Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Введение
• 1. Компетентностный подход в изучении темы "компьютерные сети"
• 1.1 Понятие компетентностного подхода в обучении
• 1.2 Компетенции в изучении темы "Компьютерные сети"
• 2. Содержание темы "Компьютерные сети"
• 2.1 Исторические предпосылки построения компьютерных сетей
• 2.2 Реализация первой компьютерной сети. Развитие глобальной сети и формирование реестра протоколов для обмена информацией
• 2.3 Понятие и классификация компьютерных сетей
• 2.4 Физическое и логическое представление сети
• 2.5 Сеть на основе сервера
• 2.6 Логическое представление о работе локальной сети. Модель ISO/OSI
• 2.7 Глобальная сеть. Определение Интернет
• 2.8 Адресация в Интернет, IP-адрес, ТСP-порт. Доменная система имен
• 2.9 Стандарты Интернет
• 2.10 Технология клиент-сервер
• 2.11 Беспроводные сети. Wi-Fi
• 3. Электронный учебник по компьютерным сетям
• 3.1 Понятие электронного учебника
• 3.2 Программное обеспечение для создания электронного учебника
• Заключение
• Литература
• Приложение


Введение

Проводимые в нашей стране преобразования ставят перед школой задачу не только вооружить школьников знаниями, но и научить их применять эти знания на практике, проявлять познавательный интерес и пытливость ума. В частности, анализируются достоинства и недостатки методических пособий, учебников, в том числе и электронных. Происходит процесс изменения структуры учебника и ее возможные разновидности, особенности работы обучения с разными учебниками и вытекающие отсюда требования к его экранному интерфейсу и средствам навигации. Рассматриваются также возможности использования электронного учебника в системе обучения, методика подготовки и включения в учебник средств тестирования, оценки уровня подготовки.

Обучающие программы являются одними из наиболее востребованными на сегодняшний день программными продуктами. Спрос на такие системы обусловлен лавинообразным ростом количества сложных вычислительных программ.

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.

Уместно отметить, что современные компьютерные сети являются системой, возможности и характеристики которой в целом существенно превышают соответствующие показатели простой суммы составляющих элементов сети персональных компьютеров при отсутствии взаимодействия между ними.

Достоинства компьютерных сетей обусловили их широкое распространение в информационных системах кредитно-финансовой сферы, органов государственного управления и местного самоуправления, предприятий и организаций.

Цель дипломной работы: Разработка учебно-методического обеспечения изучения темы "Компьютерные сети"

Задачи:

· Анализ современных подходов по разработке электронного учебника.

· Подбор материала для учебника, его обработка и систематизация.

· Разработка учебно-методического обеспечения изучения темы "Компьютерные сети".



1. Компетентностный подход в изучении темы "Компьютерные сети"

1.1 Понятие компетентностного подхода в обучении

В последнее время все чаще стали употребляться термины "компетенция", "компетентность", "компетентностный подход". Их широкое применение вполне оправдано, особенно в связи с необходимостью модернизации содержания образования. Например, в Стратегии модернизации содержания общего образования читаем: "... основными результатами деятельности образовательного учреждения должна стать не система знаний, умений и навыков сама по себе. Речь идет о наборе ключевых компетенций учащихся в интеллектуальной, правовой, информационной и других сферах" [3]. Есть специальные статьи, посвященные этому вопросу.

Компетентностный подход предполагает не усвоение учеником отдельных друг от друга знаний и умений, а овладение ими в комплексе. В связи с этим по-иному определяется система методов обучения. В основе отбора и конструирования методов обучения лежит структура соответствующих компетенций и функции, которые они выполняют в образовании. Общеобразовательная школа не в состоянии сформировать уровень компетентности учеников, достаточный для эффективного решения проблем во всех сферах деятельности и во всех конкретных ситуациях, тем более в условиях быстро меняющегося общества, в котором появляются и новые сферы деятельности, и новые ситуации. Цель школы - формирование ключевых компетенций.

То есть в основе компетентностного подхода лежат понятия "компетенция"/"компетентность". Многообразие подходов к определению данных терминов создает определенные проблемы для их осмысления и понимания содержания самого компетентностного подхода. В научно-исследовательской среде данные понятия либо отождествляются (Л.Н. Болотов, B.C. Леднев, Н.Д. Никандров, М.В. Рыжаков), либо дифференцируются. Подробно этот вопрос рассматривается И.А. Зимней, которая выделяет основанный на компетенции подход, подчеркивающий "практическую, действенную сторону, тогда как подход, основанный на понятии "компетентность", оно включает собственно личностные (мотивация, мотивационно-волевые и др.) качества, определяется как более широкий, соотносимый с гуманистическими ценностями образования" [2].

Толковый словарь под редакцией Д.Н. Ушакова трактует слово "компетентность" как "осведомленность, авторитетность", знание в какой-либо области, а "компетенция" рассматривается как "1) круг вопросов, явлений, в которых данное лицо обладает авторитетностью, познанием, опытом; компьютерная сеть технология компетентностный

2) круг полномочий, область подлежащих чьему-нибудь ведению вопросов, явлений (право)" [4].

Более подробную трактовку этих терминов дает А.В. Хуторской: "Компетенция включает совокупность взаимосвязанных качеств личности (знаний, умений, навыков, способов деятельности), задаваемых по отношению к определенному кругу предметов и процессов, и необходимых для качественной продуктивной деятельности по отношению к ним; компетентность - владение, обладание человеком соответствующей компетенцией, включающей его личностное отношение к ней и предмету деятельности" [5]. Следовательно, обладать компетентностью значит иметь определенные знания, определенную характеристику, быть осведомленным в чем-либо; обладать компетенцией - значит обладать определенными возможностями в какой-либо сфере.

В документе "Стратегия модернизации российского образования" рекомендуется не противопоставлять компетентности знаниям или умениям и навыкам, поскольку понятие компетентности шире понятия знания, или умения, или навыка, оно включает их в себя (хотя, разумеется, речь не идет о компетентности как о простой аддитивной сумме знания - умения - навыка, это понятие несколько иного смыслового ряда). Отмечается также, что понятие компетентности включает не только когнитивную и операционально-технологическую составляющие, но и мотивационную, этическую, социальную и поведенческую. Оно включает результаты обучения (знания и умения), систему ценностных ориентации, привычки и др. [1].

Исходя из всех данных выше определений, можно сказать, что наиболее полную трактовку понятий "компетенция" и "компетентность" дал А.В. Хуторской, поэтому их мы и будем придерживаться в данной работе.

Таким образом, можно дать следующее определение компетентностному подходу: компетентностный подход - подход в обучении, для которого характерны овладение учеником знаний и умений в комплексе и ориентация образования и воспитания на конечный практический результат.

1.2 Компетенции в изучении темы "Компьютерные сети"

Педагогическая компетентность - гармоничное сочетание знания предмета, методики и дидактики преподавания, умений и навыков (культуры) педагогического общения, а также приемов и средств саморазвития, самосовершенствования, самореализации.

Компетенции для обучающегося - это образ его будущего, ориентир для освоения. Но в период обучения у него формируются те или иные (некоторые) составляющие этих "взрослых" компетенций и, чтобы не только готовиться к будущему, но и жить в настоящем, он осваивает эти компетенции с образовательной точки зрения.

Актуальным на сегодняшний день является взгляд на образование как на средство построения человеком своего образа в соответствии с теми ценностными ориентирами, которые он себе выбрал из числа ему предложенных. Компетенции рассматриваются как осознанная человеком способность (возможность) реализации знаний и умений для эффективной деятельности в конкретной ситуации. Такое понимание компетенции дано лабораторией дидактики ИТИП РАО.

Рассмотрим компетенции, которые должны быть сформированы у обучающихся с помощью рассматриваемого цикла дисциплины "Компьютерные сети". Обозначение и суть компетенций в таблицах соответствуют требованиям ФГОС СПО третьего поколения.

Таблица 1. Общекультурные (ОК) компетенции

Номер/индекс компетенции	Содержание компетенции (или ее части)
ОК-3	приобретает новые знания и формирует суждения по научным, социальным и другим проблемам, используя современные образовательные и информационные технологии
ОК-12	использует основные технические средства в профессиональной деятельности: работает на компьютере и в социальных сетях, использует универсальные пакеты прикладных компьютерных программ, создает базы данных на основе ресурсов Интернет, способен работать с информацией в глобальных компьютерных сетях
ОК-13	способен использовать базовые знания и навыки управления информацией для решения исследовательских профессиональных задач, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны



2. Содержание темы "Компьютерные сети"

2.1 Исторические предпосылки построения компьютерных сетей

Развитие компьютерных сетей связано как с развитием собственно ЭВМ, входящих в состав сети, так и с развитием средств телекоммуникаций.

Работы по созданию компьютерных сетей начались ещё в 60-х годах ХХ века. Прообразом компьютерных сетей явились системы телеобработки данных (СТД), построенные на базе больших (а позже и миниЭВМ).

В качестве средств передачи данных использовалась существующая телефонная сеть. Основными элементами СТД являются модемы, абонентские пункты и устройства коммутации. Система СТД оперировала только аналоговыми сигналами. Основным недостатком СТД является невысокое быстродействие (9600 бит/с, реально 2400 бит/с). Поэтому одним из направлений совершенствования СТД явилась разработка цифровых телефонных коммутаторов.

Вторым существенным недостатком СТД является возможность передачи данных по каналу связи в один и тот же момент времени только с одной скоростью. Этот недостаток был преодолен использованием впервые в 70-х годах в США коммуникаций кабельного телевидения, позволяющих вести широкополосную передачу (ШП).

Третьим направлением перехода к сетям была разработка высокоскоростных шин для обеспечения взаимодействия нескольких больших ЭВМ.

Четвёртым направлением развития сетей была реализация распределённой обработки данных.

К середине 80-х годов, с появлением ПЭВМ все отмеченные тенденции развития сетей стали сближаться, что привело к разработке современных компьютерных сетей.

Можно выделить следующие преимущества использования компьютерных сетей:

1. Разделение ресурсов

2. Разделение данных

3. Разделение программных средств

4. Разделение ресурсов процессора

5. Многопользовательский режим.

1. Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

2. Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

3. Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

4. При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не "набрасываются" моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

5. Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.

2.2 Реализация первой компьютерной сети. Развитие глобальной сети и формирование реестра протоколов для обмена информацией

Как и множество других технологических изобретений, глобальные компьютерные сети вышли из недр исследовательских проектов сугубо военного назначения. Запуск в Советском Союзе первого искусственного спутника Земли в 1957 году ознаменовал начало технологического соревнования между СССР и США. В 1958 году для проведения и координации научно-исследовательской деятельности в военной области при Министерстве обороны США было выделено специальное Агентство Передовых Исследовательских Проектов (Advanced Research Projects Agency - ARPA). В его ведении, в частности, находились и работы по обеспечению безопасности связи и коммуникации в случае начала ядерной войны. Такая система передачи данных должна была обладать максимальной устойчивостью к повреждениям и быть способной функционировать даже при полном выведении из строя большинства своих звеньев.

В 1967 году для создания сети передачи данных было решено использовать разбросанные по всей стране компьютеры ARPA, соединив их обычными телефонными проводами. Работы по созданию первой глобальной компьютерной сети, получившей название ARPANet, велись быстрыми темпами и уже к 1968 году появились ее узлы, первый из которых был построен в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (University of California in Los-Angeles, UCLA), второй - в Стенфордском исследовательском институте (Stanford Research Institute, SRI). В сентябре 1969 года состоялась передача первого компьютерного сообщения между этими центрами, что фактически ознаменовало рождение сети ARPANet. К декабрю 1969 г. ARPANet насчитывала 4 узла, в июле 1970 г. - восемь, а в сентябре 1971 г. уже 15 узлов. В 1971 году программистом Рэем Томлисоном (Ray Tomlison) разработана система электронной почты, в частности, в адресации впервые использован значок @ ("коммерческая эт"). В 1974 году было открыто первое коммерческое приложение ARPANet - Telnet, обеспечивающее доступ к удаленным компьютерам в режиме терминала.



Рисунок 1. Схема узлов и каналов связи сети ARPANet в 1980 году

Мало кто мог тогда предположить, во что это превратится через каких-нибудь двадцать лет. К 1977 году Сеть объединяла уже десятки научных и военных организаций, как в США, так и в Европе, а для связи использовались уже не только телефонные, но также спутниковые и радиоканалы. 1 января 1983 года было ознаменовано принятием единых Протоколов Обмена Данными - TCP/IP (Transfer Control Protocol / Internet Protocol). Выдающееся значение этих протоколов заключалось в том, что с их помощью разнородные сети получили возможность производить обмен данными друг с другом. Именно этот день фактически явялется днем рождения Интернет, как сети, объединяющей глобальные компьютерные сети. Не даром одним из наиболее емких и точных определений Интернет является "сеть сетей".

В 1986 году Национальным Фондом Науки США (The National Science Foundation - NSF) была запущена в эксплуатацию NSFNet, связавшая компьютерные центры по всем Соединенным Штатам с "суперкомпьютерами". NSFNet изначально базировалась на TCP/IP, то есть была открыта для включения новых сетей, но первоначально была доступна лишь для зарегистрированных пользователей, в основном, университетов. Вся военная часть выделилась в MILNet, которая отошла исключительно в ведение американских военных организаций. NSFNet являлась высокоскоростной компьютерной сетью, базирующейся на суперкомпьютерах, соединенных оптоволоконными кабелями, радио- и спутниковой связью. До 1995 года она составляла основу Интернет в Соединенных Штатах - была "хребтом" (backbone) американской части глобальных компьютерных сетей (у других стран имелись собственные "хребты"). В 1996 году NSFNet была приватизирована, а научным организациям было предписано договариваться о доступе к информационным магистралям с коммерческими Интернет-провайдерами. В академических кругах это решение признано ошибочным, и практически с того же года ведутся эксперименты по воссозданию некоммерческой сети научных и образовательных учреждений, под условным названием Интернет-2 [6].

Рисунок 2. Так выглядела NSFNet в середине 90-х годов. Мощное сочетание спутниковых и оптико-волоконных каналов позволило создать в США единое цифровое пространство

2.3 Понятие и классификация компьютерных сетей

Локальная компьютерная сеть - это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи, обеспечивающая пользователям сети потенциальную возможность совместного использования ресурсов всех компьютеров. С другой стороны, проще говоря, компьютерная сеть - это совокупность компьютеров и различных устройств, обеспечивающих информационный обмен между компьютерами в сети без использования каких-либо промежуточных носителей информации.

Основное назначение компьютерных сетей - совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи как внутри одной ячейки, так и за ее пределами. Ресурсы (resources) - это данные, приложения и периферийные устройства, такие, как внешний дисковод, принтер, мышь, модем или джойстик.

Компьютеры, входящие в сеть, выполняют следующие функции:

- организацию доступа к сети;

- управление передачей информации;

- предоставление вычислительных ресурсов и услуг пользователям сети.

Рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью - иметь возможность для совместного использования данных. Персональный компьютер - прекрасный инструмент для создания документа, подготовки таблиц, графических данных и других видов информации, но при этом нет возможности быстро поделиться своей информацией с другими.

В настоящее время локальные вычислительные сети (ЛВС) получили очень широкое распространение. Это вызвано несколькими причинами:

- объединение компьютеров в сеть позволяет значительно экономить денежные средства за счет уменьшения затрат на содержание компьютеров (достаточно иметь определенное дисковое пространство на файл-сервере (главном компьютере сети) с установленными на нем программными продуктами, используемыми несколькими рабочими станциями);

- локальные сети позволяют использовать почтовый ящик для передачи сообщений на другие компьютеры, что позволяет в наиболее короткий срок передавать документы с одного компьютера на другой;

- локальные сети, при наличии специального программного обеспечения (ПО), служат для организации совместного использования файлов (к примеру, бухгалтеры на нескольких машинах могут обрабатывать проводки одной и той же бухгалтерской книги).

Кроме всего прочего, в некоторых сферах деятельности просто невозможно обойтись без ЛВС. К таким сферам относятся: банковское дело, складские операции крупных компаний, электронные архивы библиотек и др. В этих сферах каждая отдельно взятая рабочая станция в принципе не может хранить всей информации (в основном, по причине слишком большого ее объема).

Глобальная вычислительная сеть - сеть, соединяющая компьютеры, удалённые географически на большие расстояния друг от друга. Отличается от локальной сети более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.). Глобальная сеть объединяет локальные сети.

Internet - глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир.

Фактически Internet состоит из множества локальных и глобальных сетей, принадлежащих различным компаниям и предприятиям, связанных между собой различными линиями связи. Internet можно представить себе в виде мозаики сложенной из небольших сетей разной величины, которые активно взаимодействуют одна с другой, пересылая файлы, сообщения и т.п.

Глобальная сеть Internet, служившая когда-то исключительно исследовательским и учебным группам, чьи интересы простирались вплоть до доступа к суперкомпьютерам, становится все более популярной в деловом мире.

Компании соблазняют быстрота, дешевая глобальная связь, удобство для проведения совместных работ, доступные программы, уникальная база данных сети Internet. Они рассматривают глобальную сеть как дополнение к своим собственным локальным сетям [24].

Классификации сетей. Сети можно классифицировать по разным признакам:

1. По размеру, охваченной территории:

· Персональная сеть (PAN, Personal Area Network)

· Локальная сеть (LAN, Local Area Network)

· Объединение нескольких зданий (CAN, Campus Area Network)

· Городская сеть (MAN, Metropolitan Area Network)

· Глобальная вычислительная сеть (WAN, Wide Area Network)

· Корпоративная сеть

2. По типу функционального взаимодействия:

· Клиент-сервер

· Смешанная сеть

· Точка-точка

· Одноранговая сеть

· Многоранговые сети

3. По типу сетевой топологии

· Шина

· Звезда

· Кольцо

· Решётка

· Смешанная топология

· Полносвязная топология

4. По функциональному назначению

· Сети хранения данных

· Серверные фермы

· Сети управления процессом

· Сети SOHO

5. По сетевым ОС

· На основе Windows

· На основе UNIX

· На основе NetWare

· На основе Cisco

6. По скорости передачи

· низкоскоростные (до 10 Мбит/с),

· среднескоростные (до 100 Мбит/с),

· высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);

2.4 Физическое и логическое представление сети

Общая шина. В сети с топологией "общая шина" все компьютеры подключены друг к другу посредством общего кабеля (шины):

Рисунок 3. Общая шина

При использовании данной топологии в сети отсутствуют какие-либо активные схемы обработки сигнала, каждый компьютер свободно "слушает" коммуникационный кабель целиком. Сигнал, переданный одной машиной, получают все компьютеры, подключенные к шине, принимает же и обрабатывает его только компьютер-адресат (адрес получателя указан в посылаемом сообщении). Одновременно передавать сигнал может только один компьютер, остальные участники сети в этом случае должны ожидать, пока шина освободиться. Отсюда основной недостаток сети данной топологии - низкая производительность.

Достоинства шинной топологии:

Невысокая стоимость.

Простота расширения и объединения подсетей.

Недостатки шинной топологии:

Низкая производительность.

Низкая надежность.

Сложность диагностики при появлении аппаратных неполадок.

Отказ кабеля или разъема на любом участке приводит к полной неработоспособности всей сети.

Заключение: шинную топологию имеет смысл применять в тех случаях, когда число узлов в сети и их сетевая активность невелики. Главный плюс топологии - низкая стоимость.

Кольцо. В сетях с топологией "кольцо" компьютеры подключены к общему сетевому кабельному кольцу, по которому идет передача данных в одном направлении:

Рисунок 4. Кольцо

Получив данные, каждый компьютер проверяет адрес получателя, и, если он совпадает с собственным адресом, принимает данные. Если же адрес машины не совпадает с адресом получателя, компьютер передает данные дальше по кольцу.

При использовании данной топологии в качестве физической среды передачи чаще всего используется кабель "витая пара" либо оптоволокно.

Для случаев, когда несколько компьютеров одновременно пытаются передать данные, в сетях с топологией "кольцо" применяется механизм маркерного доступа. По кольцу постоянно передается маркер - специальное короткое сообщение. Прежде чем начать передачу данных, компьютер должен дождаться маркера, прикрепить к нему пакет данных со служебной информацией, и лишь потом передать в сеть.

Наиболее известные технологии, основанные на топологии "кольцо" - FDDI и Token Ring.

Достоинства кольцевой топологии:

Благодаря ретрансляции отсутствуют потери сигнала при передаче.

Благодаря механизму маркерного доступа отсутствуют коллизии.

Отказоустойчивость находится на высоком уровне.

Недостатки кольцевой топологии:

Выход из строя одного их узлов может повлечь за собой неработоспособность всей сети.

Затруднено добавление и удаление нового узла - для этого приходится разрывать кольцо.

Вывод: использование кольцевой топологии оправдано, если необходимо создать производительную и надежную сеть, существенная модернизация и расширение которой в дальнейшем маловероятны.

Звезда. В сетях с топологией "звезда" компьютеры подключаются каждый отдельным кабелем к специальному общему устройству - коммутатору или концентратору, которое отвечает за обмен данными между участниками сети.

Рисунок 5. Звезда

Топология типа "звезда" позволяет осуществлять подключения компьютеров к сети при помощи различных типов кабелей.

Достоинства звездообразной топологии:

Высокая пропускная способность.

Работоспособность сети в целом не зависит от работоспособности отдельного узла.

Сеть легко масштабируется.

Возможность подключения компьютеров кабелям различных типов.

Легкость организации подсетей.

Недостатки звездообразной топологии:

Число узлов сети ограничено количеством портов коммутатора/концентратора.

При выходе из строя коммутатора/концентратора сеть становится полностью неработоспособной.

Необходимость в использовании отдельного кабеля для подключения каждого компьютера.

Относительно высокая стоимость.

Вывод: топология "звезда" - отличный выбор в случаях, когда имеется возможность проложить необходимые кабели.

Решетка. Решетка - это такая топология, при которой связи узлов образуют регулярную двух- или более мерную решетку.

Одномерная решетка - это цепочка, которая соединяет два внешних узла через некоторое количество внутренних узлов. Двух- и трехмерные решетки встречаются в суперкомпьютерной архитектуре.

Рисунок 6. Решётка

Достоинством топологии является весьма высокая надежность сети, а основными недостатками - сложность и дороговизна реализации.

Полносвязная топология. Полносвязная топология - разновидность топологии сети, при которой каждый узел имеет соединения со всеми остальными узлами сети. Данная топология весьма дорога и сравнительно малоэффективна, так как требует наличия множества независимых линий и коммуникационных портов для каждого компьютера, подключенного к сети. Полносвязная топология обычно используется в сетях с малым количеством узлов.

Рисунок 7. Полносвязная топология

Смешанные топологии. В большинстве случаев крупные сети имеют смешанную (гибридную) топологию. В этих случаях используется различное комбинирование элементов типовых топологий в зависимости от поставленных задач. Примеры смешанных топологий - "звезда-звезда", "звезда-шина".

Рисунок 8. Смешанная топология

Достоинства и недостатки сетей смешанной топологии зависят от того, какие базовые топологии были положены в их основу.

Часто смешанная топология является результатом постепенной модернизации сети, когда оборудование меняется частями, а не сразу [24].

Сетевое оборудование. Локальная сеть независимо от применяемой топологии, сетевого стандарта и типа использует разного рода оборудование, которое согласно существующим стандартам, правилам и соглашениям умеет передавать и принимать данные. Тип оборудования, его технические характеристики и его количество зависят от разных факторов, основными из которых являются:

§ топология сети;

· тип среды передачи данных;

· сетевой стандарт;

· количество узлов в сети;

· потребности пользователей;

· уровень безопасности работы с данными.

В данном разделе рассмотрим основные элементы сетевого оборудования.

Активное оборудование. Оборудование, которое непосредственно участвует в процессе передачи данных путем аппаратной обработки сигнала, называется активным. К нему относятся:

· Сетевой "проводной" адаптер

· Сетевой беспроводной адаптер

· Концентратор

· Мост

· Коммутатор

· Маршрутизатор

· Точка доступа

· Модем

· Антенна.

Сетевой "проводной" адаптер. Сетевой адаптер, или сетевая карта, - это ключевое оборудование, которое используется в качестве посредника между компьютером и средой передачи данных. Без сетевого адаптера невозможен обмен информацией в принципе. Его задача - обработать получившие данные согласно требованиям физического уровня модели ISO.

Сетевой адаптер вне зависимости от того, для работы в сетях какого типа он предназначен, служит для обработки данных, поступающих ему от компьютера или по каналу передачи данных. В режиме передачи он преобразует поступившие от компьютера данные в электрический сигнал и отправляет его каналу, используемому для передачи данных. В режиме получения данных он выполняет противоположное действие: преобразует электрические сигналы в данные и передает их протоколам верхнего уровня.

Главное различие сетевых адаптеров, не учитывая конструктивные особенности, вариант исполнения. Существует три варианта.

Плата для установки в слот расширения. Представляет собой плату, содержащую необходимую аппаратную начинку, которую можно установить в свободный слот расширения материнской платы. До появления ATX-стандарта этот вариант исполнения был наиболее распространенным и дешевым. Так, материнская плата (даже бюджетный ее вариант) всегда имеет в своем составе свободный слот, предназначенный для установки устройства любого типа. Как правило, это слот типа PCI или PCI Express в персональных компьютерах и PCMCIA-слот в ноутбуках или других переносных устройствах.

Внешний USB-адаптер. Использование USB-адаптеров для расширения функциональности компьютера уже давно стало одним из самых распространенных способов. Не минула эта участь и сетевые адаптеры. Мало того, часто USB-порт становится единственным способом подключения дополнительных устройств. Часто для подключения адаптера используется удлинительный USB-шнур. Кроме варианта с USB-подключением, нередко встречаются адаптеры, которые с помощью удлинительного шнура подключаются к FireWire-порту на материнской плате или дополнительном FireWire-контроллере.

Интегрированный адаптер. Данный вариант сетевого адаптера получил, пожалуй, наибольшее распространение. Причиной тому стал ATX-стандарт материнских плат, который предусматривает использование интегрированных решений. Однако этот стандарт подразумевает присутствие только сетевого адаптера стандарта 100Base-TX или ему подобного.

Правда, иногда встречаются материнские платы, которые содержат интегрированный беспроводный контроллер стандарта IEEE 802.11b или IEEE 802.11g.

Как уже было упомянуто выше, внешний вид адаптера, а именно присутствие того или иного вида порта, зависит от сетевого стандарта. Так, сетевой стандарт 10Base-2, 10Base-5 или 10Base-T подразумевает использование порта с BNC-коннектором. В свое время, когда наступил переломный момент, появились сетевые адаптеры, содержащие как BNC-, так и RJ-45-разъем. Внешний вид такого адаптера показан на рис. 9.

Рисунок 9. Сетевой адаптер для коаксиальных стандартов

Сетевой стандарт 100Base-TX или 1000Base-T подразумевает использование адаптера с портом RJ-45. Внешний вид такого адаптера в USB-варианте - на рис. 10., а в виде платы расширения показан на рис. 11.

Рисунок 10. Сетевой адаптер стандарта 100Base-TX в USB-исполнении

Рисунок 11. Сетевой адаптер в виде платы расширения для кабеля "витая пара"

Несколько иначе выглядят сетевые адаптеры, предназначенные для работы со стандартами HomePNA (рис. 12) и HomePlug (рис. 13).

У адаптеров HomePNA и HomePlug, кроме порта, с помощью которого они подключаются к среде передачи данных, присутствует порт RJ-45. Используя данный порт, адаптер присоединяется к Ethernet-адаптеру на материнской плате и уже через него передает данные, которые поступают через "родной" канал связи.

Рисунок 12. Сетевой адаптер стандарта HomePNA

Рисунок 13. Сетевой адаптер стандарта HomePlug

Особняком стоят адаптеры, предназначенные для установки в переносные компьютеры. Как правило, адаптеры подобного рода изначально снабжаются максимальным количеством устройств всевозможных видов связи. Однако если среди них отсутствует сетевой адаптер нужного типа, всегда можно воспользоваться PCMCIA-разъемом (рис. 14), который предназначен именно для таких случаев.

Рис. 14. Сетевой адаптер для установки в PCMCIA-порт

Сетевой беспроводной адаптер. Несмотря на то что беспроводная сеть в качестве среды передачи данных использует радиоволны, принцип работы беспроводного адаптера похож на принцип работы проводного аналога. Единственное, что их может различать, - наличие антенны.

Рисунок 15. Сетевой беспроводной адаптер с одной приемопередающей антенной

Количество антенн беспроводного оборудования, в том числе и сетевого адаптера, зависит от сетевого стандарта. Так, для адаптеров сетевых стандартов IEEE 802.11a, IEEE 802.11b и IEEE 802.11g нормальным считается наличие одной антенны (рис. 15).

Что касается беспроводных адаптеров стандарта IEEE 802.11n, то особенности его использования подразумевают наличие двух, иногда трех антенн (рис. 16).

Рисунок 16. Сетевой беспроводной адаптер с несколькими антеннами

Большая часть беспроводных адаптеров позволяет использовать антенны с разным уровнем усиления, поэтому стандартные антенны, идущие в комплекте с сетевым адаптером, можно заменять антеннами с большим коэффициентом усиления. В этом случае антенна имеет специальное крепление, позволяющее ее открутить и установить на ее место другую.

Концентратор. Концентратор (хаб, репитер, повторитель) - один из вариантов активного центрального управляющего узла, который необходим для соединения компьютеров в сеть при использовании топологии "звезда". Его можно также применять в качестве усилителя сигнала для увеличения максимальной протяженности сети.

Концентратор использует протоколы, работающие на физическом уровне модели взаимодействия открытых систем, что позволяет использовать его в локальных сетях, построенных с применением любых технологий. Он считается одним из простейших устройств. Его непосредственным заданием является распространение поступившего по одному из портов сигнала на все остальные порты. При этом для него абсолютно неважно, какого типа данные передаются и кому: в любом случае данные транслируются сразу на все порты, что увеличивает трафик в сети, уменьшая тем самым полезную скорость. В связи с этим использование концентратора как центрального устройства оправдано лишь в небольших сетях. В сетях с количеством подключений более 12-14 желательно использовать более интеллектуальное устройство, например, коммутатор.

Концентратор представляет собой устройство, содержащее определенное парное количество портов, как правило, не более 24 (рис. 17).

Рисунок 17. Внешний вид концентратора

При этом, как правило, на передней панели коммутатора находятся светодиоды, отображающие активность портов. Чаще всего встречаются концентраторы, предназначенные для использования с кабелем "витая пара", то есть содержащие порты RJ-45. Однако бывают также концентраторы, которые в дополнение к портам RJ-45 имеют один порт с BNC-коннектором. Это позволяет подключать к концентратору коаксиальный сегмент сети, тем самым создавая сеть комбинированной топологии.

Можно встретить и так называемые стоечные концентраторы, корпус которых подразумевает их установку в монтажный шкаф. В этом случае порты для подключения кабеля могут располагаться как на передней, так и на задней панели концентратора.

Мост. Сетевой мост - это активное устройство, который используется для объединения в единую сеть разнородных сегментов сети, часто с разной топологией. Его также можно использовать в качестве повторителя для увеличения длины сегментов локальной сети и увеличения количества подключений.

Мост является более интеллектуальным устройством, чем коммутатор. Применяя аппаратную реализацию разных алгоритмов, мост позволяет фильтровать и разделять трафик. Это дает возможность сэкономить на трафике в сети, а также увеличить скорость доставки пакетов с данными компьютерам в нужном сегменте сети.

Мост имеет небольшой размер и содержит минимальное количество портов, как правило, не более 2-3 портов RJ-45 (рис. 18). В последнее время мост как отдельное оборудование используется достаточно редко, поскольку практически любой коммутатор может выполнять аналогичные функции.

Рисунок 18. Мост

Коммутатор. Коммутатор (свитч) - основное устройство активного типа, применяемое в качестве центрального узла для подключения компьютеров в сетях, основанных на топологии "звезда". Его ближайшим по функциональности, но не по "интеллекту" устройством является концентратор, который еще не так давно в силу своей меньшей стоимости получил более широкое распространение.

Большей, чем у концентратора, функциональности коммутатор обязан протоколам, работающим на канальном уровне. Это позволяет избежать лишнего трафика, когда необходимо передать данные от отправителя конкретному компьютеру, не затрагивая при этом остальные компьютеры. За счет этого достигается высокая скорость передачи данных. Коммутатор представляет собой достаточно интеллектуальное устройство, которое способно обучаться. Он использует MAC-адреса устройств, причем эти адреса коммутатор запоминает. Например, когда компьютер передает данные другому компьютеру, коммутатор запоминает MAC-адрес отправителя и отправляет данные сразу на все порты, то есть работает как концентратор. Однако это происходит только на первых порах. Как только коммутатор сможет определить MAC-адрес каждого компьютера, подключенного к его портам, данные сразу же будут отправляться на конкретный порт, тем самым уменьшая время доставки, а значит, увеличивая скорость передачи данных.

Внешне коммутатор выглядит как коробка с определенным количеством (как правило, не более 48) портов RJ-45 (рис. 19).

Рисунок 19. Внешний вид коммутатора

Как и в случае с концентраторами, часто встречаются стоечные коммутаторы, предназначенные для установки в монтажный шкаф. При этом стоечные коммутаторы обычно можно соединять. Для этого используется либо отдельный RJ-45 порт на задней панели, либо один из свободных портов на передней панели.

Еще одним плюсом коммутаторов является возможность управления. Так, различают управляемые и неуправляемые коммутаторы.

Управляемые коммутаторы, кроме набора портов RJ-45, содержат еще один порт, с помощью которого их можно подключить к компьютеру и производить настройку. Кроме того, часто управление коммутатором осуществляется с помощью веб-интерфейса через любой браузер, для чего коммутатор снабжается статическим IP-адресом, который при необходимости всегда можно изменить.

Маршрутизатор. Маршрутизатор (роутер) - еще один представитель активного оборудования, который играет роль центрального узла в случае использования топологии "звезда" или комбинированной топологии. По своим возможностям он является наиболее "интеллектуальным" и может делать все, что выполняют концентратор, мост и коммутатор вместе взятые. А кроме того, имеет еще свой "багаж" возможностей: использование обновляемых таблиц маршрутизации, поддержка виртуальных сетей, работа с разнородными сегментами сети, внутренний брандмауэр и многое другое. Как результат - быстрая и эффективная работа локальной сети без лишних задержек и тем более коллизий.

Протоколы, реализованные в аппаратной части маршрутизатора, позволяют ему работать на сетевом уровне модели взаимодействия открытых систем, а значит - получать доступ практически к любому типу служебной информации, которой оперируют сетевые устройства. В результате таблицы маршрутизации, которые используются для передачи данных между компьютерами, не только всегда актуальны, но и содержат данные об альтернативных маршрутах движения.

Поскольку маршрутизатор является очень ценным устройством для локальной сети, он обычно позволяет управлять собой, для чего может использоваться либо веб-интерфейс с доступом по определенному IP-адресу, либо один из управляемых портов.

Внешний вид маршрутизатора мало чем отличается от коммутатора и концентратора, поэтому многие часто путают их (рис. 20).

Рисунок 20. Внешний вид маршрутизатора

Как правило, маршрутизатор содержит от 16 до 64 портов и обязательно поддерживает возможность установки в стойку монтажного шкафа. Маршрутизатор с 8 портами встречается достаточно редко, и причиной является высокая цена маршрутизатора вообще. Поэтому, когда речь идет о приобретении маршрутизатора, то многие предпочитают приобретать устройство с 16 и более портами - так сказать, про запас.

Точка доступа. Точка доступа (Access Point) - представитель активного типа устройств, необходимых для объединения компьютеров в беспроводную сеть. Его аналогом является проводной коммутатор, а в отдельных случаях и маршрутизатор.

Точка доступа в силу особенностей беспроводной среды передачи данных является достаточно интеллектуальным устройством и часто позволяет осуществлять дополнительное управление локальной сетью. Например, в современных точках доступа имеется аппаратная поддержка работы DNS-и DHCP-серверов, что позволяет строить структурированные локальные сети, представляющие собой упрощенный вариант доменной структуры.

Кроме того, точка доступа одновременно является брандмауэром, способным фильтровать и блокировать пакеты, а также, что самое главное, содержит информацию, необходимую для аутентификации пользователей.

Как уже упоминалось ранее, точка доступа использует идентификатор сети, а также подразумевает применение одного или нескольких работающих в паре алгоритмов безопасности и шифрования. В связи с этим, чтобы иметь возможность настраивать эти параметры, точка доступа оборудуется как минимум одним портом RJ-45, посредством которого она подключается к сетевому адаптеру компьютера. Далее, применяя веб-интерфейс или программное обеспечение, идущее в комплекте с точкой доступа, пользователь имеет возможность настраивать необходимые параметры работы точки доступа.

Внешний вид точки доступа зависит от некоторых факторов.

· Наличие дополнительных портов RJ-45. Достаточно часто точка доступа является тем средство, которое позволяет объединить в одну сеть как беспроводных, так и проводных клиентов. В связи с этим для подключения последних используют порты RJ-45 стандарта 100Base-TX или подобного. Количество этих портов может быть разным, но обычно их не более четырех.

· Количество и мощность антенн. Различные сетевые стандарты подразумевают использование разного количества антенн, поэтому на точке доступа их будет столько, сколько это предусмотрено стандартом (рис. 21). Однако часто встречаются точки доступа, которые содержат дополнительную антенну, что позволяет сделать покрытие сети более широким и увеличить уровень сигнала. Кроме того, некоторые точки доступа позволяют подключать внешнюю антенну, для чего оборудуются соответствующим гнездом либо делают стандартную антенну съемной, и на ее место можно вкрутить антенну с большим коэффициентом усиления.

· Средства индикации. На передней панели точки доступа всегда присутствует определенное количество светодиодов, которые сигнализируют о переходе точки доступа в тот или иной режим, а также отображают активность дополнительных портов. Количество средств индикации напрямую зависит как от функциональных возможностей точки доступа, так и от количества дополнительных портов на задней панели.

· Тип исполнения. Поскольку беспроводная сеть может организовываться как в закрытом помещении, так и на открытом воздухе, корпус точки доступа должен быть готов к этому.

Поэтому офисные точки доступа отличаются от точек доступа для внешнего использования. Как минимум различаются вид и материал корпуса. Могут быть и другие отличия, например, в наличии портов и креплений для громо-и грозозащиты, портов для подключения внешней антенны, питания.

Рисунок 21. Внешний вид точки доступа

Модем. Модем - активное оборудование, предназначенное для соединения двух удаленных точек, например, компьютеров или сегментов сети. Чаще всего он используется для подключения компьютера к Интернету.

Слово "модем" является сокращением от слов "модулятор" и "демодулятор", что подразумевает наличие в составе устройства соответствующей аппаратной начинки, которая выполняет модуляцию и демодуляцию сигнала.

Модем имеет цифровой интерфейс связи с компьютером (цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования и аналоговый интерфейс для связи с телефонной линией). Он состоит из процессора, памяти, аналоговой части, ответственной за сопряжение модема с телефонной сетью, и контроллера, который всем управляет.

У стандартного аналогово-цифрового модема (рис. 22) обмен информацией происходит по обычной телефонной линии в диапазоне частот 300-3400 Гц.

Рисунок 22. Внешний аналогово-цифровой модем

Преобразование аналогового сигнала осуществляется достаточно просто: с определенной частотой измеряются его характеристики и записываются в цифровой форме по определенному алгоритму. В обратной последовательности идет преобразование цифровой информации.

Главное различие модемов - вариант их исполнения. Бывают внешние и внутренние модемы. Внутренние, как правило, выполнены в виде платы расширения, которая вставляется в свободный слот компьютера. В случае с персональным компьютером это слот PCI или PCI Express, в случае с переносными устройствами - слот PCMCIA. В зависимости от типа модема и среды передачи данных различается скорость их передачи. Скорость обычного цифрового аналогового модема, работающего с телефонной аналоговой линией, равна 33,6-56 Кбит/с. Кроме того, широкое распространение получили ADSL-модемы (рис. 23), которые используются для организации скоростного подключения к Интернету.

Рисунок 23. Внешний ADSL-модем

Скорость передачи данных у таких модемов обычно находится в пределах 1-8 Мбит/с, но теоретически возможна скорость выше 20 Мбит/с.

Модемы бывают как проводными, так и беспроводными. При этом внешний модем, кроме телефонного разъема RJ-11, часто снабжается одним и более портами RJ-45, выполняя при этом функции концентратора. Чаще всего внешние модемы подключаются к компьютеру через сетевой адаптер, но также встречаются и модемы с USB-подключением.

Антенна. В беспроводной сети антенна имеет большое значение, особенно если к ней подключено активное сетевое оборудование, например точка доступа, концентратор, маршрутизатор и т. д. Хорошая антенна позволяет сети работать с максимальной отдачей, достигая при этом своих теоретических пределов дальности сигнала и скорости передачи данных.

Антенны бывают всенаправленные (рис. 24) и узконаправленные (рис. 25), а также различаются вариантом их использования: внутри здания или на открытом воздухе.

Рисунок 24. Всенаправленная антенна

Кроме того, основным показателем возможностей антенны является ее коэффициент усиления сигнала. Например, узконаправленная антенна позволяет достичь большего радиуса сети, что используют, когда необходимо соединить два удаленных сегмента беспроводной сети. Всенаправленная антенна распространяет сигнал вокруг себя, что дает возможность другим устройством, установленным рядом, взаимодействовать друг с другом.

Однако, учитывая особенности распространения сигнала, ожидать от такого способа особых результатов не приходится. Использование антенны с большим коэффициентом усиления позволяет увеличить радиус сети и, соответственно, уровня сигнала, особенно на дальних точках подключения.

Рисунок 25. Узконаправленная антенна

Пассивное оборудование. Оборудование, которое также присутствует при передаче данных, но принимает в этом лишь пассивное участие, называется пассивным. Сюда относятся монтажные шкафы, распределительные панели, сетевые розетки, кабель, коннекторы и т. д. К этой группе можно также отнести инструменты, которые используются при создании локальной сети.

· Монтажный шкаф

· Кросс-панель

· Сетевой кабель

· Патч-корд, кросс-корд

· Коннекторы

· Розетка RJ-45

· Инструменты для работы с кабелем.

Монтажный шкаф. Локальная сеть с большим количеством компьютеров редко обходится без монтажного шкафа, который позволяет собрать в одном месте все или почти все центральные органы управления сетью. В нем обычно располагают большую часть активного оборудования сети (коммутаторы, маршрутизаторы, модемы) и часть пассивного оборудования (кросс-панели, кросс-кабели и т. п.).

В зависимости от размера шкафа и варианта его исполнения в него можно также устанавливать серверы стоечного типа, блоки бесперебойного питания, КVM-переключатели (для вывода изображения с серверов на один монитор) и т. д.

Существуют разные варианты монтажных шкафов, различающиеся в основном только двумя показателями - типом исполнения (напольный, подвесной) и габаритами. Кроме того, различия могут быть в конструкции шкафа, наличии охлаждающей системы, способе подвода кабелей и т. д.

Размеры шкафа и вариант его исполнение подбираются исходя из количества компьютеров в сети и количества оборудования, которое планирует установить в шкаф. Если в сети подключено 30-40 компьютеров, то вполне достаточным будет использование подвесного варианта шкафа (рис. 26).

Рисунок 26. Монтажный шкаф подвесного исполнения

Если же в сети насчитывается большее количество компьютеров или решено использовать серверы стоечного типа, то стоит остановить свой выбор на напольном варианте исполнения с размерами, которые не только позволят поместить все необходимое оборудование, но и дадут возможность установить его в серверной или другой комнате, обеспечив к нему свободный доступ (рис. 27).

Рисунок 27. Монтажный шкаф настенного исполнения

Чтобы дать доступ к оборудованию и кабельной системе, монтажный шкаф оборудуется как минимум одной дверкой из стекла. Это вполне оправданное решение, поскольку позволяет визуально контролировать оборудование, а также обеспечивает оптимальный температурный режим внутри шкафа.

Кросс-панель. Кросс-панель является неотъемлемым атрибутом любой большой локальной сети, которая использует монтажные шкафы. Кросс-панели бывают только определенного размера, что зависит от размеров самого монтажного шкафа.

Основное предназначение кросс-панели - обеспечение удобного способа монтажа кабеля в контактных площадках разъемов с последующим соединением этих разъемов с портами на активном сетевом оборудовании, установленном в монтажном шкафу.

...