11. Интегрированная среда разработки приложений visual basic

11.1. Что такое Visual Basic

Visual Basic  это система программирования для создания приложений, работающих под Microsoft Windows.

Первая часть этого словосочетания, Visual, отно­сится к методу создания графического интерфейса пользователя (Graphical User Interface, GUI). Вместо того чтобы составлять большие программы для описания элементов интерфейса, в Visual Basic достаточно поместить заранее созданные объекты в соответствующие места экрана.

Слово «Basic» относится к языку программирования BASIC (Beginners All-Purpose Symbolic Instruction Code  Универсальный символический про­граммный код для новичков), языку, пользующемуся наибольшей популяр­ностью среди других языков программирования за всю историю вычисли­тельной техники. Visual Basic вырос из исходного языка BASIC и в настоя­щее время состоит из нескольких сотен операторов, функций и ключевых слов. С помощью VB начи­нающий пользователь может разработать полезное приложение, изучив лишь небольшое количество ключевых слов. Однако VB – достаточно мощный язык программирования: с его помощью можно решить любую задачу программирования, какую только можно вообразить.

Язык программирования Visual Basic является универсальным языком. Версия Visual Basic для приложений (VBA), Applications Edition, включена в Microsoft Excel, Microsoft Access и другие Windows-приложения. Для написания скриптов (сценариев) также широко используется язык Visual Basic Scripting Edition (VBScript).

11.2.Принципы и преимущества структурного программирования

Язык Basic ориентирован на структурное программирование. Структура программы состоит из отдельных модулей, следующих один за другим. У каждого модуля один вход и один выход  законченная конструкция для ре­шения определенной задачи. Цель создаваемой программы достигается со­ставлением композиции из отдельных модулей, разработанных примени­тельно к поставленной задаче.

Преимущества структурного программирования заключаются в следующем:

• отдельные блоки могут разрабатываться и проходить тестирование независимо от остальной части программы;

• несколько программистов могут работать над разными частями про­граммы независимо друг от друга;

• модули, написанные для одной программы, могут быть использованы в другой;

• существенно упрощается построение программы и её отладка.

11.3. Интегрированная среда разработки приложений IDE

Интегрированная среда разработки приложений, или IDE (Integrating Development Environment) (см. рис. 18)  это важная составная часть Visual Basic. Именно здесь выполняется основная работа над приложением.

Рисунок 18 – Интегрированная среда разработки приложений IDE

IDE состоит из следующих компонентов (см. рис. 18):

1. Строка меню. Обеспечивает доступ к командам, управляющим средой программирования.

2. Панель инструментов. Ускоряет доступ к некоторым командам меню.

3. Окно дизайнера форм. Служит для визуального конструирования маке­та формы и размещения на нём управляющих элементов, кроме того, в этом окне производятся ввод и редактирование текста программы.

4. Панель элементов. Содержит интерфейсные элементы для создаваемого приложения.

5. Окно проводника проекта. Показывает список форм и модулей текущего проекта. (Проект – это набор файлов, используемых для построения приложения).

6. Окно свойств. Позволяет изменять характеристики интерфейсных элементов.

7. Окно макета формы. Показывает, как выглядит форма и где она нахо­дится во время выполнения программы.

8. Кнопка для перехода к окну кодов.

9. Кнопка для перехода к окну дизайнера формы.

11.4. Элементы управления

Основным элементом Windows-интерфейса является «окно». В Visual Basic этот объект называется формой. Это контейнер, на котором располага­ются все остальные элементы управления. Таким образом, создание интер­фейса сводится к размещению на форме управляющих элементов. К ним относятся: кнопки, текстовые поля, надписи, переключатели, флажки, рамки, списки, комбинированные поля, рисунки, изображения и т. д.

Кнопки (CommandButton) используются для решения самых разных задач  от простейшего ввода информации до вызова специальных функций.

Текстовые поля (TextBox) применяются для ввода данных или получения информации от пользователя, а также в некоторых случаях для вывода информации.

Надписи (Label) служат для размещения на форме текста, чисел и символов, а также, как и текстовые поля, для вывода информации. Главное отличие надписей от текстовых полей заключается в том, что пользователь (не программист) не может изменить текст надписи по своему усмот­рению.

Переключатели (OptionButton) позволяют выбрать один (и только один) вариант из группы. Обычно переключатели группируются в рамках, однако их можно группировать прямо на форме, если ис­пользуется только одна группа переключателей.

Флажки (CheckBox) отчасти похожи на переключатели, однако работают независимо друг от друга.

Рамки (Frame) используются в сочетании с другими элементами. Внутри рамки можно разместить любые элементы. Они группируются и в случае перемещения рамки двигаются вместе с ней.

Списки (ListBox)  это идеальное средство для работы с перечнем из нескольких вариантов. Пользователь может просмотреть содержимое списка и выбрать одну или несколько строк для последующей обработки. Прямое редактирование содержимого списка невозможно.

Комбинированные поля (ComboBox) сочетают возможности текстового поля и списка. Они позволяют выбрать из списка заранее определенную строку или ввести значение, которого нет в списке. Важной особенностью комби­нированного поля является то, что оно может быть раскрывающимся. Это дает возможность экономить место на форме.

Графические поля (PictureBox) часто используются для отображения графических файлов. Кроме того, во время выполнения программы в поле рисунка можно выводить текст и рисовать с помощью различ­ных методов. Но самое главное заключается в том, что рисунок мо­жет выполнять функции контейнера, т. е. в него можно поместить кнопку или другой элемент.

Изображения (Image) являются упрощенным вариантом рисунков. В отличие от рисунков изображения не могут выполнять функции контейнера и подходят только для простейшего вывода картинок на форме, однако занимают гораздо меньше памяти, чем рисунки.

Полосы прокрутки (VScrollBar, HScrollBar) обычно применяются для изменения величины в пределах непрерывной шкалы. Элемент поло­сы прокрутки представляет собой совершенно независимый объект, не привязанный к другим элементам (текстовым полям или спискам). Горизонтальная и вертикальная полосы прокрутки ничем не отлича­ются друг от друга, кроме ориентации.

Описанные выше управляющие элементы являются стандартными  они всегда присутствуют на панели элементов. Кроме того, существует еще мно­го управляющих элементов, которые можно вызвать на панель элементов, щелкнув на ней правой кнопкой мыши и выбрав из контекстного меню ко­манду Components. Далее на вкладке Controls диалогового окна Components необходимо установить флажки рядом с нужными элементами. Так, например, очень удобными являются диалоговые блоки с закладками (SSTab). Они могут служить контейнером для других элементов управления и позволяют в значительной мере экономить место на форме.

Каждый элемент управления имеет определенный набор свойств, кото­рые можно изменять как с помощью окна свойств, так и программно.

11.5. Выбор информативных имен для элементов управления

Каждый элемент управления имеет свойство Name (Имя), где указыва­ется его имя. Причем оно должно быть уникальным (если этот элемент не является частью массива элементов управления). Когда создается тот или иной управляющий элемент, Visual Basic присваивает ему имя по умолча­нию. Так, например, первая кнопка будет названа Command1, следующая кнопка  Command2 и т. д. Это имя может сообщить, что данный элемент яв­ляется кнопкой и никакой другой информации не несет. Имена по умолча­нию подходят для выяснения порядка, в котором создавались элементы управления, но не вызывают никаких разумных ассоциаций относительно того, для чего они предназначены.

Имя должно информировать как о типе управляющего элемента, так и о его назначении. Поэтому рекомендуется придерживаться соглашения об именах. Это сделает код программы более простым для понимания и усовершенствования.

Следующее соглашение об именах используется для идентификации элементов управления большинством программистов на Visual Basic: ctlName,

где ctl  префикс, определяющий тип управляющего элемента; Name  имя элемента управления (информативное с точки зрения функ­ционального назначения).

Таким образом, имя cmdExit однозначно указывает на кнопку выхода из программы, а имя txtPassword  на текстовое поле для ввода пароля.

Следует обратить внимание на то, что первая буква информативной час­ти в синтаксисе имени является прописной, и таковыми являются первые бу­квы всех слов, входящих в эту часть имени (например, txtFirstName). Это сде­лано для того, чтобы отделить имя от префикса, а также разделить слова в имени.

11.6. Процедуры и функции

Все объекты, составляющие приложение, объединяются в проект. Он может состоять как из одной, так и из нескольких форм, на каждой из ко­торых располагаются свои управляющие элементы.

Вся суть создания Windows-приложения сводится к программирова­нию событий, происходящих с управляющими элементами. Поэтому текст Visual Basic-программы представляет собой набор процедур обработки со­бытий. Под событием понимается действие, которое будет производить пользователь над управляющими элементами в процессе работы с готовой программой.

Все процедуры, связанные с данной формой, называются кодом формы (модулем формы). Кроме того, в проект может входить самостоя­тельный набор процедур, не связанный с какой-либо формой. Этот фрагмент программы называется модулем и может вызываться из любой формы.

Каж­дая процедура начинается ключевыми словами Private (Public) Sub и за­канчивается словами End Sub. Ключевые слова Private и Public определяют область видимости данной процедуры. Процедура, объявленная с ключевым словом Public, является открытой, т. е. видимой другими компонентами при­ложения. Ключевое слово Private означает, что процедура является закрытой, т. е. доступной только из данной формы или модуля.

Существуют процедуры как связанные с элементами управления, так и не связанные с ними. Такие процедуры, по сути, являются подпрограммами и вызываются с помощью оператора Call. Подпрограмма выполняет предпи­санное ей действие и потом возвращается в точку вызова.

Другой важный тип процедур  функции (Function). Они также объяв­ляются с ключевыми словами Private и Public. Функции возвращают некото­рое значение вызывающей процедуре и заканчиваются строкой End Function.

11.7. Типы данных

Типы данных, используемых в Visual Basic, указаны в табл. 5.

Таблица 5 – Типы данных, используемых в Visual Basic

Тип данных	Размер	Диапазон значений
Byte (байт)	1 байт	От 0 до 255
Boolean (логический)	2 байта	True (Истина) или False (Ложь)
Integer (целое)	2 байта	От 32768 до 32767
Long Integer (длинное целое)	4 байта	От 2 147483648 до 2 147483647
Single (одинарной точности с плавающей десятичной точкой)	4 байта	От 3.402823Е38 до 3.402823Е38
Double (двойной точности с плавающей десятичной точкой)	8 байт	От 1. 797693 13486232D308 до 1.79769313486232D308
Currency (денежные единицы	8 байт	От 922337203685477.5808 до 922337203685477.5807
Data (дата)	8 байт	От January (Январь) 1, 100 до December (Декабрь) 31, 9999
String (строка)	1 байт на символ	От 0 до 65535 символов
Variant (вариант)	16 байт (для чисел); 22 байта +1 на символ (для строк)	Для всех типов переменных

11.8. Управляющие структуры программы

В любом языке программирования существуют управляющие конст­рукции, позволяющие задать порядок выполнения отдельных частей про­граммы. К ним относятся ветвления и циклы.

Ветвление  управляющая структура, позволяющая выбрать, по како­му пути продолжится выполнение программы. Операторы ветвления явля­ются мощным инструментом программирования. Они позволяют выборочно выполнять различные фрагменты программы и соответствую­щим образом реагировать в ситуациях, возникающих при выполнении приложения.

Чаще всего ветвление в Visual Basic реализуется посредством операто­ра If. В центре каждого оператора If находится условие  выражение, прини­мающее два значения: True (истина) и False (ложь). Если условие истинно, выполнение программы продолжается по одной ветви, если ложно,  то по другой. В зависимости от сложности действий, выполняемых в ветвлении, программная конструкция с оператором If может занимать одну строку или принимать вид блока. В обеих формах используются ключевые слова If, Then, Else. В простейшем виде ветвление представлено однострочным опе­ратором If, который имеет вид:

If условие Then действие 1 Else действие 2

Здесь условие  это выражение, дающее результат True или False, а дей­ствие 1 и действие 2  операторы Visual Basic. Если условие истинно, дей­ствие 1 выполняется, а действие 2 опускается. Если условие ложно, то на­оборот. Часть Else является необязательной, без неё однострочный оператор If принимает самый простой вид:

If условие Then действие

В этом случае действие выполняется, если условие истинно. В против­ном случае оператор If ничего не выполняет.

Для того чтобы выбрать один из нескольких блоков программы, каждый из которых содержит несколько операторов, следует использовать условную управляющую структуру. Одна из её форм выглядит так:

If условие Then

Блок, выполняющийся, когда условие истинно

Else Блок, выполняющийся, когда условие ложно

End If

Ветвление, включающее проверку нескольких условий, реализуется с помощью ключевого слова ElseIf. В эту структуру может входить любое ко­личество блоков ElseIf, каждый со своим условием и набором операторов:

If условие 1 Then

Блок, выполняющийся, когда условие 1 истинно ElseIf условие 2 Then

Блок, выполняющийся, когда условие 2 истинно ElseIf условие 3 Then

Блок, выполняющийся, когда условие 3 истинно Else

Блок, выполняющийся, когда все условия ложны End If

В этой структуре Visual Basic последовательно проверяет истинность каждого из условий. Если встречается истинное условие, выполняется соот­ветствующий фрагмент программы, а оставшаяся часть структуры пропуска­ется.

Вторая управляющая структура ветвления задается с помощью ключе­вых слов Select Case. Из всех блоков программного кода, входящих в струк­туру выбора, оператор Select Case выполняет один из блоков или не выпол­няет ни одного. Общий формат записи оператора Select Case выглядит так:

Select Case контрольное выражение Case выражение 1

Блок, выполняющийся при соответствии выражения 1 значению контрольного выражения Case выражение 2

Блок, выполняющийся при соответствии выражения 2 значению контрольного выражения

Может присутствовать любое количество блоков Case

Case Else

Блок, выполняющийся в случае несоответствия ни одного из выражений контрольному выражению End Select.

Пример. Составить программу вычисления максимального дохода (D) от реализации продукции (P), если известно количество материала для выпуска единицы продукции равной себестоимости (A1 и A2), количество материала на складе (B1и B2), цена единицы продукции (C1 и C2). Алгоритм вычислений приведён на рисунке 16.

Код программы:

Dim D As Single

Dim P As Single

Dim Al As Single

Dim A2 As Single

DimBl As Single

Dim B2 As Single

Dim CI As Single

Dim C2 As Single

Private Sub CommandButtonl_Click()

Al = TextBoxl

A2 = TextBox2

Bl = TextBox3

B2 = TextBox4

C1 = TextBox5

C2 = TextBox6

If Cl > C2 Then

P = B1/A1

D = P*C1

Else

P = B2 / A2

D = P * C2

End If

TextBox7 = D

Private Sub CommandButton2_Click()

End

End Sub

Циклы применяются для многократного выполнения фрагмента про­граммы до тех пор, пока не будет выполнено определенное условие или значение счёт­чика не достигнет заданного значения.

Цикл состоит из двух основных компонентов: блока программного кода, который должен повторяться, и команды, управляющей продолжительностью повторений.

Первое требование, выполняемое при написании цикла  задать блок программного кода, который должен повторяться. Для этого в начале и в конце цикла ставятся соответствующие ключевые слова.

В цикле Do  это слова Do и Loop. Операторы, заключенные между Do и Loop, составляют тело цикла. Условное выражение, определяющее продолжительность цикла, может стоять либо при Do в начале цикла, либо при Loop в конце. Более того, в обоих случаях условие вводится с одним из ключевых слов While или Until. Если необходимо, чтобы цикл выполнялся, пока усло­вие истинно, применяется ключевое слово While. Цикл с условием Until пре­кращается, когда условие становится истинным. Синтаксис цикла Do приво­дится ниже:

Do While условие

Блок операторов, выполняемых в цикле до тех пор, пока условие остается истинным

Loop

Do

Блок операторов, выполняемых в цикле до тех пор, пока условие не станет истинным

Loop Until условие

На поведение цикла существенно влияет место расположения условия. Если условие расположено вначале, его проверка происходит перед выпол­нением первой итерации. Если она оказывается неудачной, цикл пропускает­ся и ни одна итерация не выполняется. Наоборот, в цикле с постусловием итерация всегда выполняется хотя бы один раз. После выполнения первой итерации происходит проверка условия продолжения цикла.

В цикле For ключевыми словами являются For и Next. Этот цикл умест­но применять, когда количество итераций известно. В синтаксис этого цикла также входит переменная  счётчик цикла и диапазон принимаемых ею зна­чений, а также шаг приращения счетчика:

For счетчик = выражение1 То выражение2 Step выражение3 Блок операторов, повторяющийся, пока счетчик не пройдет значение от выражения1 до выражения2 с шагом выражение3

Next счетчик

Здесь счетчик  имя переменной, выражение1 и выражение2  нижний и верхний пределы диапазона значений переменной, выражение3  значение приращения переменной.

Оператор Step может не указываться, в этом случае при каж­дой итерации счетчик будет увеличиваться на единицу.

Пример. Составить программу получения суммарного дохода (S) от реализации 10 партий продукции (I), если известна стоимость одной партии (P).

Код программы:

Dim P As Single

Dim S As Single

Dim I As Single

Private Sub CommandButtonl_Click()

P = TextBoxl

S = 0

I = 0

Do

S = P*I

I = I + 1

Loop Until I = 11

TextBox2 = S

End Sub

Private Sub CommandButton2_Click()

End

End Sub

11.9. Разработка программного обеспечения в Visual Basic for Applications

Средство разработки программного обеспечения Visual Basic for Applications (VBA, Visual Basic для приложений) представляет собой одну из разновидностей языка программирования Visual Basic, которое служит для разработки программ-макросов. VBA – это упрощённая реализация языка программирования Visual Basic, встроенная в линейку продуктов Microsoft Office (включая версии для Mac OS), а также во многие другие программные пакеты, такие как AutoCAD, WordPerfect и ESRI ArcGIS.

С помощью VBA можно изменять внешний вид или способ применения имеющихся средств приложений и добавлять новые возможности. С помощью VBA можно создавать законченные и полностью работоспособные программы.

Пример. Разработать программу тестирования персонала.

Для разработки программы необходимо:

1. Запустить одно из приложений Microsoft Office, например, Word;

2. На ленте выбрать вкладку Разработчик, если она отсутствует, то необходимо щелкнуть правой кнопкой мыши по ленте и в появившемся меню выбрать команду Настройка панели быстрого доступа, затем Основное и установить флажок напротив параметра Показывать вкладку «Разработчик» на ленте.

3. Щёлкнуть по кнопке Visual Basic .

4. В появившемся окне среды IDE VBA щёлкнуть по кнопке Insert UserFrom.

5. Изменить размер заготовки формы до нужных пределов и с помощью панели Toolbox нанести на неё необходимые элементы.

6. С помощью команд, расположенных в окне Properties, задать свойства элементов (изменить шрифт и цвет текста, на таких вкладках как Font, Fore color и т. д.), предварительно активировав элемент (щёлкнув по нему мышью).

7. Открыть окно кодов и в секции General задать тип переменных величин:

Dim a1 As String

Dim a2 As String

Dim a3 As String

Dim a4 As String

Dim a5 As String

Dim a6 As String

Dim a7 As String

Dim a8 As String

Dim a9 As String

Dim a10 As String

Dim i As Single

Dim answer As String

8. Написать коды для командных кнопок:

Private Sub CommandButton1_Click()

answer = "Да"

Open "answers.txt" For Append As #1

Write #1, answer

Close #1

TextBox1 = ""

End Sub

Private Sub CommandButton2_Click()

answer = "Нет"

Open "answers.txt" For Append As #1

Write #1, answer

Close #1

TextBox1 = ""

End Sub

Private Sub CommandButton3_Click()

TextBox1 = a1

CommandButton3.ForeColor = &HFF&

End Sub

Private Sub CommandButton4_Click()

TextBox1 = a2

CommandButton4.ForeColor = &HFF&

End Sub

Private Sub CommandButton5_Click()

TextBox1 = a3

CommandButton5.ForeColor = &HFF&

End Sub

Private Sub CommandButton6_Click()

TextBox1 = a4

CommandButton6.ForeColor = &HFF&

End Sub

Private Sub CommandButton7_Click()

TextBox1 = a5

CommandButton7.ForeColor = &HFF&

End Sub

Private Sub CommandButton8_Click()

TextBox1 = a6

CommandButton8.ForeColor = &HFF&

End Sub

Private Sub CommandButton9_Click()

TextBox1 = a7

CommandButton9.ForeColor = &HFF&

End Sub

Private Sub CommandButton10_Click()

TextBox1 = a8

CommandButton10.ForeColor = &HFF&

End Sub

Private Sub CommandButton11_Click()

TextBox1 = a9

CommandButton11.ForeColor = &HFF&

End Sub

Private Sub CommandButton12_Click()

TextBox1 = a10

CommandButton14.ForeColor = &HFF&

End Sub

Private Sub CommandButton13_Click()

Open "test.txt" For Input As #1

Input #1, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8, a9, a10

Close #1

End Sub

Главная форма программы тестирования персонала показана на рисунке 19.

Рисунок 19 – Главная форма программы тестирования персонала

Кнопка «Начать тестирование» служит для того чтобы начать работу с программой, т.е. начать тестирование.

Кнопки с цифрами 1, 2, 3, … означают номер вопроса. Вопрос показывается в текстовом поле окна (элемент TextBox) при нажатии на кнопку с номером вопроса. Перечень вопросов находится в заранее подготовленном файле с именем «test.txt». Кнопки «Да» и «Нет» служат для ответа на вопрос.

Ответы записываются в отдельный файл «answers.txt» в табличной форме, по которым производится анализ результатов опроса.

12. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

12.1. Локальные и глобальные вычислительные сети

Локальной вычислительной сетью (ЛВС, LAN – Local Area Networks) называется система, состоящая из двух или более удаленных ЭВМ, соединенных с помощью специальной аппаратуры и взаимодействующих между собой по каналам передачи данных.

К локальным сетям – относят сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе не более 1-2 км). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации.

Основные компоненты ЛВС это:

• серверы – это аппаратно-программные комплексы, которые исполняют функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа,

• рабочие станции – это компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером,

• физическая среда передачи данных (сетевой кабель)– это коаксиальные и оптоволоконные кабели, витые пары проводов, а также беспроводные каналы связи (инфракрасное излучение, лазеры, радиопередача).

Глобальные сети– (WAN–WideAreaNetworks) это сети, которые объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Примером глобальной сети является Интернет.

12.2. Сетевые топологии и методы доступа к среде передачи данных

Топология сетиэто описание конфигурации сети, схема расположения и соединения компонентов сети (сетевых компьютеров – хостов, рабочих станций, кабелей и других активных и пассивных устройств) относительно друг друга. Топология характеризует взаимосвязи и пространственное расположение компонентов сети.

Все сети строятся на основе трех базовых топологий:

• Шина (Bus);

• Звезда (Star);

• Кольцо (Ring).

Шинная топология. При помощи кабеля каждая рабочая станция соединяется с другими рабочими станциями и с файловым сервером. Кабель проходит от узла к узлу, последовательно соединяя все рабочие станции и все файловые серверы. На каждом конце кабеля подключается согласующая нагрузка (терминатор) для исключения эхоотражений (см. рис. 20).

Рисунок 20 – Шинная топология

Звездообразная топология. Каждый компьютер в сети с топологией типа Звезда взаимодействует с центральным концентратором (hub) (см. рис. 21).

Рисунок 21 – Топология Звезда

Hub– устройство множественного доступа, выполняющее роль центральной точки соединения в топологии Звезда. Наряду с традиционным названием «концентратор» в литературе встречается также термин «хаб».

Кольцевая топология. На рисунке 22 показан пример топологии ЛВС, в которой каждая рабочая станция соединена с двумя другими рабочими станциями. Такая топология называется Кольцом.

Рисунок 22 – Кольцевая топология

Кольцевая топология применяется преимущественно в США для сетей, требующих выделения определенной части полосы пропускания для критичных по времени средств (например, для передачи видео и аудио), в высокопроизводительных сетях, а также при большом числе обращающихся к сети клиентов (что требует ее высокой пропускной способности).

Смешанные топологии. На основе трех базовых топологий можно создавать так называемые гибридные или смешанные топологии. К этим топологиям относятся:

• Шинно-звездообразная;

• Звездообразно-кольцевая.

12. 3. Основные типы кабельных сред передачи данных

На сегодня, большая часть компьютерных сетей используют для соединения провода и кабели. Они выступают в качестве среды передачи сигналов между компьютерами. Наиболее распространены типы кабелей, приведённые в табл. 6:

• коаксиальный кабель;

• витая пара;

• оптоволоконный кабель.

Таблица 6 – Сетевые кабели

Характеристика	Тонкий коаксиальный кабель	Толстый коаксиальный кабель	Витая Пара	Оптоволоконный кабель
Эффективная длина кабеля	185 м	500м	100м	2км
Скорость передачи	10 Мбит/с	10 Мбит/с	> 10 Мбит/с	> 10 Мбит/с
Гибкость	Довольно гибкий	Менее гибкий	Самый гибкий	Не гибкий
Подверженность помехам	Защищен хорошо	Защищен хорошо	Подвержен помехам	Не подвержен помехам

Коаксиальный кабель. До недавнего времени самой распространенной средой передачи данных был коаксиальный кабель: относительно недорогой, легкий и гибкий, безопасный и простой в установке. На рисунке 23 приведена конструкция коаксиального кабеля.

Рисунок 23 – Конструкция коаксиального кабеля

Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Она изоляцией отделяется от металлической оплетки, которая играет роль заземления и защищает передаваемые по жиле сигналы от внешних электромагнитных шумов (атмосферных, промышленных); перекрестных помех – электрических наводок, вызванных сигналами в соседних проводах. Используют толстый и тонкий коаксиальный кабель. Их характеристики представлены в табл. 6.

В обозначении кабелей по стандарту IEEE 802.3 первые две цифры – скорость передачи в Мбит/с, baseобозначает, что кабель используется в сетях с узкополосной передачей (basebandnetwork), последняя цифра – эффективная длина сегмента в сотнях метров, при которой уровень затухания сигнала остается в допустимых пределах.

Витая пара. Если для передачи электрических сигналов воспользоваться обычной парой параллельных проводов для передачи знакопеременного списка большой частоты, то возникающие вокруг одного из них магнитные потоки будут вызывать помехи в другом. Для исключения этого явления провода перекручивают между собой. Самая простая витая пара (twistedpair) – это два перевитых друг вокруг друга изолированных провода.

Существует два вида такого кабеля:

• неэкранированная витая пара (UTP);

• экранированная витая пара (STP).

Часто несколько витых пар помещают в одну защитную оболочку (типа телефонного кабеля). Наиболее распространена в ЛВС неэкранированная витая пара стандарта 10 baseTс эффективной длиной сегмента – 100 м. Определено 5 категорий на основе UTP (см. табл. 6).

Оптоволоконный кабель. В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов, а не электрических сигналов. Следовательно, его нельзя вскрыть и перехватить данные. Передача по оптоволоконному кабелю не подвержена электрическим помехам и ведется на чрезвычайно высокой скорости (до 100 Мбит/с, а теоретически возможно до 200 Мбит/с). Основа кабеля – оптическое волокно – тонкий стеклянный цилиндр (жила), покрытая слоем стекла, называемого оболочкой и имеющей отличный от жилы коэффициент преломления (см. рис. 24).

Рисунок 24 – Структура оптоволоконного кабеля

Беспроводная среда передачи данных.Постепенно в употребление входит беспроводная среда передачи данных. Для беспроводной передачи данных используют: инфракрасное и лазерное излучение, радиопередачу и телефонию. Эти способы передачи данных в компьютерных сетях, как локальных, так и глобальных, привлекательны тем, что: гарантируют определенный уровень мобильности; позволяют снять ограничение на длину сети, а использование радиоволн и спутниковой связи делают доступ к сети фактически неограниченным.

12.4. Беспроводные компьютерные сети 

Беспроводные компьютерные сети  это технология, позволяющая создавать вычислительные сети, полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей, например,Ethernet, без использования кабельной проводки. В качестве носителя информации в таких сетях выступают радиоволны СВЧ-диапазона.

СВЧ-излучение (микроволновое излучение, сверхвысокочастотное излучение) – электромагнитное излучение, включающее в себясантиметровыйи миллиметровый диапазонрадиоволн(от 1 см частота 30 ГГц до 1 мм 300 ГГц). Однако границы междуинфракрасным, терагерцовым, микроволновым излучением и ультравысокочастотными радиоволнами приблизительны и могут определяться по-разному.

Микроволновое излучение большой интенсивности используется для бесконтактного нагрева тел (как в бытовых, так и в промышленных микроволновых печахдля термообработки металлов), основным элементом в которых служитмагнетрон, а также длярадиолокации.

Микроволновое излучение малой интенсивности используется в средствах связи, преимущественно портативных рациях, сотовых телефонах(кроме первых поколений), устройствахBluetooth,WiFiиWiMAX.

Существует два основных направления применения беспроводных компьютерных сетей:

Работа в замкнутом объеме (офис, выставочный зал и т. п.);

Соединение удаленных локальных сетей(или удаленных сегментов локальной сети).

Компоненты беспроводной сети обеспечивают временное подключение к существующей кабельной сети, гарантируют определенный уровень мобильности и позволяют снять ограничения на максимальную протяженность сети, накладываемые медными или даже оптоволоконными кабелями.

В зависимости от технологии беспроводные сети можно разделить на три типа:

• локальные вычислительные сети;

• расширенные локальные вычислительные сети;

• мобильные сети (переносные компьютеры).

Беспроводная локальная вычислительная сеть выглядит и функционирует практически так же, как обычная, за исключением среды передачи. Беспроводной сетевой адаптер с трансивером установлен в каждом компьютере, и пользователи работают так, будто их компьютеры соединены кабелем.

Трансивер, называемый иногда точкой доступа (access point), обеспечивает обмен сигналами между компьютерами с беспроводным подключением и остальной сетью. В беспроводных ЛВС используются небольшие настенные трансиверы. Они устанавливают радиоконтакт между переносными устройствами.

Название Transceiver происходит от английских слов Transmitter (передатчик) и Receiver (приемник).

Трансивер позволяет станции передавать и получать из общей сетевой среды данные. Так же, трансиверы Ethernet определяют коллизии в сетевой среде и обеспечивают электрическую изоляцию между станциями.

Беспроводные локальные сети используют четыре способа передачи данных:

• инфракрасное излучение;

• лазер;

• радиопередачу в узком спектре (одночастотная передача);

• радиопередачу в рассеянном спектре.

Инфракрасное излучение. Все инфракрасные беспроводные сети используют для передачи данных инфракрасные лучи. В подобных системах необходимо генерировать очень сильный сигнал, так как в противном случае значительное влияние будут оказывать другие источники, например окна. Этот способ позволяет передавать сигналы с большой скоростью, поскольку инфракрасный свет имеет широкий диапазон частот. Инфракрасные сети способны нормально функционировать на скорости 10 Мбит/с.

Лазер. Лазерная технология похожа на инфракрасную тем, что требует прямой видимости между передатчиком и приемником. Если по каким-либо причинам луч будет прерван, это прервет и обмен данными.

Радиопередача в узком спектре (одночастотная передача). Этот способ напоминает вешание обыкновенной радиостанции. Пользователи настраивают передатчики и приемники на определенную частоту. При этом прямая видимость необязательна.

Сигнал высокой частоты, который используется, не проникает через металлические или железобетонные преграды. Доступ к такому способу связи осуществляется через поставщика услуг. Поставщик услуг соответствует всем требованиям FCC (Federal Communications Commission). Связь относительно медленная.

Радиопередача в рассеянном спектре. При этом способе сигналы передаются в некоторой в полосе частот, что позволяет избежать проблем связи, присущих одночастотной передаче.

Доступные частоты разделены на каналы, или интервалы. Адаптеры в течение предопределенного промежутка времени настроены на установленный интервал, после чего переключаются на другой интервал. Переключение всех компьютеров в сети происходит синхронно.

На сегодняшний день большое распространение получили беспроводные способы передачи информации, с помощью узкополосных и широкополосных радиоволн.

Для организации беспроводной передачи информации используются следующие технологии:

WPAN – беспроводные персональные сети;

WLAN – беспроводные локальные сети;

WMAN – беспроводные сети масштаба города.

Перечисленные технологии часто ассоциируются с производственными спецификациями (торговыми марками), использующими эти технологии: Bluetooth, Wi-Fi, WiMAX.

Bluetooth или блютуc (переводится как синий зуб, назван в честь Харальда I Синезубого) производственная спецификация беспроводныхперсональных сетей(англ.Wireless personal area network, WPAN). Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи.

Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе от 1 до 200 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

Принцип действия основан на использовании радиоволн. РадиосвязьBluetooth осуществляется в ISM-диапазоне (Industry, Science and Medicine), который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях(свободный от лицензирования диапазон 2,4-2,4835ГГц).

Wi-Fi это торговая марка Wi-Fi Allianceдля беспроводных сетей на базе стандартаIEEE 802.11. Термин возник как игра слов сHi-Fiи никак не расшифровывается.

Wi-Fi это стандарт беспроводной связи между информационными устройствами, например мобильными телефонами.

Чаще всего используется для доступа к интернету, устройство должно находиться в радиусе 50-100 метров от источника радиосигнала, чаще всего это роутер – маленький прибор который раздает интернет по Wi-Fi.

Такие роутеры расположены в почти всех ресторанах, отелях, крупных супермаркетах и торговых центрах и предназначены для использования клиентами.

В большинстве случаев, что бы подключиться к интернету через Wi-Fi нужно ввести пароль, это нужно для того, чтобы сторонние пользователи не смогли свободно пользоваться чужим интернетом, но есть и заведения которые не ставят пароль на источник интернета и многие обладатели Wi-Fi устройств этим пользуются и используют интернет не являясь клиентами данных учреждений.

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) это телекоммуникационнаятехнология, разработанная с целью предоставления универсальнойбеспроводной связина больших расстояниях для широкого спектра устройств (отрабочих станцийипортативных компьютеровдомобильных телефонов). Основана на стандартеIEEE 802.16, который также называютWireless MAN(WiMAX следует считать жаргонным названием, так как это не технология, а название форума, на котором Wireless MAN и был согласован).

Название «WiMAX» было создано WiMAX Forumорганизацией, которая была основана в июне2001 годас целью продвижения и развития технологии WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям иDSL». Максимальная скорость до 1Гбит/секна ячейку.

WiMAX подходит для решения следующих задач:

• Соединения точек доступа Wi-Fiдруг с другом и другими сегментами Интернета.

• Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиямиDSL.

• Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.

• Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.

• Создания систем удалённого мониторинга (monitoring системы), как это имеет место в системе SCADA.

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернетна высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем уWi-Fi-сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а такжелокальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в рамках городов.

Персональная сеть (Personal Area Network, PAN) это сеть, построенная «вокруг» человека. Данные сети призваны объединять все персональные электронные устройства пользователя (телефоны, карманные персональные компьютеры, смартфоны, ноутбуки, беспроводные гарнитуры и т. п.).

К числу таких стандартизированных сетей в настоящее время относится Bluetooth.

Способы передачи данных постоянно совершенствуются. Увеличивается скорость и качество передачи, расширяется аудитория потребителей. Даже во многих странах мира, в социальной программе развития общества заложена информатизация населения, и обеспечение необходимыми для этого средствами.

12.5. Классификация протоколов

В 1984г. Международная Организация по Стандартизации (ISO) выпустила стандарт – семиуровневую эталонную модель взаимодействия открытых систем (Seven-layerOpenSystemInterconnectionReferenceModel– OSI, Эталонная модель взаимодействия открытых систем), чтобы помочь поставщикам создавать совместимые сетевые аппаратные и программные средства. Модель OSI представляет собой универсальный стандарт на взаимодействие двух систем (компьютеров) через вычислительную сеть.

Протокол– это набор правил и технических процедур, регулирующих порядок выполнения некоторой связи между компьютерами в компьютерной сети. Протоколы работают на разных уровнях модели OSI. Каждый протокол имеет определенное назначение, решает конкретные задачи и характеризуется такими показателями, как сложность, быстродействие, качество решения и надежность. Один протокол может решать задачи нескольких смежных уровней модели OSI.

12.6. Протокол IP

Основу транспортных средств стека протоколов TCP/IP составляет протокол межсетевого взаимодействия (Интернет Protocol, IP). Он обеспечивает передачу дейтаграмм от отправителя к получателям через объединенную систему компьютерных сетей и передаёт пакеты между сетями.

Протокол IP обрабатывает каждый IP-пакет как независимую единицу, не имеющую связи ни с какими другими IP-пакетами. В протоколе IP нет механизмов, обычно применяемых для увеличения достоверности конечных данных: отсутствует квитирование – обмен подтверждениями между отправителем и получателем, нет процедуры упорядочивания, повторных передач или других подобных функций.

IP-адресация. Компьютер в сети может иметь адреса трех уровней: физический (MAC-адрес), сетевой (IP-адрес) и доменный адрес (DNS-имя).

Для узлов, входящих в локальные сети – это МАС-адрес сетевого адаптера или порта маршрутизатора, например, 12-А0-18-3D-BC-01. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизовано. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет формат 6 байтов: старшие 3 байта – идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем. Для узлов, входящих в глобальные сети, такие как Х.25 или frame relay, локальный адрес назначается администратором глобальной сети.

IP-адрес, используется на сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла, например, 109.26.17.100. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Интернет (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Интернет. Обычно провайдеры услуг Интернет получают диапазоны адресов у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами. Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

Символьный идентификатор-имя, например, SERV2.IBMPC.COM. Этот адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS-именем, используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet.

Использование масок и подсетей. Часто администраторы сетей испытывают неудобства, из-за того, что количество централизовано выделенных им номеров сетей недостаточно для того, чтобы структурировать сеть надлежащим образом, например, разместить все слабо взаимодействующие компьютеры по разным сетям. В такой ситуации возможны два пути. Первый из них связан с получением от NIC дополнительных номеров сетей. Второй способ, употребляющийся более часто, связан с использованием, так называемых масок, которые позволяют разделять одну сеть на несколько сетей.

Маска – это число, двоичная запись которого содержит единицы в тех разрядах, которые должны интерпретироваться как номер сети. Например, для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения: 255.0.0.0 – маска для сети класса А, 255.255.0.0 - маска для сети класса В, 255.255.255.0 – маска для сети класса С.

Например, IP-адрес 129.44.141.15, который по стандартам IP задает номер сети 129.44.0.0 и номер узла 0.0.141.15, теперь, при использовании маски, будет интерпретироваться как пара: 129.44.128.0 – номер сети, 0.0. 13.15 – номер узла.

Таким образом, установив новое значение маски, можно заставить маршрутизатор по-другому интерпретировать IP-адрес. При этом два дополнительных последних бита номера сети интерпретируются как номера подсетей.

12. 7. Устройства объединения сетей

Устройства объединения сетей обеспечивают связь между сегментами локальных сетей, отдельными ЛВС и подсетями любого уровня.

Существуют следующие классы устройств для объединения сегментов и сетей.

Повторитель – устройство, которое регенерирует сигналы, за счет чего позволяет увеличивать длину сети, работает на физическом уровне.

Сетевой адаптер – устройство, которое также работает на физическом и отчасти на канальном уровнях. К физическому уровню относится та часть функций сетевого адаптера, которая связана с приемом и передачей сигналов по линии связи, а получение доступа к разделяемой среде передачи, распознавание МАС-адреса компьютера – это уже функция канального уровня.

Мосты(bridges) икоммутаторы(switches) – устройства, которые объединяют сети на канальном уровне и используют функциональные возможности физического уровня. Мосты выполняются на основе компьютера, оснащенного соответствующим программным обеспечением. Отличие коммутаторов от мостов в том, что они реализуют свои функции аппаратными средствами и поэтому обладают значительно более высоким быстродействием.

Для мостов сеть представляется набором МАС-адресов устройств.

Маршрутизаторы – устройства оптимизации трафика, которые работают на сетевом уровне модели OSI. Для маршрутизаторов сеть – это набор сетевых адресов устройств и множество сетевых путей. Маршрутизаторы анализируют все возможные пути между любыми двумя узлами сети и выбирают самый короткий из них.

Шлюз(gateway) – это устройство, выполняющее трансляцию протоколов. Шлюз размещается между взаимодействующими сетями и служит посредником, переводящим сообщения, поступающие из одной сети, в формат другой сети. Шлюз может быть реализован как чисто программными средствами, установленными на обычном компьютере, так и на базе специализированного компьютера.

Многопортовый повторитель(концентратор,hub,concentrator) – данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть. Практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.