Урок "Класифікація комп’ютерних мереж"

Розділ. Мережеві технології

Тема 1. Класифікація комп’ютерних мереж

 

Автор: Гуназа Леся Миколаївна,

вчитель інформатики Броварської загальноосвітньої школи І-ІІІ ступенів №2

 

Програма, за якою працює вчитель:

Навчальна програма «Інформатика» для 5 – 9 класів загальноосвітніх навчальних закладів, затверджена наказом МОН України від 06.06.2012 р. №664 зі змінами, затвердженими наказом МОН України від 29.05.2015 р. №585. – Режим доступу: http://mon.gov.ua/activity/education/zagalna-serednya/navchalni-programy.html.

 

Мета: формувати уявлення про комп’ютерні мережі, мережну взаємодію, види комп’ютерних мереж.

Цільові завдання:

1.                   Розглянути класифікацію комп’ютерних мереж, їх апаратне та програмне забезпечення.
2.                   Ввести поняття глобальної та локальної комп’ютерних мереж, сервера та клієнта, каналу зв’язку;
3.                   Формувати навички роботи з комп’ютерними мережами.
4.                   Сприяти всебічному розвитку, виховувати інформатичну компетентність.

Очікувані результати:

Учень (учениця):

• пояснює зміст поняття комп’ютерна мережа, мережевий протокол, сервер та клієнт, канал зв’язку;
• пояснює переваги використання комп’ютерних мереж;
• описує локальну мережу (LAN) і глобальну мережу (WAN);
• визначає основну різницю між локальною та глобальною мережею;
• наводить приклади класифікації локальної мережі;
• вміє здійснювати перегляд налаштувань локальної мережі.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Методико-дидактичне забезпечення уроку: комп’ютери підключені до мережі Інтернет, мультимедійний проектор, інтерактивна дошка, навчальна презентація; програмне забезпечення: операційна система Windows, програма  Power Point.

Основні терміни і поняття: мережа, локальна мережа (LAN), глобальна мережа (WAN), канал зв’язку.

 

Структура уроку:

1.                     Організаційна частина
2.                  Актуалізація опорних знань
3.               Оголошення, представлення теми та очікуваних навчальних результатів
4.              Мотивація навчальної діяльності
5.                 Сприйняття та усвідомлення навчального матеріалу
6.              Закріплення нових знань і вмінь учнів
7.           Підведення підсумків уроку
8.        Інструктаж щодо виконання домашнього завдання
9.              Використані джерела

 

ХІД УРОКУ:

1.                     Організаційна частина

 

2.                 Актуалізація опорних знань

Учитель. Якщо ми заглянемо до одного з тлумачних словників української мови, щоб знайти визначення слову «мережа», то отримаємо наступний результат:

мережа – це риболовна сіть із великими вічками;

мережа – це те, що нагадує своїм виглядом багато схрещених, переплетених ліній;

мережа – це сукупність яких-небудь шляхів, ліній зв'язку, каналів тощо, розташованих на певній території;

мережа – це сукупність однорідних закладів, підприємств тощо, розташованих на певній території;

мережа – це сукупність знаків або ліній, розташованих у певній системі;

мережа – це сукупність пристроїв, розташованих на якій-небудь території та пов'язаних однією системою.

Яке із запропонованих визначень, на вашу думку, найбільше підходить з точки зору науки інформатики? (Мережа – це сукупність пристроїв, розташованих на якій-небудь території та пов'язаних однією системою)

Інтерактивна вправа «Мозковий штурм»

Учитель. Спираючись на раніше вивчене, дайте відповіді на запитання.

(Учитель записує на дошці відповіді. Потім здійснюється вибір правильних відповідей і пошук спільних думок).

1.                   Які є інформаційні процеси? (пошук, збір, зберігання, опрацьовування, передача та використання інформації)
2.                   Назвіть відомі вам методи (засоби) перенесення інформації з одного комп’ютера на інший. (диски CD/DVD, дискета, флеш-карта, комп’ютерна мережа: локальна, глобальна)
3.                   Сукупність комп'ютерів та інших пристроїв з відповідним програмним забезпеченням, з'єднаних каналами передавання даних та певними правилами обміну інформацією — це… (комп’ютерна мережа)
4.                   Які є види комп’ютерних мереж? (локальна, глобальна)

 

 

 

3.             Оголошення, представлення теми та очікуваних навчальних результатів

Учитель. Сьогодні ми починаємо вивчати нову тему «Мережеві технології», зокрема з’ясуємо основні принципи роботи комп’ютерних мереж, обговоримо переваги використання мережевих технологій.

 

4.              Мотивація навчальної діяльності

Учитель. Уявіть таку ситуацію. На уроці інформатики ви зі своїм однокласником спільно працюєте над створенням інформаційного бюлетеню і розподілили між собою обов’язки. Ваша задача полягає в тому, щоб відшукати необхідну інформацію, а ваш однокласник підбирає необхідні ілюстрації. У підсумку потрібні зображення знаходяться на одному комп’ютері, а текстова інформація на іншому. Принтер підключений лише до одного з цих комп’ютерів, а готовий бюлетень обов’язково потрібно здати в друкованому вигляді.

Запропонуйте вихід із даної ситуації.

(Учні надають пропозиції концепцій рішення проблеми на основі набутих знань)

Орієнтовні відповіді учнів:

• Перенести файли за допомогою змінних носіїв інформації.
• Надіслати за допомогою мережі Інтернет.
• З’єднати комп’ютери між собою.

Учитель коротко аналізує запропоновані концепції та пропонує свій новий шлях.

Копіювання файлів на змінні носії інформації з метою передачі їх іншим користувачам, щоб вони мали змогу копіювати їх на свої комп'ютери, іноді називали як «Sneakernet» або «пішохідні» мережі (Мал.1).  Цей термін застосовується для такого методу обміну інформацією, коли користувач повинен скопіювати, наприклад, на флеш-карту потрібні дані, а потім пішки перейти до іншого комп'ютера і прочитати на ньому вміст флеш-карти. За сучасними мірками це не дуже ефективний метод обміну даними, хоча і дозволяє переносити інформацію з одного місця в інше. Зрозуміло, «пішохідна» мережа нездатна забезпечити цілісність, захист і спільне використання даних. Тому єдиним реальним способом об'єднання ресурсів стали комп’ютерні  мережі.

 

5.                 Сприйняття та усвідомлення навчального матеріалу

Учитель. Комп’ютерна мережа – це сукупність комп'ютерів та інших пристроїв з відповідним програмним забезпеченням, з'єднаних каналами передавання даних та певними правилами обміну інформацією (Мал.2). Основне призначення комп’ютерної мережі – забезпечення  зручного та надійного доступу користувачів до розподілених спільних ресурсів та організація їх спільного використання. 

Можливості мереж постійно розширюються, виявляються нові способи обміну інформацією та спілкування за допомогою комп'ютерів. 

За кількістю комп’ютерів і місцем розташування комп'ютерні мережі класифікуються на локальні та глобальні. 

В залежності від розміру і функції,

Локальна мережа (LAN) є основою для будь-якої комп'ютерної мережі. Локальна мережа може варіюватися від простої (два комп'ютери, з'єднаних кабелем) до складних (сотні підключених комп'ютерів і периферійних пристроїв в межах великого підприємства). Відмінною особливістю локальної мережі є те, що вона обмежена географічно (Мал.3).

Глобальна мережа (WAN) не обмежена географічно і може підключати комп'ютери та інші пристрої по всьому світу. Глобальна мережа складається з декількох з'єднаних між собою локальних мереж (Мал.4).

Глобальною комп’ютерною мережею є Інтернет.

Комп’ютери з’єднують по-різному в залежності від відстані, на якій вони розташовані, та від їхнього призначення. Тому канали зв’язку між комп’ютерами можуть бути різними. Канал зв’язку — це комунікаційне обладнання, за допомогою якого здійснюють з’єднання комп’ютерів у мережу.

Середовище передавання (лінії зв’язку) — це фізичне середовище, у якому можливе передавання інформаційних сигналів у вигляді електричних, світлових та інших імпульсів. В залежності від типу інформації, що передається, розрізняють канали цифрові та аналогові. Наразі інформацію у мережах передають за допомогою електромагнітної взаємодії речовини. Залежно від виду сигналу використовують дротові чи бездротові середовища передавання.

З’єднання комп’ютерів може бути утворене з використанням кабелів для передавання сигналів. У цьому випадку використовують плоский двожильний кабель, коаксіальний кабель, кабель у вигляді двох скручених мідних дротів у захисній оболонці (виту пару) або оптоволоконний кабель.

Якщо з’єднання комп’ютерів у мережу здійснюють за допомогою радіохвиль, то відповідні мережі називаються бездротовими. У таких мережах бездротові пристрої підключають до точки доступу у межах певної області дії зв’язку. А точки доступу підключають до мережі за допомогою усіх доступних засобів зв’язку. Область дії бездротової мережі може обмежуватися лише однією кімнатою, а може охоплювати й істотно більший простір.

Точка доступу — це пристрій для забезпечення бездротового доступ до мережі за допомогою радіохвиль.

Cтандарти бездротового зв'язку:

WAP (Wireless Application Protocol — протокол бездротового доступу). Стандарт для інтернет-комунікації. Застосовують для доступу до Інтернету з мобільних телефонів;

Wi-Fi (Wireless Fidelity — бездротова точність відтворення). Стандарт для обладнання бездротових мереж та торгова марка консорціуму Wi-Fi Alliance, до якого входять найбільші виробники комп'ютерного устаткування та обладнання Wi-Fi. Wi-Fi має обмежений радіус дії (зазвичай 45 метрів у приміщенні та 90 метрів зовні);

WiMAX, Mobile WiMAX і Mobile-Fi — низка технологій бездротових мереж, які призначено для використання разом із технологією Wi-Fi або замість неї з метою розширення бездротових мереж. Зокрема, мережа WiMAX забезпечує кращий доступ до Інтернету, ніж Wi-Fi, та має більшу площу покриття;

Bluetooth — стандарт для бездротових персональних мереж. Забезпечує обмін інформацією між такими пристроями, як кишенькові та звичайні персональні комп'ютери, мобільні телефони, ноутбуки, принтери, цифрові фотокамери, миші, клавіатури, джойстики, навушники. Зв'язок підтримується на відстані від 10 до 100 метрів (залежно від наявності перешкод).

Швидкість передачі інформації – середня кількість інформації, яку передають за одиницю часу. Її вимірюють у бітах за секунду (біт/с), кілобітах за секунду (кбіт/с), мегабітах за секунду (Мбіт/с) та гігабітах за секунду (Гбіт/с).

Пропускна здатність каналу зв'язку – найбільша теоретично досяжна швидкість передачі інформації.

В залежності від швидкості передачі даних розрізняють канали:

низькошвидкісні — до 19 200 біт/с;

середньошвидкісні — до 1 000 000 – 10 000 000 біт/с.;

високошвидкісні — понад 10 000 000 біт/с.

Мережева взаємодія полягає в надсиланні запитів від одних комп’ютерів мережі до інших комп’ютерів і пристроїв та отриман­ні у відповідь доступу до певних ресурсів мережі.

Ті комп’ютери, які надають доступ до власних та мережевих ресурсів іншим комп’ютерам, називають серверами, а ті, що ко­ристуються послугами серверів, — клієнтами або клієнтськими комп'ютерами.

В залежності від розподілу функцій між комп’ютерами, мережі поділяються на однорангові та з виділеним сервером (багаторангові).

Вибір між одноранговою мережею і мережею з виділеним сервером залежить від таких факторів, як: розмір організації, необхідний рівень безпеки, обсяг мережевого трафіку, потреби користувачів мережі, бюджет організації.

У однорангових мережах, немає виділених серверів, і немає ніякої ієрархії серед комп'ютерів. Всі комп'ютери рівні і працюють незалежно один від одного. Кожен комп'ютер функціонує і як клієнт і як сервер. Відсутнє централізоване адміністрування мережі і саме користувач на кожному комп'ютері визначає, які дані на цьому комп'ютері розподіляється по мережі (Мал. 6). Таку мережу складно обслуговувати: керувати доступом до ресурсів, встановлювати та оновлювати програмне забезпечення на окремих комп’ютерах, захищати від стороннього втручання та вірусних атак.

Мережі з виділеним сервером – це мережі, в яких один або декілька комп’ютерів є серверами, а всі інші клієнтами (Мал. 7). Виділений сервер – це комп’ютер, який функціонує тільки як сервер і не використовується в якості клієнта. Виділені сервери оптимізовані для швидкого обслуговування запитів від мережевих клієнтів і забезпечують безпеку їх файлів та каталогів. Сервери, залежно від основного виду ресурсів і послуг, які вони надають клієнтам, можуть виконувати функції файлових серверів, серверів друку, серверів віддаленого доступу, контролерів домену, поштових серверів. Один комп’ютер може виконувати кілька серверних операцій.

Для того, щоб комп'ютер під'єднати до локальної мережі за допомогою мережного кабелю чи радіоканалу, необхідно, щоб його було оснащено мережним інтерфейсом (мережною картою). Мережні інтерфейси виготовляють у вигляді плат або окремих пристроїв (для бездротових мереж). Тип мережного інтерфейсу має відповідати типу середовища передавання.

Важливою складовою комп'ютерної мережі є мережне обладнання:

маршрутизатор (routers) — пристрій, що сполучає мережі одну з одною;

повторювач (repeaters) — пристрій, що забезпечує з'єднання двох сегментів однієї й тієї самої комп'ютерної мережі. Вони просто регенерують або повторюють пакети даних між кабельними сегментами. По суті, повторювачі фізично розширюють мережу;

міст (bridge) — ретрансляційна система, що сполучає канали передачі даних, об'єднує різнотипні канали передачі даних в один загальний;

шлюз (gateways) — пристрій, що сполучає різні мереживі архітектури. Важливим є те, що шлюз повинен не тільки мати фізичні порти для підключення різнорідних систем, а й «розуміти» різнорідні протоколи, виступаючи для них у ролі «перекладача»;

комутатор (switch) — пристрій (багатопортовий міст), що здійснює вибір одного з можливих варіантів напряму передачі даних. Різниця між мостом і комутатором полягає у тому, що міст у кожен момент часу може здійснювати передачу кадрів тільки між однією парою портів, а комутатор одночасно підтримує потоки даних між усіма своїми портами. Іншими словами, міст передає кадри послідовно, а комутатор паралельно.

концентратор або хаб (concentrator, hub)— пристрій, який приймає дані на одному (будь-якому) порту, їх регенерує і відправляє на всі інші підключені до нього порти. Сумарна пропускна спроможність вхідних каналів концентратора вища за пропускну спроможність вихідного каналу, тому головним його завданням є концентрація даних.

Використання мережних пристроїв дозволяє:

збільшити кількість комп’ютерів та інших пристроїв, об’єднаних у мережу;

сегментувати трафік, або повний інформаційний потік у мережі;

з’єднати віддалені дільниці локальної мережі.

Форма передавання інформації у глобальних мережах не збігається з формою її подання в пам'яті обчислювальних машин. Тому для підключення комп'ютера до мережі необхідно мати пристрій, який би здійснював перетворення інформації для передавання її локальною мережею. Таким пристроєм є модем (абревіатура, складена із слів модулятор-демодулятор).

Модем — це прилад для перетворення цифрової інформації в аналогову і навпаки. Модем об'єднує в собі два пристрої: модулятор, тобто перетворювач цифрової інформації в аналогову форму, і демодулятор — зворотний перетворювач. Модеми мають ще й інші функції. Основні з них – це корекція помилок та стиснення даних. Ці функції збільшують швидкість та чистоту передачі інформації.

За конструктивним вирішенням модеми поділяються на:

зовнішні — у вигляді окремого блоку, підключеного через COM, USB порт або стандартний роз'єм в мережевій карті, зазвичай мають зовнішній блок живлення;

внутрішні — окрема електронна плата, яку вставляють у один зі слотів на материнській платі.

Основною властивістю модему є швидкість передавання даних — кількість бітів, переданих за одну секунду. Сучасні модеми передають дані телефонними мережами зі швидкістю 56 Кбіт за секунду і більше. Модеми для інших мереж можуть забезпечувати обмін даними зі швидкістю до 10 Гбіт за секунду.

Комунікаційне програмне забезпечення — важлива складова комп’ютерної мережі, яка забезпечує функціонування мережі. До складу мережного ПЗ входять:

мережеві складові ОС;

службові програми;

мережеві додатки;

драйвери пристроїв мережі.

Для отримання послуг у мережі використовуються програми, які, зазвичай, складаються з двох частин:

клієнтська — надає можливість створити запит;

серверна — опрацьовує запит клієнтської частини.

Таку технологію побудови програмного забезпечення називають клієнт-серверною технологією.

Для під'єднання комп'ютера до мережі Інтернет необхідно мати комунікаційне обладнання, канал зв'язку та спеціальні комунікаційні програми.

 

6.              Закріплення нових знань і вмінь учнів

Робота в групах. Розв’язування проблемної ситуації

(Учні об’єднуються у 2-3 групи для обговорення проблемної ситуації на знаходження рішення її розв’язку)

Постановка проблеми. Невелика страхова компанія, що складається з власника, менеджера, адміністратора та чотирьох агентів вирішує облаштувати в своєму офісі мережу. Компанія займає декілька невеликих приміщень в офісному центрі. Їх бізнес був стабільним протягом останніх трьох років, але останнім часом спостерігається його зростання. Для того, щоб впоратися зі збільшенням обсягу роботи, будуть найняті два нових агенти.

В працівників компанії є комп'ютери, але лише менеджер має принтер. Комп'ютери працівників не з'єднані будь-якою мережею. Коли агентам потрібно виконати друк, вони спочатку копіюють файл на змінний носій інформації, а потім переносять його на комп'ютер менеджера, де, нарешті, роздруковують документ. Аналогічним чином здійснюється обмін даними між співробітниками.

Останнім часом виникли деякі проблеми. Працівники витрачають занадто багато часу на друк документів та обмін даними один з одним, а менеджер взагалі майже втратив можливість займатися своїми прямими обов’язками, адже велику частину свого часу він витрачає на друк документів інших працівників.

Запропонуйте рішення даної проблеми та обґрунтуйте його.

(Відбувається обговорення в групах, представник від кожної групи презентує своє рішення проблеми)

Орієнтовна відповідь учнів.

Даній компанії необхідно створити комп’ютерну мережу, яка об’єднуватиме всі комп’ютери та пристрої працівників офісу. Не існує абсолютно правильного чи неправильного рішення стосовно вибору виду комп’ютерної мережі, але доцільніше обрати мережу з виділеним сервером. І хоча здається, що більш адекватним є рішення облаштування однорангової мережі, адже в компанії на даний час працює лише сім чоловік, та треба звернути увагу на те, що компанія переживає зростання. Крім того, частина інформації, яка буде відправлена ​​мережею, є конфіденційною. Тому краще інвестувати в мережу з виділеним сервером, яку з часом за потреби можна розширити та забезпечити централізовану систему безпеки.

 

 

7.          Підведення підсумків уроку

Учитель підводить підсумки, аргументуючи, оцінює роботу учнів.

Рефлексія

• Чи задоволені ви своєю роботою?
• З яким настроєм ви працювали на уроці?
• Що вам запам’яталось на уроці?
• Де вам стануть в пригоді здобуті знання?

 

8.      Інструктаж щодо виконання домашнього завдання.

Розв’язати задачі.

 

Задача 1.

Умова:

Скільки символів тексту можна передати за 9 секунд, використовуючи дротовий канал, що працює зі швидкістю 89 Кбіт/сек?

Розв’язок:

Спочатку необхідно Кбіти перевести в біти.

(Пригадуємо, що 1 Кбіт = 1024 біт)

1. 89*1024=91136 біт/сек (швидкість передачі даних за 1 секунду);
2. 9*91136=820224 біт/сек (швидкість передачі даних за 8 секунд);

(Пригадуємо, 1 символ = 1 байт, 1 байт = 8 біт)

3. 820224/8=102528 символів.

Відповідь: 102528 символів.

 

Задача 2.

Умова:

Скільки секунд необхідно витратити на передачу текстового файлу, що містить 15200 символів, використовуючи ADSL-з’єднання, що працює зі швидкістю 92 Кбіт/сек?

Розв’язок:

(Пригадуємо, що 1 Кбіт = 1024 біт)

1. 92*1024=94208 біт/сек (швидкість передачі даних за 1 сек.);

(Пригадуємо, 1 символ = 1 байт, 1 байт = 8 біт)

2. 15200*8=121600 біт (об’єм текстового файлу);
3. 121600/94208≈1,3 сек.

Відповідь: 1,3 сек.

 

 

9.              Використані джерела:

1.                   Ривкінд Й.Я., Лисенко Т.І., Чернікова Л.А., Шакотько В.В. Інформатика 9 клас: підручник для загальноосвітніх навчальних закладів./Київ «Генеза». – 2009. – 296с.;
2.                   CIS370 : [Електронний ресурс]  – Режим доступу: http://pluto.ksi.edu/~cyh/cis370/ebook/ch01b.htm.
3.                   Київські учнівські олімпіади з інформаційних технологій
   і вивчення інформатики: [Електронний ресурс]  – Режим доступу: http://www.kievoit.ippo.kubg.edu.ua/kievoit/2013/99/99.html.