серверов, соединенных между собой скоростной линией связи, с использованием специальных адаптеров MSL
(Mirrored Server Link).Эти адаптеры могут соединяться коаксиальным кабелем длиной до 33 метров или оптоволоконным кабелем длиной до 4 километров.

Выход из строя одного сервера не влечет за собой остановку работы сети — в дело автоматически включается резервный сервер. Благодаря высокоскоростному каналу связи диски резервного сервера содержат те же файлы, что и диски основного, поэтому никакого восстановления данных не требуется. Можно ремонтировать один из двух используемых серверов без остановки всей системы, что очень важно, если система должна работать круглосуточно.

Управление доступом.

Любая серьезная многопользовательская система должна содержать средства разграничения доступа к совместно используемым ресурсам. В сети
Novell NetWare такими ресурсами являются данные на файл-серверах и сетевые принтеры.

Система разграничения доступа, реализованная в NetWare 386, достаточно мощная и удобная. Все пользователи могут быть разделены системным администратором на группы. Каждая группа может иметь свои права, причем один и тот же пользователь может находиться одновременно в разных группах.

Для управления группами в Novell NetWare вводится понятие администратора группы. Администратор группы может не иметь всех прав в сети, предоставляемых только системному администратору.

В OS NetWare 386 можно предоставлять доступ как к каталогам, так и к отдельным файлам. Причем это может быть как полный доступ, так и частичный, например, администратор может разрешить только читать файл, но не писать в него. Пользователь не видит каталоги или файлы на диске, если у него нет права просмотра содержимого соответствующего каталога.

Оглавление:

Введение. 1

ФАЙЛ-СЕРВЕР И РАБОЧИЕ СТАНЦИИ 3

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА РАБОЧЕЙ СТАНЦИИ 3

ТОПОЛОГИЯ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ 4

МЕТОДЫ ДОСТУПА И ПРОТОКОЛЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ 7

Метод доступа Ethernet. 7

Метод доступа Arcnet. 8

Метод доступа Token-Ring. 8

АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ 9

Аппаратура Ethernet 9

Толстый коаксиальный кабель. 9

Тонкий коаксиальный кабель 12

Неэкранированная витая пара. 14

Сетевой адаптер Ethernet. 15

Репитер. 16

Аппаратура Arcnet. 17

Аппаратура Token-Ring. 18

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ. 20

Сети с централизованным управлением. 20

Одно-ранговые сети. 21

Novell NetWare. 23

Novell NetWare 386 версии 3.11 23

Мосты 25

Транзакции. 26

Зеркальные диски. 27

Резервирование дисков и каналов. 28

Горячее резервирование серверов. 28

Управление доступом. 29

Агрегация или наследование?

Евгений Каратаев

И снова о проектировании классов. Больная тема и место применения множества трюков. Большинство программистов используют трюки по-разному. Видимо, есть три способа их применения — 1) неосознанно, 2) осознанно, но с затруднениями при выборе способа и 3) осознанно и, более того, трюки вычисляются.

Рассмотрим вопрос выбора пути при решении задачи типа «добавление новой функциональности». Имеется модуль в виде набора классов, который по функциональности частично подходит к тому, что надо получить. Имеется задача добавить в модуль некую функциональность. Имеется нежелание много работать и иметь в последующем с полученным кодом проблемы. При желании в эти условия задачи можно, полагаю, вписать практически любую программерскую задачу.

Рассмотрим выбор между двумя вариантами действий. Первый вариант — взять имеющийся класс, максимально подходящий к требуемому и изменить его путем модификации без получения нового класса. Скажем, поправить несколько функций или добавить несколько членов класса. Второй вариант — составить новый класс, унаследованный от максимально подходящего к требуемой функциональности и дописать к наследнику что ему не хватает или переопределить часть виртуальных функций базового. Первый вариант договоримся называть агрегированием, а второй — наследованием. Рассмотрим подробнее оба варианта, абстрагируясь от выбора конкретного языка программирования и содержания классов.

При агрегации мы не получаем нового класса и для обеих задач, старой и новой, используем один и тот же класс. Агрегацию мы можем получить не только как способ решить новую задачу, но и как способ исправить ошибки в старой задаче, поскольку исправления кода автоматически влияют на старую задачу. При агрегации к классу добавляется одно или два поля, благодаря которым и происходит различение старой и новой функциональности. А именно по значению этих полей. Например, добавленное поле имеет смысл номера версии, в зависимости от значения которой в модифицированном классе различается поведение нескольких функций. Этим способом мы можем избежать рутины с большим количеством модификаций задачи. Что является типичным признаком современного проекта. Добавляем поле, и при изменениях в спецификации корректируем поведение нескольких функций. Переопределять виртуальные функции по понятным причинам нет необходимости.

При наследовании мы получаем новый класс. Возможно, несколько. Новая функциональность реализуется исключительно в новом классе и имеющийся код этого никак не замечает и продолжает работать (надеюсь, без ошибок ;). В наследнике переопределяем одну или несколько виртуальных функций и при необходимости того добавляем поля данных. Примеры, как это делать, программисты сами могут привести из своей практики.

Сведем сравнительные различия в таблицу.  

Эти пункты следует учитывать, если проектирование классов производится не спонтанно и «по живому», а более-менее ответственно. Тем более, что всегда есть время обдумать свои шаги.

Приведем реальные примеры, когда перед программистом может стоять выбор способа реализации задачи — использовать агрегирование или наследование и что будет удобнее. Вопрос в направлении действия слова «удобнее» рассматривается в основном в контексте удобства использования, поскольку качество используемого кода определяется именно удобством его использования, а не удобствами, которые испытывал программист при его написании.

Рассмотрим окна в Windows. Окна в Windows все и независимо ни от чего имеют две основные характеристики — это определение класса и функция обработки сообщений. Это пункт номер раз, который известен всем. Кроме того, окна в Windows имеют четкую градацию на 4 вида, различающиеся как деталями функции обработки сообщений, так и отношением к нему системы управления окнами. Это различие определяется функциями по умолчанию, которые вызывает программист, если не обрабатывает какие-либо сообщения. Это функции DefWindowProc, DefDialogProc, DefMDIChildProc и DefMDIFrameProc.

Классика объектно-ориентированного проектирования подсказывает, что следует, как минимум, в графе наследований предусмотреть класс, реализующий абстрактное окно. С тем, чтобы впоследствии этот класс можно было использовать для написания как этих 4 видов окон, так и произвольных контролов. В отношении уточнения поведения окна конкретного вида граф наследований класса окна в данном случае особой роли не играет. Стоит вопрос — что выбрать для реализации этих четырех видов окон — агрегацию или наследование с получением еще четырех или более классов?

Реализация как библиотек OWL, так и MFC выбрала путь наследования. Получены дополнительные классы, реализующие соответственно просто несущее окно, контрол частного вида, диалоговое окно, MDI Frame и MDI Child (как сказал Пушкин, «… прости, не знаю как перевести.»). В результате для использования каждого из этих классов требуется кроме общего кода, оперирующего базовым классом окна, частный код, который может быть вызван только для конкретных классов. Там, где используется специфика MDI Child, может быть использован код только для него. Более того — код вызова, специфичный для MDI Child, может пользоваться только этим классом либо его наследником.

Программист, использующий библиотеку классов, обязывается при написании программы создавать наследника соответствующего класса. Таким образом, специфика окон в таком подходе проектирования вылилась не только в код специальных классов, но и в существование кода, применимого только к данному классу и существующему вне его. Этот факт нашел отражение в том, что встроенные в среды разработки Borland C++ и Visual C++ мастера классов при попытке создания новых классов, несущих прикладную нагрузку, обязательно требуют указания базового класса и последующую модификацию производят с учетом этих нескольких базовых классов. Унифицированный визуальный дизайнер окон в таком подходе представляет собой либо практически нереализуемую задачу, либо является объединением 4-х дизайнеров. В обеих этих средах более-менее полноценно реализовано визуальное редактирование лишь для диалоговых окон.

Реализация библиотеки VCL пошла по пути агрегирования возможностей и написания базового класса (TForm) таким образом, что различие между 4-мя видами окон сводится к указанию значения поля данных. При этом код класса содержит код для всех 4-х видов окон. Становится невозможно построение программы, использующей только диалоговые окна и не содержащей кода поддержки MDI. При этом становится возможным использование единого визуального дизайнера для редактирования всех 4-х видов окон. Наличие же функций поддержки MDI у объекта, используемого в качестве диалогового окна мало кого смущает, поскольку эти функции для диалоговых окон просто не приходит в голову вызывать. Более того — у программиста есть уверенность, что то, что он проектирует в качестве обычного всплывающего окна в интерфейсе SDI, всегда можно будет использовать так же в качестве и MDI Frame, и MDI Child, и простого модального диалога. Более того, сохраняется возможность менять показ этого окна в зависимости от состояния программы. Например, в некоторых случаях MDI Child должен быть показан в модальном режиме.

Плюсы и минусы выбора графа наследования видны уже на конкретном приведенном примере. В иных случаях следует определяться с выбором, исходя из конкретной задачи. Что интересно, на выбор может оказать влияние знание не только имеющейся задачи и ее целей, но и последующих перспектив работы. Как показала практика применения вышеупомянутых средств разработки, то есть Borland C++ / Visual C++ и Delphi / Borland C++ Builder, на первых двух успешно строились долго разрабатываемые проекты, сложные по своей организации и слабо зависящие от разнообразия интерфейса (либо получившиеся такими). Вторые два средства использовались для действительно быстрой и качественной разработки проектов, имеющих развитые интерфейсные средства. Сама возможность применения единого визуального дизайнера окон явилась своего рода катализатором возникновения сообщества компонентного подхода.

Следует отметить, что компонентный подход, применяемый в Visual C++ (ActiveX), зарекомендовал себя в качестве более инертного. Наследование дельфийских компонентов и переопределение их виртуальных функций выполнить гораздо проще, чем наследование и переопределение виртуальных функций ActiveX контролов. Второе выполнить просто невозможно, поскольку следует наследовать не класс с частично реализованным поведением, а интерфейсы, вообще не содержащие реализации. Если эмулировать поведение похожего класса еще возможно, то слегка переопределить его виртуальные функции — уже большая спортивная проблема. Остается разве что полностью инкапсулировать исходный класс в качестве свойства и полностью переопределять реализуемые им интерфейсы делегируя их реализацию этому инкапсулированному объекту.

Какие выводы / рекомендации можно сделать для себя? Если нужно сделать несколько объектов, которые различаются несущественно и имеют массу общего, то хорошим выбором может быть использование агрегирования свойств и изменения необходимых функций с учетом их состояния. Если архитектура программы по своему строению использует массу объектов, которые видны этой архитектуре совершенно безотносительно свойств, которыми они различаются, и методы, которыми эти объекты различаются, существенны, то скорее всего следует выбрать путь наследования.

Как можно определить, что отнести в добавляемым свойствам при агрегировании, а что к добавляемым / переопределяемым при наследовании?

Возьмем и нарисуем квадратики / кружки, соответствующие различным понятиям. В них выделим свойства и методы. После чего сгруппируем те квадратики, которые имеют общие свойства и методы. Это пересечение свойств / методов следует выделить в новый квадратик и назвать его базовым, а те квадратики, которые объединялись, назвать наследниками этого базового. И оставить в качестве дополнения к наследованным то, что не попало в пересечение. Теперь стоит вопрос — какой путь выбрать? Если оставить все как есть, то получится вариант проектирования новых классов путем наследования. Если интересует вопрос получения новых классов путем агрегирования, то квадратики следует объединить в один или более. В полученный укрупненный квадратик каждый из вошедших в него внесет что-то свое.

Следует посмотреть, можно ли часть свойств находящихся в объединении, но не находящихся в пересечении, объединить в одно или более. Являются ли они взаимоисключающими? Могут ли они представлять состояние объекта получаемого класса? Если да, то вероятность успешной агрегации весьма высока. Наличие в получаемом классе свойств и методов, возможность использования которых может зависеть не от класса объекта, а от состояния других свойств, не должна пугать. Просто надо корректно написать код обработки и в одних случаях игнорировать неправильные обращения, в других генерировать ошибку. Например, в библиотеке VCL для формы можно одновременно указать стиль заголовка и его отсутствие. Этот парадокс решается просто — если окно без заголовка, то стиль заголовка игнорируется.

При этом не следует выбирать для себя только один стиль проектирования на всю жизнь и только его и придерживаться. Это может нанести ущерб в ситуации, когда было бы лучше выбрать другой. Просто ими обоими надо владеть.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://karataev.nm.ru/

Стандарты технологии . Форматы кадров технологии Ethernet

Стандарты технологии Ethernet

Ethernet — это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, использующих в настоящее время Ethernet, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих с установленными сетевыми адаптерами Ethernet — в 50 миллионов.

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии. В более узком смысле, Ethernet — это сетевой стандарт, основанный на технологиях экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году (еще до появления персонального компьютера). Метод доступа был опробован еще раньше: во второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского университета использовались различные варианты случайного доступа к общей радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля. Поэтому стандарт Ethernet иногда называют стандартом DIX по заглавным буквам названий фирм.

Рис. 1. Примитивы уровня LLC
а, в, с — без установления соединения, d — с установлением соединения

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые различия все же имеются. В то время, как в стандарте IEEE 802.3 различаются уровни MAC и LLC, в оригинальном Ethernet оба эти уровня объединены в единый канальный уровень. В Ethernet определяется протокол тестирования конфигурации (Ethernet Configuration Test Protocol), который отсутствует в IEEE 802.3. Несколько отличается и формат кадра, хотя минимальные и максимальные размеры кадров в этих стандартах совпадают.

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет различные модификации — 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-F.

Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet используется манчестерский код.

Все виды стандартов Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных — метод CSMA/CD.

Метод доступа CSMA/CD

В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).

Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Простота схемы подключения — это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (multiply-access,MA).

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Затем кадр передается по кабелю. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции-источника также включен в исходный кадр, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.

При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общему кабелю (рис. 3). Для уменьшения вероятности этой ситуации непосредственно перед отправкой кадра передающая станция слушает кабель (то есть принимает и анализирует возникающие на нем электрические сигналы), чтобы обнаружить, не передается ли уже по кабелю кадр данных от другой станции. Если опознается несущая (carrier-sense, CS), то станция откладывает передачу своего кадра до окончания чужой передачи, и только потом пытается вновь его передать. Но даже при таком алгоритме две станции одновременно могут решить, что по шине в данный момент времени нет передачи, и начать одновременно передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия, так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле, что приводит к искажению информации.

Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии (collision detection, CD). Для увеличения вероятности немедленного обнаружения коллизии всеми станциями сети, ситуация коллизии усиливается посылкой в сеть станциями, начавшими передачу своих кадров, специальной последовательности битов, называемой jam-последовательностью.

После обнаружения коллизии передающая станция обязана прекратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, а затем может снова сделать попытку передачи кадра.

Из описания метода доступа видно, что он носит вероятностный характер, и вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды зависит от загруженности сети, то есть от интенсивности возникновения в станциях потребности передачи кадров. При разработке этого метода предполагалось, что скорость передачи данных в 10 Мб/с очень высока по сравнению с потребностями компьютеров во взаимном обмене данными, поэтому загрузка сети будет всегда небольшой. Это предположение остается часто справедливым и по сей день, однако уже появились приложения, работающие в реальном масштабе времени с мультимедийной информацией, для которых требуются гораздо более высокие скорости передачи данных. Поэтому наряду с классическим Ethernet’ом растет потребность и в новых высокоскоростных технологиях.

Метод CSMA/CD определяет основные временные и логические соотношения, гарантирующие корректную работу всех станций в сети:

Между двумя последовательно передаваемыми по общей шине кадрами информации должна выдерживаться пауза в 9.6 мкс; эта пауза нужна для приведения в исходное состояние сетевых адаптеров узлов, а также для предотвращения монопольного захвата среды передачи данных одной станцией.

При обнаружении коллизии (условия ее обнаружения зависят от применяемой физической среды) станция выдает в среду специальную 32-х битную последовательность (jam-последовательность), усиливающую явление коллизии для более надежного распознавания ее всеми узлами сети.

После обнаружения коллизии каждый узел, который передавал кадр и столкнулся с коллизией, после некоторой задержки пытается повторно передать свой кадр. Узел делает максимально 16 попыток передачи этого кадра информации, после чего отказывается от его передачи. Величина задержки выбирается как равномерно распределенное случайное число из интервала, длина которого экспоненциально увеличивается с каждой попыткой. Такой алгоритм выбора величины задержки снижает вероятность коллизий и уменьшает интенсивность выдачи кадров в сеть при ее высокой загрузке.

Рис. 3. Схема возникновения коллизии в методе случайного доступа CSMA/CD
(tp — задержка распространения сигнала между станциями A и B)

Четкое распознавание коллизий всеми станциями сети является необходимым условием корректной работы сети Ethernet. Если какая-либо передающая станция не распознает коллизию и решит, что кадр данных ею передан верно, то этот кадр данных будет утерян, так как информация кадра исказится из-за наложения сигналов при коллизии, он будет отбракован принимающей станцией (скорее всего из-за несовпадения контрольной суммы). Конечно, скорее всего искаженная информация будет повторно передана каким-либо протоколом верхнего уровня, например, транспортным или прикладным, работающим с установлением соединения и нумерацией своих сообщений. Но повторная передача сообщения протоколами верхних уровней произойдет через гораздо более длительный интервал времени (десятки секунд) по сравнению с микросекундными интервалами, которыми оперирует протокол Ethernet. Поэтому, если коллизии не будут надежно распознаваться узлами сети Ethernet, то это приведет к заметному снижению полезной пропускной способности данной сети.

Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. Именно для этого минимальная длина поля данных кадра должна быть не менее 46 байт (что вместе со служебными полями дает минимальную длину кадра в 72 байта или 576 бит). Длина кабельной системы выбирается таким образом, чтобы за время передачи кадра минимальной длины сигнал коллизии успел бы распространиться до самого дальнего узла сети. Поэтому для скорости передачи данных 10 Мб/с, используемой в стандартах Ethernet, максимальное расстояние между двумя любыми узлами сети не должно превышать 2500 метров.

С увеличением скорости передачи кадров, что имеет место в новых стандартах, базирующихся на том же методе доступа CSMA/CD, например, Fast Ethernet, максимальная длина сети уменьшается пропорционально увеличению скорости передачи. В стандарте Fast Ethernet она составляет 210 м, а в гигабитном Ethernet ограничена 25 метрами.

Независимо от реализации физической среды, все сети Ethernet должны удовлетворять двум ограничениям, связанным с методом доступа:

максимальное расстояние между двумя любыми узлами не должно превышать 2500 м,

в сети не должно быть более 1024 узлов.

Кроме того, каждый вариант физической среды добавляет к этим ограничениям свои ограничения, которые также должны выполняться.

Уточним основные параметры операций передачи и приема кадров Ethernet, кратко описанные выше.

Станция, которая хочет передать кадр, должна сначала с помощью MAC-узла упаковать данные в кадр соответствующего формата. Затем для предотвращения смешения сигналов с сигналами другой передающей станции, MAC-узел должен прослушивать электрические сигналы на кабеле и в случае обнаружения несущей частоты 10 МГц отложить передачу своего кадра. После окончания передачи по кабелю станция должна выждать небольшую дополнительную паузу, называемую межкадровым интервалом (interframe gap), что позволяет узлу назначения принять и обработать передаваемый кадр, и после этого начать передачу своего кадра.

Одновременно с передачей битов кадра приемно-передающее устройство узла следит за принимаемыми по общему кабелю битами, чтобы вовремя обнаружить коллизию. Если коллизия не обнаружена, то передается весь кадр, поле чего MAC-уровень узла готов принять кадр из сети либо от LLC-уровня.

Если же фиксируется коллизия, то MAC-узел прекращает передачу кадра и посылает jam-последовательность, усиливающую состояние коллизии. После посылки в сеть jam-последовательности MAC-узел делает случайную паузу и повторно пытается передать свой кадр.

В случае повторных коллизий существует максимально возможное число попыток повторной передачи кадра (attempt limit), которое равно 16. При достижении этого предела фиксируется ошибка передачи кадра, сообщение о которой передается протоколу верхнего уровня.

Для того, чтобы уменьшить интенсивность коллизий, каждый MAC-узел с каждой новой попыткой случайным образом увеличивает длительность паузы между попытками. Временное расписание длительности паузы определяется на основе усеченного двоичного экспоненциального алгоритма отсрочки (truncated binary exponential backoff). Пауза всегда составляет целое число так называемых интервалов отсрочки.

Интервал отсрочки (slot time) — это время, в течение которого станция гарантированно может узнать, что в сети нет коллизии. Это время тесно связано с другим важным временным параметром сети — окном коллизий (collision window). Окно коллизий равно времени двукратного прохождения сигнала между самыми удаленными узлами сети — наихудшему случаю задержки, при которой станция еще может обнаружить, что произошла коллизия. Интервал отсрочки выбирается равным величине окна коллизий плюс некоторая дополнительная величина задержки для гарантии:

интервал отсрочки = окно коллизий + дополнительная задержка

В стандартах 802.3 большинство временных интервалов измеряется в количестве межбитовых интервалов, величина которых для битовой скорости 10 Мб/с составляет 0.1 мкс и равна времени передачи одного бита.

Величина интервала отсрочки в стандарте 802.3 определена равной 512 битовым интервалам, и эта величина рассчитана для максимальной длины коаксиального кабеля в 2.5 км. Величина 512 определяет и минимальную длину кадра в 64 байта, так как при кадрах меньшей длины станция может передать кадр и не успеть заметить факт возникновения коллизии из-за того, что искаженные коллизией сигналы дойдут до станции в наихудшем случае после завершения передачи. Такой кадр будет просто потерян.

Время паузы после N-ой коллизии полагается равным L интервалам отсрочки, где L — случайное целое число, равномерно распределенное в диапазоне [0, 2N]. Величина диапазона растет только до 10 попытки (напомним, что их не может быть больше 16), а далее диапазон остается равным [0, 210], то есть [0, 1024]. Значения основных параметров процедуры передачи кадра стандарта 802.3 приведено в таблице 1.

Таблица 1.

Учитывая приведенные параметры, нетрудно рассчитать максимальную производительность сегмента Ethernet в таких единицах, как число переданных пакетов минимальной длины в секунду (packets-per-second, pps). Количество обрабатываемых пакетов Ethernet в секунду часто используется при указании внутренней производительности мостов и маршрутизаторов, вносящих дополнительные задержки при обмене между узлами. Поэтому интересно знать чистую максимальную производительность сегмента Ethernet в идеальном случае, когда на кабеле нет коллизий и нет дополнительных задержек, вносимых мостами и маршрутизаторами.

Так как размер пакета минимальной длины вместе с преамбулой составляет 64+8 = 72 байта или 576 битов, то на его передачу затрачивается 57.6 мкс. Прибавив межкадровый интервал в 9.6 мкс, получаем, что период следования минимальных пакетов равен 67.2 мкс. Это соответствует максимально возможной пропускной способности сегмента Ethernet в 14880 п/с.

Форматы кадров технологии Ethernet

Стандарт на технологию Ethernet, описанный в документе 802.3, дает описание единственного формата кадра МАС-уровня. Так как в кадр МАС-уровня должен вкладываться кадр уровня LLC, описанный в документе 802.2, то по стандартам IEEE в сети Ethernet может использоваться только единственный вариант кадра канального уровня, образованный комбинацией заголовков МАС и LLC подуровней. Тем не менее, на практике в сетях Ethernet на канальном уровне используются заголовки 4-х типов. Это связано с длительной историей развития технологии Ethernet до принятия стандартов IEEE 802, когда подуровень LLC не выделялся из общего протокола и, соответственно, заголовок LLC не применялся. Затем, после принятия стандартов IEEE и появления двух несовместимых форматов кадров канального уровня, была сделана попытка приведения этих форматов к некоторому общему знаменателю, что привело еще к одному варианту кадра.

Различия в форматах кадров могут иногда приводить к несовместимости аппаратуры, рассчитанной на работу только с одним стандартом, хотя большинство сетевых адаптеров, мостов и маршрутизаторов умеет работать со всеми используемыми на практике форматами кадров технологии Ethernet.

Ниже приводится описание всех четырех модификаций заголовков кадров Ethernet (причем под заголовком кадра понимается весь набор полей, которые относятся к канальному уровню):

Кадр 802.3/LLC (или кадр Novell 802.2)

Кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3)

Кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II)

Кадр Ethernet SNAP

Заголовок кадра 802.3/LLC является результатом объединения полей заголовков кадров, определенных в стандартах 802.3 и 802.2.

Стандарт 802.3 определяет восемь полей заголовка:

Поле преамбулы состоит из семи байтов синхронизирующих данных. Каждый байт содержит одну и ту же последовательность битов — 10101010. При манчестерском кодировании эта комбинация представляется в физической среде периодическим волновым сигналом. Преамбула используется для того, чтобы дать время и возможность схемам приемопередатчиков (transceiver) прийти в устойчивый синхронизм с принимаемыми тактовыми сигналами.

Начальный ограничитель кадра состоит из одного байта с набором битов 10101011. Появление этой комбинации является указанием на предстоящий прием кадра.

Адрес получателя — может быть длиной 2 или 6 байтов (MAC-адрес получателя). Первый бит адреса получателя — это признак того, является адрес индивидуальным или групповым: если 0, то адрес указывает на определенную станцию, если 1, то это групповой адрес нескольких (возможно всех) станций сети. При широковещательной адресации все биты поля адреса устанавливаются в 1. Общепринятым является использование 6-байтовых адресов.

Адрес отправителя — 2-х или 6-ти байтовое поле, содержащее адрес станции отправителя. Первый бит — всегда имеет значение 0.

Двухбайтовое поле длины определяет длину поля данных в кадре.

Поле данных может содержать от 0 до 1500 байт. Но если длина поля меньше 46 байт, то используется следующее поле — поле заполнения, чтобы дополнить кадр до минимально допустимой длины.

Поле заполнения состоит из такого количества байтов заполнителей, которое обеспечивает определенную минимальную длину поля данных (46 байт). Это обеспечивает корректную работу механизма обнаружения коллизий. Если длина поля данных достаточна, то поле заполнения в кадре не появляется.

Поле контрольной суммы — 4 байта, содержащие значение, которое вычисляется по определенному алгоритму (полиному CRC-32). После получения кадра рабочая станция выполняет собственное вычисление контрольной суммы для этого кадра, сравнивает полученное значение со значением поля контрольной суммы и, таким образом, определяет, не искажен ли полученный кадр.

Кадр 802.3 является кадром MAС-подуровня, в соответствии со стандартом 802.2 в его поле данных вкладывается кадр подуровня LLC с удаленными флагами начала и конца кадра. Формат кадра LLC был описан выше.

Результирующий кадр 802.3/LLC изображен в левой части рисунка 4. Так как кадр LLC имеет заголовок длиной 3 байта, то максимальный размер поля данных уменьшается до 1497 байт.

Рис. 4. Форматы кадров Ethernet

Справа на этом рисунке приведен кадр, который называют кадром Raw 802.3 (то есть «грубый» вариант 802.3) или же кадром Novell 802.3. Из рисунка видно, что это кадр MAC-подуровня стандарта 802.3, но без вложенного кадра подуровня LLC. Компания Novell долгое время не использовала служебные поля кадра LLC в своей операционной системе NetWare из-за отсутствия необходимости идентифицировать тип информации, вложенной в поле данных — там всегда находился пакет протокола IPX, долгое время бывшего единственным протоколом сетевого уровня в ОС NetWare.

Теперь, когда необходимость идентификации протокола верхнего уровня появилась, компания Novell стала использовать возможность инкапсуляции в кадр MAC-подуровня кадра LLC, то есть использовать стандартные кадры 802.3/LLC. Такой кадр компания обозначает теперь в своих операционных системах как кадр 802.2, хотя он является комбинацией заголовков 802.3 и 802.2.

Кадр стандарта Ethernet DIX, называемый также кадром Ethernet II, похож на кадр Raw 802.3 тем, что он также не использует заголовки подуровня LLC, но отличается тем, что на месте поля длины в нем определено поле типа протокола (поле Type). Это поле предназначено для тех же целей, что и поля DSAP и SSAP кадра LLC — для указания типа протокола верхнего уровня, вложившего свой пакет в поле данных этого кадра. Для кодирования типа протокола используются значения, превышающие значение максимальной длины поля данных, равное 1500, поэтому кадры Ethernet II и 802.3 легко различимы.

Еще одним популярным форматом кадра является кадр Ethernet SNAP (SNAP — SubNetwork Access Protocol, протокол доступа к подсетям). Кадр Ethernet SNAP определен в стандарте 802.2H и представляет собой расширение кадра 802.3 путем введения дополнительного поля идентификатора организации, которое может использоваться для ограничения доступа к сети компьютеров других организаций.

В таблице 2 приведены данные о том, какие типы кадров Ethernet обычно поддерживают реализации популярных протоколов сетевого уровня.

Таблица 2

Спецификации физической среды Ethernet

Исторически первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0.5 дюйма. В дальнейшем были определены и другие спецификации физического уровня для стандарта Ethernet, позволяющие использовать различные среды передачи данных в качестве общей шины. Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры Ethernet остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды.

Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных:

10Base-5 — коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, называемый «толстым» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента — 500 метров (без повторителей).

10Base-2 — коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, называемый «тонким» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента — 185 метров (без повторителей).

10Base-T — кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию с концентратором. Расстояние между концентратором и конечным узлом — не более 100 м.

10Base-F — оптоволоконный кабель. Топология аналогична стандарту на витой паре. Имеется несколько вариантов этой спецификации — FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB.

Число 10 обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов — 10 Мб/с, а слово Base — метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от стандартов, использующих несколько несущих частот, которые называются broadband — широкополосными).

Стандарт 10Base-5

Стандарт 10Base-5 соответствует экспериментальной сети Ethernet фирмы Xerox и может считаться классическим Ethernet’ом. Он использует в качестве среды передачи данных коаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 2,17 мм и внешним диаметром около 10 мм («толстый» Ethernet).

Кабель используется как моноканал для всех станций. Сегмент кабеля имеет максимальную длину 500 м (без повторителей) и должен иметь на концах согласующие терминаторы сопротивлением 50 Ом, поглощающие распространяющиеся по кабелю сигналы и препятствующие возникновению отраженных сигналов.

Различные компоненты сети, выполненной на толстом коаксиале, показаны на рисунке 5.

Станция должна подключаться к кабелю при помощи приемопередатчика — трансивера. Трансивер устанавливается непосредственно на кабеле и питается от сетевого адаптера компьютера (рис. 6). Трансивер может подсоединяться к кабелю как методом прокалывания, обеспечивающим непосредственный физический контакт, так и бесконтактным методом.

Трансивер соединяется с сетевым адаптером интерфейсным кабелем AUI (Attachment Unit Interface) длиной до 50 м, состоящим из 4 витых пар (адаптер должен иметь разъем AUI). Допускается подключение к одному сегменту не более 100 трансиверов, причем расстояние между подключениями трансиверов не должно быть меньше 2.5 м.

Рис. 5. Компоненты физического уровня сети стандарта
10 Base-5, состоящей из двух сегментов

Трансивер — это часть сетевого адаптера, которая выполняет следующие функции:

прием и передача данных с кабеля на кабель,

определение коллизий на кабеле,

электрическая развязка между кабелем и остальной частью адаптера,

защита кабеля от некорректной работы адаптера.

Последнюю функцию часто называют контролем болтливости (jabber control). При возникновении неисправностей в адаптере может возникнуть ситуация, когда на кабель будет непрерывно выдаваться последовательность случайных сигналов. Так как кабель — это общая среда для всех станций, то работа сети будет заблокирована одним неисправным адаптером. Чтобы этого не случилось, на выходе передатчика ставится схема, которая проверяет количество битов, переданных в пакете. Если максимальная длина пакета превышается, то эта схема просто отсоединяет выход передатчика от кабеля.

Упрощенная структурная схема трансивера показана на рисунке 7. Детектор коллизий определяет наличие коллизии в коаксиальном кабеле по повышенному уровню постоянной составляющей сигналов. Если постоянная составляющая превышает определенный порог, то значит на кабель работает более чем один передатчик.

К достоинствам стандарта 10Base-5 относятся:

хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий,

сравнительно большое расстояние между узлами,

возможность простого перемещения рабочей станции в пределах длины кабеля AUI.

Рис. 7. Структурная схема трансивера

К недостаткам следует отнести:

высокую стоимость кабеля,

сложность его прокладки из-за большой жесткости,

наличие специального инструмента для заделки кабеля,

при повреждении кабеля или плохом соединении происходит останов работы всей сети,

необходимо заранее предусмотреть подводку кабеля ко всем возможным местам установки компьютеров.

Стандарт 10Base-2

Стандарт 10Base-2 использует в качестве передающей среды коаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 0,89 мм и внешним диаметром около 5 мм («тонкий» Ethernet, волновое сопротивление кабеля 50 Ом). Максимальная длина сегмента без повторителей составляет 185 м, сегмент должен иметь на концах согласующие терминаторы 50 Ом.

Станции подключаются к кабелю с помощью T-коннектора, который представляет из себя тройник, один отвод которого соединяется с сетевым адаптером, а два других — с двумя концами разрыва кабеля. Максимальное количество станций, подключаемых к одному сегменту, 30. Минимальное расстояние между станциями — 1 м.

Этот стандарт очень близок к стандарту 10Base-5. Но трансиверы в нем объединены с сетевыми адаптерами за счет того, что более гибкий тонкий коаксиальный кабель может быть подведен непосредственно к выходному разъему платы сетевого адаптера, установленной в шасси компьютера. Кабель в данном случае «висит» на сетевом адаптере, что затрудняет физическое перемещение компьютеров.

Топология сегмента сети стандарта 10Base-2 показана на рисунке 8.

Рис. 8. Сеть стандарта 10Base-2

Реализация этого стандарта на практике приводит к наиболее простому решению для кабельной сети, так как для соединения компьютеров требуются только сетевые адаптеры и Т-коннекторы. Однако этот вид кабельных соединений наиболее сильно подвержен авариям и сбоям: кабель восприимчив к помехам, в моноканале имеется большое количество механических соединений (каждый T-коннектор дает три механических соединения, два из которых имеют жизненно важное значение для всей сети), пользователи имеют доступ к разъемам и могут нарушить целостность моноканала. Кроме того, эстетика и эргономичность этого решения оставляют желать лучшего, так как от каждой станции через T-коннектор отходят два довольно заметных провода, которые под столом часто образуют моток кабеля — запас, необходимый на случай даже небольшого перемещения рабочего места.

Общим недостатком стандартов 10Base-5 и 10Base-2 является отсутствие оперативной информации о состоянии моноканала. Повреждение кабеля обнаруживается сразу же (сеть престает работать), но для поиска отказавшего отрезка кабеля необходим специальный прибор — кабельный тестер.

Стандарт 10Base-T

Стандарт принят в 1991 году как дополнение к существующему набору стандартов Ethernet и имеет обозначение 802.3i.

Использует в качестве среды двойную неэкранированную витую пару (Unshielded Twisted Pair, UTP). Соединения станций осуществляются по топологии «точка — точка» со специальным устройством — многопортовым повторителем с помощью двух витых пар. Одна витая пара используется для передачи данных от станции к повторителю (выход Tx сетевого адаптера), а другая — для передачи данных от повторителя станции (вход Rx сетевого адаптера). На рисунке 9 показан пример трехпортового повторителя.

Многопортовые повторители в данном случае обычно называются концентраторами (англоязычные термины — hub или concentrator). Концентратор осуществляет функции повторителя сигналов на всех отрезках витых пар, подключенных к его портам, так что образуется единая среда передачи данных — моноканал (шина). Повторитель обнаруживает коллизию в сегменте в случае одновременной передачи сигналов по нескольким своим Rx входам и посылает jam-последовательность на все свои Tx выходы. Стандарт определяет битовую скорость передачи данных 10 Мб/с и максимальное расстояние отрезка витой пары между двумя непосредственно связанными узлами (станциями и концентраторами) не более 100 м при использовании витой пары качества не ниже категории 3.

_

Рис. 9. Сеть 10Base-T — один домен коллизий
Tx — передатчик, Rx — приемник

Возможно иерархическое соединение концентраторов в дерево (рис. 10). Для обеспечения синхронизации станций при реализации процедур доступа CSMA/CD и надежного распознавания станциями коллизий в стандарте определено максимально число концентраторов между любыми двумя станциями сети.

Рис. 2.10. Повторители (концентраторы)

Общее количество станций в сети 10Base-T не должно превышать 1024.

Сети, построенные на основе стандарта 10Base-T, обладают по сравнению с коаксиальными вариантами Ethernet’а многими преимуществами. Эти преимущества связаны с разделением общего физического кабеля на отдельные кабельные отрезки, подключенные к центральному коммуникационному устройству. И хотя логически эти отрезки попрежнему образуют общий домен коллизий, их физическое разделение позволяет контролировать их состояние и отключать в случае обрыва, короткого замыкания или неисправности сетевого адаптера на индивидуальной основе. Это обстоятельство существенно облегчает эксплуатацию больших сетей Ethernet, так как концентратор обычно автоматически выполняет такие функции, уведомляя при этом администратора сети о возникшей проблеме.

Стандарт 10Base-F

Стандарт 10Base-F использует в качестве среды передачи данных оптоволокно. Функционально сеть стандарта 10Base-F состоит из тех же элементов, что и сеть стандарта 10Base-T — сетевых адаптеров, многопортового повторителя и отрезков кабеля, соединяющих адаптер с портом повторителя. Как и при использовании витой пары, для соединения адаптера с повторителем используется два оптоволокна — одно соединяет выход Tx адаптера со входом Rx повторителя, а другое — вход Rx адаптера с выходом Tx повторителя.

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) — это первый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet. Он гарантирует длину оптоволоконной связи между повторителями до 1 км при общей длине сети не более 2500 м. Максимальное число повторителей — 4.

Стандарт 10Base-FL предназначен для соединения конечных узлов с концентратором и работает с сегментами оптоволокна длиной не более 2000 м при общей длине сети не более 2500 м. Максимальное число повторителей — 4.

Стандарт 10Base-FB предназначен для магистрального соединения повторителей. Он позволяет иметь в сети до 5 повторителей при максимальной длине одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м. Повторители, соединенные по стандарту 10Base-FB постоянно обмениваются специальными последовательностями сигналов, отличающимися от сигналов кадров данных, для обнаружения отказов своих портов. Поэтому, концентраторы стандарта 10Base-FB могут поддерживать резервные связи, переходя на резервный порт при обнаружении отказа основного с помощью тестовых специальных сигналов. Концентраторы этого стандарта передают как данные, так и сигналы простоя линии синхронно, поэтому биты синхронизации кадра не нужны и не передаются. Стандарт 10Base-FB поэтому называют также синхронный Ethernet.

Стандарты 10Base-FL и 10Base-FB не совместимы между собой.

Правило 4-х повторителей

При описании топологии сети стандарта 10Base-5 приводились ограничения на длину одного непрерывного отрезка коаксиального кабеля, используемого в качестве общей шины передачи данных для всех станций сети. Отрезок кабеля, завершающийся на обоих концах терминаторами и имеющий общую длину не более 500 м называется физическим сегментом сети. Однако при расчете окна коллизий общая максимальная длина сети 10Base-5 считалась равной 2500 м. Противоречия здесь нет, так как стандарт 10Base-5 (впрочем как и остальные стандарты физического уровня Ethernet) допускает соединение нескольких сегментов коаксиального кабеля с помощью повторителей, которые обеспечивают увеличение общей длины сети.

Повторитель соединяет два сегмента коаксиального кабеля и выполняет функции регенерации электрической формы сигналов и их синхронизации (retiming). Повторитель прозрачен для станций, он обязан передавать кадры без искажений, модификации, потери или дублирования. Имеются ограничения на максимально допустимые величины дополнительных задержек распространения битов нормального кадра через повторитель, а также битов jam-последовательности, которую повторитель обязан передать на все подключенные к нему сегменты при обнаружении коллизии на одном из них. Воспроизведение коллизии на всех подключенных к повторителю сегментах — одна из его основных функций. Говорят, что сегменты, соединенные повторителями, образуют один домен коллизий (collision domain).

Повторитель состоит из трансиверов, подключаемых к коаксиальным сегментам, а также блока повторения, выполняющего основные функции повторителя.

На рисунке 5 показан пример сети, состоящей из двух сегментов, соединенных одним повторителем.

В общем случае стандарт 10Base-5 допускает использование до 4-х повторителей, соединяющих в этом случае 5 сегментов длиной до 500 метров каждый, если используемые повторители удовлетворяют ограничениям на допустимые величины задержек сигналов. При этом общая длина сети будет составлять 2500 м, и такая конфигурация гарантирует правильное обнаружение коллизии крайними станциями сети. Только 3 сегмента из 5 могут быть нагруженными, то есть сегментами с подключенными к ним трансиверами конечных станций.

Правила 4-х повторителей и максимальной длины каждого из сегментов легко использовать на практике для определения корректности конфигурации сети. Однако эти правила применимы только тогда, когда все соединяемые сегменты представляют собой одну физическую среду, то есть в нашем случае толстый коаксиальный кабель, а все повторители также удовлетворяют требованиям физического стандарта 10Base-5. Аналогичные простые правила существуют и для сетей, все сегменты которых удовлетворяют требованиям другого физического стандарта, например, 10Base-T или 10Base-F. Однако для смешанных случаев, когда в одной сети Ethernet присутствуют сегменты различных физических стандартов, правила, основанные только на количестве повторителей и максимальных длинных сегментов становятся более запутанными. Поэтому более надежно рассчитывать время полного оборота сигнала по смешанной сети с учетом задержек в каждом типе сегментов и в каждом типе повторителей и сравнивать его с максимально допустимым временем, которое для любых сетей Ethernet с битовой скоростью 10 Мб/с не должно превышать 575 битовых интервалов (количество битовых интервалов в пакете минимальной длины с учетом преамбулы). Примеры таких расчетов будут даны после рассмотрения всех физических стандартов Ethernet.

Методика расчета конфигурации сети Ethernet

Для того, чтобы сеть Ethernet, состоящая из сегментов различной физической природы, работала корректно, необходимо, чтобы выполнялись три основных условия:

Количество станций в сети не превышает 1024 (с учетом ограничений для коаксиальных сегментов).

Удвоенная задержка распространения сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не превышает 575 битовых интервалов.

Сокращение межкадрового расстояния (Interpacket Gap Shrinkage) при прохождении последовательности кадров через все повторители не более, чем на 49 битовых интервалов (напомним, что при отправке кадров станция обеспечивает начальное межкадровое расстояние в 96 битовых интервалов).

Соблюдение этих требований обеспечивает корректность работы сети даже в случаях, когда нарушаются простые правила конфигурирования, определяющие максимальное количество повторителей и максимальную длину сегментов каждого типа.

Физический смысл ограничения задержки распространения сигнала по сети уже пояснялся — соблюдение этого требования обеспечивает своевременное обнаружение коллизий.

Требование на минимальное межкадровое расстояние связано с тем, что при прохождении кадра через повторитель это расстояние уменьшается. Каждый пакет, принимаемый повторителем, ресинхронизируется для исключения дрожания сигналов, накопленного при прохождении последовательности импульсов по кабелю и через интерфейсные схемы. Процесс ресинхронизации обычно увеличивает длину преамбулы, что уменьшает межкадровый интервал. При прохождении кадров через несколько повторителей межкадровый интервал может уменьшиться настолько, что сетевым адаптерам в последнем сегменте не хватит времени на обработку предыдущего кадра, в результате чего кадр будет просто потерян. Поэтому не допускается суммарное уменьшение межкадрового интервала более чем на 49 битовых интервалов. Величину уменьшения межкадрового расстояния при переходе между соседними сегментами обычно называют в англоязычной литературе Segment Variability Value, SVV, а суммарную величину уменьшения межкадрового интервала при прохождении всех повторителей — Path Variability Value, PVV. Очевидно, что величина PVV равна сумме SVV всех сегментов, кроме последнего.

Расчет PDV

Для упрощения расчетов обычно используются справочные данные, содержащие значения задержек распространения сигналов в повторителях, приемопередатчиках и в различных физических средах. В таблице 3 приведены данные, необходимые для расчета значения PDV для всех физических стандартов сетей Ethernet, взятые из справочника Technical Reference Pocket Guide (Volume 4, Number 4) компании Bay Networks.

Таблица 3.

Поясним терминологию, использованную в этой таблице, на примере сети, изображенной на рисунке 11.

Рис. 11. Пример сети Ethernet, состоящей из сегментов
различных физических стандартов

Левым сегментом называется сегмент, в котором начинается путь сигнала от выхода передатчика (выход Tx) конечного узла. Затем сигнал проходит через промежуточные сегменты и доходит до приемника (вход Rx) наиболее удаленного узла наиболее удаленного сегмента, который называется правым. С каждым сегментом связана постоянная задержка, названная базой, которая зависит только от типа сегмента и от положения сегмента на пути сигнала (левый, промежуточный или правый). Кроме этого, с каждым сегментом связана задержка распространения сигнала вдоль кабеля сегмента, которая зависит от длины сегмента и вычисляется путем умножения времени распространения сигнала по одному метру кабеля (в битовых интервалах) на длину кабеля в метрах.

Общее значение PDV равно сумме базовых и переменных задержек всех сегментов сети. Значения констант в таблице даны с учетом удвоения величины задержки при круговом обходе сети сигналом, поэтому удваивать полученную сумму не нужно.

Так как левый и правый сегмент имеют различные величины базовой задержки, то в случае различных типов сегментов на удаленных краях сети необходимо выполнить расчеты дважды: один раз принять в качестве левого сегмента сегмент одного типа, а во второй раз — сегмент другого типа, а результатом считать максимальное значение PDV. В нашем примере крайние сегменты сети принадлежат к одному типу — стандарту 10Base-T, поэтому двойной расчет не требуется, но если бы они были сегментами разного типа, то в первом случае нужно было бы принять в качестве левого сегмент между станцией и концентратором 1, а во втором считать левым сегмент между станцией и концентратором 5.

Рассчитаем значение PDV для нашего примера.

Левый сегмент 1: 15.3 (база) + 100 м ґ 0.113 /м = 26.6

Промежуточный сегмент 2: 33.5 + 1000 ґ 0.1 = 133.5

Промежуточный сегмент 3: 24 + 500 ґ 0.1 = 74.0

Промежуточный сегмент 4: 24 + 500 ґ 0.1 = 74.0

Промежуточный сегмент 5: 24 + 600 ґ 0.1 = 84.0

Правый сегмент 6: 165 + 100 ґ 0.113 = 176.3

Сумма всех составляющих дает значение PDV, равное 568.4.

Так как значение PDV меньше максимально допустимой величины 575, то эта сеть проходит по величине максимально возможной задержки оборота сигнала. Несмотря на то, что ее общая длина больше 2500 метров.

Расчет PVV

Для расчета PVV также можно воспользоваться табличными значениями максимальных величин уменьшения межкадрового интервала при прохождении повторителей различных физических сред (таблица 4 взята из того же справочника, что и предыдущая).

Таблица 4.

В соответствии с этими данными рассчитаем значение PVV для нашего примера.

Левый сегмент 1 10Base-T: дает сокращение в 10.5 битовых интервалов

Промежуточный сегмент 2 10Base-FL: 8

Промежуточный сегмент 3 10Base-FB: 2

Промежуточный сегмент 4 10Base-FB: 2

Промежуточный сегмент 5 10Base-FB: 2

Сумма этих величин дает значение PVV, равное 24.5, что меньше предельного значения в 49 битовых интервалов.

В результате, приведенная в примере сеть по всем параметрам соответствует стандартам Ethernet.

Комментарии в Cache

Евгений Каратаев

Комментарии в Cache есть. Это специальным образом отмеченная программистом последовательность символов, которая не используется компилятором. В них можно писать разные полезные слова, которые останутся и которые потом можно будет прочитать, например ругательства. В комментариях можно писать на любом языке. Это общеизвестные факты. Теперь посмотрим какие именно комментарии поддерживает Cache и какие у них есть особенности.

Стандартный однострочный комментарий.

Это однострочный комментарий, часть стандарта MUMPS, начинается с символа ; (точка с запятой) и продолжается до конца строки. Может начинаться с любого места за исключением строковой константы, с первого символа строки, и если перед ним стоит команда которая может иметь аргументы но по тексту они опущены, то между командой и комментарием должно быть два или больше пробелов. При компиляции кода в объектный код эти комментарии не попадают. Из несколько необычного можно отметить:

Текст комментария в объектный код не попадает.

При трансляции MAC Cache вставляет в первую строку INT кода отметку о дате трансляции.

Если перед комментарием есть команда, то в байт-код от комментария ничего не попадает, если нет команды или метки, то попадает внутренняя команда байт-кода «пустая операция»

В практическом применении комментария не рекомендуется писать комментарий занимающий всю строку, так чтобы перед ним не было команды или метки — при выполнении кода тратится время на выполнение пустой операции.

Если комментарий начинается с первого символа строки в макрокоде, то в int коде перед ним будет добавлена втяжка. Так поступает, например, Cache3.

Стандартный двойной комментарий

Прописывается также как стандартный, но начинается с двух символов точка с запятой (;;). Ведет себя точно так же как стандартный, но строка с комментарием включая команды которые ему предшествуют включается в объектный код. Более того, это включение выполняется наиболее оптимальным для выполнения функции $text образом. В случае если функция запрашивала эту строку, то рантайм обращается именно к объектному коду, и лишь потом ищет строку в исходном коде int. Всю строку кода можно разместить в теле объектного кода если в конце строки ставить два символа ;;. Этот комментарий также входит в стандарт MUMPS.

При вставке строки кода в объектный код будет произведено нормирование имен команд в некое внутреннее представление: имена команд например могут оказаться в верхнем регистре. Поэтому не следует ожидать, что в объектном коде будет точное соответствие тому что написал программист.

Макрокомментарий

Макрокомментарий начинается с символов #; и продолжается до конца строки. Он может начинаться только с начала строки, перед ним не должно быть ни команд и меток, он занимает всю строку. Макрокомментарий удаляется препроцессором, и в int код вообще не попадает. Это очень хорошая замена стандартному комментарию, если его нужно расположить целиком на одной строке. Этим макрокомментарий удобен. В силу отсутствия в стандарте MUMPS препроцессора этот комментарий не входит в стандарт.

К особенности макрокомментариев относится то, что транслятор int кода их не видит, поскольку они удаляются препроцессором. Это приводит к тому, что при получении сообщения об ошибке в коде номер строки в int коде может отличаться от номера строки в mac коде. Этим макрокомментарий неудобен.

Включение комментариев из инклудов

Находящиеся во включаемых файлах (inc) комментарии по умолчанию в генерируемый код int рутины не включаются. Но этого можно добиться используя макродирективы #show / #noshow — первая приводит к включению комментариев из inc в int, вторая — к выключению.

Трудно представить в каких случаях это может понадобиться за исключением отслеживания порядка включения inc — при выполнении директив #define препроцессор Cache в отличие от стандартных препроцессоров не проверяет был ли этот символ определен ранее.

Однострочный косой двойной комментарий

Начинается с двух символов // и продолжается до конца строки. Ведет себя и выглядит так же как такой же комментарий в C++ или JavaScript. Поддерживается начиная с какой-то версии Cache4. Поведение полностью совпадает со стандартным комментарием, но код выглядит посовременнее. В стандарт MUMPS не входит.

Однострочный косой тройной комментарий

Начинается с трех символов /// и продолжается до конца строки. Ведет себя также как однострочный двойной косой за исключением использования в редакторе классов Cache5. Если его использовать перед методом или другим каким-либо элементом класса, то он считается вводом дескрипции к этому элементу и используется и сохраняется впоследствии в определении класса. Если нужно чтобы в дескрипцию входило несколько строк, нужно каждую из них начать с такого комментария. В стандарт MUMPS не входит.

Многострочный комментарий

Начинается с символов /* и заканчивается символами */. Выглядит как обычный сишный комментарий. Текст внутри комментария полностью игнорируется транслятором. Весьма удобен если нужно разом закомментировать большой кусок кода но оставить его в тексте рутины или для того чтобы оформить многострочное пояснение. В стандарт MUMPS не входит.

К его неудобствам относится то, что он хотя и игнорируется транслятором int кода, но не игнорируется препроцессором — наличествующие в нем директивы продолжают отрабатываться препроцессором. Поэтому можно получить определение символа или код обрамленный макроусловиями вида #if / #endif несмотря на то что эти директивы могут находиться внутри многострочного комментария.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://karataev.nm.ru/

Программируем на РНР

Это не только очень просто — это еще и увлекательно! К такому выводу неизменно приходишь, если начинаешь знакомиться с основами программирования на языке гипертекстового препроцессора РНР. Ну вот, еще только начало, а уже непонятные слова пошли. Это ж надо было придумать такое — гипертекстовый препроцессор! Так что для улучшения восприятия материала давайте заранее условимся, что будем применять упрощенные и понятные всем термины, что бы было понятно буквально всем. И еще одна непременная условность — делаем все так, как делаем. Есть несколько способов открыть Панель Управления в Windows, есть разные способы приготовить одно и то же блюдо, и есть разные способы и методы программирования. С поставленной задачей можно справиться и так, как описано, и совсем по-другому. Но в нашем случае упор будет делаться на простоту и логичность, а не на скорость и чистоту кода. Все это придет несколько позже, а пока наша цель — учиться, учиться, и еще раз учиться. В продолжение темы, поднятой в статье «РНР для всех!», мы углубимся дальше в удивительный мир программирования.

Циклы в РНР

Циклы в программировании — это повторяющиеся несколько раз операции. Начало (точка отсчета) указывается в начале цикла, а длительность его выполнения ограничивается каким-либо условием. Примером цикла может служить копирование нескольких файлов. Алгоритм выполнения этого задания можно описать так: установить счетчик скопированных файлов в ноль, скопировать файл, проверить, закончились файлы или нет, если нет — увеличить счетчик скопированных файлов, вернуться к началу цикла (опять скопировать файл), если да — закончить цикл. Теперь рассмотрим, как циклы реализуются в синтаксисе РНР.

Смысл скрипта очень прост. Присваиваем переменной $i значение, соответствующее началу цикла, а переменной $n — значение конца цикла. Далее открываем цикл оператором WHILE ( ), и внутри его скобок описываем условие, при выполнении которого цикл будет продолжать свою работу. В нашем случае выполнение не прервется, пока $i

Удивительно, но эти два примера абсолютно идентичны в смысле результата. Но сам скрипт уместился в одну строчку! Разница — в стиле применения оператора цикла и в том, что переменная цикла выводится на экран одновременно с увеличением. И в этом — вся прелесть программирования. Иногда бывает что-то простое сделать очень трудно, а сложное — легко. Никогда не стоит останавливаться на уже достигнутом, а пробовать применять другие алгоритмы и решения. Вот Вам еще один вариант решения. Он основан на применении конструкции РНР DO…WHILE. Это тоже цикл, но отличается он от просто WHILE тем, что значение логического выражения проверяется не до (как в случае с WHILE), а после окончания работы операторов, включенных в сам цикл. Таким образом, DO…WHILE гарантированно будет выполнен хотя бы один раз, что в случае с WHILE совсем не обязательно. Ведь если условие есть ложь, управление сразу будет передано дальше. Для циклов DO..WHILE существует только один вид синтаксиса:

Казалось бы, достаточно вариантов, но это не все — существует еще несколько вариантов цикла. И, как правило, именно они и используются программистами. Циклы FOR — наиболее мощные циклы в PHP. Они работают подобно их аналогам в языке программирования C. Синтаксис цикла FOR:

FOR (expr1; expr2; expr3) statement

Первое выражение (expr1), безусловно, вычисляется (выполняется) в начале цикла. В начале каждой итерации (проход цикла) вычисляется expr2. Если оно равно TRUE (истина), то цикл продолжается и выполняются вложенный(е) оператор(ы). Если оно равно FALSE (ложь), то цикл заканчивается. В конце каждой итерации вычисляется (исполняется) expr3. Каждое из этих выражений может быть пустым. Если expr2 пусто, то цикл продолжается бесконечно (PHP по умолчанию считает его равным TRUE, как и в языке С). Это не так бесполезно, как могло бы показаться, так как зачастую требуется закончить выполнение цикла, используя оператор BREAK в сочетании с логическим условием, вместо использования логического выражения в FOR. Если внутри цикла (любого) встречается этот оператор (BREAK), цикл прекращает выполнение итерации и управление передается следующей за циклом команде. Если встречается оператор CONTINUE — управление передается на начало следующего ближайшего цикла. Для примера посмотрим, как можно еще реализовать вывод на экран пользователя список чисел. Не забывайте про переход из HTML в PHP.

/* пример 1 */

for ($i = 1; $i 10) { break; } print $i; }

/* пример 3 */

$i = 1; for (;;)

{ if ($i > 10) { break; } print $i; $i++; }

/* пример 4 */

for ($i = 1; $i

Теперь рассмотрим, как работает этот скрипт. Сначала нам нужно определить два массива, в которых будут храниться соответственно русское название месяца и русское название дня недели. Так как месяц не может быть нулевым, нам нужно позаботиться о вводе элемента массива с нулевым индексом. Если индекс массива не указан, он принимается равным внутреннему указателю. Если массив пуст и еще не определен, внутренний указатель указывает на первый элемент (имеющий индекс ноль). Ввод нового элемента массива перемещает внутренний указатель на единицу вверх, и, таким образом, обеспечивается последующий ввод значения массива в ячейку массива, имеющую индекс на единицу больший, чем предыдущий. В принципе, можно обеспечить ввод данных в массив разными способами. Но указанный здесь — самый простой и примитивный. Мы просто присваиваем поочередно нужные нам данные элементам массива и, таким образом, заполняем его. Точно такая же история наблюдается и со вторым массивом. Только тут уже индекс нужных ячеек массива указывается явно, и внутренний указатель устанавливается на тот индекс, который указан, а после ввода значения перемещается вверх на единицу. Разница между этими двумя методами в том, что если массив уже был определен ранее и индекс при вводе не указан, заполнится ячейка массива, на которую указывает внутренний указатель. А он ведь может находиться и в конце! А если индекс указан явно, внутренний указатель устанавливается на его значение и запись происходит в явно указанную ячейку. Собственно, чаще массивы бывают гораздо длиннее приведенных в примере, и удобнее воспользоваться специальной функцией, которая позволяет считать указанный в ней файл и ввести все, что есть в этом файле, в массив. Причем разделителем считается перевод строки, что очень удобно. Синтаксис этой функции — $имя массива = file («имя файла»);. Дальше формируется массив с указанным именем и значениями, соответствующими строкам файла.

Когда массивы определены, нам нужно считать номер месяца. Он считывается с ведущим нулем, если номер месяца менее десяти, и поэтому нам нужно позаботиться об его отсечении. Тут можно применить тоже разные алгоритмы и методы, но мы воспользуемся лобовым решением — просто сравним полученное решение с рядом заранее известных вариантов и изменим номер месяца на правильный без нуля. Решение грубое, зато понятное и уже знакомое нам. Хотя так делать не правильно — есть более изящные методы, например, проверить полученное значение на ведущий ноль, и если проверка есть истина (самый первый символ в строке — ноль), удалить первый символ.

Далее по ходу скрипта мы считываем день недели и число. С числом делать ничего не нужно, так как дата будет понятна всем, а вот день недели и месяц должны подвергнуться обработке. Извлекаем из введенного нами ранее массива день недели. Номер дня недели указывает на ячейку нашего массива, где хранится нужное русское имя, и таким образом мы в любом случае получим правильное значение. Меняется номер дня недели, меняется номер (индекс) ячейки, из которой считывается значение. Причем тут, в отличие от массива с именем месяца, нулю соответствует воскресенье, что мы и учли при вводе массива дней недели. Точно такую же операцию проводим и для месяца. Его номер указывает на ячейку массива, где хранится правильное имя месяца на русском языке. А дальше — выводим результат на экран в произвольной форме.

Заключение

Итак, мы познакомились с очень важными в любом языке программирования принципами организации циклов и массивов, а также узнали, как применять на практике возможность отправки почты и считывание даты. Не сомневаюсь, что вы сможете придумать еще много примеров для применения этих вещей. Не стесняйтесь экспериментировать и пробовать различные варианты. Именно так и изучаются языки программирования — на примерах. Используйте для поиска новых решений и скриптов Интернет, подпишитесь на рассылки по РНР для получения новой информации. Если не все понятно — смело задавайте вопросы, я постараюсь по мере сил и знаний ответить на них. И никогда не останавливайтесь на достигнутом, так как всегда существует то, что мы еще пока не знаем, а ведь так хочется…

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.i2n.ru