План-конспект урока Виды компьютерных сетей по дисциплине Информатика

Этапы урока

Содержание этапов урока

1. Организационный момент. Цели для преподавателя:

-                   создать условия для возникновения у обучающихся внутренней потребности включения в учебную деятельность;

-                   способствовать повышению мотивации учения.

Цели для обучающихся:

-                   включиться в учебную деятельность; - подготовиться к восприятию нового учебного материала.

Цели     этапа     занятия      достигаются

1.  Вводный инструктаж 

1.1.                       Проверка наличия обучающихся. Повторение техники безопасности в кабинете информатики.  

Начинаем занятие. Отметим отсутствующих на занятие и проверим вашу готовность к занятию на наличие тетрадей.

1.2.                       Целевая установка на урок.

Сегодня у нас тема ««Виды компьютерных сетей. Топологии сетей», запишите тему занятия в тетради. 

посредством:  -объявления темы занятия и постановки общих целей;

-                     разъяснения роли изучаемого содержания в процессе формирования конкретных общих и профессиональных компетенций;

-                     раскрытия значения изучаемого содержания для будущей

профессиональной деятельности;

2. Изучение нового учебного материала (способов действий).

Цели для преподавателя:

-                     познакомить с понятиями «клиент»,

«сервер», «сетевая служба»

-рассмотреть виды компьютерных сетей,  -рассмотреть топологию компьютерных сетей, 

-рассмотреть организацию работы пользователей в локальных компьютерных сетях.    Цели для обучающихся:

-                     познакомиться с понятиями «клиент»,

«сервер», «сетевая служба»

-рассмотреть виды компьютерных сетей,  -рассмотреть топологию компьютерных сетей, 

-рассмотреть организацию работы пользователей в локальных компьютерных сетях.  

Цели этапа занятия достигаются посредством: 

-                     обеспечения понимания планируемого результата деятельности, основных путей

2. Теоретическая часть. 

Компьютерная сеть представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов.

Основным назначением компьютерной сети является:

-совместное использование информации;

совместное использование оборудования и ПО;                                        централизованное администрирование и обслуживание. Основные компоненты компьютерной сети:

-                     компьютеры (аппаратный слой);

-                     коммуникационное оборудование; - сетевые операционные системы; - сетевые приложения.

Весь комплекс программно-аппаратных средств сети может быть описан многослойной моделью. В основе любой сети лежит аппаратный слой стандартизованных компьютерных платформ. Второй слой - это коммуникационное оборудование. Хотя компьютеры и являются центральными элементами обработки данных в сетях, в последнее время не менее важную роль стали играть коммуникационные устройства. Кабельные системы, повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и модульные концентраторы из вспомогательных компонентов сети превратились в основные наряду с компьютерами и системным программным обеспечением как по влиянию на характеристики сети, так и по стоимости.

Третьим слоем, образующим программную платформу сети, являются операционные системы (ОС). От того, какие концепции управления локальными и распределенными ресурсами положены в основу сетевой ОС, зависит эффективность работы всей сети.

Самым верхним слоем являются различные сетевые приложения, такие как сетевые базы

его достижения;

-                     определения критериев, позволяющих обучающимся самостоятельно определять степень достижения запланированного результата;

-                     организации активной самостоятельной деятельности обучающихся по написанию лекции во время занятия. 

данных, почтовые системы, средства архивирования данных, системы автоматизации коллективной работы и др.

Сетевое приложение представляет собой распределенную программу, т. е. программу, которая состоит из  нескольких взаимодействующих частей, каждая из которых выполняется на отдельном компьютере сети.

Программа сервер – специальная программа, предназначенная для обслуживания запросов на доступ к ресурсам данного компьютера от других компьютеров сети. Модуль сервера постоянно  находится в режиме ожидания запросов, поступающих по сети.

Программа- клиент - специальная программа, предназначенная для составления и посылки запросов на доступ к удаленным ресурсам, а также получения и отображения информации на компьютере пользователя.

Сетевая служба - пара модулей «клиент - сервер», обеспечивающих совместный доступ пользователей к определенному типу ресурсов. Обычно сетевая операционная система поддерживает несколько видов сетевых служб для своих пользователей - файловую службу, службу печати, службу электронной почты, службу удаленного доступа и т. п.. (Примеры сетевых служб – WWW, FTP, UseNet).

Термины «клиент» и «сервер» используются не только для обозначения программных модулей, но и компьютеров, подключенных к сети. Если компьютер предоставляет свои ресурсы другим компьютерам сети, то он называется сервером, а если он их потребляет - клиентом. Иногда один и тот же компьютер может одновременно играть роли и сервера, и клиента.

 2. Классификация компьютерных сетей.

Классифицируя сети по территориальному признаку, различают локальные (LAN), глобальные (WAN) и городские (MAN) сети.

        LAN - сосредоточены на территории не более 1-2 км; построены с использованием дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. Предоставляемые услуги отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.         WAN - объединяют компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров. Часто используются уже существующие не очень качественные линии связи. Более низкие, чем в локальных сетях, скорости передачи данных (десятки килобит в секунду) ограничивают набор предоставляемых услуг передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных применяются более сложные методы и оборудование, чем в

локальных сетях.

        MAN - занимают промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. При достаточно больших расстояниях между узлами (десятки километров) они обладают качественными линиями связи и высокими скоростями обмена, иногда даже более высокими, чем в классических локальных сетях. Как и в случае локальных сетей, при построении MAN уже существующие линии связи не используются, а прокладываются заново.

В зависимости от масштаба производственного подразделения, в пределах которого действует сеть, различают сети отделов, сети кампусов и корпоративные сети.

        Сети отделов используются небольшой группой сотрудников в основном с целью разделения дорогостоящих периферийных устройств, приложений и данных; имеют один-два файловых сервера и не более тридцати пользователей; обычно не разделяются на подсети; создаются на основе какой-либо одной сетевой технологии; могут работать на базе одноранговых сетевых ОС.

        Сети кампусов объединяют сети отделов в пределах отдельного здания или одной территории площадью в несколько квадратных километров, при этом глобальные соединения не используются. На уровне сети кампуса возникают проблемы интеграции и управления неоднородным аппаратным и программным обеспечением.

        Корпоративные сети объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Для корпоративной сети характерны: o       масштабность - тысячи пользовательских компьютеров, сотни серверов, огромные объемы хранимых и передаваемых по линиям связи данных, множество разнообразных приложений; o       высокая степень гетерогенности - типы компьютеров, коммуникационного оборудования, операционных систем и приложений различны;

o       использование глобальных связей - сети филиалов соединяются с помощью

телекоммуникационных средств, в том числе телефонных каналов, радиоканалов, спутниковой связи.

 3. Основные характеристики современных компьютерных сетей.

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.

        К основным характеристикам производительности сети относятся: время реакции, которое определяется как время между возникновением запроса к какому-либо сетевому сервису и получением ответа на него;пропускная способность, которая отражает объем данных, переданных сетью в единицу времени, и задержка передачи, которая равна интервалу между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства и моментом его появления на выходе этого устройства.

        Для оценки        надежности   сетей   используются            различные      характеристики,        в             том числе: коэффициент готовности, означающий долю времени, в течение которого система может быть использована;безопасность, то есть способность системы защитить данные от несанкционированного доступа;отказоустойчивость -     способность системы             работать         в условиях отказа некоторых ее элементов.

        Расширяемость означает возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, сервисов), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной.

        Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.

        Прозрачность - свойство сети скрывать от пользователя детали своего внутреннего устройства, упрощая тем самым его работу в сети.

        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.

        Совместимость означает, что сеть способна включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение.

Типы сетевой топологии

Под топологией сети понимается описание ее физического расположения, то есть то, как компьютеры соединены в сети друг с другом и с помощью каких устройств входят в физическую топологию.

Существует четыре основных топологии:

Bus (шина);

Ring (кольцо);

Star (звезда); Mesh (ячейка).

4.2.1 Шина

Физическая топология шина, именуемая также линейной шиной, состоит из единственного кабеля, к которому присоединены все компьютеры сегмента (рис. 4.1).

Сообщения посылаются по линии всем подключенным станциям вне зависимости от того, кто является получателем. Каждый компьютер проверяет каждый пакет в проводе, чтобы определить получателя пакета. Если пакет предназначен для другой станции, то компьютер отвергает его. Если пакет предназначен данному компьютеру, то он получит и обработает его.

Рисунок 4.1 – Топология «шина»

Главный кабель шины, известный как магистраль, имеет на обоих концах заглушки

(терминаторы) для предотвращения отражения сигнала. Обычно в сетях с шинной топологией используется два типа носителя: толстый и тонкий Ethernet.

Недостатки: трудно изолировать неполадки станции или другого сетевого компонента; неполадки в магистральном кабеле могут привести к выходу из строя всей сети.

4.2.2  Кольцо

Топология Ring (кольцо) используется в основном в сетях Token Ring и FDDI (волоконнооптических).

В физической топологии «кольцо» линии передачи данных фактически образуют логическое кольцо, к которому подключены все компьютеры сети (рис. 4.2).

Рисунок 4.2 – Топология «кольцо»

Доступ к носителю в кольце осуществляется посредством маркеров (token), которые пускаются по кругу от станции к станции, давая им возможность переслать пакет, если это нужно.

Компьютер может посылать данные только тогда, когда владеет маркером.

Так как каждый компьютер при этой топологии является частью кольца, он имеет возможность пересылать любые полученные им пакеты данных, адресованные другой станции.

Недостатки: неполадки на одной станции могут привести к отказу всей сети; при переконфигурации любой части сети необходимо временно отключать всю сеть.

4.2.3 Звезда

В топологии Star (звезда) все компьютеры в сети соединены друг с другом с помощью центрального концентратора (рис. 4.3).

Все данные, которые посылает станция, направляются прямо на концентратор, который пересылает пакет в направлении получателя.

В этой топологии только один компьютер может посылать данные в конкретный момент времени. При одновременной попытке двух и более компьютеров переслать данные, все они получат отказ и будут вынуждены ждать случайный интервал времени, чтобы повторить попытку.

Эти сети лучше масштабируются, чем другие сети. Неполадки на одной станции не выводят из строя всю сеть. Наличие центрального концентратора облегчает добавление нового компьютера.

Недостатки:

требует больше кабеля, чем остальные топологии; выход из строя концентратора выведет из строя весь сегмент сети.

Рисунок 4.3 – Топология «звезда»

4.2.4 Mesh

Топология Mesh (ячейка) соединяет все компьютеры попарно (рис. 4.4).

Рисунок 4.4 – Топология «ячейка»

Сети Mesh используют значительно большее количество кабеля, чем другие топологии. Эти сети значительно труднее устанавливать. Но эти сети устойчивы к сбоям (способны работать при наличии повреждений). 4.2.5 Смешанные топологии

На практике существует множество комбинаций главных сетевых топологий. Рассмотрим основные из них. Star Bus Смешанная топология Star Bus (звезда на шине) объединяет топологии Шина и Звезда (рис. 4.5).

Star Ring

Топология Star Ring (звезда на кольце) известна также под названием Star-wired Ring, поскольку сам концентратор выполнен как кольцо.

Эта сеть идентична топологии «звезда», но на самом деле концентратор соединен проводами как логическое кольцо.

Также как и в физическом кольце, в этой сети посылаются маркеры для определения порядка передачи данных компьютерами.

Рисунок 4.5 – Топология «звезда на шине»

Hybrid Mesh

Поскольку реализация настоящей топологии Mesh в крупных сетях может быть дорогой, сеть топологии Hybrid Mesh может предоставить некоторые из существенных преимуществ

настоящей сети Mesh. В основном применяется для соединения серверов, хранящих критически важные данные (рис.

4.6).

Рисунок 4.6 – Топология «гибридная ячейка»

Теоретические основы Интернета Ранние эксперименты по передаче и приему информации с помощью компьютеров начались еще в 50-х годах и имели лабораторный характер. Лишь в конце 60-х годов на средства Агентства Перспективных Разработок министерства обороны США была создана сеть национального масштаба. Она получила название ARPANET.

Служба World Wide Web (WWW) Безусловно, это самая популярная служба современного Интернета. Ее нередко отождествляют с Интернетом, хотя на самом деле это лишь одна из его многочисленных служб.

Служба передачи файлов (FTP) Необходимость в передаче файлов возникает, например, при приеме файлов программ, при пересылке крупных документов (например, книг), а также при передаче архивных файлов, в которых запакованы большие объемы информации.

Понятие броузеров и их функции Документы Интернета предназначены для отображения в электронной форме, причем автор документа не знает, каковы возможности компьютера, на котором документ будет отображаться. Поэтому язык HTML обеспечивает не столько форматирование документа, сколько описание его логической структуры. Форматирование и отображение документа на конкретном компьютере производится специальной программой — броузером (от английского слова browser).

Организация работы пользователей в локальных компьютерных сетях

При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. В

общем случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение - сетевое оборудование и специальное программное обеспечение - сетевые программные средства.

Уже сейчас есть сферы человеческой деятельности, которые принципиально не могут существовать без сетей (например, работа банков, крупных библиотек и т. д.). Сети также используются при управлении крупными автоматизированными производствами, газопроводами, электростанциями и т.п. Для передачи данных компьютеры используют самые разнообразные физические каналы, которые обычно называются средой передачи.

 Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:

1.      1.обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;

2.      2.обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.

 Например, все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати - сетевой принтер или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера - файлового сервера. Аналогично можно совместно использовать и программное обеспечение. Если в сети имеется специальный компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети, он называется файловым сервером.

Группы сотрудников, работающих над одним проектом в рамках локальной сети, называются рабочими группами. В рамках одной локальной сети могут работать несколько рабочих групп. У участников рабочих групп могут быть разные права для доступа к общим ресурсам сети. Совокупность приемов разделения и ограничения прав участников компьютерной сети называется политикой сети. Управление сетевыми политиками

называется администрированием сети. Лицо, управляющее организацией работы участников локальной компьютерной сети, называется системным администратором.

4. Задание на дом.

Цели для преподавателя:

-                     провести анализ и оценку успешности достижения цели урока, перспектив

последующей работы;

-                     мобилизовать  обучающихся на рефлексию результатов учебной деятельности;

-                     поставить цели самостоятельной работы для обучающихся  (что должны  сделать обучающиеся в ходе выполнения

4.Заключительная часть. Подведение итогов, выставление отметок.

4.1. Определение задания на дом.

Задание. Выполнить задания КОЗ №8 Проектное задание «Спроектировать сегмент компьютерной сети».

домашнего задания). Цели для обучающихся:

-                     уяснить цели и содержание домашнего задания.

Цели   этапа урока достигаются посредством: 

-                     достижения открытости обучающихся в осмыслении своих действий и самооценки;

-                     определения для обучающихся содержания и объема домашнего задания.