Локальные сети

1. Анализ особенностей технологии  ЛВС с методом доступа CSMA/CD.

1.1 Всемирная тенденция к объединению компьютеров          4

1.2 Понятие *локальная сеть*                                              6

1.3 Назначение и особенности ЛВС                                      8

1.4 Требования к ЛВС                                                        10

1.5 Характеристики ЛВС                                                    13

1.6 Операционная система рабочей станции                        26  

1.7 Аппаратное обеспечение ЛВС                                       26                                 

1.8 Метод доступа Ethernet                                                38                                                            

1.9 Новейшие разработки - сверхскоростные сети                   

Fast Ethernet                                                                     40                                                                                                                                                                                        

1.10 Топология Локальных сетей                                        44   

1.11 Метод доступа CSMA/CD                                            51

1.12 Возникновение коллизий                                            54

2. Разработка имитационных моделей                                 64

2.1 Постановка задачи разработки моделей,

представленные топологии                                                64      

2.2 Метод математического моделирования                        64                                                        

2.3 Выборочный метод Монте-Карло                                  67

3. Разработка программной среды                                      69

3.1 Описание среды Delphi 5                                              69

3.2 Программные модули                                                   71

3.3 Описание алгоритма работы программы                        71

3.4 Опытная эксплуатация                                                 72   

4. Технико-экономическое обоснование результатов работы74  

5. Экологическая безопасность                                          91                                         

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                120                     

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ                                                   121                                           

Введение

В последние десятилетия в мире развитие в области  информационных технологий вызвало резкий рост требований пользователей к вычислительной технике. Им стало недостаточно собственных компьютеров, и нужна была возможность обмена данными с другими близко расположенными компьютерами.

Возникла необходимость в создании и развитии сетей для соединения компьютеров и обмена информацией между ними. Таким образом, вычислительные сети явились результатом эволюции компьютерных технологий. Они стали представлять собой совокупность компьютеров, соединенных линиями связи. Линии связи образованы кабелями, сетевыми адаптерами и другими коммуникационными устройствами. При этом всё сетевое оборудование работает под управлением системного и прикладного программного обеспечения.

Основная цель сети является - обеспечить пользователям сети потенциальную возможность совместного использования ресурсов всех компьютеров. 

Использование вычислительных сетей дает предприятию следующие возможности:

разделение дорогостоящих ресурсов;

совершенствование коммуникаций;

улучшение доступа к информации;

быстрое и качественное принятие решений;

свобода в территориальном размещении компьютеров.

Все вышеперечисленные возможности могут являться результатом повышения эффективности работы предприятия, которые, например, могут выражаться в увеличении прибыли предприятия. Т.е. если  благодаря компьютеризации снизились затраты на производство уже существующего продукта, сократились сроки разработки новой модели или ускорилось обслуживание заказов потребителей – это показывает необходимость и эффективность использования вычислительных сетей.

1.Анализ особенностей технологии  ЛВС с методом доступа CSMA/CD

1.1 Всемирная тенденция к объединению компьютеров

       Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, E–Mail писем, электронных конференций и т.д.). Возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных компаний производителей работающих под разным программным обеспечением.

Зачастую возникает необходимость в разработке принципиального решения вопроса по организации ИВС (информационно–вычислительной сети) на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса, отвечающей современным научно–техническим требованиям с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

На текущем этапе развития объединения компьютеров сложилась ситуация, когда:

В определенном замкнутом пространстве имеется большое количество компьютеров работающих отдельно от всех остальных компьютеров и не имеющих возможность гибко обмениваться с другими компьютерами информацией.

Невозможно создание общедоступной базы данных, накопление информации при существующих объемах и различных методах обработки и хранения информации.

Существующие ЛВС объединяют в себе небольшое количество компьютеров и работают  только над конкретными и узкими задачами.

Накопленное программное и информационное обеспечение не используется в полном объеме и не имеет общего стандарта хранения данных.

При имеющейся возможности подключения к глобальным вычислительным сетям типа Internet необходимо осуществить подключение к информационному каналу не одной группы пользователей, а всех пользователей с помощью объединения в глобальные группы.

Для решения данной проблемы предложено создать единую информационную сеть (ЕИС) предприятия. ЕИС предприятия должна выполнять следующие функции:

*Создание единого информационного пространства, способного охватить всех пользователей и предоставить им информацию созданную в разное время и в разном программном обеспечении для ее обработки, а также осуществлять распараллеливание и жесткий контроль данного процесса.

*Повышение достоверности информации и надежности ее хранения путем создания устойчивой к сбоям и потери информации вычислительной системы, а также создание архивов данных которые можно использовать в дальнейшем, но на текущий момент необходимости в них нет.

*Обеспечения эффективной системы накопления, хранения и поиска технологической, технико-экономической и финансово–экономической информации по текущей работе и проделанной некоторое время назад (архивная информация) с помощью создания глобальной базы данных.

*Обработка документов и построения на базе этого действующей системы анализа, прогнозирования и оценки обстановки с целью принятия оптимального решения и выработки глобальных отчетов.

*Обеспечивать прозрачный доступ к информации  авторизованному пользователю в соответствии с его правами и привилегиями.

1.2 Понятие *локальная сеть*

Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (станций) к единому каналу передачи данных. Самая простая сеть  состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе.

Рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью – иметь возможность для совместного использования данных.

Понятие локальная вычислительная сеть – ЛВС (англ. LAN – Local Area Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

Другими словами, ЛВС называют группу связанных  друг с другом компьютеров,  расположенную в некоторой ограниченной области. Размеры ЛВС могут значительно различаться.

Локальная сеть может состоять из двух рабочих станций, расположенных в одной комнате, либо из нескольких сотен рабочих станций, разбросанных по разным этажам административного здания, а также по нескольким зданиям района.

Локальные вычислительные сети отличаются от других сетей тем, что они обычно ограничены умеренной географической областью (одна комната, одно здание, один район).

В производственной практике ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию.

       Подавляющая часть компьютеров западного мира объединена в ту или иную сеть. Опыт эксплуатации сетей показывает, что около 80% всей пересылаемой по сети информации замыкается в рамках одного офиса.

Существует два типа компьютерных сетей: одноранговые сети и сети с выделенным сервером. Одноранговые сети не предусматривают выделение специальных компьютеров, организующих работу сети. Каждый пользователь, подключаясь к сети, выделяет в сеть какие-либо ресурсы (дисковое пространство, принтеры) и подключается к ресурсам, предоставленным в сеть другими пользователями.

Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступным по сети. На сегодняшний день одноранговые сети бесперспективны. Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей использует выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом. Сети с выделенным сервером, несмотря на сложность настройки и относительную дороговизну, позволяют осуществлять централизованное управление.

Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера.

1.3 Назначение и особенности ЛВС

К работам по созданию ЛВС приступили еще в 60-х гг., а первые образцы сетей появились в начале 1970-х гг. Вначале ЛВС применялись главным образом в университетах и научно-исследовательских институтах.

В течение сравнительно короткого периода времени производство и применение ЛВС получило широкое распространение, чему способствовали следующие факторы: развитие микропроцессорной техники, гибких магнитных дисков, снижение цен на электронные компоненты, рост объема передаваемой и обрабатываемой информации числа средств в учреждениях, предприятиях, на заводах и т.п.

По своим размерам и конфигурациям ЛВС занимает промежуточное положение между обычными вычислительными сетями и подсистемами ввода-вывода. В то же время ряд особенностей позволяет выделить ЛВС в отдельный класс вычислительных сетей.

К этим особенностям относятся:

*размещение ЛВС на сравнительно небольшой территории;

*простые методы модуляции сигналов, возможность передачи немодулированных  сигналов, низкий уровень ошибок и простые интерфейсные устройства.

*отсутствие ограничений, налагаемых сетями общего пользования;

*простота изменения конфигурации и самой среды передач;

*низкая стоимость сети передачи данных по сравнению со стоимостью подключаемых устройств.

Территории, охватываемые ЛВС, могут существенно различаться: от сотен метров до десятков километров. Главное же отличие локальных сетей от глобальных — наличие единого для всех абонентов высокоскоростного канала передачи данных.

Термин "высокоскоростной канал" имеет условный характер, поскольку скорость  передачи данных целесообразно оценивать по отношению к подключенным устройствам. Скорости передачи в ЛВС должны быть существенно выше скоростей, требуемых для отдельных устройств.

Важная особенность высокоскоростных систем — неравномерное распределение нагрузки. Отношение пиковой нагрузки к средней может составлять 1000 и даже выше. Для таких систем эффективен метод коммутации пакетов, который принят в качестве основного для большинства современных ЛВС. Через ЛВС пакет данных  проходит обычно за несколько миллисекунд, время же его передачи через глобальную сеть составляет около секунды.

Локальные вычислительные сети обеспечивают более дешевый способ комплектации оборудования. Низкая вероятность возникновения ошибок позволяет упростить сетевые протоколы, а высокая скорость передачи повышает эффективность коллективного доступа многих пользователей к общему банку 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.

Несмотря на то, что основной областью применения ЛВС является передача данных, многие используемые в ЛВС методы могут быть распространены также на передачу речевой, текстовой и видеоинформации, что, например, позволяет объединить многие формы учрежденческой связи в рамках одной сети.

Некоторые последние разработки ЛВС базируются на системах с передачей модулированных сигналов и разделением имеющейся полосы частот на отдельные высокоскоростные каналы. Такие сети известны как широкополосные, и во многих случаях каждую такую сеть можно рассматривать как несколько отдельных независимых ЛВС, объединенных общим кабелем.

В общем случае ЛВС представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации и позволяющую однотипным или разнородным средствам вычислительной техники сообщаться друг с другом с помощью единой передающей среды. Связь может осуществляться между большими, малыми и микроЭВМ, специализированными процессорами, персональными ЭВМ, терминалами и терминальными станциями, различным периферийным оборудованием, накопителями на магнитных лентах и дисках, а также специализированными средствами (регистрирующие и копирующие устройства, графопостроители, устройства связи с объектом и т.д.). При этом ЛВС обеспечивает простое и удобное объединение всех средств в пределах помещения, этажа, здания, производственного комплекса или группы зданий.

 В ближайшем будущем ЛВС должны стать одним из самых распространенных средств передачи и обработки данных, поскольку по своим характеристикам и возможностям они наиболее полно отвечают потребностям значительной части учреждений и предприятий, занимающихся планированием, управлением и производством.

1.4 Требования к ЛВС

Основополагающие требования к ЛВС, ориентированным на передачу данных, сформулированы в 1981г. комитетом IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) и опубликованы в виде проекта стандарта [1]. Последующая практика разработки и применения ЛВС в основном подтвердила правомерность этих требований, хотя и внесла в них коррективы, отраженные в [2,3] и других работах.

Приводимый ниже перечень требований к ЛВС основан на анализе упомянутых источников. Не все из перечисленных ниже требований являются общими для всех типов ЛВС. Степень выполнимости некоторых из них существенно зависит от назначения, способов использования ЛВС и ряда других факторов.

Общие требования:

*выполнение разнообразных функций по передаче данных, включая пересылку файлов, поддержку терминалов (в том числе высокоскоростных графических), электронную почту, обмен с внешними ЗУ, обработку сообщений, доступ к файлам и базам данных;

*возможность подключения большого набора стандартных и специальных устройств, в том числе больших, малых и персональных ЭВМ, терминалов, ВЗУ, АЦПУ, графопостроителей, факсимильных устройств, оборудования контроля и управления и др.;

*возможность подключения как современных и перспективных, так и ранее разработанных устройств с различными программными средствами, архитектурой, принципами работы;

*доставка пакетов адресату с высокой достоверностью при обеспечении виртуальных соединений и датаграммной службы;

*простота монтажа, модификации и расширения сети; возможность подключения новых устройств и отключения прежних без нарушения работы сети длительностью более 1 с; *информирование всех устройств сети об изменении ее состава;

*независимость стоимости подключения устройства к сети от стоимости самих устройств; в среднем стоимость интерфейса должна составлять 10...20% стоимости подключаемого устройства;

*возможность поддержки не менее 200 устройств с помощью одной ЛВС и охвата  территории диаметром не менее 2 км; соответствие по возможности существующим стандартам.

Требования к взаимодействию устройств в сети:

*возможность для каждого устройства связываться и взаимодействовать с любым  другим устройством;

*обеспечение равноправного доступа к физической среде для всех коллективно использующих ее устройств;

*возможность адресации пакетов одному устройству, группе устройств, всем подключенным устройствам;

*обеспечение возможности некоторым пользователям назначать и менять собственный адрес (в рамках ограничений, сохраняющих целостность сети).

        Информационные требования:

*обеспечение "прозрачного" режима обслуживания, возможность приема, передачи  и обработки любых сочетаний бит, слов и символов, в том числе не кратных восьми;

*отсутствие существенного снижения пропускной способности сети при достижении ее полной загрузки и даже перегрузки в избежание длительной блокировки сети;

*небольшая по величине, постоянная и детерминируемая (т. е. предварительно рассчитанная) максимальная задержка передачи пакета через ЛВС.

Требования к надежности и верности:

*отказ или отключение питания подключенного устройства вызывают только  переходную ошибку;

*сеть не должна находиться в состоянии неработоспособности более 0,02% от полного времени работы (это составляет около 20 мин простоя в год для учрежденческой системы и около 2 ч для непрерывно функционирующей системы);

*средства обнаружения ошибок выявляют все пакеты, содержащие до четырех искаженных бит. Если же верность передачи достаточно высока, сеть сама не исправляет обнаруженные ошибки; функции анализа, принятия решения и исправления ошибок выполняются подключенными устройствами;

*пакет с необнаруженной ошибкой может появляться не чаще одного раза в год (для сети со скоростью передачи 5 Мбит/с вероятность ошибки составит 10);

*частота обнаруживаемых ошибок 10 (в некоторых случаях эти требования могут оказаться завышенными);

*сеть обнаруживает и индицирует все случаи совпадения сетевых адресов у двух подключенных устройств (в стандарте IEEE это требование не обязательно).

Прочие и специальные требования:

*простота подключения к другому связному оборудованию, в том числе к арендованным линиям, телефонным сетям, сетям передачи данных (общего и частного пользования);

*простота интерфейсов между ЛВС и подключенными устройствами;

*защита передаваемых данных от случайного или несанкционированного доступа;

*наличие средств сопряжения с другими ЛВС (мосты) или с большими сетями (шлюзы);

   *обеспечение беспроводной связи для мобильных устройств;

*интеграция передачи по сети различных видов информации (данных, речи, изображений и др.).

1.5 Характеристики ЛВС

Производительность

Потенциально высокая производительность — это одно из основных свойств распределенных систем, к которым относятся компьютерные сети. Это свойство обеспечивается возможностью распараллеливания работ между несколькими компьютерами сети. К сожалению, эту возможность не всегда удается реализовать. Существует несколько основных характеристик производительности сети:

• время реакции;

• пропускная способность;

• задержка передачи и вариация задержки передачи.

Время реакции сети является интегральной характеристикой производительности сети с точки зрения пользователя. Именно эту характеристику имеет в виду пользователь, когда говорит: «Сегодня сеть работает медленно».

В общем случае время реакции определяется как интервал времени между возникновением запроса пользователя к какой-либо сетевой службе и получением ответа на этот запрос.

Очевидно, что значение этого показателя зависит от типа службы, к которой обращается пользователь, от того, какой пользователь и к какому серверу обращается, а также от текущего состояния элементов сети — загруженности сегментов, коммутаторов и маршрутизаторов, через которые проходит запрос, загруженности сервера и т. п.

Поэтому имеет смысл использовать также и средневзвешенную оценку времени реакции сети, усредняя этот показатель по пользователям, серверам и времени дня (от которого в значительной степени зависит загрузка сети).

Время реакции сети обычно складывается из нескольких составляющих. В общем случае в него входит время подготовки запросов на клиентском компьютере, время передачи запросов между клиентом и сервером через сегменты сети и промежуточное коммуникационное оборудование, время обработки запросов на сервере, время передачи ответов от сервера клиенту и время обработки получаемых от сервера ответов на клиентском компьютере.

Ясно, что пользователя разложение времени реакции на составляющие не интересует — ему важен конечный результат, однако для сетевого специалиста очень важно выделить из общего времени реакции составляющие, соответствующие этапам собственно сетевой обработки данных, — передачу данных от клиента к серверу через сегменты сети и коммуникационное оборудование.

Знание сетевых составляющих времени реакции дает возможность оценить производительность отдельных элементов сети, выявить узкие места и в случае необходимости выполнить модернизацию сети для повышения её общей производительности.

Пропускная способность отражает объем данных, переданных сетью или ее частью в единицу времени. Пропускная способность уже не является пользовательской характеристикой, так как она говорит о скорости выполнения внутренних операций сети — передачи пакетов данных между узлами сети через различные коммуникационные устройства. Зато она непосредственно характеризует качество выполнения основной функции сети — транспортировки сообщений — и поэтому чаще используется при анализе производительности сети, чем время реакции.

Пропускная способность измеряется либо в битах в секунду, либо в пакетах в секунду. Пропускная способность может быть мгновенной, максимальной и средней.

Средняя пропускная способность вычисляется путем деления общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается достаточно длительный промежуток времени — час, день или неделя.

Мгновенная пропускная способность отличается от средней тем, что для усреднения выбирается очень маленький промежуток времени — например, 10 мс или1 с.

Максимальная пропускная способность — это наибольшая мгновенная пропускная способность, зафиксированная в течение периода наблюдения.

Чаще всего при проектировании, настройке и оптимизации сети используются такие показатели, как средняя и максимальная пропускные способности. Средняя пропускная способность отдельного элемента или всей сети позволяет оценить работу сети на большом промежутке времени, в течение которого в силу закона больших чисел пики и спады интенсивности графика компенсируют друг друга. Максимальная пропускная способность позволяет оценить возможности сети справляться с пиковыми нагрузками, характерными для особых периодов работы сети, например утренних часов, когда сотрудники предприятия почти одновременно регистрируются в сети и обращаются к разделяемым файлам и базам данных.

Пропускную способность можно измерять между любыми двумя узлами или точками сети, например между клиентским компьютером и сервером, между входным и выходным портами маршрутизатора. Для анализа и настройки сети очень полезно знать данные о пропускной способности отдельных элементов сети.

Важно отметить, что из-за последовательного характера передачи пакетов различными элементами сети общая пропускная способность сети любого составного пути в сети будет равна минимальной из пропускных способностей составляющих элементов маршрута. Для повышения пропускной способности составного пути необходимо в первую очередь обратить внимание на самые медленные элементы -в данном случае таким элементом, скорее всего, будет маршрутизатор. Следует подчеркнуть, что если передаваемый по составному пути трафик будет иметь среднюю интенсивность, превосходящую среднюю пропускную способность самого медленного элемента пути, то очередь пакетов к этому элементу будет расти теоретически до бесконечности, а практически — до тех пор, пока не заполниться его буферная память, а затем пакеты просто начнут отбрасываться и теряться.

Иногда полезно оперировать с общей пропускной способностью сети, которая определяется как среднее количество информации, переданной между всеми узлами сети в единицу времени. Этот показатель характеризует качество сети в целом, не дифференцируя его по отдельным сегментам или устройствам.

Обычно при определении пропускной способности сегмента или устройства в передаваемых данных не выделяются пакеты какого-то определенного пользователя, приложения или компьютера — подсчитывается общий объем передаваемой информации. Тем не менее для более точной оценки качества обслуживания такая детализации желательна, и в последнее время системы управления сетями все чаще позволяют ее выполнять.

Задержка передачи определяется как задержка между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства или части сети и моментом появления его на выходе этого устройства. Этот параметр производительности по смыслу близок ко времени реакции сети, но отличается тем, что всегда характеризует только сетевые этапы обработки данных, без задержек обработки компьютерами сети. Обычно качество сети характеризуют величинами максимальной задержки передачи и вариацией задержки. Не все типы графика чувствительны к задержкам передачи, во всяком случае, к тем величинам задержек, которые характерны для компьютерных сетей, -обычно задержки не превышают сотен миллисекунд, реже — нескольких секунд. Такого порядка задержки пакетов, порождаемых файловой службой, службой электронной почты или службой печати, мало влияют на качество этих служб с точки зрения пользователя сети. С другой стороны, такие же задержки пакетов, переносящих голосовые данные или видеоизображение, могут приводить к значительному снижению качества предоставляемой пользователю информации — возникновению эффекта «эха», невозможности разобрать некоторые слова, дрожание изображения и т. п.

Пропускная способность и задержки передачи являются независимыми параметрами, так что сеть может обладать, например, высокой пропускной способностью, но вносить значительные задержки при передаче каждого пакета. Пример такой ситуации дает канал связи, образованный геостационарным спутником. Пропускная способность этого канала может быть весьма высокой, например 2 Мбит/с, в то время как задержка передачи всегда составляет не менее 0,24 с, что определяется скоростью распространения сигнала (около 300 000 км/с) и длиной канала (72 000 км).

Надежность и безопасность.

Одной из первоначальных целей создания распределенных систем, к которым относятся и вычислительные сети, являлось достижение большей надежности по сравнению с отдельными вычислительными машинами.

Важно различать несколько аспектов надежности. Для технических устройств используются такие показатели надежности, как среднее время наработки на отказ, вероятность отказа, интенсивность отказов. Однако эти показатели пригодны для оценки надежности простых элементов и устройств, которые могут находиться только в двух состояниях — работоспособном или неработоспособном. Сложные системы, состоящие из многих элементов, кроме состояний работоспособности и неработоспособности, могут иметь и другие промежуточные состояния, которые эти характеристики не учитывают. В связи с этим для оценки надежности сложных систем применяется другой набор характеристик.

Готовность или коэффициент готовности (availability) означает долю времени, в течение которого система может быть использована. Готовность может быть улучшена путем введения избыточности в структуру системы: ключевые элементы системы должны существовать в нескольких экземплярах, чтобы при отказе одного из них функционирование системы обеспечивали другие.

Чтобы систему можно было отнести к высоконадежным, она должна как минимум обладать высокой готовностью, но этого недостаточно. Необходимо обеспечить сохранность данных и защиту их от искажений. Кроме этого, должна поддерживаться согласованность (непротиворечивость) данных, например, если для повышения надежности на нескольких файловых серверах хранится несколько копий данных, то нужно постоянно обеспечивать их идентичность.

Так как сеть работает на основе механизма передачи пакетов между конечными узлами, то одной из характерных характеристик надежности является вероятность доставки пакета узлу назначения без искажений. Наряду с этой характеристикой могут использоваться и другие показатели: вероятность потери пакета (по любой из причин — из-за переполнения буфера маршрутизатора, из-за несовпадения контрольной суммы, из-за отсутствия работоспособного пути к узлу назначения и т. д.), вероятность искажения отдельного бита передаваемых данных, отношение потерянных пакетов к доставленным.

Другим аспектом общей надежности является безопасность (security), то есть способность системы защитить данные от несанкционированного доступа. В распределенной системе это сделать гораздо сложнее, чем в централизованной. В сетях сообщения передаются по линиям связи, часто проходящим через общедоступные помещения, в которых могут быть установлены средства прослушивания линий. Другим уязвимым местом могут быть оставленные без присмотра персональные компьютеры. Кроме того, всегда имеется потенциальная угроза взлома защиты сети от неавторизованных пользователей, если сеть имеет выходы в глобальные сети общего пользования.

Еще одной характеристикой надежности является отказоустойчивость (fault tolerance). В сетях под отказоустойчивостью понимается способность системы скрыть от пользователя отказ отдельных ее элементов. Например, если копии таблицы базы данных хранятся одновременно на нескольких файловых серверах, то пользователи могут просто не заметить отказ одного из них. В отказоустойчивой системе отказ одного из ее элементов приводит к некоторому снижению качества ее работы (деградации), а не к полному останову. Так, при отказе одного из файловых серверов в предыдущем примере увеличивается только время доступа к базе данных из-за уменьшения степени распараллеливания запросов, но в целом система будет продолжать выполнять свои функции.

Расширяемость и масштабируемость

Термины расширяемость и масштабируемость иногда используют как синонимы, но это неверно — каждый из них имеет четко определенное самостоятельное значение.

Расширяемость (extensibility) означает возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, служб), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной. При этом принципиально важно, что легкость расширения системы иногда может обеспечиваться в некоторых весьма ограниченных пределах. Например, локальная сеть Ethernet, построенная на основе одного сегмента толстого коаксиального кабеля, обладает хорошей расширяемостью, в том смысле, что позволяет легко подключать новые станции. Однако такая сеть имеет ограничение на число станций — их число не должно превышать 30-40. Хотя сеть допускает физическое подключение к сегменту и большего числа станций (до 100), но при этом чаще всего резко снижается производительность сети. Наличие такого ограничения и является признаком плохой масштабируемости системы при хорошей расширяемости.

Масштабируемость (scalatniity) означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается. Для обеспечения масштабируемости сети приходится применять дополнительное коммуникационное оборудование и специальным образом структурировать сеть. Например, хорошей масштабируемостью обладает многосегментная сеть, построенная с использованием коммутаторов и маршрутизаторов и имеющая иерархическую структуру связей. Такая сеть может включать несколько тысяч компьютеров и при этом обеспечивать каждому пользователю сети нужное качество обслуживания.

       Прозрачность

Прозрачность (transparency) сети достигается в том случае, когда сеть представляется пользователям не как множество отдельных компьютеров, связанных между собой сложной системой кабелей, а как единая традиционная вычислительная машина с системой разделения времени. Известный лозунг компании Sun Microsystems:

Прозрачность может быть достигнута на двух различных уровнях — на уровне пользователя и на уровне программиста. На уровне пользователя прозрачность означает, что для работы с удаленными ресурсами он использует те же команды и привычные ему процедуры, что и для работы с локальными ресурсами. На программном уровне прозрачность заключается в том, что приложению для доступа к удаленным ресурсам требуются те же вызовы, что и для доступа к локальным ресурсам. Прозрачность на уровне пользователя достигается проще, так как все  особенности процедур, связанные с распределенным характером системы, маскируются от пользователя программистом, который создает приложение. Прозрачность на уровне приложения требует сокрытия всех деталей распределенности средствами сетевой операционной системы.

Сеть должна скрывать все особенности операционных систем и различия в типах компьютеров. Пользователь компьютера Macintosh должен иметь возможность обращаться к ресурсам, поддерживаемым UNIX-системой, а пользователь UNIX должен иметь возможность разделять информацию с пользователями Windows 95. Подавляющее число пользователей ничего не хочет знать о внутренних форматах файлов или о синтаксисе команд UNIX. Пользователь терминала IBM 3270 должен иметь возможность обмениваться сообщениями с пользователями сети персональных компьютеров без необходимости вникать в секреты трудно запоминаемых адресов.

Концепция прозрачности может быть применена к различным аспектам сети. Например, прозрачность расположения означает, что от пользователя не требуется знаний о месте расположения программных и аппаратных ресурсов, таких как процессоры, принтеры, файлы и базы данных. Имя ресурса не должно включать информацию о месте его расположения, поэтому имена типа mashinel:prog.c или \\ftp_serv\pub прозрачными не являются. Аналогично, прозрачность перемещения означает, что ресурсы должны свободно перемещаться из одного компьютера в другой без изменения своих имен. Еще одним из возможных аспектов прозрачности является прозрачность параллелизма, заключающаяся в том, что процесс распараллеливания вычислений происходит автоматически, без участия программиста, при этом система сама распределяет параллельные ветви приложения по процессорам и компьютерам сети. В настоящее время нельзя сказать, что свойство прозрачности в полной мере присуще многим вычислительным сетям, это скорее цель, к которой стремятся разработчики современных сетей.

Поддержка разных видов трафика

Компьютерные сети изначально предназначены для совместного доступа пользователя к ресурсам компьютеров: файлам, принтерам и т. п. Трафик, создаваемый этими традиционными службами компьютерных сетей, имеет свои особенности и существенно отличается от графика сообщений в телефонных сетях или, например, в сетях кабельного телевидения. Однако 90-е годы стали годами проникновения в компьютерные сети трафика мультимедийных данных, представляющих в цифровой форме речь и видеоизображение. Компьютерные сети стали использоваться для организации видеоконференций, обучения и развлечения на основе видеофильмов и т. п. Естественно, что для динамической передачи мультимедийного трафика требуются иные алгоритмы и протоколы и, соответственно, другое оборудование. Хотя доля мультимедийного трафика пока невелика, он уже начал свое проникновение как в глобальные, так и локальные сети, и этот процесс, очевидно, будет продолжаться с возрастающей скоростью.

Главной особенностью трафика, образующегося при динамической передаче голоса или изображения, является наличие жестких требований к синхронности передаваемых сообщений. Для качественного воспроизведения непрерывных процессов, которыми являются звуковые колебания или изменения интенсивности света в видеоизображении, необходимо получение измеренных и закодированных амплитуд сигналов с той же частотой, с которой они были измерены на передающей стороне. При запаздывании сообщений будут наблюдаться искажения.

В то же время трафик компьютерных данных характеризуется крайне неравномерной интенсивностью поступления сообщений в сеть при отсутствии жестких требований к синхронности доставки этих сообщений. Например, доступ пользователя, работающего с текстом на удаленном диске, порождает случайный поток сообщений между удаленным и локальным компьютерами, зависящий от действий пользователя по редактированию текста, причем задержки при доставке в определенных (и достаточно широких с компьютерной точки зрения) пределах мало влияют на качество обслуживания пользователя сети. Все алгоритмы компьютерной связи, соответствующие протоколы и коммуникационное оборудование были рассчитаны именно на такой «пульсирующий» характер графика, поэтому необходимость передавать мультимедийный трафик требует внесения принципиальных изменений как в протоколы, так и оборудование. Сегодня практически все новые протоколы в той или иной степени предоставляют поддержку мультимедийного трафика.

Особую сложность представляет совмещение в одной сети традиционного компьютерного и мультимедийного трафика. Передача исключительно мультимедийного трафика компьютерной сетью хотя и связана с определенными сложностями, но вызывает меньшие трудности. А вот случай сосуществования двух типов трафика с противоположными требованиями к качеству обслуживания является намного более сложной задачей. Обычно протоколы и оборудование компьютерных сетей относят мультимедийный трафик к факультативному, поэтому качество его обслуживания оставляет желать лучшего. Сегодня затрачиваются большие усилия по созданию сетей, которые не ущемляют интересы одного из типов трафика. Наиболее близки к этой цели сети на основе технологии АТМ, разработчики которой изначально учитывали случай сосуществования разных типов трафика в одной сети.

Управляемость

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети. В идеале средства управления сетями представляют собой систему, осуществляющую наблюдение, контроль и управление каждым элементом сети - от простейших до самых сложных устройств, при этом такая система рассматривает сеть как единое целое, а не как разрозненный набор отдельных устройств.

Хорошая система управления наблюдает за сетью и, обнаружив проблему, активизирует определенное действие, исправляет ситуацию и уведомляет администратора о том, что произошло и какие шаги предприняты. Одновременно с этим система управления должна накапливать данные, на основании которых можно планировать развитие сети. Наконец, система управления должна быть независима от производителя и обладать удобным интерфейсом, позволяющим выполнять все действия с одной консоли.

Решая тактические задачи, администраторы и технический персонал сталкиваются с ежедневными проблемами обеспечения работоспособности сети. Эти задачи требуют быстрого решения, обслуживающий сеть персонал должен оперативно реагировать на сообщения о неисправностях, поступающих от пользователей или автоматических средств управления сетью. Постепенно становятся заметны более общие проблемы производительности, конфигурирования сети, обработки сбоев и безопасности данных, требующие стратегического подхода, то есть планирования сети. Планирование, кроме этого, включает прогноз изменений требований пользователей к сети, вопросы применения новых приложений, новых сетевых технологий и т. п.

Полезность системы управления особенно ярко проявляется в больших сетях: корпоративных или публичных глобальных. Без системы управления в таких сетях нужно присутствие квалифицированных специалистов по эксплуатации в каждом здании каждого города, где установлено оборудование сети, что в итоге приводит к необходимости содержания огромного штата обслуживающего персонала.

В настоящее время в области систем управления сетями много нерешенных проблем. Явно недостаточно действительно удобных, компактных и многопротокольных средств управления сетью. Большинство существующих средств вовсе не управляют сетью, а всего лишь осуществляют наблюдение за ее работой. Они следят за сетью, но не выполняют активных действий, если с сетью что-то произошло или может произойти. Мало масштабируемых систем, способных обслуживать как сети масштаба отдела, так и сети масштаба предприятия, — очень многие системы управляют только отдельными элементами сети и не анализируют способность сети выполнять качественную передачу данных между конечными пользователями сети,

Совместимость

Совместимость или интегрируемость означает, что сеть способна включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение, то есть в ней могут сосуществовать различные операционные системы, поддерживающие разные стеки коммуникационных протоколов, и работать аппаратные средства и приложения от разных производителей. Сеть, состоящая из разнотипных элементов, называется неоднородной или гетерогенной, а если гетерогенная сеть работает без проблем, то она является интегрированной. Основной путь построения интегрированных сетей — использование модулей, выполненных в соответствии с открытыми стандартами и спецификациями.

Выводы:

* Качество работы сети характеризуют следующие свойства: производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость.

• Существуют два основных подхода к обеспечению качества работы сети. Первый — состоит в том, что сеть гарантирует пользователю соблюдение некоторой числовой величины показателя качества обслуживания. Например, сети frame relay и АТМ могут гарантировать пользователю заданный уровень пропускной способности. При втором подходе (best effort) сеть старается по возможности более качественно обслужить пользователя, но ничего при этом не гарантирует.

Этот метод применяется исключительно в сетях с логической 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. Одновременно все компьютеры сети имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину. 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).

1.6 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.

При деблокировании данных производится контроль ошибок, которые могли возникнуть в процессе передачи. Если ошибок не было, производится проверка адресного поля, чтобы определить правильность адресации кадра при передаче данному узлу. Если адрес правильный, логический объект деблокирования данных передает кадр уровню пользователя вместе с адресом назначения (DA), адресом отправителя (SA) и, конечно, блоком данных LLC.

1.7 Аппаратное обеспечение локальных сетей

        Физическая среда

Физическая среда ЛВС представляет собой физический материал, вдоль которого перемещается информация. В качестве кабеля используются «толстый» коаксиальный кабель, «тонкий» коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель, симметричные, а также эфир (радио-, микроволновые, инфракрасные каналы).

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.

 «Толстый» кабель, в основном, используется на участках большой протяженности при требованиях высокой пропускной способности. Волоконно-оптический кабель позволяет создавать протяженные участки без ретрансляторов при недостижимой с помощью других кабелей скорости и надежности. Однако стоимость кабельной сети на его основе высока, и поэтому он не нашел пока широкого распространения в локальных сетях. В основном локальные компьютерные сети создаются на базе «тонкого» кабеля или витой пары.

Первоначально сети создавались по принципу "тонкого" Ethernet. В основе его — несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, соединенные последовательно коаксиальным кабелем, причем все сетевые адаптеры выдают свой сигнал на него одновременно. Недостатки этого принципа выявились позже.

С ростом размеров сетей параллельная работа многих компьютеров на одну единую шину стала практически невозможной: очень велики стали взаимные влияния друг на друга. Случайные выходы из строя коаксиального кабеля надолго выводили всю сеть из строя. А определить место обрыва или возникновения программной неисправности, "заткнувшей" сеть, становилось практически невозможно.

Поэтому дальнейшее развитие компьютерных сетей происходит на принципах структурирования. В этом случае каждая сеть складывается из набора взаимосвязанных участков — структур.

Каждая отдельная структура представляет собой несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, каждый из которых соединен отдельным проводом — витой парой — с коммутатором. При необходимости развития к сети просто добавляют новую структуру.

При построении сети по принципу витой пары можно проложить больше кабелей, чем установлено в настоящий момент компьютеров. Кабель проводится не только на каждое рабочее место, независимо от того, нужен он сегодня его владельцу или нет, но даже и туда, где сегодня рабочего места нет, но возможно появление в будущем. Переезд или подключение нового пользователя в итоге потребует лишь изменения коммутации на одной или нескольких панелях.

Структурированная система несколько дороже традиционной сети за счет значительной избыточности при проектировании. Но зато она обеспечивает возможность эксплуатации в течение многих лет.

Для сетей, построенных по этому принципу, появляется необходимость в специальном электронном оборудовании. Одно из таких устройств — хаб — является коммутационным элементом сети. Каждый хаб имеет от 8 до 30 разъемов (портов) для подключения либо компьютера, либо другого хаба. К каждому порту подключается только одно устройство. При подключении компьютера к хабу оказывается, что часть электроники сетевого интерфейса находится в компьютере, а часть — в хабе. Такое подключение позволяет повысить надежность соединения. В обычных ситуациях, помимо усиления сигнала, хаб восстанавливает преамбулу пакета, устраняет шумовые помехи и т.д.

Хабы являются сердцем системы и во многом определяют ее функциональность и возможности. Даже в самых простых хабах существует индикация состояния портов. Это позволяет немедленно диагностировать проблемы, вызванные плохими контактами в разъемах, повреждением проводов и т. п. Существенным свойством такой структурированной сети является ее высокая помехоустойчивость: при нарушении связи между двумя ее элементами, остальные продолжают сохранять работоспособность. Задача соединения компьютерных сетей различных организаций, зачастую созданных на основе различных стандартов, вызвала появление специального оборудования (мостов, маршрутизаторов, концентраторов и т. п.), осуществляющего такое взаимодействие.

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.

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.

рис.1

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 (см. таблицу далее). 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.

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 рисунке схематически изображена локальная сеть на основе толстого коаксиального кабеля.

рис.2

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.

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.

Общая длина сети может достигать одного километра.

Между собой трансиверы соединяются отрезками толстого коаксиального кабеля с припаянными к их концам коаксиальными

     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.

     Методы передачи информации

Хар-ки          Ethernet          Talking ring       Arcnet

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.

Трансиверы

Трансиверы, или приёмопередатчики служат для передачи информации между адаптером и кабелем сети или между двумя сегментами (частями) сети. Трансиверы усиливают сигналы, преобразуют их уровни или преобразуют сигналы в другую форму (например, их электрической в световую и обратно). Трансиверами также часто называют встроенные в адаптер приёмопередатчики.

       Репитеры

Репитеры (или повторители) (repeater), выполняют более простую функцию, чем трансиверы. Они не преобразуют ни уровни сигналов, ни их вид, а только восстанавливают ослабленные сигналы (их амплитуду и форму), приводя их форму к исходному виду.  Цель такой ретрансляции сигналов состоит в увеличении длины сети.

Рис.3 Соединение репитером двух сегментов сети

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.

Концентраторы

Служат для объединения в единую сеть несколько сегментов сети. Концентраторы можно разделить на активные и пассивные. Пассивные (или репитерные) концентраторы представляют собой собранные в едином конструктиве несколько репитеров. Они выполняют те же функции, что и репитеры.

рис.4

Преимущество подобных концентраторов по сравнению с отдельными репитерами только в том, что все точки подключения собраны в одном месте, что упрощает реконфигурацию сети, контроль за ней и поиск неисправностей. К тому же все репитеры в данном случае питаются от единого качественного источника питания. Пассивные концентраторы иногда вмешиваются в обмен, помогая устранять явные ошибки обмена.

Активные концентраторы выполняют более сложные функции, чем пассивные, например, они могут преобразовывать информацию и протоколы обмена. Но это преобразование очень простое. Примером активных концентраторов могут служить коммутирующие или переключающие концентраторы, коммутаторы. Они передают из одного сегмента сети в другой сегмент не все пакеты, а только те, которые действительно адресованы компьютерам из другого сегмента.   При этом сам пакет коммутатором не принимается. Это приводит к снижению интенсивности обмена в сети разделения нагрузки, т.к. каждый сегмент работает только со своими пакетами.

Мосты, маршрутизаторы и шлюзы

Мосты (bridge), маршрутизаторы (router) и шлюзы (gateway) служат для объединения в единую сеть несколько разнородных сетей с разными протоколами обмена нижнего уровня, в частности, с разными форматами пакетов, разными методами кодирования, разной скоростью передачи и т.д.  В результате их применения сложная и неоднородная сеть, содержащая в себе разные сегменты, с точки зрения пользователя выглядит обычной сетью – т.е. обеспечивается *прозрачность* сети для протоколов высокого уровня.

Мосты – наиболее простые устройства, служащие для объединения сетей с разными стандартами обмена, например Ethernet и Arcnet, или несколько сегментов одной и той же сети, например Ethernet.

                       рис.5

В последнем случае мост служит только для разделения нагрузок сегментов, повышая тем самым производительность сети в целом. В отличие от коммутирующих концентраторов, мосты принимают поступающие пакеты целиком и в случае необходимости производят простейшую обработку.

Маршрутизаторы выполняют  более сложную функцию, чем мосты. Их главная задача – выбор для каждого пакета оптимального маршрута для избегания чрезмерной нагрузки отдельных участков сети и обхода поврежденных участков. Они применяются , как правило, в сложных разветвлённых сетях, имеющих несколько маршрутов между отдельными абонентами. Маршрутизаторы не преобразуют протоколы нижних уровней, поэтому они соединяют только сегменты одноимённых сетей.

Шлюзы – это устройства для соединения совершенно различных сетей с сильно отличающимися протоколами, например для соединения локальных сетей с большими компьютерами или с глобальными сетями. Это самые дорогие и редко применяемые сетевые устройства.     

1.8 Метод доступа Ethernet

Это метод доступа,  разработанный фирмой Xerox в 1975  году, пользуется наибольшей   популярностью.   Он обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность. В 1985 году сеть Ethernet стала международным стандартом, её приняли крупнейшие международные организации по стандартам: комитет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) и ECMA (European Computer manufactures Association). Стандарт получил название IEEE 802.3, он определяет множественный доступ к моноканалу типа *шина* с обнаружением конфликтов и контролем передачи.

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.

Главным достоинством сетей Ethernet является их экономичность. В Ethernet  реализованы достаточно простые алгоритмы доступа к среде, адресации и передачи данных. Ещё одним свойством сетей Ethernet является их хорошая расширяемость, т.е. легкость подключения новых узлов.

Другие базовые сетевые технологии – Token Ring, FDDI и др., хотя и обладают многими индивидуальтнвми чертами, в тоже время имеют много общих свойств с Ethernet.

Конфигурация, или топология ЛВС определяет взаимное размещение станций сети и способ соединения между ними. Существуют следующие топологии ЛВС: шинная,  кольцевая, звездообразная, петлевая, древовидная, гибридная и полносвязная.

Используются два метода передачи сигналов по шине ЛВС: временное и частотное разделение шины. В первом случае каждой станции выделяется определенный временной интервал для ведения передачи. Такие интервалы назначаются централизованный адрес (в рамках ограничений, сохраняющих целостность сети).

Общие характеристики стандартов Ethernet 10 Мбит/с

В таблице приведены основные ограничения и характеристики стандартов Ethernet.

Общие ограничения для всех стандартов Ethernet

Номинальная пропускная способность                     10 Мбит/с

Максимальное число станций в сети                            1024

Максимальное расстояние между узлами в сети            2500 м

Максимальное число коаксиальных сегментов в сети          5

1.9 Новейшие разработки – сверхскоростные сети Fast Ethernet

Быстродействие сети Fast Ethernet, других сетей, работающих на скорости 100 Мбит/с, в настоящее время удовлетворяет требования большинства задач, но в ряде случаев даже его оказывается недостаточно. Особенно это касается тех ситуаций, когда необходимо подключать к сети современные высокопроизводительные серверы или строить сети с большим количеством абонентов, требующих высокой интенсивности обмена. Например, всё более широко применяется сетевая обработка трёхмерных динамических изображений. Скоростью компьютеров непрерывно растёт, они обеспечивают всё более высокие темпы обмена с внешними устройствами.  В результате сеть может оказаться наиболее слабым местом системы, и её пропускная способность будет основным сдерживающим фактором в увеличении быстродействия.

Работы по достижению скорости передачи в 1 Гбит/c  (1000 Мбит/с) ведутся в последние годы довольно интенсивно в нескольких направлениях. Однако, скорее всего, наиболее перспективной кажется сеть Gigabit Ethernet. Это связано прежде всего с тем, что переход на неё кажется наиболее безболезненным, самым дешёвым и психологически приемлемым. Сеть Ethernet и её более быстрая версия Fast Ethernet сейчас далеко опережают всех своих конкурентов по объёму продаж и распространённости в мире. Сеть Gigabit Ethernet – это естественный,  эволюционный путь развития концепции, заложенной в стандартной сети Ethernet. Естественно, она наследует и все недостатки своих прямых предшественников, например, негарантированное время доступа к сети. Однако огромная пропускная способность приводит к тому, что загрузить сеть до тех уровней, когда этот фактор становится определяющим, довольно трудно. Зато сохранение преемственности позволяет довольно просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую сеть и, самое главное, переходить к новым скоростям постепенно, вводя гигабитные сегменты только на самых напряжённых участках сети – далеко не везде такая высокая пропускная способность действительно необходима.   Если же говорить о конкурирующих гигабитных сетях, то их применение может потребовать полной замены сетевой аппаратуры, что сразу же приведёт к огромным затратам средств.

В сети Gigabit Ethernet сохраняется всё тот же метод доступа CSMA/CD, используются те же форматы пакетов и те же размеры, т.е. никакого преобразования протоколов в местах соединения с сегментами Ethernet и Fast Ethernet не потребуется. Единственное, что нужно, - это согласование скоростей обмена. Поэтому главной областью применения Gigabit Ethernet станет в первую очередь соединение концентраторов Ethernet и Fast Ethernet между собой. С появлением сверхбыстродействующих серверов и распространением наиболее совершенных персональных компьютеров преимущества Gigabit Ethernet будут становиться всё более явными. Работы по сети Gigabit Ethernet ведутся  с 1995 года. В 1998 году принят стандарт, получивший наименование IEEE 802.3z. Разработкой занимается специально разработанный альянс (Gigabit Ethernet Alliance). Для аппаратуры Gigabit Ethernet будут использоваться микросхемы, выполненные по самой современной 0,35-микронной технологии. Только они позволяют добиться требуемого быстродействия. Ожидается разработка 32-разрядного контроллера, имеющего и буферную память на кристалле, содержащем до миллиона логических элементов.

Прежде всего Gigabit Ethernet, видимо, найдёт применение в сетях, объединяющих компьютеры больших компаний, предприятий, которые располагаются в нескольких зданиях. Она позволит с помощью соответствующих коммутаторов, преобразующих скорости передачи, обеспечить каналы связи с высокой пропускной способностью между отдельными частями сложной сети

(рис. Использование сети Gigabit Ethernet для соединения групп  компьютеров).

рис.6

 или линии связи коммутаторов со сверхбыстродействующими серверами (рис  - использование сети Gigabit Ethernet для подключения быстродействующих серверов).          

рис.7     

Сейчас происходит важный прорыв в области скоростей передачи. Возможно, что скоро появится сеть со скоростью 10000 Мбит/с- такие разработки уже ведутся.

Можно сказать также об альтернативном решении сверхбыстродействующей сети. Это сети с технологией ATM (Asynchronous Transfer Mode). Данная технология используется как в локальных, так и в глобальных сетях. Основная её идея – передача цифровых, голосовых и мультимедийных данных по одним и тем же каналам. Строго говоря, жёсткого стандарта на аппаратуру АТМ не предполагает. Первоначально была выбрана скорость передачи 155 Мбит/с,  затем – 662 Мбит/с, а сейчас ведутся работы по повышению скорости до 2488 Мбит/c. В качестве среды передачи информации в локальной сети технология АТМ предполагает использование оптоволоконного кабеля и неэкранированную витую пару. Принципиальное отличие АТМ от всех остальных сетей состоит в отказе от привычных пакетов с полям адресации, управления и данных. Вся информация передаётся упакованной в микропакеты (ячейки, cells) длиной всего лишь в 53 бита. Каждая ячейка имеет идентификатор типа данных (двоичные данные, звук или изображение). Идентификатор позволяет интеллектуальным распределительным устройствам  сортировать ячейки и следить за тем, чтобы ячейки передавались в нужной последовательности. Минимальный размер ячеек позволяет осуществлять коррекцию ошибок  и маршрутизацию на аппаратном уровне. Он же обеспечивает равномерность всех существующих в сети информационных потоков.

 Главный недостаток сетей с технологией АТМ состоит в их полной несовместимости ни с одной из существующих сетей. Плавный переход на АТМ в принципе невозможен, нужно менять сразу всё оборудование, а стоимость его высока. Сейчас ведутся работы по обеспечению совместимости, снижается и стоимость оборудования. 

1.10 Топология локальных сетей

Планирование сетевой архитектуры

Физические топологии

Выбор физической топологии сети зависит от нескольких факторов:

*структуры офиса;

*способов диагностики неисправностей;

*стоимости инсталляции;

*типа используемого кабеля.

Первый фактор — устройство вашего офиса. При установке нескольких компьютеров в одну комнату появляется больше возможных вариантов организации сети, чем в случае, когда множество компьютеров распределяется по различным комнатам здания.

Второй фактор — наличие методов и средств диагностирования неисправностей — зависит в какой-то мере от используемой физической топологии. Например, некоторые топологические схемы характеризуются встроенной в них физической избыточностью, обеспечивающей бесперебойную связь даже при возникновении, повреждений в кабеле. В других топологических схемах каждый кабельный сегмент сети может быть отключен (перекоммутирован), поэтому одно повреждение не сможет привести к отказу всей сети.

Третий фактор — не все физические топологии эквивалентны друг другу по стоимости. Часть стоимости определяется сложностью выбранной вами топологии, и, что еще более важно, тем, насколько сложно эту топологию привести в соответствие с пространством офиса. Шинная топология, например, очень просто реализуется в пределах небольшой области, но может стать источником головной боли при прокладке кабеля по офису, занимающему несколько комнат.

Последний фактор — выбор физической топологии в значительной степени определяется типом кабеля и наоборот.

Физическая шинная топология

Для простых сетей, расположенных в пределах небольшой территории, физическая шинная топология  может оказаться наилучшим решением. В топологии шины кабель идет от компьютера к компьютеру, связывая их в цепочке. Все компьютеры в сети связаны одним общим кабелем, как правило, коаксиальным.

Есть возможность подключаться к, сети с шинной топологией двумя способами в зависимости от используемого кабеля. Если в сети используется толстый коаксиальный кабель, то такая сеть с шинной топологией имеет центральную магистраль, реализованную с помощью толстого коаксиального кабеля. К каждому компьютеру сети от магистрали подходят маленькие, более тонкие (и более гибкие) кабели, называемые отводами. Для физического подключения тонких кабелей к толстому магистральному кабелю используют небольшие устройства — трансиверы. Пример такой топологии показан на рисунке.

   Т- терминатор

Рис.8  Физическая шинная топология, реализованная с

использованием толстого коаксиального кабеля.

Рис.9

Конфигурация "толстой" сети Ethernet обычно используется при объединении мэйнфреймов и миникомпьютеров, но популярность таких сетей падает по мере того, как персональные компьютеры становятся более мощными и соответственно сети, базирующиеся на мэйнфреймах, — менее распространенными. Для новых сетей, использующих физическую шинную топологию, удобнее применять тонкий коаксиальный кабель.

В противоположность "толстой" Ethernet, в "тонкой" сети (Thinnet) избегают использования магистрали, а подключение всех сетевых устройств выполняется напрямую. Вместо толстого кабеля, для тонкой сети используют более гибкий коаксиальный. Такая разновидность физической шинной топологии сегодня более популярна, чем ее "толстый" двойник, в котором применяют отводы

и трансиверы. Суть дела в упрощении работы — с толстым кабелем в "толстой" Ethernet тяжело работать, поскольку он очень жесткий.

При физической шинной топологии в *тонкой* сети персональные компьютеры могут подключаться к магистрали и напрямую 

Наибольшая проблема, которая может возникнуть при работе с сетью шинной топологии, заключается в неправильном согласовании. В этом случае сеть не может корректно выполнять передачу данных. Используя физическую шинную топологию, следует любым способом избегать нарушения целостности кабеля на всем его протяжении. Такие нарушения могут возникнуть из-за неправильной работы узлов и разрывов кабеля.

Сеть не сможет корректно передавать данные, даже если всего один узел работает неправильно, поскольку системе в целом необходимо, чтобы каждый узел был в рабочем состоянии, обеспечивая прохождение данных. Это вовсе не означает, что для корректной работы сети все компьютеры в сети должны быть включены и зарегистрированы. Имеется существенное отличие между неправильно работающим (например, по причине неполной стыковки разъемов кабельного соединения) и выключенным узлом. Если узел выключен, данные к следующему активному узлу проходят через Т-разъем, подключенный к сетевой плате. В этом случае сеть не будет "знать", что в ней имеется неактивный узел. Однако если узел активный, но работает неправильно, то, безусловно, возникнет проблема. Активный узел, как и ранее, пытается обработать пакет, но делает это с ошибками, что замедляет работу всей сети или приводит к ее внезапной остановке.

Разрывы кабеля также вызывают появление проблем в сети с шинной топологией, поскольку корректная работа сети зависит от правильного функционирования кабеля на всем протяжении между его согласованными концами. Если в какой-либо точке кабель разрушен, сеть не сможет работать, и потребуется немало времени для определения места разрыва и замены поврежденного сегмента кабеля. При этом может потребоваться проверка каждого разъема, для того чтобы удостовериться, что он надежно установлен, что никто не пытался перезагрузиться или выйти из системы во время прохождения сигнала, и во многом другом.

Шинная топология имеет одно преимущество — это высокая эффективность кабельной системы, помогающая сэкономить деньги при создании наиболее дорогой части сети. Однако она может оказаться сложной для реализации, если сетевые компьютеры не расположены в строгом линейном порядке. Например, сеть, узлы которой распределены по всему зданию - неудачный кандидат на реализацию шинной топологии — и, вероятно, ее будет легче обслуживать, если реализовать сеть на основе топологии звезды.

Звездообразная физическая топология

В сети, построенной по звездообразной топологии, каждый сервер и рабочая станция подключаются к центральному концентратору, который обеспечивает связь между ними, поэтому сеть, в которой используется звездообразная топология, будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке.

Рис.10 В сети, построенной по звездообразной топологии, все ресурсы подключаются к центральному устройству

В первых сетях для передачи данных использовалась звездообразная топология для подключения неинтеллектуальных терминалов к мэйнфреймам. Почему же эта топология повсеместно используется и до сих пор? Вероятно, потому, что при ее использовании существенно легче работать в сети. Каждая рабочая станция и сервер имеют отдельное соединение с центральной коммутационной станцией. Это значит, что каждое соединение работает независимо. Обрыв кабеля, идущего к рабочей станции А, не окажет воздействия на рабочую станцию В. Это также означает, что для такой сети относительно легко создать кабельную систему, поскольку можно не тревожиться о том, как расположены относительно друг друга компьютеры в сети. Пока длина отрезка кабеля от каждой рабочей станции или сервера до центральной коммутационной станции не превышает максимально допустимого значения, никаких проблем не возникает.

Центральной частью сети, построенной по звездообразной топологии, является концентратор. Концентраторы могут быть разными, но их суть проста: это устройства, реализующие центральный узел для всех сетевых табелей, обеспечивая тем самым связь между портами, что позволяет компьютерам подключаться к нему для обмена сообщениями.

Еще одним важным преимуществом такой сети является то, что в ней легко диагностировать неисправности. При возникновении сбоя в сети с шинной топологией может оказаться очень непросто точно определить, в чем заключается проблема, если, конечно, не просматривать все узлы подряд. В сети, построенной по звездообразной топологии, найти ее источник очень легко. Если некий узел не работает, то проблему, очевидно, следует искать где-то между портом концентратора и физически подключенным к нему узлом. Следует проверить, что является источником нарушения работоспособности:

• терминал;

• кабель между концентратором и терминалом;

• порт концентратора, обслуживающий терминал вызывающий беспокойство.

Если ни один из узлов сети не обеспечивает качественное соединение сервера и концентратора, то проблема, вероятно, заключается в сервере. Если это так, то самое время уповать на то, что вы запланировали сделать для отказоустойчивой работы системы и на то, что вы сделали резервные копии файлов.

Звездообразная топология также хорошо подходит и для физически распределенных сетей. Конечно, звездообразная топология имеет один серьезный недостаток: в ней используется много кабеля. К каждому элементу сети требуется проложить свой собственный кабель.

Распределенная физическая звездообразная топология

Для больших сетей одного концентратора может оказаться недостаточно. Возможно, у него будет маловато портов для поддержки всех компьютеров сети или компьютеры слишком далеко отстоят от концентратора, или одновременно и то, и другое. Для подключения всех устройств к сети может потребоваться несколько концентраторов, но идея создания в одном здании трех или четырех отдельных сетей может показаться не очень привлекательной. Как же решить проблему?

Это случай, для которого может пригодиться одна из разновидностей физической звездообразной топологии: связанная звезда (connected star) или распределенная звезда (distributed star). Здесь концентраторы сети последовательно подключены друг к другу, так что все они могут обмениваться информацией. Такая организация сети имеет некоторые недостатки, свойственные сети, построенной по шинной топологии: разрыв кабеля между двумя концентраторами изолирует части сети по обеим сторонам разрыва. Однако этот недостаток компенсируется тем, что при отсутствии шины концентраторы были бы изолированы друг от друга в любом случае.

Рис.11 Использование распределенной звездообразной топологии для подсоединения нескольких сетей, также построенных по звездообразной топологии

Физическая кольцевая топология

Это сеть, построенная по физической кольцевой топологии, в которой все персональные компьютеры сети для обеспечения целостности сети соединены в кольцо, выполненное в виде пары кабелей, проложенных между каждым узлом. Такая система вполне работоспособна, но ее стоимость и трудоемкость прокладки кабельной системы весьма велики, поскольку в такой сети затраты на кабель удваиваются. (рис.12)

Такую сеть иногда применяют для глобальных оптоволоконных сетей, поскольку это неплохой способ предоставить множеству узлов в региональной области доступ к оптоволоконной сети.

1.11 Метод доступа CSMA/CD BUS

Этот метод применяется исключительно в сетях с логической 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. Одновременно все компьютеры сети имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину (см. рис.). 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).

рис.13

Этапы доступа к среде

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения.

Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием основной гармоники сигнала, которая также называется несущей частотой (carrier-sense, CS). Признаком незанятости среды является отсутствие на ней несущей частоты, которая при манчестерском способе кодирования равна 5-10 МГц, в зависимости от последовательности единиц и нулей, передаваемых в данный момент.

Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра. Этот кадр изображен на рис. первым. Узел 1 обнаружил, что среда свободна, и начал передавать свой кадр. В классической сети Ethernet на коаксиальном кабеле сигналы передатчика узла 1 распространяются в обе стороны, так что все узлы сети их получают. Кадр данных всегда сопровождается преамбулой (preamble), которая состоит из 7 байт, состоящих из значений 10101010, и 8-го байта, равного 10101011. Преамбула нужна для вхождения приемника в побитовый и побайтовый синхронизм с передатчиком.

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, передает их вверх по своему стеку, а затем посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции-источника содержится в исходном кадре, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.

Узел 2 во время передачи кадра узлом 1 также пытался начать передачу своего кадра, однако обнаружил, что среда занята — на ней присутствует несущая частота, — поэтому узел 2 вынужден ждать, пока узел 1 не прекратит передачу кадра.

После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу (Inter Packet Gap) в 9,6 мкс. Эта пауза, называемая также межкадровым интервалом, нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией. После окончания технологической паузы узлы имеют право начать передачу своего кадра, так как среда свободна. Из-за задержек распространения сигнала по кабелю не все узлы строго одновременно фиксируют факт окончания передачи кадра узлом 1.

В приведенном примере узел 2 дождался окончания передачи кадра узлом 1, сделал паузу в 9,6 мкс и начал передачу своего кадра.

Следует отметить, что метод доступа CSMA/CD вообще не гарантирует станции, что она когда-либо сможет получить доступ к среде. Конечно, при небольшой загрузке сети вероятность такого события невелика, но при коэффициенте использования сети, приближающемся к 1, такое событие становится очень вероятным. Этот недостаток метода случайного доступа — плата за его чрезвычайную простоту, которая сделала технологию Ethernet самой недорогой. Другие методы доступа — маркерный доступ сетей Token Ring и FDDI, метод Demand Priority сетей 100VG-AnyLAN — свободны от этого недостатка.

Коллизии

Возникновение коллизий

Возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Механизм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют от возникновения такой ситуации, когда две или более станции одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия (collision), так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации — методы кодирования, используемые в Ethernet, не позволяют выделять сигналы каждой станции из общего сигнала.

Коллизия — это нормальная ситуация в работе сетей Ethernet. В примере, изображенном на рис., коллизию породила одновременная передача данных узлами 3 И 1. Для возникновения коллизии не обязательно, чтобы несколько станций начали передачу абсолютно одновременно, такая ситуация маловероятна. Гораздо вероятней, что коллизия возникает из-за того, что один узел начинает передачу раньше другого, но до второго узла сигналы первого просто не успевают дойти к тому времени, когда второй узел решает начать передачу своего кадра. То есть коллизии — это следствие распределенного характера сети.

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 скорейшего обнаружения коллизии всеми станциями сети станция, которая обнаружила коллизию, прерывает передачу своего кадра (в произвольном месте, возможно, и не на границе байта) и усиливает ситуацию коллизии посылкой в сеть специальной последовательности из 32 бит, называемой

jam-последовательностью.

рис.14

После этого обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течение короткого случайного интервала времени. Затем она может снова предпринять попытку захвата среды и передачи кадра. Случайная пауза выбирается по следующему алгоритму:

Пауза - L х (интервал отсрочки),   где интервал отсрочки равен 512 битовым интервалам (в технологии Ethernet принято все интервалы измерять в битовых интервалах; битовый интервал обозначается как bt и соответствует времени между появлением двух последовательных бит данных на кабеле; для скорости 10 Мбит/с величина битового интервала равна 0,1 мкс или 100 нс);

L представляет собой целое число, выбранное с равной вероятностью из диапазона [О, 2N], где N — номер повторной попытки передачи данного кадра: 1,2,..., 10.

После 10-й попытки интервал, из которого выбирается пауза, не увеличивается. Таким образом, случайная пауза может принимать значения от 0 до 52,4 мс.

Если 16 последовательных попыток передачи кадра вызывают коллизию, то передатчик должен прекратить попытки и отбросить этот кадр.              

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 в передаче кадров. При разработке этого метода в конце 70-х годов предполагалось, что скорость передачи данных в 10 Мбит/с очень высока по сравнению с потребностями компьютеров во взаимном обмене данными, поэтому загрузка сети будет всегда небольшой. Это предположение остается иногда справедливым и по сей день, однако, уже появились приложения, работающие в реальном масштабе времени с мультимедийной информацией, которые очень загружают сегменты Ethernet. При этом коллизии возникают гораздо чаще. При значительной интенсивности коллизий полезная пропускная способность сети Ethernet резко падает, так как сеть почти постоянно занята повторными попытками передачи кадров. Для уменьшения интенсивности возникновения коллизий нужно либо уменьшить трафик, сократив, например, количество узлов в сегменте или заменив приложения, либо повысить скорость протокола, например, перейти на Fast Ethernet.

Следует отметить, что метод доступа CSMA/CD вообще не гарантирует станции, что она когда-либо сможет получить доступ к среде. Конечно, при небольшой загрузке сети вероятность такого события невелика, но при коэффициенте использования сети, приближающемся к 1, такое событие становится очень вероятным. Этот недостаток метода случайного доступа — плата за его чрезвычайную простоту, которая сделала технологию Ethernet самой недорогой. Другие методы доступа — маркерный доступ сетей Token Ring и FDDI, метод Demand Priority сетей 100VG-AnyLAN — свободны от этого недостатка.

Время двойного оборота и распознавание коллизий

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. Из-за наложения сигналов при коллизии информация кадра исказится, и он будет отбракован принимающей станцией (возможно, из-за несовпадения контрольной суммы). Скорее всего, искаженная информация будет повторно передана каким-либо протоколом верхнего уровня, например транспортным или прикладным, работающим с установлением соединения. Но повторная передача сообщения протоколами верхних уровней произойдет через значительно более длительный интервал времени (иногда даже через несколько 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. Для надежного распознавания коллизий должно выполняться следующее соотношение:

Т > PDV,

где Т — время передачи кадра минимальной длины, а PDV — время, за которое сигнал коллизии успевает распространиться до самого дальнего узла сети. Так как в худшем случае сигнал должен пройти дважды между наиболее удаленными друг от друга станциями сети (в одну сторону проходит неискаженный сигнал, а на обратном пути распространяется уже искаженный коллизией сигнал), то это время называется временем двойного оборота (Path Delay Value, PDV).

При выполнении этого условия передающая станция должна успевать обнаружить коллизию, которую вызвал переданный ее кадр, еще до того, как она закончит передачу этого кадра.

Очевидно, что выполнение этого условия зависит, с одной стороны, от длины | минимального кадра и пропускной способности сети, а с другой стороны, от длины.

Максимальное расстояние между станциями сети уменьшается пропорционально увеличению скорости передачи. В стандарте Fast Ethernet оно составляет около 210м, а в стандарте Gigabit Ethernet оно было бы ограничено 25 метрами, если бы разработчики стандарта не предприняли некоторых мер по увеличению минимального размера пакета.

Так как сеть CSMA/CD является равноранговой сетью, станции запрашивают канал, только когда у них есть данные для передачи. Соперничество за канал может возникнуть тогда, когда сигналы вводятся в кабель от разных станций примерно одновременно. Когда это происходит, возникает наложение и искажение сигналов. Их правильный прием станциями невозможен. Центральным аспектом коллизий является окно коллизий. Этим термином описывается интервал времени, необходимый для распространения сигнала по каналу и обнаружения его любой станцией сети. Например, предположим, что в сети имеется кабель длиной 0,6 миль. Если станции расположены в самом дальнем конце кабеля, расстояние до самой отдаленной станции составляет около 0,6 мили. Передача сигнала на это расстояние потребует 4,2 мкс. Когда станция А готова передавать данные, она «прослушивает» кабель, чтобы определить, имеется ли сигнал в цепи. Если станция В ранее передала кадр в канал, но он еще не достиг станции А, то станция А ошибочно будет считать, что канал свободен, и начнет передачу своего пакета. В данной ситуации произойдет коллизия двух сигналов.

В наихудших для однополосной сети условиях время, необходимое для обнаружения столкновения (и захвата канала), в два раза больше задержки распространения, так как сигнал, образовавшийся в результате коллизии, должен распространиться обратно к передающим станциям. Задержка распространения и обнаружение коллизий в случае широкополосной сети составляют еще большее время, поскольку в такой сети используются два кабеля для передачи и приема сигналов. В наихудшем случае время обнаружения коллизии в четыре раза больше задержки распространения.

Коллизия является нежелательным явлением, так как приводит к ошибкам в работе сети. Более того, при передаче длинных кадров коллизия поглощает больше канального времени, чем при использовании коротких кадров. CSMA/CD учитывает эту проблему на уровне управления доступа к среде путем прекращения передачи кадра сразу же после обнаружения коллизии.

Другую точку зрения на коллизии представляет длительность слота (кванта) - время, необходимое для распространения кадра по всему каналу вместе с задержкой получения канала. Канал Ethernet, 10 Мбит/с (однополосный) имеет задержку распространения, составляющую 450 битовых длительностей

(45 мксХ 10 000 000 = 450). Ethernet требует, чтобы длительность слота была больше суммы времени распространения (450 бит) и максимального времени подавления (передачи сигналов подавления или затора) (48 бит).

Если сигнал распространился во все части канала без коллизий, говорят, что станция, которая передала этот сигнал, получила или захватила канал. Если это произошло, коллизии устранены, поскольку все станции обнаружили сигнал и уступили ему. Однако, если произошла коллизия, компонент доступа к каналу на передающей стороне замечает наложение сигналов в канале (в виде аномального изменения напряжения) и устанавливает для управления доступом к среде (передающей стороны) специальный сигнал обнаружения коллизии.

Для обработки коллизии управление доступом к среде выполняет две функции. Во-первых, усиливается эффект коллизии путем передачи специальной последовательности битов, называемой затором (jam). Цель затора состоит в том, чтобы сделать коллизию настолько продолжительной, чтобы ее смогли заметить все другие передающие станции, которые вовлечены в коллизию. В локальной сети CSM.A/CD требуется, чтобы затор состоял по меньшей мере из 32 бит, но не более 48 бит. Это гарантирует, что продолжительность коллизии будет достаточно большой, чтобы ее обнаружили все передающие станции в сети. Ограничение сверху длины последовательности необходимо для того, чтобы станции ошибочно не приняли ее за действительный кадр. Любой кадр, содержащий менее 64 байт (октетов), считается фрагментом испорченного коллизией сообщения и игнорируется любой принимающей станцией сети.

Максимальная производительность сети Ethernet

Количество обрабатываемых кадров Ethernet в секунду часто указывается производителями мостов/коммутаторов и маршрутизаторов как основная характеристика производительности этих устройств. В свою очередь, интересно знать чистую максимальную пропускную способность сегмента Ethernet в кадрах в секунду в идеальном случае, когда в сети нет коллизий и нет дополнительных задержек, вносимых мостами и маршрутизаторами. Такой показатель помогает оценить требования к производительности коммуникационных устройств, так как в каждый порт устройства не может поступать больше кадров в единицу времени, чем позволяет это сделать соответствующий протокол.

Для коммуникационного оборудования наиболее тяжелым режимом является обработка кадров минимальной длины. Это объясняется тем, что на обработку каждого кадра мост, коммутатор или маршрутизатор тратит примерно одно и то же время, связанное с просмотром таблицы продвижения пакета, формированием нового кадра (для маршрутизатора) и т. п. А количество кадров минимальной длины, поступающих на устройство в единицу времени, естественно больше, чем кадров любой другой длины. Другая характеристика производительности коммуникационного оборудования — бит в секунду — используется реже, так как она не говорит о том, какого размера кадры при этом обрабатывало устройство, а на кадрах максимального размера достичь высокой производительности, измеряемой в битах в секунду гораздо легче.

Естественно, что наличие в сегменте нескольких узлов снижает эту величину за счет ожидания доступа к среде, а также за счет коллизий, приводящих к необходимости повторной передачи кадров.

Кадры максимальной длины технологии Ethernet имеют поле длины 1500 байт, что вместе со служебной информацией дает 1518 байт, а с преамбулой составляет 1526 байт или 12 208 бит. Максимально возможная пропускная способность сегмента Ethernet для кадров максимальной длины составляет 813 кадр/с. Очевидно, что при работе с большими кадрами нагрузка на мосты, коммутаторы и маршрутизаторы довольно ощутимо снижается.

Теперь рассчитаем, какой максимальной полезной пропускной способностью в бит в секунду обладают сегменты Ethernet при использовании кадров разного размера.

Под полезной пропускной способностью протокола понимается скорость передачи пользовательских данных, которые переносятся полем данных кадра. Эта пропускная способность всегда меньше номинальной битовой скорости протокола Ethernet за счет нескольких факторов:

• служебной информации кадра;

• межкадровых интервалов (IPG);

• ожидания доступа к среде.

Для кадров минимальной длины полезная пропускная способность равна:

С - 14880 х 46 х 8 - 5,48 Мбит/с,

Это намного меньше 10 Мбит/с, но следует учесть, что кадры минимальной длины используются в основном для передачи квитанций, так что к передаче собственно данных файлов эта скорость отношения не имеет.

Для кадров максимальной длины полезная пропускная способность равна:

С - 813 х 1500 х 8 - 9,76 Мбит/с,

что весьма близко к номинальной скорости протокола.

Такой скорости можно достигнуть только в том случае, когда двум взаимодействующим узлам в сети Ethernet другие узлы не мешают, что бывает крайне редко.

При использовании кадров среднего размера с полем данных в 512 байт пропускная способность сети составит 9,29 Мбит/с, что тоже достаточно близко к предельной пропускной способности в 10 Мбит/с.

Отношение текущей пропускной способности сети к ее максимальной пропускной способности называется коэффициентом использования сети (network utilization). При этом при определении текущей пропускной способности принимается во внимание передача по сети любой информации, как пользовательской, так и служебной. Коэффициент является важным показателем для технологий разделяемых сред, так как при случайном характере метода доступа высокое значение коэффициента использования часто говорит о низкой полезной пропускной способности сети (то есть скорости передачи пользовательских данных) — слишком много времени узлы тратят на процедуру получения доступа и повторные передачи кадров после коллизий.

При отсутствии коллизий и ожидания доступа коэффициент использования сети зависит от размера поля данных кадра и имеет максимальное значение 0,976 при передаче кадров максимальной длины, Очевидно, что в реальной сети Ethernet среднее значение коэффициента использования сети может значительно отличаться от этой величины. Более сложные случаи определения пропускной способности сети с учетом ожидания доступа и отработки коллизий будут рассмотрены ниже.

Домен коллизий (collision domain) — это часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части этой сети коллизия возникла. Сеть Ethernet, построенная на повторителях, всегда образует один домен коллизий. Домен коллизий соответствует одной разделяемой среде. Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть Ethernet на несколько доменов коллизий.

2.Разработка имитационных моделей 

2.1 Постановка задачи разработки моделей ЛВС, представленные топологии

Основной задачей данной выпускной работы является создание  моделей ЛВС по методу Монте-Карло, рассмотрение метода случайного доступа: определение незанятости среды, захват среды, распознавание и отработка коллизий; исследование характеристик  моделей, их сравнение для данных топологий:

Топология номер 1            номер 2                  номер 3

рис.15

2.2 Метод математического моделирования   

Имитационное моделирование

       При имитационном моделировании реализующий модель алгоритм воспроизводит процесс функционирования системы S во времени, причем имитируются элементарные явления, составляющие процесс, с сохранением их логической структуры и последовательности протекания во времени, что позволяет по исходным данным получить сведения о состояниях процесса в определенные моменты времени, дающие возможность оценить характеристики системы S.

Основным преимуществом имитационного моделирования по сравнению с аналитическим  является возможность решения более сложных задач. Имитационные модели позволяют достаточно просто учитывать такие факторы, как наличие дискретных и непрерывных элементов, нелинейные характеристики элементов системы, многочисленные случайные воздействия и др., которые часто создают трудности при аналитических исследованиях. В настоящее время имитационное моделирование — наиболее эффективный метод исследования больших систем, а часто и единственный практически доступный метод получения информации о поведении системы.

Когда результаты, полученные при воспроизведении на имитационной модели процесса функционирования системы S, являются реализациями случайных величин и функций, тогда для нахождения характеристик процесса требуется его многократное воспроизведение с последующей статистической обработкой информации и целесообразно в качестве метода машинной реализации имитационной модели использовать метод статистического моделирования. Первоначально был разработан метод статистических испытаний, представляющий собой, численный метод, который применялся для моделирования случайных величин и функций, вероятностные характеристики которых совпадали с решениями аналитических задач (такая процедура получила название метода Монте-Карло). Затем этот прием стали применять и для машинной имитации с целью исследования характеристик процессов функционирования систем, подверженных случайным воздействиям, т.о. появился метод статистического моделирования. Таким образом, методом статистического моделирования будем в дальнейшем называть метод машинной реализации имитационной модели, а методом статистических испытаний (Монте-Карло) — численный метод решения аналитической задачи.

Метод имитационного моделирования позволяет решать задачи анализа больших систем S, включая задачи оценки: вариантов структуры системы, эффективности различных алгоритмов управления системой, влияния изменения различных параметров системы. Имитационное моделирование может быть положено также в основу структурного, алгоритмического и параметрического синтеза больших систем, когда требуется создать систему, с заданными характеристиками при определенных ограничениях, которая является оптимальной по некоторым критериям оценки эффективности.

При решении задач машинного синтеза систем на основе их имитационных моделей помимо разработки моделирующих алгоритмов для анализа фиксированной системы необходимо также разработать алгоритмы поиска оптимального варианта системы.

Комбинированное (аналитико-имитационное) моделирование при анализе и синтезе систем позволяет объединить достоинства аналитического и имитационного моделирования. При построении комбинированных моделей проводится предварительная декомпозиция процесса функционирования объекта на составляющие подпроцессы и для тех из них, где это возможно, используются аналитические модели, а для остальных подпроцессов строятся имитационные модели. Такой комбинированный подход позволяет охватить качественно новые классы систем, которые не могут быть исследованы с использованием только аналитического и имитационного моделирования в отдельности.

Математическое моделирование

 Для исследования характеристик процесса функционирования любой системы S математическими методами, включая и машинные, должна быть проведена формализация этого процесса, т.е. построена математическая модель.

Под математическим моделированием будем понимать процесс установления соответствия данному реальному объекту некоторого математического объекта, называемого математической моделью, и исследование этой модели, позволяющее получать характеристики рассматриваемого реального объекта. Вид математической модели зависит как от природы реального объекта, так и задач исследования объекта и требуемой достоверности и точности решения этой задачи. Любая математическая модель, как и всякая другая, описывает реальный объект лишь с некоторой степенью приближения к действительности. Математическое моделирование для исследования характеристик процесса функционирования систем можно разделить на аналитическое, имитационное и комбинированное.

Для аналитического моделирования характерно то, что процессы функционирования элементов системы записываются в виде некоторых функциональных соотношений (алгебраических, интегродифференциальных, конечно-разностных и т. п.) или логических условий. Аналитическая модель может быть исследована следующими методами: а) аналитическим, когда стремятся получить в общем виде явные зависимости для искомых характеристик; б) численным, когда, не умея решать уравнений в общем виде, стремятся получить числовые результаты при конкретных начальных данных; в) качественным, когда, не имея решения в явном виде, можно найти некоторые свойства решения (например, оценить устойчивость решения).

Наиболее полное исследование процесса функционирования системы можно провести, если известны явные зависимости, связывающие искомые характеристики с начальными условиями, параметрами и переменными системы S. Однако такие зависимости удается 'получить только для сравнительно простых систем. При усложнении систем исследование их аналитическим методом наталкивается на значительные трудности, которые часто бывают непреодолимыми. Поэтому, желая использовать аналитический метод, в этом случае идут на существенное упрощение первоначальной модели, чтобы иметь возможность изучить хотя бы общие свойства системы. Такое исследование на упрощенной модели аналитическим методом помогает получить ориентировочные результаты для определения более точных оценок другими методами. Численный метод позволяет исследовать по сравнению с аналитическим методом более широкий класс систем, но при этом полученные решения носят частный характер. Численный метод особенно эффективен при использовании ЭВМ.

В отдельных случаях исследования системы могут удовлетворить и те выводы, которые можно сделать при использовании качественного метода анализа математической модели. Такие качественные методы широко используются, например, в теории автоматического управления для оценки эффективности различных вариантов систем управления.

В настоящее время распространены методы машинной реализации исследования характеристик процесса функционирования больших систем. Для реализации математической модели на ЭВМ необходимо построить соответствующий моделирующий алгоритм.

2.3 Выборочный метод Монте-Карло

Разыгрывание выборок по методу Монте-Карло является основным принципом моделирования систем, содержащих стохастические или вероятностные элементы. Его зарождение связано с работой Фон Неймана и Улана в конце 40-х годов, когда они ввели термин Монте-Карло и применили этот метод к решению некоторых задач экранирования ядерных излучений. Этот математический метод был известен уже много лет, но свое второе рождение он пережил, когда нашел в Лос-Аламосе применение в закрытых работах по ядерной технике, которые велись под кодовым названием «Монте-Карло». Применение метода оказалось настолько успешным, что он получил распространение и в других областях науки и техники, так что теперь многим специалистам термин «метод Монте-Карло» представляется синонимом термина «имитационное моделирование». В методе Монте-Карло данные предшествующего опыта вырабатываются искусственно путем использования некоторого генератора случайных чисел в сочетании с интегральной функцией распределения вероятностей для исследуемого процесса. Таким генератором может быть таблица, колесо рулетки, подпрограмма ЭВМ или какой-либо другой источник равномерно распределенных случайных чисел. Подлежащее разыгрыванию распределение вероятностей может быть основано на эмпирических данных, извлекаемых из ранее сформированных записей, или на результатах последнего эксперимента либо может представлять собой известное теоретическое распределение. Случайные числа используются для получения дискретного ряда случайных переменных, имитирующего результаты, которых можно было бы ожидать в соответствии с разыгрываемым вероятностным распределением.

Способ применения метода Монте-Карло по идее довольно прост. Чтобы получить искусственную случайную выборку из совокупности величин, описываемой некоторой функцией распределения вероятностей, следует:

1. Построить график или таблицу интегральной функции распределения на основе ряда чисел, отражающего исследуемый процесс (а не на основе ряда случайных чисел), причем значения случайной переменной процесса откладываются по оси абсцисс {х), а значения вероятности (от 0 до 1) —по оси ординат (у);

2. С помощью генератора случайных чисел выбрать случайное десятичное число (СЧ) в пределах от 0 до 1 (с требуемым числом разрядов);

3. Провести горизонтальную прямую от точки на оси ординат;

соответствующей выбранному СЧ, до пересечения с кривой распределения вероятностей;

4. Опустить из этой точки пересечения перпендикуляр на ось абсцисс;

5. Записать полученное значение х. Далее оно принимается как выборочное значение;

6. Повторить шаги 2—5 для всех требуемых случайных переменных, следуя тому порядку, в котором они были записаны.

3.Разработка программной среды

Описание среды Delphi 5

Для реализации разработанных алгоритмов выбрана среда Delphi 5. Delphi 5 – это среда визуального программирования, основанная на объектно-ориентированной идеологии. Для создания интерфейса программ используется встроенная Библиотека Визуальных Компонентов (VCL). Эта библиотека содержит стандартные элементы интерфейса Windows-приложений, такие как: меню, панели инструментов, поля редактирования, таблицы и т.п.

Объектно-ориентированное программирование

Три принципа объектного программирования.

Наследование

Чтобы наиболее эффективно повторно использовать ранее созданные классы, одного сочетания данных и методов в единой структуре недостаточно. Однако полностью заново определять новый тип данных, если требуется изменить или добавить несколько новых свойств к старому типу, нерационально. Это плохо еще и потому, что если метод, имеющийся в обоих классах, потребуется внести исправления, то их придется делать дважды, в двух одинаковых копиях подпрограмм. Чтобы избежать ненужной работы, в объектном программировании был введен принцип наследования свойств и методов. Программисту достаточно описать один базовый класс (например, «автомобиль»), а классы «легковой автомобиль» и «грузовой автомобиль» основывать на этом базовом классе. При этом будут наследоваться все поля, свойства и методы базового (или родительского) класса, а дополнительно описывать их не требуется.

Цепочки наследования могут быть неограниченной длины. Так, у класса «кнопка» могут быть классы-наследники (или дочерние классы) — «графическая кнопка», «круглая кнопка» и так далее.

Полиморфизм

Когда будет происходить обращение к переменной, относящейся к классу «КАМАЗ», и вызов унаследованного метода «двигаться», программе придется решить, какой конкретно метод надо вызвать: метод класса «автомобиль», «грузовой автомобиль» или «КАМАЗ». В соответствии с принципом полиморфизма решение принимается в зависимости от типа переменной, вызывающей этот метод. То есть, если переменная описана как относящаяся к типу «КАМАЗ», будет вызван метод «двигаться», определенный именно для КАМАЗа.

Инкапсуляция

Инкапсуляция позволяет разграничить доступ разработчиков к различным полям и свойствам класса, примерно так, как это сделано в модулях Delphi, когда из других модулей видима только интерфейсная часть. Точно так же и внутри классов некоторые поля и методы можно сделать свободно доступными для использования (видимыми) в любом месте программы, а другие поля и методы сделать доступными только внутри текущего модуля и собственных методов класса. Это позволяет скрыть внутри описания различные характеристики и возможности класса, чтобы сосредоточить внимание разработчиков, повторно использующих этот класс, на его важнейших свойствах.

Кроме того, желательно не допускать бесконтрольного изменения значений свойств, так как это может привести к нарушению запланированной и сбалансированной взаимосвязи между этими свойствами.

События

Помимо этих трех фундаментальных возможностей объектно-ориентированного программирования, в среде Delphi реализована новая характеристика объекта — возможность обработки так называемых сообщений (или событий), получаемых от системы Windows или самой программы. Этот принцип лежит в основе работы всех визуальных компонентов Delphi, которые обрабатывают различные события, возникающие в процессе выполнения программы.

      Программные модули

Исходный текст программы состоит из следующих модулей:

Comp2.pas – описание класса TComp2 (класс, который описывает поведение компьютера в сети)

Line2.pas – описание класса TLine2 (класс, который моделирует поведение шин)

Unit1.pas- описание главного окна и расчетной части.

Rezult1.pas –описание окна коэффициентов загрузки.

Unit3.pas – описание окна временных диаграмм. 

Описание алгоритма работы программы.

“Ввод исходных данных” – нужно ввести номер топологии сети, параметры ЛВС (число компьютеров, интенсивность абонентов, время моделирования);

“Вывод результатов” - производится расчет : числа переданных кадров, числа коллизий в шинах, загруженности шин;

“Выводятся диаграммы”: *Времени ожидания заявки*, *Времени пребывания заявки в системе*.

Опытная эксплуатация

Разработанное приложение содержит 3 формы, одна из которых является основной (Form1). Две остальные формы отражают результаты. Зависимые формы можно просматривать одновременно.

На Form1 находятся поля ввода исходных данных: число компьютеров, интенсивность абонентов, время моделирования. Также находятся две кнопки:  *Моделирование* - позволяет просмотреть результаты Form2  и кнопка *Выход* - выход из программы.

На Form2 находятся поля вывода результатов исходных данных: число компьютеров и время моделирования, а также вывод результатов расчётов: количество переданных кадров, число коллизий в шинах и загруженность шин. Также кнопка *ОК*- выход из программы.

На Form2 есть также кнопка “Графики”, которая позволяет ознакомиться с графиками : *Времени ожидания заявки*, *Времени пребывания заявки в системе*.

Вывод результатов

Рис.16

 Топология 1

 Топология 2

Топология 3

4. Технико-экономическое обоснование результатов работы

1. Характеристика разрабатываемого программного обеспечения (ПО)

А) Назначение разрабатываемого ПО, основные характеристики

Данный проект заключается в исследовании ЛВС с 2-ой и 3-ой шинами на основе математического моделирования. Поставленная задача - разработать математическую модель ЛВС, рассмотреть метод случайного доступа, исследовать характеристики моделей и сделать сравнительный анализ.

Б) Определение группы конечных пользователей

Данная система предназначена для пользователей средней категории (необязательно владеющих навыками программирования), способных вести работу в среде MS Windows.

В) Требования потенциальных потребителей к разрабатываемому ПО

Помощь

Хорошо написанная программа почти не требует обучения пользователя. Развитая система помощи должна позволять ориентироваться в программе и пояснять действие пользователя на разных этапах работы с программой.

Быстродействие и объем

Быстродействие рассматривается в двух аспектах: при вводе данных и при расчётах. К быстродействию особенно критичны системы  для крупных предприятий с многочисленным персоналом или с большим количеством материалов. Настройка на различные режимы отражения информации и печати

Удобство

Минимум ввода значений в диалоге

Как можно меньшее количество функциональных клавиш

Удобный и красивый интерфейс

Г) Фирмы-конкуренты

Программных разработок этого класса нет.

Д) Определение ёмкости рынка и потенциального объёма продаж

Ёмкость рынка

Число малых предприятий в Москве примерно 24000-25000

Сфера производства – 35%

Сфера торговли – 65%

П(ёмк.) = 24500 * 0,35 = 8575 шт.

Потенциальный объём продаж

Из 8575 шт. Предприятий 2% заинтересованы в приобретении данного  ПО

 8575 * 0,02 = 172 шт.

Организация разработки программного обеспечения

(число в скобках указывает на количество используемого оборудования)

Сетевой график

Оптимизация сетевого графика

(методом перезагрузки исполнителей, т.е. при постоянной трудоёмкости)

(График оптимизирован с помощью уменьшения количества производителей. При этом сокращены потери ресурсов).

Графики загрузки исполнителей и загрузки ЭВМ.

Оптимизированные графики загрузки исполнителей и загрузки ЭВМ.

Определение потерь исполнителей:

1*9+3*7+1*9+1*1+4*5+3*9+2*10+8*2+6*3=141 (чел x дней) 

Определение потерь машиновремени:

1*11+4*9+1*1+4*5+3*9+2*10+8*2+6*3=149 (чел x дней) 

      Определение экономических показателей для разрабатываемого программного обеспечения

3.1. Определение суммарных затрат на разработку ПО

3.1.1. Расчёт прямых материальных затрат

Расчёт затрат на основную заработную плату

Расчёт затрат на дополнительную заработную плату

Расчёт затрат на доп. з/п

(осн. з/п) = 45450  руб.

(доп. з/п) = 15% * (осн. З/п) = 0,15 *45450= 6817,5 руб.

Отчисления на социальные нужды

 38,5% * (осн. з/п+доп. з/п)

0.385 * (45450 + 6817,5) = 20122,99 руб.

Расходы на приобретение, содержание и эксплуатацию КТС

 Расчёт общей стоимости КТС

Расходы на содержание и эксплуатацию КТС включают затраты:

А) амортизационные отчисления, приходящиеся на 1 час работы КТС

Ач = Ф перв. А/Fд

Ф перв. – первоначальная стоимость КТС

А – норма амортизации (0.25)

Fд – фонд времени КТС

Для компьютера : А ч1 = 18000 (0.25/2000) = 2,25 (руб.)

Для принтера : А ч2 = 6000 (0,25/2000) = 0,75 (руб.)

Б) Затраты на силовую  электроэнергию, приходящиеся на 1 час работы КТС

Для компьютера: потребляемая мощность 180 Вт = 0,18 кВт

Для принтера: потребляемая мощность 50Вт = 0,05 кВт

   Стоимость эл./эн. 1 кВт час = 1,20 руб.

0,18 * 1,20 = 0,216 руб.

0,05 * 1,20 = 0,06 руб.

В) Затраты на ремонт и профилактику, приходящиеся на 1 час работы КТС

Для компьютера: А т.ч. = 18000 (0,05/2000) = 0,45 руб.

Для принтера : А т.ч. = 6000 (0,05/2000) = 0,15 руб.

Г) Возмещение износа малоценных и быстроизнашиваемых предметов (на 1 час работы КТС)

Для компьютера :   А мпб.ч. = 18000 (0,2/2000) = 1,8 руб.

Для принтера : А мпб.ч. 6000 (0,02/2000) = 0,06 руб.

Стоимость часа работы

Компьютера (2,25+0,216+0,45+1,8) = 4,716  руб.

Принтера (0,75+0,06+0,15+0,06) = 1,02  руб.

Определение часов машинного времени, затраченного на установку данной системы управления логистикой предприятия

Для компьютеров

(2*4+5*3+6*1+7*4+2*3 +4 *2+6*2)*8=664 (машин.x час)

Для принтера

5*3*8=120 (машин.x час)

Расходы на содержание и эксплуатацию компьютера

4,716 * 664 = 3131,42 руб.

Расходы на содержание и эксплуатацию принтера

1,02 * 120 = 122,40 руб.

3131,42+122,40 = 3253,82 руб.

Износ нематериальных активов (НА)

А на = (Ф перв. * t исп.) / (Т на * t  общ)

Ф перв. – первоначальная стоимость НА, руб. (Пакет MS Office, Delphi)

T исп. -  время использования НА для выполнения данной разработки (час.)

Т на -  срок полезного использования НА (лет)

T общ. – общее время использования НА за год (час.)

А на = (10000*264)/(5*2000) = 264 (руб.)

Затраты на мероприятия, связанные с правовой охраной разрабатываемой системы = 1000 (руб.)

Накладные расходы = 45450 (руб.)

Выявление факторов, влияющих на цену разработанного ПО,  и установление пределов цены

К факторам, влияющим на нижний предел цены разработанного ПО, относятся:

* отказ от самостоятельных действий на рынке

* возможность превращения пользователя или заказчика в будущего конкурента

*возрастание риска при наличии возможности несанкционированного копирования и распространения и т.д.

К факторам, влияющим на верхний предел цены, относятся:

*прирост прибыли пользователя, получаемый в результате применения ПО

*наличие или отсутствие конкуренции производителей

*возможность самостоятельной разработки ПО пользователем и связанные с этим издержки и др.

3.3.Расчёт ориентировочной цены ПО

Ц по = С/n + П+ Здоп

С – суммарные затраты на разработку ПО

П – прибыль разработчика

Ц по = 122798,31/ 172 +228,49+200 = 1142,44 руб.

Выявление факторов, определяющих эффективность применения разработанного ПО

Для оценки эффективности использования разработанного ПО у потенциального потребителя (заказчика, пользователя) необходимо выявить факторы, определяющие эффективность. Такими факторами могут быть:

*сокращения времени, затрачиваемого на выполнение операций, связанных с вводом, обработкой, поиском, хранением и выводом информации;

*повышение производительности труда работников при использовании разработанного ПО;

*повышение качества проектирования качества инженерных решений и качества технической информации;

*уменьшение сроков  проектирования и создания новых объектов;

*сокращение количества рабочих;

*сокращение потерь от брака;

*сокращение потребности в каких-либо ресурсах (материальных, энергетических и т.п.) и т.д.

  3.5. Определение показателей экономической эффективности использования разработанного ПО

 при планируемом сроке использования разработанного ПО более одного года определяют чистый дисконтируемый доход

NPV = (((1+E)^5 - 1) / (E(1+E) ^5))  * (ЧП доп + Апо) – Цпо

Т – планируемый срок использования разработанного ПО (5 лет)

А по – износ нематериальных активов, в качестве которых в данном случае выступает разработанное ПО.  

А по = Ц по / Т

А по = 1142,44 / 5 = 228,49

NPV = (((1+0,1)^5 -1) / (0,1(1+0,1)^5  )) * (3123,97 + 228,49)  - 1142,44 =12701,87 

Срок окупаемости затрат на ПО с учётом дискотирования рассчитывается следующим образом:

Дискотированный доход для каждого года планируемого срока использования ПО (руб.)

(ЧП доп. + Апо) / (1+Е)    = 3047,69

(ЧП доп. + Апо) / (1+Е)^2  = 2770,62

(ЧП доп. + Апо) / (1+Е)^3  = 2518,75

(ЧП доп. + Апо) / (1+Е)^4  = 2289,76

(ЧП доп. + Апо) / (1+Е)^5   = 2082,27

Определяем нарастающим итогом сумму дискотированных доходов за целое число лет, при котором такая сумма  оказывается наиболее близкой к цене приобретаемого ПО, но меньше её.

Определим, какая  часть цены приобретаемого ПО остаётся ещё *не покрытой* за счёт накопленной к данному моменту времени суммы дискотированных доходов

Непокрытая часть цены ПО:

Цена ПО – 10626,82 = 1142,44 – 10626,82 = -9484,38

9484,38/2082,27 =  4,5

=> срок окупаемости ПО, определённый  с учётом дискотирования, составит  6 месяцев. 

Вывод:

После применения данного программного обеспечения среднее время на выполнение 1 операции сократилось в 2,5 раза, в 1,5 раза уменьшилось число работников, необходимых для выполнения операции. Получена дополнительная чистая прибыль в размере: 3123,97 руб.

5. Экологическая безопасность

    Введение

Всеобщая компьютеризация привела к тому, что люди, профессия которых непосредственно связана с ПЭВМ, вынуждены в течение длительного времени находиться рядом с компьютером, подвергаясь вредному воздействию с его стороны.

Компьютер может повысить эффективность образования  и промышленности, банковского дела и торговли, объединить через Интернет весь мир! И, очевидно, это  неостановимо... Как всякий новый этап в  развитии общества, компьютеризация несет с собой и новые проблемы. И одна из наиболее важных – экологическая. А ведь компьютерами сегодня пользуются не только профессионалы, но и дети, подростки, студенты обучаются в дисплейных классах, имеющихся практически во всех учебных заведениях. Высшие учебные заведения и школы уже сегодня имеют бесплатный выход в интернет, практически в любом предприятии или учреждении, имеется выход в компьютерную мировую “паутину”. И чем раньше мы подключимся к этой мировой технологии, тем быстрее впишемся в мировую экономику. Мгновенное получение любой информации с любого конца земного шара – вот основное достоинство интернет. Уже сегодня, не выходя из дома, можно заказать по интернет любой товар с любого конца земли, совершить сделку, провести конференцию, посмотреть кино или концерт, почитать интересный журнал или газету, поиграть в интересную игру, пообщаться с друзьями, получить консультацию у врача, получить образование или пройти дополнительное обучение, и многое другое, о чем мы даже сегодня и не подозреваем. Интернет вскоре перевернет всю нашу жизнь.

Электромагнитное излучение

Каждое устройство, которое производит или потребляет электроэнергию, создает электромагнитное излучение. Это излучение концентрируется вокруг устройства в виде электромагнитного поля. Некоторые приборы, вроде тостера или холодильника, создают очень низкие уровни электромагнитного излучения. Другие устройства (высоковольтные линии, микроволновые печи, телевизоры, мониторы компьютеров) создают гораздо более высокие уровни излучения.

Электромагнитное излучение нельзя увидеть, услышать, но тем не менее оно присутствует повсюду. Хотя вредное влияние обычных уровней электромагнитного излучения на здоровье детей и взрослых никем пока не доказано, многих волнует эта проблема. Подобные опасения чаще всего связаны с неправильным пониманием самого термина излучение. У многих из нас этот термин ассоциируется с рентгеновскими лучами (или так называемым ионизирующим излучением), т.е. высокочастотной формой радиации, которая, как доказано, увеличивает шанс заболевания раком людей и животных.

В действительности же, каждый, кто знаком с принципом действия монитора компьютера (называемого также видеотерминалом или дисплеем), согласится с тем, что здесь нет смысла говорить о рентгеновском излучении. Незначительное количество ионизирующего излучения, создаваемого катодно-лучевой трубкой внутри монитора, эффективно экранируется стеклом трубки.

Дисплеи, как правило, удовлетворяют Государственному стандарту и излучения не должны оказывать вредного воздействия на человека. Более того, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) подтвердила отсутствие взаимосвязи между воздействием электромагнитного излучения компьютеров и заболеваемостью пользователей ПК раковыми, сердечно-сосудистыми и другими не менее опасными заболеваниями. С другой стороны, за последние годы компьютер претерпел огромные позитивные изменения как функционально, так и конструктивно.

Что касается влияния на человеческий организм электромагнитного излучения более низких частот - излучения очень низкой частоты и сверхнизкой частоты, создаваемого компьютерами и другими бытовыми электроприборами, то здесь ученые и защитники прав потребителей пока не пришли к единому мнению. Исследования в этой области, проверенные в последние годы, только усилили беспокойство и поставили новые вопросы, остающиеся без ответа.

  Изучение влияния компьютера на здоровье человека

То, что дисплейные мониторы представляют собой источники весьма интенсивного излучения в виде переменных КНЧ - электрических и магнитных полей, стало известно лишь в октябре 1982 г., когда директор К. Мара, биофизик из Канадского Центра охраны труда и профилактики профессиональных заболеваний (CCOSH), расположенного в Гамильтоне (провинция Онтарио) опубликовал данные канадских ученных, согласно которым напряженность магнитного поля с частотой 60 Гц на расстоянии 30 см от экрана превышает 2 мГс, а на расстоянии 50 см от нескольких экранов она составляет приблизительно 1 мГс. В 1983 г. Центром CCOSH был издан пресс-релиз, содержавший выводы Мара. Суть предостережения автора была такова. Имеются научно-обоснованные данные, позволяющие предполагать, что переменные электрические и магнитные поля могут быть более вредными для организма, чем поля неимпульсного характера. Кроме того Мара предлагал изменить

Проблема становилась все серьезнее по мере накопления сведений, подтверждающих тот факт, что создаваемые дисплеями электромагнитные поля вредны для организма (а рабочие места оснащены уже примерно 40 миллионами компьютерных терминалов). Людей волновал конкретный вопрос, почему проводится столь мало эпидемиологических исследований, которые должны определить, наносят ли излучения мониторов вред здоровью пользователей.

Симптомы вредных излучений

Компьютер генерирует излучения и поля, опасные для здоровья человека. Главную опасность для пользователя компьютера представляют электромагнитное излучение в диапазоне частот 50 Гц - 300 МГц.

В результате этого возможно возникновение депрессии, стрессового состояния, головной боли, бессонницы, раздражения кожи, болезни суставов и развитие синдрома "хронической усталости". Причем длительное нахождение человека в поле, генерируемым системным блоком компьютера, отрицательно влияет на его психику. Уровень этих полей обычно превышает биологически безопасный, причем их излучение воздействует на человека на расстоянии до 2,5 м от передней панели системного блока.

По данным ВЦИОМ следует, что у 74% опрошенных при работе на компьютере устают глаза, а у 31% части возникают головные боли и появлялась сильная раздражительность.

По обобщенным данным, у работающих с компьютером от 2-х до 6-ти часов в сутки функциональные нарушения центральной нервной системы происходят в 4,6 раза чаще, чем в контрольных группах, болезни сердечно-сосудистой системы - в 2 раза чаще, болезни верхних дыхательных путей в 1,9 раза чаще.

Рассматривая влияние компьютеров на здоровье, отметим несколько факторов риска.

Сюда относятся:

·    проблемы провокации эпилептических приступов;

·    проблемы, связанные с электромагнитным излучением;

·    проблемы зрения;

·    проблемы, связанные с мышцами и суставами.

В каждом из этих случаев степень риска прямо пропорциональна времени, проводимому за компьютером и вблизи него.

Провокация эпилептических приступов

Мнение о возможности провокации приступов при работе на компьютере сильно преувеличено. Так же не доказано, может ли компьютер влиять на течение эпилепсии. Однако имеются отдельные люди с повышенной чувствительностью к световым мельканиям и возможностью появления у них эпилептических приступов (фотосенситивные приступы).

Эпилептические припадки случаются крайне редко - приблизительно у одного человека из 4000. Чаще страдают дети от 4 до 15 лет.

Для профилактики желательно чтобы видеомонитор имел высокую разрешающую способность и частоту развертки кадров - это уменьшит мелькание экрана. Высокая степень концентрации внимания и необходимость быстрой реакции при работе на компьютере могут даже, активизируя работу коры головного мозга, препятствовать появлению приступов.

Влияние на зрение

Исследования, проведенные в государственных (некоммерческих) лабораториях США свидетельствуют о том, что уровни опасного для глаз ионизирующего (типа рентгеновских лучей) и неионизирующего (ультрафиолетового) излучения, исходящего от экранов, достаточно низки. Например, уровень ультрафиолетового излучения, исходящего от монитора, составляет лишь малую часть по сравнению с продуцируемым лампами дневного света.

Эти дозы ультрафиолета не могут вызвать катаракту даже при воздействии в течение всей жизни. Иногда после работы с компьютером возникает ощущение "окрашивания" черно-белых предметов. Однако это не признак заболевания, а особенность нормального зрения. Это так называемый эффект МакКалаха, при котором предметы окрашиваются в цвета, дополнительные к тем, которые доминировали на экране. После длительной работы с компьютером могут возникать такие неприятные ощущения, как "раздражение" глаз (краснота, слезотечение или сухость роговицы), утомление (общая усталость, боль и тяжесть в глазах и голове), трудности при фокусировке зрения. Возможны также боли в спине и мышечные спазмы.

Зрение человека, сформированное в ходе длительной эволюции, оказалось мало приспособлено к зрительной работе с компьютерным изображением. Экранное изображение отличается от естественного тем, что оно: самосветящееся, а не отраженное, имеет значительно меньший контраст, который еще больше уменьшается за счет внешнего освещения, не непрерывное, а состоит из дискретных точек – пикселей, мерцающее (мелькающее), т.е. точки с определенной частотой зажигаются и гаснут. Чем меньше частота мельканий, тем меньше точность установки аккомодации, не имеет четких границ (как на бумаге), потому что пиксель имеет не ступенчатый, а плавный перепад яркости с фоном.

Зрительная нагрузка возрастает из-за необходимости постоянного перемещения взора с экрана на клавиатуру и бумажный текст. Невозможность правильно и рационально организовать рабочее место пользователя (блики на экране монитора от внешних источников, неправильное расстояние от глаз до экрана, неудачный выбор цветов, чрезмерно большая яркость экрана) усугубляют ситуацию.

Жалобы людей, проводящих большую часть рабочего времени за экраном монитора, можно разделить на две группы: "зрительные" и "глазные".

К первым относятся:

·          затуманивание зрения (снижение остроты зрения);

·          замедленная перефокусировка с ближних предметов на дальние и обратно (нарушение аккомодации);

·          двоение предметов;

·          быстрое утомление при чтении.

Ко вторым:

·          жжение в глазах;

·          чувство "песка" под веками;

·          боли в области глазниц и лба;

·          боли при движении глаз;

·          покраснение глазных яблок.

Эти явления обычно объединяют термином "астенопия" (буквальный перевод - отсутствие силы зрения). Указанные жалобы встречаются у значительного процента пользователей ПК и зависят как от времени непрерывной работы за экраном, так и от ее характера. У части пользователей астенопия проявляется через 2 часа, у большинства - через 4 часа и практически у всех - через 6 часов работы за экраном. Менее нагрузочной, считается считывание информации с экрана дисплея, более нагрузочной - ее ввод.

Наибольшее общее утомление вызывает работа в диалоговом режиме. Особую нагрузку на зрение представляет собой компьютерная графика - выполнение и корректирование рабочих чертежей с помощью ПК. Уже в первые годы компьютерного бума врачи-офтальмологи стали искать объективные изменения органа зрения у пользователей ПК. Первые сведения о большей частоте у них распространенных глазных заболеваний - катаракты и глаукомы - не подтвердились.

Внимание исследователей было устремлено на систему рефракции, то есть оптической установки глаза, и аккомодации, то есть перефокусировки глаза к различным расстояниям. Исследование зрительных функций у лиц, в течение нескольких лет работавших за экранами ПК, выявило снижение объема аккомодации по сравнению с возрастной нормой и большую частоту близорукости по сравнению с людьми того же возраста, не связанных с компьютером. У лиц, предъявлявших вышеописанные жалобы, все эти изменения были выражены более резко. Исследование влияния самой работы с дисплеем на зрение показало, что за рабочую смену происходит уменьшение объема аккомодации, и у некоторых пользователей развивается временная (так называемая ложная) близорукость.

Происходят также сдвиги мышечного равновесия глаз, снижение контрастной чувствительности зрения и другие функциональные нарушения. Все эти изменения оказались весьма сходными с теми, которые наблюдаются у исполнителей других зрительно-напряженных работ: операторов - микроскопистов в электронной промышленности, сборщиков печатных схем-плат, сортировщиков драгоценных камней. Весь этот комплекс носит название "профессиональная офтальмопатия".

Компьютерные очки

Используют специальные очки с прогрессивными линзами, в которых зона ясного видения соответствует перемещению взора при работе с дисплеем. Возможны также очки или контактные линзы, в которых один глаз фокусируется на экран, а другой на бумагу с текстом. Целый круг проблем возникает сейчас в связи с распространением рефракционных операций, ножевых и лазерных. Помимо диоптрийной коррекции существенную роль может играть специальная окраска очковых линз. Несколько лет назад Институтом биохимической физики РАН совместно с Московским Институтом глазных болезней им. Гельмгольца были разработаны цветовые покрытия, содержащие три узких полосы пропускания в области основных цветов спектра и дающие значительное повышение контраста изображения.

Применение очков с такими покрытиями у интенсивных пользователей ПК (конструкторов космической техники) дало снижение зрительного утомления и улучшение показателей аккомодации по сравнению с обычными очками у 85% работников. Очки с компьютерным спектральным фильтром: повышают цветоразличение и цветовой контраст, делают изображение на сетчатке глаза более четким и контрастным, уменьшают "пиксельность" изображения на мониторе - (фильтр обладает удивительным свойством - различимость точек-пикселей уменьшается, но при этом сама линия оператором воспринимается более четко, более контрастно), "корригируют" спектр излучения монитора под максимальную спектральную чувствительность фоторецепторов глаз, улучшают аккомодационную способность - это важнейший показатель работы глаз, уменьшают время обнаружения полезного сигнала, вырезает коротковолновую, жесткую часть спектра, негативно действующую на оптические среды глаза.

В результате перечисленного уменьшается количество ошибок, совершаемых оператором, особенно во второй половине дня, уходят раздражительность и головные боли, улучшается эмоциональное состояние. В очках с компьютерным фильтром комфортно в помещении, освещенном искусственными источниками света, особенно люминесцентными лампами, т.к. они улучшают спектральный состав света, попадающего в глаза. В этих очках комфортно на улице, в пасмурную погоду - в них видно четче и контрастнее, а в солнечный день они не пропускают в глаза очень активную коротковолновую часть спектра. Таким образом, очки с компьютерным фильтром являются универсальными очками постоянного ношения.

Цветное компьютерное изображение не соответствует естественным цветам (спектры излучения люминофоров отличаются от спектров поглощения зрительных пигментов в колбочках сетчатки глаза, которые ответственны за наше цветовое зрение).

  рис.17

На рисунке показан вид символов, воспроизводимых на экране дисплея, при различном числе строк и элементов на знак.

Но не только особенности изображения на экране вызывают зрительное утомление. При работе на компьютере часами у глаз не бывает необходимых фаз расслабления, глаза напрягаются, их работоспособность снижается. Большую нагрузку орган зрения испытывает при вводе информации, так как пользователь вынужден часто переводить взгляд с экрана на текст и клавиатуру, находящиеся на разном расстоянии и по-разному освещенные.

Проблема вредного воздействия компьютера, в частности монитора, на организм человека приобрела поистине мировые масштабы.

Есть несколько причин, вызывающих нарушения в человеческом организме. Это: длительное неизменное положение тела, постоянное напряжение зрительной системы, воздействие на организм радиации электростатических и электромагнитных полей. По итогам различных исследований человек, работающий за компьютером, устает гораздо больше, чем человек, выполняющий аналогичную работу без применения машины.

Особенно много жалоб от операторов компьютеров на рези в глазах, затуманивание, общее ухудшение зрения. При чтении текста с листа бумаги глаз воспринимает отраженные при падении света тексты. Просматривая же текст на экране, человек подолгу глядит на сам источник света. Когда мы работаем за монитором, то и дело приходится что-то считывать, печатать, сравнивать, а, значит, сотни, тысячи раз за день глаз должен перестраиваться.  Свет дисплея - непрерывно мелькающий и дрожащий с большой яркостью и сильной контрастностью. Человек "не видит" этих мелькании, однако и глаз, и мозг реагируют на них.  В Австралии недавно были опубликованы данные статистики об опухолях головного мозга, возникших у людей в результате работы с компьютером. В нашей стране пока такой статистики нет, потому что здесь компьютеризация не достигла такого уровня, как в наиболее развитых странах, и уж тем более мало людей, которые занимались бы проблемами вредного воздействия компьютера на человека. Последние исследования лабораторий показали, что свет от любого источника не прекращает, как считалось ранее, свое "существование" в глазу. Он распространяется до мозга и пронизывает весь организм. Компьютерный же свет может вызывать опасные заболевания и изменения. К тому же некоторые частоты излучений дисплея могут попадать в резонанс с частотой мозга. Частично избавиться от подобных опасностей, характерных для мониторов и, кстати, обычных телевизоров с вакуумными трубками, можно, например, используя плоские плазменные электролюминесцентные и

жидкокристаллические экраны, соответствующие по безопасности знаменитому шведскому стандарту.

Экран современного телевизора также не естественен для зрительной системы человека. Но в телевизоре мы рассматриваем изображение в целом и издалека – нам важен сюжет, общий план, динамика событий и нет необходимости напрягать зрительную систему, чтобы разглядеть очень маленькие детали. Другое дело изображение на дисплее, с которым мы работаем, вводим или читаем текст, таблицы, рисуем графики или изучаем детали чертежа. В этом смысле игры на компьютере ближе к работе на дисплее, чем к просмотру телепередач: и расстояние наблюдения меньше, и детали изображения в компьютерной игре важны, так что следует помнить о необходимости обеспечения эргономической безопасности и игровых автоматов, и игровых приставок к телевизорам.

рис.18 Распределение световых потоков на экран

Все эти зрительные аспекты экологической проблемы компьютеризации сегодня изучаются в рамках нового направления науки – офтальмоэргономики, поскольку зрительный дискомфорт в той или иной степени может проявляться при использовании не только современных экранов, но также и перспективных жидкокристаллических, газоразрядных и электролюминесцентных экранов.

Проблемы, связанные с мышцами и суставами

Чаще всего это  боль в плечах и пояснице или покалывание в ногах. Но бывают, однако, и более серьезные заболевания. Наиболее распространен кистевой туннельный синдром, при котором нервы руки повреждаются вследствие частой и длительной работы на компьютере.

В наиболее тяжелой форме этот синдром проявляется в виде мучительных болей, лишающих человека трудоспособности.

По мнению экспертов , работа с персональными компьютерами оказывает отрицательное воздействие на нормальное течение беременности, что объясняется в первую очередь костно-мышечным дискомфортом. В подготовленном проекте Единых санитарных норм и правил по работе с персональными компьютерами имеется пункт, запрещающий работы с дисплеями женщинам со дня установления беременности.

  Требования к компьютерным дисплеям

Эргономическая безопасность компьютера оценивается по двум перечням требований: к визуальным параметрам дисплеев (с учетом светового климата рабочего места) и к эмиссионным параметрам – излучениям дисплеев и ПК.

Требования к визуальным параметрам должны гарантировать комфортность работы пользователя, т. е. минимальное зрительное утомление при заданной точности, скорости и надежности восприятия информации. Именно из-за особенностей зрительного восприятия визуальные требования разделены на две группы.

В первую выделены четыре параметра: яркость, освещенность, угловой размер знака и угол наблюдения, нормирование которых в целях обеспечения эргономической безопасности компьютера взаимозависимо. Параметры же второй группы – неравномерность яркости, блики, мелькания, дрожание, геометрические и нелинейные искажения и т. д. (всего более 20 параметров) независимы, и каждый их них может быть отдельно измерен.

Для человека при общей оценке изображения важны одновременно все четыре основных визуальных параметра первой группы. Поэтому эргономическая безопасность дисплеев может быть обеспечена только при сочетаниях их значений в определенных диапазонах – оптимальном (комфортность зрительной работы максимальна) и допустимом (комфортность не ниже нормы). Только так может быть минимизирована зрительная нагрузка.

рис.19

В реальных условиях границы диапазонов придется корректировать в зависимости от соотношения спектров свечения экрана и внешней освещенности, от воспроизводимых дисплеем цветов знака и фона (некоторые пары цветов не только утомляют зрение, но и могут привести к стрессу). Проявляется различие в качестве восприятия информации, а следовательно, в значениях границ диапазонов, при работе с темными знаками на светлом фоне (прямой контраст) и со светлыми знаками на темном фоне (обратный контраст), которые требуют разных световых условий на рабочем месте.

            Комфортность и безопасность зрительной работы с дисплеем в значительной степени зависит от контрастности изображения, т. е. отношения его яркости к яркости фона. Фоновая яркость образуется из-за диффузного отражения внешнего светового потока от люминофора трубки и за счет зеркального отражения от стекла экрана. В некоторых новых ЭЛТ для уменьшения отраженного диффузного светового потока наносят черное покрытие между зернами цветных люминофоров, а также применяют темное стекло с коэффициентом пропускания, существенно меньшим 100%. В этом случае внешний световой поток, как показано на рисунке, проходя через стекло с коэффициентом пропускания, например, 0,5, будет поглощаться дважды и ослабится в 4 раза, а собственное излучение ЭЛТ – только в 2 раза, и контрастность изображения возрастет.

          Зеркальные отражения поверхностью экрана ЭЛТ источников света, окон, блестящих корпусов и деталей аппаратуры образуют блики, создающие дополнительную нагрузку на зрение. Иногда яркие блики могут полностью замаскировать участки изображения на дисплее. Мешают работе, отвлекают и раздражают отражения в экране светлых стен, одежды, да и собственной физиономии. Уменьшение величины зеркального отражения экрана дисплея – одно из важных требований эргономической безопасности, поэтому некоторые новые ЭЛТ имеют специальные антибликовые покрытия.

           Весьма вредным для зрения свойством, характерным для большинства используемых сегодня в России дисплеев, является мелькание изображения из-за низкой частоты обновления информации на экране (кадровой развертки). Уменьшить заметность мельканий, одновременно с повышением контрастности, позволяют ЭЛТ с поглощающими световой поток стеклами, используемые в новых поколениях дисплеев, которые, кроме того, обеспечивают достаточно высокую частоту кадров.

           Естественно, чтобы дисплей не являлся источником опасности, все остальные визуальные параметры должны соответствовать современным требованиям. Но главное – необходим комплексный подход к эргономической безопасности по визуальным параметрам, учитывающий как особенности зрения, так и технические параметры аппаратуры.

Требования к эмиссионным параметрам дисплеев и ПК являются несомненно важными, так как, по данным российских и зарубежных специалистов, для здоровья человека могут быть опасными поля и излучения компьютеров, прежде всего электростатическое и переменные электромагнитные поля.

Электростатический потенциал образуется из-за высокого ускоряющего напряжения ЭЛТ. На положительно заряженную поверхность экрана трубки стекают отрицательные ионы из пространства между пользователем и дисплеем. В результате в этой зоне повышается концентрация положительных ионов и положительно заряженных частичек пыли и дыма. Можно однозначно утверждать, что при продолжительной работе это вызывает заболевания дыхательных путей и кожных покровов лица и рук (дерматит).

       Источниками переменных электрического и магнитного полей в ПК являются как собственно дисплей, так и другие блоки и элементы схемы. Переменные поля имеют место не только в компьютерах с дисплеями на ЭЛТ, но и в портативных компьютерах с жидкокристаллическими экранами.

Стандарты MPR

Это первая система стандартов, регламентирующих ограничения на мощность электростатических, электрических и магнитных полей для компьютерной и офисной техники. Стандарты разработаны Национальным департаментом стандартов Швеции (SWEDAC — Swedish National Board for Measurement and Testing) совместно с Институтом расщепляющихся материалов (SSI). MPR II также включает рекомендуемые руководящие принципы. Эти руководящие принципы базируются на концепции о том, что люди живут и работают в местах, где уже есть магнитные и электрические поля, поэтому устройства, которые мы используем, такие как монитор, не должны создавать электрические и магнитные поля, большие, чем те, которые уже существуют.

Сначала, в 1987 году появился стандарт MPR I, но он не получил широкого распространения. В 1990 году появился стандарт MPR II, который в том же году был утвержден в странах ЕЭС в качестве основного. Требования MPR II учитываются при разработке комплексных стандартов TCO. Большинство современных мониторов сегодня выполняется в соответствии с рекомендациями MPR II или стандарта TCO. Хотя по поводу воздействия полей все еще ведутся дискуссии, было принято, что если такое воздействие есть, то при использовании экрана с MPR II поля, генерируемые монитором, будут иметь относительно малый уровень по сравнению с полями, генерируемыми другим электрическим и канцелярским оборудованием.

Ограничения на излучение от электростатических, электрических и магнитных полей по стандарту MPR II.

* Показатели замеряются на расстоянии 50 см.

Также стандартом MPR II нормируются следующие визуальные параметры:

• цвет фона или символа;
• яркость экрана или курсора;
• средняя яркость;
• равномерность яркости;
• коэффициент диффузного отражения;
• дрожание изображения;
• расчетная критическая частота мерцаний;
• размеры и искажения символа;
• нелинейность;
• неортогональность;
• коэффициент модуляции растра, растровая частота;
четкость;
• коэффициент отражения от обрамления экрана.

В настоящее время разрабатывается следующая версия стандарта — MPR III.

Стандарты TCO

Аббревиатура TCO расшифровывается как Шведская федерация профсоюзов. За разработкой стандарта TCO стоят четыре организации: собственно Федерация, Шведское общество охраны природы (Naturskyddforeinegen — The Swedish Society for Nature Conservation), Национальный комитет промышленного и технического развития (NUTEK) и измерительная компания SEMKO AB.

Компания SEMKO AB занимается тестированием и сертификацией электротехнических приборов. Это независимое подразделение группы British Inchcape. SEMKO AB разработала тесты для сертификации и проверки сертифицированных устройств по стандарту TCO.

Главная задача TCO — это разработать стандарты безопасности при работе с компьютерами, то есть обеспечить пользователям безопасное и комфортное рабочее место. Кроме разработки стандартов безопасности, TCO участвует в создании специальных инструментов для тестирования мониторов и компьютеров.

Стандарты TCO разработанные с целью гарантировать пользователям компьютеров безопасную работу. Этим стандартам должен соответствовать каждый монитор, продаваемый в Швеции и в Европе. Рекомендации TCO используются производителями мониторов для создания более качественных продуктов, которые менее опасны для здоровья пользователей. Суть рекомендаций TCO состоит не только в определении допустимых значений различного типа излучений, но и в определении минимально приемлемых параметров мониторов, например, поддерживаемых разрешений, интенсивности свечения люминофора, запаса яркости, энергопотребления, шумности и т. д. Более того, кроме требований в документах TCO приводятся подробные методики тестирования мониторов. Рекомендации TCO применяются как в Швеции, так и во всех европейских странах для определения стандартных параметров, которым должны соответствовать все мониторы. Сначала был создан стандарт TCO'91 (TCO Screen Facts, 1991), но он не получил широкого распространения. Сегодня состав разработанных TCO рекомендаций входят три стандарта: TCO'92, TCO'95 и TCO'99, цифры означают год их принятия.

Большинство измерений во время тестирований на соответствие стандартам TCO проводятся на расстоянии 30 см перед экраном и на расстоянии 50 см вокруг монитора. Для сравнения во время тестирования мониторов на соответствие другому стандарту MPR II все измерения производятся на расстоянии 50 см перед экраном и вокруг монитора. Это объясняет то, что стандарты TCO более жесткие, чем MPR II.

TCO'92 

Стандарт TCO'92 был разработан исключительно для мониторов и определяет величину максимально допустимых электромагнитных излучений при работе монитора, а так же устанавливает стандарт на функции энергосбережения мониторов.

В таблице 2 даны значения по электрическим и магнитным полям для всех стандартов TCO, так как с момента выпуска первого стандарта TCO'91 эти значения не изменились.

Ограничения на излучение от электростатических, электрических и магнитных полей по         стандарту TCO'91 — TCO'99.

Дисплей должен быть оборудован автоматической функцией выключения. Это означает, что дисплей должен быть автоматически выключен, если он некоторое время не используется, чтобы уменьшить потребление энергии и излучения.

TCO'95 

Стандарт TCO'95 распространяется на весь персональный компьютер, то есть на монитор, системный блок и клавиатуру и касается эргономических свойств, излучений (электрических и магнитных полей, шума и тепла), режимов энергосбережения и экологии (с требованием к обязательной адаптации продукта и технологического процесса производства на фабрике). Стандарт TCO'95 существует наряду с TCO'92 и не отменяет его. Требования TCO'95 по отношению к электромагнитным излучениям мониторов не являются более жесткими, чем по TCO'92. В отношении эргономики TCO'95 предъявляет более строгие требования, чем международный стандарт ISO 9241. Отметим, что жидкокристаллические и плазменные мониторы также могут быть сертифицированы по стандартам TCO'92 и TCO'95, как, впрочем, и портативные компьютеры.

TCO'99

TCO'99 предъявляет более жесткие требования, чем TCO'95 в следующих областях: эргономика (физическая, визуальная и удобство использования), энергия, излучение (электрических и магнитных полей), окружающая среда и экология, а также пожарная и электрическая безопасность. Также TCO'99 предполагает новые методы проведения тестов. Стандарт TCO'99 распространяется на традиционные CRT-мониторы, плоскопанельные мониторы (Flat Panel Displays), портативные компьютеры (Laptop и Notebook), системные блоки и клавиатуры. Спецификации TCO'99 содержат в себе требования, взятые из стандартов TCO'95, ISO, IEC и EN, а также из EC Directive 90/270/EEC и Шведского национального стандарта MPR 1990:8 (MPRII) и из более ранних рекомендаций TCO. В разработке стандарта TCO'99 приняли участие TCO, Naturskyddsforeningen и and Statens Energimyndighet (The Swedish National Energy Administration, Шведское национальное агентство по энергетике). Первые мониторы были сертифицированы по стандарту ТСО'99 29 октября 1998 года.

Первоначально экологические стандарты распространялись только на мониторы как на действительно самый небезопасный элемент компьютера. Разработчиков интересовала лишь минимизация уровня различных излучений. ТСО'92 оказался очень жестким. ТСО'95 всего лишь расширил область применения ТСО, впервые сделав попытку как-то описать компьютеры. Кроме того, особое внимание было уделено защите окружающей среды в процессе производства и безвредной утилизации после срока службы всех сертифицируемых изделий. ТСО'99 также в основном сосредоточен на эргономике, экологии и защите окружающей среды.

Правила безопасности

Поскольку электромагнитное излучение исходит от всех частей монитора (многие измерения показали, что уровень излучения по бокам и сзади монитора выше, чем спереди), наиболее безопасно установить компьютер в углу комнаты или в таком месте, где те, кто на нем не работает, не оказывались бы сбоку или сзади от машины.

Нельзя оставлять компьютер или монитор надолго включенными. Если компьютер не используется, его следует выключить. Это может быть не очень удобно (и может даже оказать некоторое влияние на срок службы компьютера), но все же это не слишком большая плата за защиту от потенциальной опасности электромагнитного поля.

Согласно испытаниям, проведенным журналом "Macworld", пользователи, сидевшие по крайней мере в 70 см от экрана, получили минимальную дозу электромагнитного излучения. "Macworld" рекомендует при работе за компьютером помещать монитор на расстоянии вытянутой руки.

Дети и беременные женщины должны проводить за компьютером не больше нескольких часов в день.

Необходимо применять  специальный защитный экран. Некоторые фирмы, производящие мониторы для компьютеров, разработали такие модели, которые существенно снижают создаваемые ими магнитные поля.

Профилактика

Рекомендации большинства врачей сводятся в основном к ограничению времени работы за компьютером, обязательные паузы во время работы и пр.

Все эти проблемы можно предотвратить, сделав более удобным рабочее место или используя очки, если это необходимо. Хотя утомление глаз и неприятно, это не значит, что дальнейшая работа нанесет глазам вред. Для решения этой проблемы необходимо разобраться в ее причинах. Практика показывает, что наиболее удобно располагать монитор чуть дальше, чем это делают при обычном чтении. Верхний край экрана должен располагаться на уровне глаз или чуть ниже.

Если работа ведётся с текстами на бумаге, листы надо располагать как можно ближе к экрану, чтобы избежать частых движений головой и глазами при переводе взгляда. Освещение нужно организовать так, чтобы на экране не было бликов. Стандартное офисное освещение часто бывает слишком ярким для работы с компьютером. Если свет в помещении изменить невозможно, необходимо использовать "козырек" для монитора или обычный или мелкоячеистый защитный экран. Не следует забывать о том, что экран компьютера сильно собирает пыль.

Для достижения четкости изображения необходимо регулярно протирать его антистатическим раствором.  Пользователю компьютера предъявляются несколько более высокие требования к остроте зрения. Бывают случаи, когда зрение ненамного снижено, и в обычных условиях очки не нужны. Однако при работе с компьютером они могут понадобиться. В случае выраженного утомления глаз только медицинское обследование позволит решить, связано ли это с плохими условиями работы или же с нераспознанным до того заболеванием глаз.

Посадка
Спина наклонена назад под углом в несколько градусов для увеличения угла между туловищем и бедрами, усиления кровообращения и уменьшения давления на позвоночник. Руки расслаблены и свободно опущены вдоль боков, предплечья и кисти расположены параллельно полу. Бедра находятся под прямым углом к туловищу. Колени - под прямым углом к бедрам.

Рабочее кресло

Спинка стула повторяет линию изгиба нижней части спины. Сиденье слегка наклонено вперед для переноса давления с позвоночника на бедра и ноги. Край подушки сиденья загнут вниз для ослабления давления на бедра.

Компьютерная аллергия

Совсем недавно ученые обнародовали данные о наличии связи между появлением аллергии, головной болью, кожным зудом и работой за компьютером. Исследования, проведенные группой ученых из Швеции, показали, что при работе компьютера в атмосферу выделяется трифенил фосфат, входящий в состав огнестойкого материала, используемого для отливки корпуса мониторов.

При включенном мониторе пластик нагревается, а вещество высвобождается и попадает в организм, вызывая аллергические реакции. Специалисты отметили значительное увеличение предельно допустимой концентрации трифенил фосфата более чем у половины из восемнадцати протестированных мониторов. Как считают исследователи, новые данные смогут прояснить причину возникновения заболеваний кожи у "компьютерщиков", которые, по всей вероятности, вызваны именно действием химиката. Ученые посоветовали производителям компьютеров, оставлять мониторы работающими в течение десяти дней до того, как они будут упакованы для продажи, что позволит избавиться хоть от какой-то части вредного вещества.

По возможности необходимо приобрести хороший монитор (большой по размеру, с минимальным размером зерна, защищенный от излучения и со 100 гц-вой разверткой, а еще лучше жидкокристаллический).

Максимальное время непрерывной работы за компьютером не должно превышать 4-х часов в день. Через каждые 7 минут нужно делать короткий перерыв на 10-15 секунд. Можно посмотреть в окно (в даль) или на картину с приятным для глаз пейзажем, которую необходимо повесить за компьютером. В картине должны преобладать неяркие, успокаивающие зрение цвета, такие, например, как зеленые, голубые. Также нужно делать несколько простых упражнений для глаз.

 Размещение компьютеров в рабочих помещениях

Неравномерность и сложная форма распределения переменных электромагнитных полей в ряде случаев может представлять большую опасность облучения для соседей по рабочему помещению, нежели для пользователя данного ПК.

рис.20

Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе размещения компьютеров в рабочих помещениях.

Распределение электрического переменного и электростатического полей персонального компьютера   (рис.21)                               

Распределение электрического переменного и электростатического полей персонального компьютера:

А - в диапазоне частот 5 Гц - 2 кГц;

Б - в диапазоне частот 2 - 400 кГц;

В - электростатическое поле

Мониторы компьютеров являются источником рентгеновского, бета - и гамма-излучений. Рентгеновское излучение присутствует только при работе монитора. Оно возникает при торможении пучка электронов и как характеристическое излучение атомов материалов кинескопа. Спектр рентгеновского излучения является непрерывным с набором моноэнергетических линий. Максимальная энергия спектра ~20 кэВ. Бета-, гамма-излучения присутствуют и при включенном и при выключенном мониторе. Источником этих излучений является радиоактивный распад ядер семейств урана и тория, а также ядер калия-40. Спектральный состав гамма-излучения преимущественно состоит из набора моноэнергетических линий. Бета - излучение монитора определяется главным образом радиоактивным распадом ядер калия-40; спектральный состав бета- излучения непрерывен, а его максимальная энергия ~1.3 мэВ. При определенных условиях эти ионизирующие излучения способны причинить вред здоровью человека, в частности, вызвать помутнение хрусталика глаз. Для уменьшения вредного действия ионизирующих излучений в мониторах было снижено анодное напряжение, а в стекло мониторов добавлен свинец. Опасны или не опасны ионизирующие излучения, испускаемые мониторами компьютеров - все зависит от уровней ионизирующих излучений, попадающих в глаза пользователей компьютерами. В России безопасность уровней ионизирующих излучений компьютерных мониторов регламентируется ГОСТ Р50948-96 и нормами НРБ-99. ГОСТ Р50948-96 ограничивает мощность дозы рентгеновского излучения величиной 100 мкР/час на расстоянии 5 см от поверхности экрана монитора, а НРБ-99 уста-навливают для населения предел годовой эквивалентной дозы излучений на хрусталик глаза равный 15 мЗв.

Компьютеры типа *Notebook*

Сложившееся мнение о большой безопасности компьютеров типа NOTEBOOK абсолютно неверно. Прежде всего на них не распространяются нормы Шведского стандарта. Их излучение значительно превышает излучение компьютеров с ЭЛТ. При этом они еще более вредны тем, что пользователь, ввиду неотделимости клавиатуры, располагает их на коленях.

Основные электромагнитные и электрические параметры, взятые из правил и норм использования видеодисплейных терминалов и персональных компьютеров:

-- напряженность электромагнитного поля по магнитной составляющей на расстоянии 50 см от монитора не должна превышать 0,3 ампер/метр;

-- напряженность электромагнитного поля по электрической составляющей на том же расстоянии не должна превышать 25 вольт/метр в диапазоне частот 2 -- 5 герц и 2,5 вольт/метр в диапазоне 2 -- 400 килогерц;

-- поверхностный электростатический потенциал не должен превышать 500 вольт.

  Рабочее место пользователя

Из всего вышеперечисленного следует, что надо так устроить свое рабочее место, выбрать режим работы, частоту перерывов, чтобы они соответствовали нормам и требованиям эргономики и безопасности. Монитор должен стоять так, чтобы прямые солнечные блики из окна и люминесцентный свет дневных ламп не падали на экран и непосредственно на глаз. Если мониторов в  кабинете много, то расстояние между ними должно быть не менее двух метров, чтобы не усиливать влияния вредных полей и боковым зрением не видеть другой экран. Важно правильное локальное и общее освещение вокруг монитора. Днём при естественном свете желателен голубой фон, например, шторы, жалюзи, стены вокруг дисплея, а вечернее освещение должно быть тоже синего или голубого тона с яркостью, примерно равной яркости экрана.

Размещать монитор нужно чуть выше уровня глаз. Это позволит расслабить те группы мышц, которые напряжены при обычном взоре вниз и вперед. Тем более, что наш глаз вообще устроен так, чтобы смотреть вдаль. Расстояние от глаз до монитора должно быть порядка 70-80 см - не ближе.

Тело должно быть достаточно расслаблено, руки свободно лежать на опоре. Поэтому в кресле оператора ЭВМ должны быть предусмотрены отдельные подлопаточные и поясничные опоры. Спинка кресла и подлокотники должны регулироваться по высоте и расположению в плоскости, глубину кресла надо тоже устанавливать индивидуально. Но как бы удобно вы ни устроились за своим компьютером, рабочий день перед экраном не должен превышать шести часов. Через каждые два часа по крайней мере, а то и чаще, необходимо делать перерывы и короткие физкультурные паузы - например, вращение глазами, повороты головы, разминка рук.

Создан специальный комплекс упражнений для глаз и мышц тела для работающих с компьютером, изобретены и запатентованы три вида специальных оздоровительных очков.  Они позволяют одновременно видеть клавиатуру, экран и текст, лежащий на столе. То есть изображение выносится в пространство, что позволяет не делать лишних движений, лишний раз не перестраивать глаз с одного вида чтения на другой, не приближаться к тексту. Сам компьютер тоже может быть использован в целях оздоровления в процессе работы. Созданы несколько программ, которые определяют степень усталости человека и по необходимости включают так называемые тренажеры.

Вывод:  В данном разделе изучено влияние компьютера на здоровье человека, рассмотрены способы расположения компьютеров в рабочем помещении, также рассмотрены стандарты, которым должны соответствовать мониторы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном проекте:

• Рассмотрены основные топологии, базовые технологии,  разновидности и возможности ЛВС;

• Рассмотрена базовая технология Ethernet на примере исследования ЛВС с двойной и тройной  шинами;

• Разработан алгоритм моделирования заданных конфигураций ЛВС;

• На основе разработанного алгоритма реализована среда моделирования и проведена опытная эксплуатация моделей;

• Проведено технико-экономическое исследование использования данного программного обеспечения;

• Изучено влияние компьютера на здоровье человека,  а также способы размещения компьютеров в рабочих помещениях, организация рабочего места пользователя.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1) Криста Андерсон, Марк Минаси, “Локальные сети. Полное руководство”, Санкт-Петербург, 1994.

2) В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. “Компьютерные сети. Принципы, технологии,    протоколы ”. Питер, 2000.

3) Гусева А.И. “Работа в локальных сетях”, учебник .– М.: Диалог– МИФИ, 1996.

4)Компьютерные сети. Учебный курс. Пер. с англ. – М.: Издательский отдел «Русская Редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1997.

       5)Ю. Шафрин, «Основы компьютерной технологии». М., АБФ, 1997

6)Нейл Дж. Рубенкинг, “Delphi 3”, Диалектика, Киев, 1997.

7)Блэк Ю. “Сети ЭВМ: протоколы, интерфейсы”, перевод с англ., - М.: Мир, 1990-506С.

8)Флинт Д. “Локальные сети ЭВМ”: принципы построения, реализация, - М.: Финансы и статистика, 1986 - 359С.

9)Щербо В.К., Киреичев В.М., Самойленко С.И. , “Стандарты по ЛВС”,: Справочник – М.: Радио и связь, 1990 – 340С. 

10)Бойченко Е.В. Кальфа В. Овчинников В.В. Локальные вычислительные сети-М.: Радио и связь 1985-304 с.;

11)Ганьжа Д. LAN/Журнал сетевых решений-изд. "Открытые системы" апрель 1998;

12)Ганьжа Д. LAN/Журнал сетевых решений- изд. "Открытые системы" март 1998.;

13)Советов Б. Я. , Яковлев С. А., «Моделирование систем» Учебное пособие для ВУЗов - М.: Высш. шк. 1999. -224 с.

14) Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. , “Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование” - М .: Издательство *Эком*, 2001.-312 с.

15) Бобровский С., “Delphi 5: учебный курс” – СПб: Питер, 2001.-640 с. 

16)  Мир ПК, №5 1990г

17) П.П. Кукин, В.Л. Ланин, Н.Л. Пономарёв, Н.И. Сердюк *Безопасность жизнедеятельности*, Москва, Высшая школа,2001

18) А.Г. Алексанян, Я.Е. Быстрицкий, *Охрана труда*, Москва, Высшая Школа, 1989

19) Н.Г. Смольников *Безопасность жизнедеятельности*

20) *MacWorld* журнал 03.2001.