Компьютерные сети и телекоммуникации

Министерство образования и науки Российской Федерации

Торжокский педагогический колледж

Специальность 0324 Информатика

Курсовая работа на тему:

Компьютерные сети и телекоммуникации

Выполнена:

Копосовым Николаем Яковлевичем

студеном 42 группы

2 курса отделения информатики

Научный руководитель:

Ерофеева Нелля Васильевна

Торжок

2005

ВВЕДЕНИЕ

Компьютерная сеть - объединение нескольких ЭВМ для совместного решения информационных, вычислительных, учебных и других задач.

Одна из первых возникших при развитии вычислительной техники задач, потребовавшая создания сети хотя бы из двух ЭВМ - обеспечение многократно большей, чем могла дать в то время одна машина, надежности при управлении ответственным процессом в режиме реального времени. Так, при запуске космического аппарата необходимые темпы реакции на внешние события превосходят возможности человека, и выход из строя управляющего компьютера грозит непоправимыми последствиями. В простейшей схеме работу этого компьютера дублирует второй такой же, и при сбое активной машины содержимое ее процессора и ОЗУ очень быстро перебрасывается на вторую, которая подхватывает управление (в реальных системах все, конечно, происходит существенно сложнее).

Вот примеры других, очень разнородных, ситуаций, в которых объединение нескольких ЭВМ необходимо.

A. В простейшем, самом дешевом учебном компьютерном классе, лишь одна из ЭВМ - рабочее место преподавателя - имеет дисковод, позволяющий сохранять на диске программы и данные всего класса, и принтер, с помощью которого можно распечатывать тексты. Для обмена информацией между рабочим местом преподавателя и рабочими местами учеников нужна сеть.

Б. Для продажи железнодорожных или авиационных билетов, в которой одновременно участвуют сотни кассиров по всей стране, нужна сеть, связывающая сотни ЭВМ и выносных терминалов на пунктах продажи билетов.

B. Сегодня существует множество компьютерных баз и банков данных по самым разным аспектам человеческой деятельности. Для доступа к хранимой в них информации нужна компьютерная сеть.

Сети ЭВМ врываются в жизнь людей как в профессиональную деятельность, так и в быт - самым неожиданным и массовым образом. Знания о сетях и навыки работы в них становятся необходимыми множеству людей.

Сети ЭВМ породили существенно новые технологии обработки информации - сетевые технологии. В простейшем случае сетевые технологии позволяют совместно использовать ресурсы - накопители большой емкости, печатающие устройства, доступ в Internet, базы и банки данных. Наиболее современные и перспективные подходы к сетям связаны с использованием коллективного разделения труда при совместной работе с информацией - разработке различных документов и проектов, управлении учреждением или предприятием и т.д.

Простейшим видом сети является, так называемая, одноранговая сеть, обеспечи­вающая связь персональных компьютеров конечных пользователей и позволяющая совместно использовать дисководы, принтеры, файлы. Более развитые сети помимо компьютеров конечных пользователей - рабочих станций - включают специальные выделенные компьютеры - серверы. Сервер -это ЭВМ, выполняющая в сети особые функции обслуживания остальных компь­ютеров сети - рабочих станций. Есть разные виды серверов: файловые, телеком­муникационные серверы, серверы для проведения математических расчетов, серверы баз данных.

Весьма популярная сегодня и чрезвычайно перспективная технология обработки информации в сети называется «клиент - сервер». В методологии «клиент - сервер» предполагается глубокое разделение функций компьютеров в сети. При этом в функции «клиента» (под которым понимается ЭВМ с соответствующим программным обеспечением) входит

• предоставление пользовательского интерфейса, ориентированного на опреде­ленные производственные обязанности и полномочия пользователя;

• формирование запросов к серверу, причем не обязательно информируя об этом пользователя; в идеале пользователь вообще не вникает в технологию общении ЭВМ, за которой он работает, с сервером;

• анализ ответов сервера на запросы и предъявление их пользователю. Основная функция сервера - выполнение специфических действий по запросам

клиента (например, решение сложной математической задачи, поиск данных в базе, соединение клиента с другим клиентом и т.д.); при этом сам сервер не инициирует никаких взаимодействий с клиентом. Если сервер, к которому обратился клиент, не в состоянии решить задачу из-за нехватки ресурсов, то в идеале он сам находит другой, более мощный, сервер и передает задачу ему, становясь, в свою очередь, клиентом, ноне информируя об этом без нужды начального клиента. Обратим внимание, что «клиент» вовсе не есть выносной терминал сервера. Клиентом может быть весьма мощный компьютер, который в силу своих возможностей решает задачи самостоятельно.

Компьютерные сети и сетевые технологии обработки информации стали основой для построения современных информационных систем. Компьютер ныне следует рассматривать не как отдельное устройство обработки, а как «окно» в компьютерные сети, средство коммуникаций с сетевыми ресурсами и другими пользователями сетей.

Данная проблема находит свое отражение и в школьных учебниках по информатике. Поэтому целью является изучение организации работы компьютерных сетей.

Исходя из этого, можно выделить следующие задачи:

1. изучить научно-методическую литературу по данному вопросу;

2. проанализировать учебные пособия и программы по информатике с целью изучения преподавания темы «Компьютерные сети» в школьном курсе информатики.

Глава I. Компьютерные сети и телекоммуникации

1.1. Аппаратные средства

Локальные сети (ЛС ЭВМ) объединяют относительно небольшое число компью­теров (обычно от 10 до 100, хотя изредка встречаются и гораздо большие) в преде­лах одного помещения (учебный компьютерный класс), здания или учреждении (например, университета). Традиционное название - локальная вычислительная сеть (ЛВС) - скорее дань тем временам, когда сети в основном использовались да решения вычислительных задач; сегодня же в 99% случаев речь идет исключительно об обмене информацией в виде текстов, графических и видео-образов, числовых массивов. Полезность ЛС объясняется тем, что от 60% до 90% необходимой учреж­дению информации циркулирует внутри него, не нуждаясь в выходе наружу.

Большое влияние на развитие ЛС оказало создание автоматизированных систем управления предприятиями (АСУ). АСУ включают несколько автоматизированных рабочих мест (АРМ), измерительных комплексов, пунктов управления. Другое важнейшее поле деятельности, в котором ЛС доказали свою эффективность - создание классов учебной вычислительной техники (КУВТ).

Благодаря относительно небольшим длинам линий связи (как правило, не более 300 метров), по ЛC можно передавать информацию в цифровом виде с высокой скоростью передачи. На больших расстояниях такой способ передачи неприемлем из-за неизбежного затухания высокочастотных сигналов, в этих случаях приходится прибегать к дополнительным техническим (цифро-аналоговым преобразованиям) и программным (протоколам коррекции ошибок и др.) решениям.

Характерная особенность ЛС - наличие связывающего всех абонентов высокоскоростного канала связи для передачи информации в цифровом виде. Существуют проводные и беспроводные каналы. Каждый из них характеризуется определенными значениями существенных с точки зрения организации ЛС параметров:

• скорости передачи данных;

• максимальной длины линии;

• помехозащищенности;

• механической прочности;

• удобства и простоты монтажа;

• стоимости.

В настоящее время обычно применяют четыре типа сетевых кабелей:

• коаксиальный кабель;

• незащищенная витая пара;

• защищенная витая пара;

• волоконно-оптический кабель.

Первые три типа кабелей передают электрический сигнал по медным проводникам. Волоконно-оптические кабели передают свет по стеклянному волокну.

Большинство сетей допускает несколько вариантов кабельных соединений.

Коаксиальные кабели состоят из двух проводников, окруженных изолирующими слоями. Первый слой изоляции окружает центральный медный провод. Этот слой оплетен снаружи внешним экранирующим проводником. Наиболее распространенными коаксиальными кабелями являются толстый и тонкий кабели «Ethernet». Такая конструкция обеспечивает хорошую помехозащищенность и малое затухание сигнала на расстояниях.

Различают толстый (около 10 мм в диаметре) и тонкий (около 4 мм) коаксиальные кабели. Обладая преимуществами по помехозащищенности, прочности, длине лигой, толстый коаксиальный кабель дороже и сложнее в монтаже (его сложнее протягивать по кабельным каналам), чем тонкий. До последнего времени тонкий коаксиальный кабель представлял собой разумный компромисс между основными параметрами линий связи ЛВС и в российских условиях наиболее часто используют для организации крупных ЛС предприятий и учреждений. Однако более дорогие толстые кабели обеспечивают лучшую передачу данных на большее расстояние и менее чувствительны к электромагнитным помехам.

Витые пары представляют собой два повода, скрученных вместе шестью оборо-ши на дюйм для обеспечения защиты от электромагнитных помех и согласования иеданса или электрического сопротивления. Другим наименованием, обычно (потребляемым для такого провода, является «IBM тип-3». В США такие кабели прокладываются при постройке зданий для обеспечения телефонной связи. Однако использование телефонного провода, особенно когда он уже размещен в здании, может создать большие проблемы. Во-первых, незащищенные витые пары чувствительны к электромагнитным помехам, например электрическим шумам, создаваемые люминесцентными светильниками и движущимися лифтами. Помехи могут создавать также сигналы, передаваемые по замкнутому контуру в телефонных линиях, проходящих вдоль кабеля локальной сети. Кроме того, витые пары плохого качества могут иметь переменное число витков на дюйм, что искажает расчетное электрическое сопротивление.

Важно также заметить, что телефонные провода не всегда проложены по пря­мой линии. Кабель, соединяющий два рядом расположенных помещения, может на самом деле обойти половину здания. Недооценка длины кабеля в этом случае может привести к тому, что фактически она превысит максимально допустимую длину.

Защищенные витые пары схожи с незащищенными, за исключением того, что они используют более толстые провода и защищены от внешнего воздействия шеи изолятора. Наиболее распространенный тип такого кабеля, применяемого в ло­кальных сетях, «IBM тип-1» представляет собой защищенный кабель с двумя витыми парами непрерывного провода. В новых зданиях лучшим вариантом может быть кабель «тип-2», так как он включает помимо линии передачи данных четыре незащищенные пары непрерывного провода для передачи телефонных переговоров. Таким образом, «тип-2» позволяет использовать один кабель для передачи как телефонных переговоров, так и данных по локальной сети.

Защита и тщательное соблюдение числа повивов на дюйм делают защищенный кабель с витыми парами надежным альтернативным кабельным соединение» Однако эта надежность приводит к увеличению стоимости.

Волоконно-оптические кабели передают данные в виде световых импульсов» стеклянным «проводам». Большинство систем локальных сетей в настоящее время поддерживает волоконно-оптическое кабельное соединение. Волоконно-оптический кабель обладает существенными преимуществами по сравнению с любыми вариантами медного кабеля. Волоконно-оптические кабели обеспечивают наивысшую скорость передачи; они более надежны, так как не подвержены потерям информационных пакетов из-за электромагнитных помех. Оптический кабель очень тонок и гибок, что делает его транспортировку более удобной по сравнению с более тяжелым медным кабелем. Однако наиболее важно то, что только оптический кабель имеет достаточную пропускную способность, которая в будущем потребуется для более быстрых сетей.

Пока еще цена волоконно-оптического кабеля значительно выше медного. По сравнению с медным кабелем монтаж оптического кабеля более трудоемок, по сколько концы его должны быть тщательно отполированы и выровнены до обеспечения надежного соединения. Однако ныне происходит переход на оптоволоконные линии, абсолютно неподверженные помехам и находящиеся вне конкуренции по пропускной способности. Стоимость таких линий неуклонно снижается, технологические трудности стыковки оптических волокон успешно преодолеваются.

Беспроводная связь на радиоволнах СВЧ диапазона может использоваться для организации сетей в пределах больших помещений типа ангаров или павильонов, там где использование обычных линий связи затруднено или нецелесообразно. Кроме того, беспроводные линии могут связывать удаленные сегменты локальных сетей на расстояниях 3 - 5 км (с антенной типа волновой канал) и 25 км (с направленной параболической антенной) при условии прямой видимости. Организации беспроводной сети существенно дороже, чем обычной.

Для организации учебных ЛС чаще всего используется витая пара, как сама! дешевая, поскольку требования к скорости передачи данных и длине линий не являются критическими.

Для связи компьютеров с помощью линий связи ЛС требуются адаптеры сети (или, как их иногда называют, сетевые платы). Самыми известными являются: адаптеры следующих трех типов:

• ArcNet;

• Token Ring;

• Ethernet.

Из них последние получили в России подавляющее распространение. Адаптер сети вставляется непосредственно в свободный слот материнской платы персонального компьютера и к нему на задней панели системного блока подстыковывается линия связи ЛС. Адаптер, в зависимости от своего типа, реализует ту или иную стратегию доступа от одного компьютера к другому.

1.2. ???????????? ????????? ????? ? ??????????? ?????? ???????????

В простейших сетях с небольшим числом компьютеров они могут быть полностью равноправными; сеть в этом случае обеспечивает передачу данных от любого компьютера к любому другому для коллективной работы над информацией. Такая сеть называется одноранговой.

Однако в крупных сетях с большим числом компьютеров оказывается целесообразным выделять один (или несколько) мощных компьютеров для обслуживания потребностей сети (хранение и передачу данных, печать на сетевом принтере). Такие выделенные компьютеры называют серверами; они работают под управле­нием сетевой операционной системы. В качестве сервера обычно используется высокопроизводительный компьютер с большим ОЗУ и винчестером (или даже несколькими винчестерами) большой емкости. Клавиатура и дисплей для сервера сети не обязательны, поскольку они используются очень редко (для настройки сетевой ОС).

Все остальные компьютеры называются рабочими станциями. Рабочие станции могут не иметь винчестерских дисков или даже дисководов вовсе. Такие рабочие станции называют бездисковыми. Первичная загрузка ОС на бездисковые рабочие станции происходит по локальной сети с использованием специально устанавливаемых на сетевые адаптеры рабочих станций микросхем ПЗУ, хранящих программу начальной загрузки.

ЛС в зависимости от назначения и технических решений могут иметь различные конфигурации (или, как еще говорят, архитектуру, или топологию).

В кольцевой ЛС информация передается по замкнутому каналу. Каждый абонент непосредственно связан с двумя ближайшими соседями, хотя в принципе способен связаться с любым абонентом сети (см. приложение 1).

В звездообразной (радиальной) ЛС в центре находится центральный управляющий компьютер, последовательно связывающийся с абонентами и связывающий их друг с другом (см. приложение 2).

В шинной конфигурации компьютеры подключены к общему для них каналу (шине), через который могут обмениваться сообщениями (см. приложение 3).

В древовидной - существует «главный» компьютер, которому подчинены компь­ютеры следующего уровня, и т.д.

Кроме того, возможны конфигурации без отчетливого характера связей; преде­лом является полносвязная конфигурация, когда каждый компьютер в сети непо­средственно связан с любым другим компьютером.

В крупных ЛС предприятий и учреждений чаще всего используется шинная (шейная) топология, соответствующая архитектуре многих административных зданий, имеющих длинные коридоры и кабинеты сотрудников вдоль них. Для учебных целей в КУВТ чаще всего используют кольцевые и звездообразные ЛС.

В любой физической конфигурации поддержка доступа от одного компьютера к другому, наличие или отсутствие выделенного компьютера (в составе КУВТ его называют «учительским», а остальные - «ученическими»), выполняется программой – сетевой операционной системой, которая по отношению к ОС отдельных компьютеров является надстройкой. Для современных высокоразвитых ОС персональных компьютеров вполне характерно наличие сетевых возможностей (например, OS/2, WINDOWS'95-98).

Процесс передачи данных по сети определяют шесть компонент:

• компьютер-источник;

• блок протокола;

• передатчик;

• физическая кабельная сеть;

• приемник;

• компьютер-адресат.

Компьютер-источник может быть рабочей станцией, файл-сервером, шлюзом или любым компьютером, подключенным к сети. Блок протокола состоит из набора микросхем и программного драйвера для платы сетевого интерфейса. Блок протокола отвечает за логику передачи по сети. Передатчик посылает электрический сигнал через физическую топологическую схему. Приемник распознает и принимает сигнал, передающийся по сети, и направляет его для преобразования в блок протокола. Цикл передачи данных начинается с компьютера-источника, передающего исходные данные в блок протокола. Блок протокола организует данные в пакет передачи, содержащий соответствующий запрос к обслуживающим устройствам, информацию по обработке запроса (включая, если необходимо, адрес получателя) и исходные данные для передачи. Пакет затем направляется в передатчик для преобразования в сетевой сигнал. Пакет распространяется по сетевому кабелю пока не попадает в приемник, где перекодируется в данные. Здесь управление переходит к блоку протокола, который проверяет данные на сбойность, передает «квитанцию» о приеме пакета источнику, переформировывает пакеты и передает их в компьютер-адресат.

В ходе процесса передачи блок протокола управляет логикой передачи по сети через схему доступа.

Каждая сетевая ОС использует определенную стратегию доступа от одного ком­пьютера к другому. Широко используются маркерные методы доступа (называемые те селективной передачей), когда компьютер-абонент получает от центрального компьютера сети, так называемый, маркер - сигнал на право ведения передачи в течение определенного времени, после чего маркер передается другому абоненту. При конкурентном методе доступа абонент начинает передачу данных, если обнаруживает свободной линию, или откладывает передачу на некоторый промежуток времени, если линия занята другим абонентом. При другом способе - резервирова­нии времени - у каждого абонента есть определенный промежуток, в течение которого линия принадлежит только ему.

Наиболее часто применяются две основные схемы:

• конкурентная (Ethernet);

• с маркерным доступом (Token Ring, Arcnet).

Ведутся дебаты о том, какая схема более эффективна - конкурентная или с маркерным доступом. Сети с маркерным доступом обычно более медленные, но они дают более предсказуемыми свойствами, чем конкурентные. По мере роста числа пользователей у сетей с маркерным доступом параметры ухудшаются медленнее, чем у конкурентных сетей. Эффективность сети зависит от величины потока сооб­щений, который необязательно связан с числом активных рабочих станций. По конкурентной схеме, когда много рабочих станций одновременно пытаются пере-| слать данные, возникают наложения. Таким образом, если большая часть обработки данных в сети выполняется локально (например, если рабочие станции занята, главным образом, локальной подготовкой текстов), эффективность сети остается высокой, даже если к сети подключено много пользователей.

При схеме с маркерным доступом эффективность непосредственно определяем числом активных рабочих станций, а не полным потоком сообщений, передаваемы по сети. Каждый дополнительный пользователь добавляет еще один адрес, по которому будет передан маркер независимо от того, нуждается или нет рабочая станция в пересылке сообщения.

Сеть Ethernet использует для управления передачей данных по сети конкурент­ную схему. Элементы сети Ethernet могут быть соединены по шинной или звездной топологии с использованием витых пар, коаксиальных или волоконно-оптических кабелей.

Основным преимуществом сетей Ethernet является их быстродействие. Обладая скоростью передачи от 10 до 100 Мбит/с, Ethernet является одной из самых быстрых среди существующих локальных сетей. Однако такое быстродействие, в свои очередь, вызывает определенные проблемы: из-за того, что предельные возможно­сти тонкого медного кабеля лишь незначительно превышают указанную скорого передачи в 10 Мбит/с, даже небольшие электромагнитные помехи могут значитель­но ухудшить производительность сети.

Как показывает их наименование, сети IBM Token Ring используют для передачи данных схему с маркерным доступом. Сеть Token Ring физически выполнена по схеме «звезда», но ведет себя как кольцевая. Другими словами, пакеты данные передаются с одной рабочей станции на другую последовательно (как в кольцевой сети), но постоянно проходят через центральный компьютер (как в сетях типа «звезда»). Сети Token Ring могут осуществлять передачу как по незащищенными защищенным витым проводным парам, так и по волоконно-оптическим кабелям.

Сети Token Ring существуют в двух версиях, со скоростью передачи в 4 ид 16 Мбит/с. Однако, хотя отдельные сети работают на скоростях либо 4, либо 16 Мбит/с, возможно соединение через мосты сетей с разными скоростями передачи, Сети Token Ring надежны, обладают высокой скоростью (особенно версия со скоростью передачи 16 Мбит/с) и просты для установки. Однако по сравнению сетями ARCnet сети Token Ring дороги.

Сеть ARCnet использует схему с маркерным доступом и может работать как в шинной, так и в звездной топологии. Схема «звезда» обычно обеспечивает лучшую производительность, так как при этой топологии возникает меньше конфликта при передаче. ARCnet совместима с коаксиальными кабелями, витыми парами и волоконно-оптическими кабелями.

Системы ARCnet являются сравнительно медленными. Передача осуществляется на скорости лишь 2,5 Мбит/с, что значительно меньше, чем в других типах сетей, Несмотря на малое быстродействие, ARCnet сохраняет свою популярность. Ее мала» скорость передачи является в своем роде компенсацией за эффективный метод передачи сигналов. ARCnet - сравнительно недорогая и гибкая система, которая легко устанавливается, расширяется и подвергается изменению конфигурации.

Правила организации передачи данных в сети называют протоколом. Опреде­ленный протокол поддерживается как аппаратно (адаптерами сети), так и про­граммно (сетевой ОС).

В ЛС данные передаются от одного компьютера к другому блоками, которые называют пакетами данных. Станция, передающая пакет данных, обычно указыва­ет в его заголовке адрес назначения данных и свой собственный адрес. Пакеты могут передаваться между рабочими станциями без подтверждения - это тип связи на уровне датаграмм. Проверка правильности передачи пакетов в этом случае выполняется сетевой ОС, которая может сама посылать пакеты, подтверждающие правильную передачу данных. Важное преимущество датаграмм - возможность посылки пакетов сразу всем станциям в сети.

Например, протокол передачи данных IPX (от слов «Internetwork Packet Exchange», что означает «межсетевой обмен пакетами») используется в сетевом программном обеспечении фирмы «Novell» и является реализацией датаграмм. Другой пример - разработанный фирмой IBM протокол NETBIOS, также получивший большую известность, тоже работает на уровне датаграмм.

Сетевой адрес состоит из нескольких компонентов:

• номера сети;

• адреса станции в сети;

• идентификатора программы на рабочей станции.

Номер сети - это номер сегмента сети (кабельного хозяйства), определяемого системным администратором при установке сетевой ОС.

Адрес станции - это число, являющееся уникальным для каждой рабочей станции. Уникальность адресов при использовании адаптеров Ethernet обеспечивается заводом-изготовителем плат (адрес станции записывается в микросхеме ПЗУ адаптеров.

На адаптерах ArcNet адрес станции устанавливается при помощи перемычек или микропереключателей.

Идентификатор программы на рабочей станции называется сокет. Это - число, которое используется для адресации пакетов в конкретной программе, работающей на станции под управлением многозадачной операционной системы (типа Windows, OS/2). Каждая программа для того, чтобы посылать или получать данные по сети, должна получить свой, уникальный для данной рабочей станции, идентификатор - сокет.

ГЛАВА 2. Организация и методика преподавания уроков по предмету ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ.

2.1 Локальные сети учебного назначения.

ЛС КУВТ - совокупность аппаратных и программных средств, ориентирован­ных на использование в учебном процессе. В нашей стране в конце 80-х годов получили широкое распространение КУВТ «Ямаха» (японского производства), отечественные КУВТ на базе микро-ЭВМ БК0010, УКНЦ, «Корвет». Им на смену пришли КУВТ на базе компьютеров IBM PC (и им подобных) и «Apple Macintosh».

В ряде мест функционируют и гибридные КУВТ с головной машиной IBM PC и ученическими УКНЦ или «Корвет».

В состав каждого КУВТ входят:

• рабочее место преподавателя (РМП);

• рабочие места учащихся (РМУ) - обычно 10 - 15;

• аппаратные и программные средства сетеобразования.

В составе РМП обязательно находится компьютер (системный блок, дисплей и клавиатура), достаточно емкое устройство для хранения информации – накопитель и принтер. В указанных выше КУВТ первого поколения обычно роль накопителя выполняли два НГМД и бытовой кассетный магнитофон. Разумеется, такая сеть предоставляет весьма слабые возможности; в современных ЛС КУВТ на головной машине находится винчестер с емкостью до 120 Гбайт, CD Rw, другие устройства.

Сетевая ОС, функционирующая на РМП, должна предоставлять следующий ми­нимальный набор пользовательских возможностей:

• пересылку программ и данных с РМП на каждое из РМУ и обратно;

• исполнение программ как на РМУ, так и на РМП;

• вывод программ и данных с РМУ на внешние накопители и принтер РМП;

• групповую рассылку программ с РМП на все РМУ.

В ходе этой работы ОС ЛС КУВТ должна быть способной к следующему.

1. Поддержка файловой системы. Это связано с необходимостью обеспечить абонентам - учащимся - доступ к файлам, хранящимся на головной машине сети, которая в этом случае исполняет роль файлового сервера. В более «продвинутом» варианте на головной машине может иметься база данных, представляющая интерес для учебного процесса, и ОС должна поддерживать доступ к этой базе.

2. Защита данных и разграничение доступа. Без этого файлы одних учащихся при записи на общий диск сотрут файлы других. Кроме того, в такой системе коллективного пользования могут быть конфиденциальные данные, и система должна предусмотреть вариант их защиты от несанкционированного доступа (например, по паролю).

3. Система контроля и ведения урока. Она включает возможность преподавате­лю вмешиваться в работу учащихся, просматривать их экраны, вызывать и редак­тировать их программы, организовывать коллективные демонстрации и т.д.

Высокоразвитые ОС ЛС КУВТ предоставляют немалые возможности. Среди команд преподавателя есть несколько справочных, позволяющих установить в каком режиме функционируют компьютеры учащихся, команды пересылки программ и их автоматического запуска на РМУ, команды вызова файлов - программ и данных - с любого из РМУ на РМП или на диск, отключения любого из РМУ от сети и обратное подключение. Сеть поддерживает локальную электронную почту и обмен короткими текстовыми сообщениями между любыми компьютерами.

Очень важен такой показатель как быстродействие сети. Так, скорость передачи по исходной ЛС КУВТ УКНЦ в 5-8 кбит/с приводит, например, к затрате несколь­ких минут на рассылку компилятора Паскаля - это слишком много для учебного процесса. Установка в этом классе головной машины IBM PC с сетевой системой фирмы «Линакс» сокращает это время минимум в 10 раз. Однако, даже в классах на основе компьютеров IBM PC и Macintosh скорость рассылки по сети бывает недостаточно высокой, что создает проблемы при учебной работе.

После изучения материала ученики должны знать:

1. Что такое компьютерная сеть?

2. Для чего создаются локальные сети ЭВМ?

3. Что такое сервер? рабочая станция?

4. Какие сетевые технологии называются клиент-серверными?

5. Что такое сетевой адаптер? Какие типы сетевых адаптеров существуют?

6. Какие виды линий (каналов) используются для связи компьютеров в локаль­ных сетях?

7. Какие методы доступа от компьютера к компьютеру используются в

локаль­ных сетях?

8. Какие бывают конфигурации ЛС?

9. Какие конфигурации ЛС используются в компьютерных классах Вашего вуза?

10. Какая сетевая ОС используется в ЛС, в которой вы работаете?

11. Чем отличается набор команд этой ОС от описанного выше?

12. Каковы специфические функции локальной сети учебного назначения?

. 12.3.Сетевые информационные технологии

Компьютерные телекоммуникации — одна из наиболее дина­мично развивающихся областей информационных технологий. По сравнению с другими разделами информационных технологий ее технологическая составляющая значительно превосходит теоретическую. Поэтому эффективность изучения данной темы сильно зависит от возможности организовать практическую работу учащихся с компьютерными сетями.

В рамках данного раздела базового курса реализуется следующий перечень педагогических целей: дать представление о на­значении и структуре локальных и глобальных сетей; познакомить учащихся с основными информационными услугами се­тей, с возможностями Internet; обучить способам обмена файлами в локальной сети компьютерного класса; познакомить со способами поиска информации в Internet (при наличии технических возможностей).

Содержание данного подраздела базового курса делится на две части по принципу деления компьютерных сетей на два типа:

• локальные сети;

• глобальные сети.

Тема компьютерных сетей обширна по числу понятий и может излагаться с разной степенью подробности. Раскрытие этой темы в школьных учебниках, как правило, носит краткий характер. Поэтому, наряду с обсуждением вопросов методики, в данный подраздел пособия включены дополнительные сведения по теме, которые будут полезны учителю.

Методические рекомендации по изучению темы

Изучаемые вопросы:

? Локальная сеть (ЛС), организация и назначение.

? Локальные сети школьных КУВТ.

? Организация глобальных сетей (ГС).

? Информационные услуги ГС.

? Аппаратные средства сетей.

? Что такое Internet.

? Информационные услуги Internet и World Wide Web.

1. Организация и использование локальных сетей

Если компьютеры в школьном кабинете информатики объедине­ны в локальную сеть, то это обстоятельство существенно облегчает изучение данной темы. Именно школьный компьютерный класс должен стать отправной точкой в разговоре о передаче информации в компьютерных сетях. Определив компьютерную сеть как систему компьютеров, связанных каналами передачи информации, учитель демонстрирует такую систему на оборудовании компьютерного класса и сообщает, что такая сеть называется локальной.

Локальные компьютерные сети небольшие по масштабам и работают в пределах одного помещения, здания, предприятия. Возможно, что в школе действует локальная сеть, объединяющая компьютеры, установленные в разных помещениях: в учебных кабинетах, кабинете директора, бухгалтерии и др. Точно так же в локальную сеть часто объединяются различные отделы предприятий, фирм, учреждений.

Локальные сети, в зависимости от назначения и технических решений, могут иметь различные структуры объединения компьютеров. Их еще называют конфигурациями, архитектурой, топологией сети.

Бывают ситуации в ЛС, когда топология не имеет какой-то регулярной структуры. Например, компьютеры могут соединяться по принципу «каждый с каждым».

Использование локальных сетей отвечает двум основным целям:

1) обмену файлами между пользователями сети;

2) использованию общедоступных ресурсов: большого пространства дисковой памяти, принтеров, централизованной базы данных, программного обеспечения и др.

Пользователей общей локальной сети принято называть рабочей группой, а компьютеры, за которыми они работают, — рабочими станциями. Если все компьютеры в сети равноправны, т.е. сеть состоит только из рабочих станций пользователей, то ее называют одноранговой сетью. Одноранговые сети используются для осуществления первой из отмеченных целей: для обмена файлами. У каждого компьютера в такой сети есть свое имя. Члены рабочей группы могут обращаться по этим именам к дисковой памяти ПК своих коллег и копировать файлы на свой компьютер или копиро­вать свои файлы на другие компьютеры. Возможность такого обмена обеспечивается специальной сетевой операционной системой. Средствами сетевой ОС можно защитить информацию от по­стороннего доступа. Таким образом, локальная сеть избавляет от необходимости использовать дискеты для переноса информации с одного компьютера на другой.

Другой способ организации локальной сети — сеть с выделен­ным (главным) компьютером. Его называют файл-сервером. Чаще всего в школьных компьютерных классах используется именно такая организация. К файл-серверу имеет доступ учитель, а ученики работают за рабочими станциями. Все рабочие станции соединены с главной машиной (схема соединения «звезда»). Поэтому непосредственный обмен информацией происходит между сервером и каждой рабочей станцией. Конечно, в такой системе ученики тоже могут обмениваться файлами, но «транзитом» через сервер. Обычно сервер — это более мощная машина, чем рабочие станции, с большим жестким диском, с дополнительными внешними устройствами (например, CD-ROM — дисководом, принтером, модемом). При такой организации локальной сети реализуется вторая из отмеченных выше целей: доступ пользователей к общим аппаратным и информационным ресурсам сервера. В частности, программы, хранящиеся на диске сервера, могут загружаться в оперативную память рабочей станции и запускаться на исполнение подобно тому, как это делается с собственного диска ПК. Со своего рабочего места пользователь может создавать и сохранять файлы на жестком диске сервера.

Работой сети управляет сетевая операционная система. Операци­онная система поддерживает стандарты (протоколы) обмена информацией в сети, устанавливает очередность при обращении различных пользователей к одним и тем же ресурсам и пр. Основное назначение сетевой ОС — дать возможность пользователям работать в локальной сети, не мешая друг другу. Работу одноранговых сетей поддерживает операционная система Windows 95/98. Наиболее распространенные ОС для сетей с выделенным сервером: Novell NetWare, Windows NT.

2. Организация и использование глобальных сетей

Глобальные компьютерные сети объединяют между собой ЭВМ, расположен­ные на больших расстояниях (в масштабах региона, страны, мира). Если локальную сеть ученики могут увидеть своими глазами, то знакомство с глобальными сетями будет носить более описатель­ный характер. Здесь, как и во многих других темах, приходит на помощь метод аналогий. Устройство глобальной сети можно сравнить с устройством системы телефонной связи — телефонной сети. Телефоны абонентов связаны с узлами-коммутаторами. В свою очередь, все городские коммутаторы связаны между собой так, что между любыми двумя телефонами абонентов может быть установлена связь. Вся эта система образует телефонную сеть города. Городские (региональные) сети связаны между собой по междугородним линиям. Выход на телефонные сети других стран происходит по международным линиям связи. Таким образом, весь мир «опутан» телефонными сетями. Два абонента в любой части света, подключенные к этой сети, могут связаться друг с другом.

Рассказав об этом, предложите ученикам представить, что у абонентов вместо телефонных аппаратов установлены персональные компьютеры; вместо коммутаторов — мощные компьютерные узлы, и по такой сети циркулирует самая разнообразная ин­формация: от текстовой до видео и звука. Это и есть современная мировая система глобальных компьютерных сетей.

Первая глобальная компьютерная сеть начала действовать в 1969 г. в США, она называлась ARPANET и объединяла в себе всего 4 удаленных компьютера. Примером современной сети на­учно-образовательного назначения является BITNET. Она охва­тывает 35 стран Европы, Азии и Америки, объединяет более 800 университетов, колледжей, научных центров. Крупнейшей российской сетью является RELCOM, созданная в 1990 г. RELCOM входит в европейское объединение сетей EUNET, которая, в свою очередь, является участником гигантского мирово­го сообщества INTERNET. Такая иерархичность характерна для организации глобальных сетей.

Сеть состоит из узловых хост-компьютеров, ПК абонентов сети, линии связи. Обычно узел сети содержит не один, а множество компьютеров. Функции серверов раз­личных сетевых услуг могут выполнять разные компьютеры.

Хост-компьютеры постоянно находятся во включенном состоянии, постоянно готовы к приему-передаче информации. В та­ком случае говорят, что они работают в режиме on-line. Компьютеры абонентов выходят на связь с сетью (в режим on-line) лишь на определенное время — сеанс связи. Переслав и получив необ­ходимую информацию, абонент может отключиться от сети и да­лее работать с полученной информацией автономно — в режиме off-line. Маршрут передачи информации пользователю обычно неизвестен. Он может быть уверен лишь в том, что информация проходит через узел подключения и доходит до пункта назначения. Маршрутизацией передаваемых данных занимаются системные средства сети. В разных сеансах связь с одним и тем же корреспон­дентом может проходить по разным маршрутам.

Шлюзом называют компьютер, организующий связь данной сети с другими глобальными сетями.

Информационные услуги глобальных сетей. Электронная почта. В истории глобальных сетей электронная почта (e-mail) появи­лась как самая первая информационная услуга. Эта услуга остается основной и важнейшей в компьютерных телекоммуникациях. Можно сказать, что происходит процесс вытеснения традиционной бумажной почты электронной почтой. Преимущества после­дней очевидны: прежде всего, это высокая скорость доставки корреспонденции (минуты, редко — часы), сравнительная дешевизна. Уже сейчас огромные объемы деловой и личной переписки идут через e-mail. Электронная почта в сочетании с факсимильной связью обеспечивают абсолютное большинство потребностей в передаче писем и документов.

Для того чтобы абонент мог воспользоваться услугами электронной почты, он должен:

• иметь аппаратное подключение своего персонального компьютера к почтовому серверу узла компьютерной сети;

• иметь на этом сервере свой почтовый ящик и пароль для обращения к нему;

• иметь личный электронный адрес;

• иметь на своем компьютере клиент-программу электронной почты (мэйлер).

Наряду с электронной почтой в глобальных сетях существуют и другие виды информационных услуг для пользователей.

Telnet. Эта услуга позволяет пользователю работать в режиме терминала удаленного компьютера, т. е. использовать установлен­ные на нем программы так же, как программы на собственном компьютере.

FTP. Так называется сетевой протокол и программы, которые обслуживают работу с каталогами и файлами удаленной машины. Клиент FTP имеет возможность просматривать каталоги FTP-cepверов, копировать интересующие его файлы.

Archie. Так называются специальные серверы, выполняющие роль поисковых программ в системе FTP-серверов. Они помогают быстро найти нужные вам файлы.

Gopher. Система поиска и извлечения информации из сети с развитыми средствами многоуровневых меню, справочных книг, индексных ссылок и пр.

WAIS. Сетевая информационно-поисковая система, основан­ная на распределенных базах данных и библиотеках.

Usenet. Система телеконференций. Другое название — группы новостей. Обслуживает подписчиков определенных тематических конференций, рассылая им материалы по электронной почте. ящики абонентов и, обнаружив там исходящую корреспонден­цию, организует ее отравление. Аппаратные средства сетей. Хост-компьютеры (серверы). Хост-компьютер имеет собственный уникальный адрес в сети и выполняет роль узловой машины, обслуживающей абонентов. В качестве хост-компьютеров используются разные типы машин: от мощных ПК до мини-ЭВМ и даже мэйнфреймов (больших ЭВМ). Основ­ные требования — высокоскоростной процессор и большой объем дисковой памяти (сотни Гбайт). На хост-компьютерах в сети Internet используется операционная система Unix. Все сервер-программы, обслуживающие приложения, работают под уп­равлением Unix.

Из того о чем уже говорилось выше, следует, что понятие «сервер» носит программно-аппаратный смысл. Например, хост-ком­пьютер, на котором в данный момент работает сервер-программа электронной почты, выполняет роль почтового сервера. Если на этой же машине начинает работать сервер-программа WWW, то она становится Web-сервером. Часто функции серверов различ­ных услуг разделены на узле сети между разными компьютерами.

Линии связи. Основные типы линий связи между компьютерами сети: телефонные линии, электрические кабели, оптоволокон­ный кабель и беспроводная связь. Главными параметрами линий связи яв­ляются пропускная способность (максимальная скорость переда­чи информации), помехоустойчивость, стоимость. По параметру стоимости самыми дорогими являются оптоволоконные линии, самыми дешевыми — телефонные. Однако с уменьшением цены уменьшается и качество работы линии. В табл. 12.1 даны сравнительные характеристики линий по параметрам скорости и поме­хоустойчивости.

Таблица 1.

Характеристики линий связи

Чаще всего для связи между хост-компьютерами используются выделенные телефонные линии или радиосвязь. Если узлы сети расположены сравнительно недалеко друг от друга (в пределах города), то связь между ними может быть организована по кабельным линиям — электрическим или оптоволоконным. В последнее время в сети Internet активно используется спутниковая ра­диосвязь.

Обычно абоненты (клиенты) подключаются к узлу своего про­вайдера через телефонную линию. Все чаще для этих целей начинает применяться беспроводная связь.

С точки зрения пользователя, Ин­тернет — это определенное множество информационных услуг, которые он может получать от сети. В число услуг входят: электронная почта, телеконференции (списки рассылки), архивы файлов, справочники и базы данных, Всемирная паутина — WWW и пр. Интернет — это неограниченные информационные ресурсы. Влияние, которое окажет Интернет на развитие человеческого общества, еще до конца не осознано.

Информационные услуги Интернет. Наряду с перечисленными выше информационными услугами (электронной почтой, телеконференциями и др.), предоставляемыми пользователям глобальных сетей, существуют услуги, появление и развитие которых связано исключительно с развитием мировой сети Интернет. Наиболее заметной среди них является WWW.

WWW— World Wide Web — Всемирная паутина. Это гипертекстовая информационная система в Интернете. В последнее время WWW и ее программное обеспечение становится универсальным средством информационных услуг в Интернет.

Основные понятия, связанные с WWW:

Web-страница — основная информационная единица в WWW, имеющая свой адрес;

Web-сервер — компьютер, хранящий Web-страницы и соответствующее программное обеспечение для работы с ними;

Web-браузер — клиент-программа, позволяющая извлекать и просматривать Web-страницы;

Web-сайт — раздел данных на Web-сервере, принадлежащий какой-то организации или лицу. В этом разделе его владелец раз­мещает свою информацию в виде множества взаимосвязанных Web-страниц. Обычно сайт имеет титул — головную страницу, от которой по гиперссылкам или указателям «вперед-назад» можно двигаться по страницам сайта.

Наиболее популярными Web-браузерами являются Internet Explorer и Netscape Navigator. Основная задача браузера — обра­щение к Web-серверу за искомой страницей и вывод страницы на экран. Простейший способ получения нужной информации из Интернет — указание адреса искомого ресурса.

Для хранения и поиска информации в Интернет используется универсальная адресация, которая носит название URL — Uniform Resource Locator.

В помощь пользователю в Интернет действует ряд специальных поисковых программ. Еще их называют поисковыми серверами, поисковыми машинами, поисковыми системами. Поисковая система выдает пользователю список адресов документов, в которых встречаются указанные пользователем ключевые слова.

Ниже приведены адреса наиболее популярных российских по­исковых серверов:

http://mssia.agama.com/Aport/

http://www.rambler.ru/

http://yandex.ru/

http://www.altavista.telia.com/

Кроме WWW, среди относительно новых услуг в Интернет су­ществуют следующие:

IRC. Internet Relay Chat — «болтовня» в реальном времени. По­зволяет вести письменный диалог удаленным собеседникам в ре­жиме on-line;

Internet-телефония. Услуга, поддерживающая голосовое обще­ние клиентов сети в режиме on-line.

Рекомендации по организации практической работы

При наличии возможности выхода в Интернет, практическая работа учащихся может быть организована по таким направле­ниям:

• подготовка, отправление и прием электронной почты;

• работа с Web-браузером, просмотр Web-страниц;

• обращение в FTP — серверам, извлечение файлов;

• поиск информации в системе WWW с помощью поисковых программ.

Знакомство с каждым новым видом прикладного программного обеспечения, обслуживающим соответствующую информационную услугу (почтовая программа, Web-браузер, поисковая программа) следует проводить по стандартной методической схеме: данные, среда, режимы работы, система команд.

Заключение

Сети ЭВМ врываются в жизнь людей как в профессиональную деятельность, так и в быт - самым неожиданным и массовым образом. Знания о сетях и навыки работы в них становятся необходимыми множеству людей.

Сети ЭВМ породили существенно новые технологии обработки информации - сетевые технологии. В простейшем случае сетевые технологии позволяют совместно использовать ресурсы - накопители большой емкости, печатающие устройства, доступ в Internet, базы и банки данных. Наиболее современные и перспективные подходы к сетям связаны с использованием коллективного разделения труда при совместной работе с информацией - разработке различных документов и проектов, управлении учреждением или предприятием и т.д. Компьютерные сети и сетевые технологии обработки информации стали основой для построения современных информационных систем. Компьютер ныне следует рассматривать не как отдельное устройство обработки, а как «окно» в компьютерные сети, средство коммуникаций с сетевыми ресурсами и другими пользователями сетей.