Урок на тему "Поняття, призначення та характеристики комп'ютерних мереж (КМ). Класифікація КМ."

Тема: Поняття, призначення та характеристики комп'ютерних мереж (КМ). Класифікація КМ.

 Мета:  

-                      навчальна: ознайомити учнів із призначенням та характеристиками комп’ютерних мереж, розглянути класифікацію комп’ютерних мереж;

-                      виховна:       виховувати   уважність,     самостійність,          навички самоконтролю             і           самоаналізу,             любов            до        майбутньої   професії, інформаційну культуру;

-                      розвиваюча: навички самостійного пошуку і аналізу інформації, логічне мислення, пізнавальний інтерес, ініціативу, культуру мовлення, чіткість і точність думки.

Методична мета: ефективно використовувати інтерактивні та інформаційні технології на уроках спеціальних дисциплін.

Предметні компетенції: навчальні, інформаційно-комунікаційні, культурні, когнітивні.

Тип уроку: комбінований.

Методи і форми навчання: частково-пошуковий метод, дослідницький метод, інтерактивні методи (робота в малих групах, мозковий штурм, коло ідей, незакінчене речення, мікрофон, пошук інформації, ігрові методи).  

Методичне забезпечення: роздатковий матеріал, інтерактивні завдання, розроблені у додатку Web 2.0 LearningApps, домашнє завдання, розроблене та розміщене на сервісі Web 2.0 edmodo.com. Матеріально-технічне забезпечення: ПК, проектор, екран, безпровідні маніпулятори типу «Миша».

СТРУКТУРА УРОКУ:

1.      Організаційний момент. 

-         Перевірка присутності учнів на уроці

-         Перевірка готовності до уроку

2.      Актуалізація опорних знань учнів.

1.      Яке призначення сучасних ПК?

2.      Які функції виконують ПК?

3.      Які ви знаєте типи ПК?

4.      Яким чином відбувається обмін            інформацією            між ПК та навколишнім середовищем?

3.      Мотивація навчальної діяльності учнів.

-         Оголошення теми та мети уроку

-         Визначення значення теми уроку в професійній діяльності

4.      Формулювання теми та мети уроку.

5.      Пояснення нового матеріалу.

План:

1.      Поняття та призначення комп’ютерної мережі.

2.      Класифікація КМ.

1. Поняття та призначення комп’ютерної мережі.

На початку 70-х років ХХ століття у результаті технологічного прориву у сфері виробництва комп’ютерних компонентів з’явилися великі інтегральні схеми (ВІС). Їх порівняно невисока вартість і гарні функціональні можливості привели до створення міні-комп’ютерів,  які стали реальними конкурентами мейнфреймів. 

Навіть невеликі підрозділи підприємств одержали можливість мати власні комп’ютери.  Міні-комп’ютери вирішували задачі керування технологічним обладнанням, складом й інші задачі на рівні відділу підприємства. Таким чином, з’явилася концепція розподілу комп’ютерних ресурсів по всьому підприємству. Однак при цьому всі комп’ютери однієї організації,  як і раніше,  продовжували працювати автономно.

Із часом потреби користувачів у швидкодії комп’ютерної техніки зростали.  Їх вже не задовольняла ізольована робота на власному комп’ютері,  користувачам хотілось обмінюватися комп’ютерними даними з користувачами інших підрозділів в автоматичному режимі. Відповідь на цю потребу прийшла у вигляді появи перших локальних обчислювальних мереж. Загалом представлені локальні мережі являють собою об’єднання комп’ютерів, зосереджених на невеликій території, як правило, у радіусі не більше 1-2 км, хоча в окремих випадках локальна мережа може мати й більші розміри, наприклад, кілька десятків кілометрів. У загальному випадку локальна мережа являє собою комунікаційну систему, що належить одній організації.

Безпосередньою основою комп’ютерних мереж (КМ) були телефонні і телеграфні мережі, створені у ХІХ ст. У 50-х роках ХХ ст. внаслідок розвитку мікроелектроніки з’явились потужні електронно-обчислювальні машини. Для використання обчислювальних потужностей цих ЕОМ виникла необхідність сполучати їх з кількома віддаленими терміналами. Таким чином виникли системи з розподілом часу роботи центрального процесора, в яких кожному терміналу почергово виділявся квант часу. Мережа такої структури наведена на рис.

Особливостями таких систем було неефективне використання доволі дорогих каналів зв’язку між центральним процесором і терміналами. Згодом були розроблені спеціальні пристрої – мультиплексори і концентратори, - які дозволяли збирати трафік від розташованих поруч терміналів і передачі його одним спільним каналом зв’язку до центрального процесора. Обов’язковим елементом такої системи був фронтальний процесор, на який покладались функції організації зв’язку. Схема такої мережі наведена на рис.

Сучасні комп’ютерні мережі будують з використанням багатофункціональних пристроїв - концентраторів, - які одночасно виконують також функції маршрутизації та коригування сигналів. В таких мережах може бути багато центральних процесорів і терміналів чи робочих станцій. 

 Комп’ютерна мережа – система розподіленої обробки інформації, що складається з територіально-розподілених комп’ютерів, які взаємодіють між собою за допомогою засобів зв’язку.

 Комп'ютерною мережею називають сукупність обчислювальних машин, з’єднаних між собою каналами передачі даних і призначених для розподілу та колективного  використання апаратних, обчислювальних, програмних засобів та інформаційних ресурсів. 

Для передачі інформації можуть бути використані різні фізичні явища, як правило — різні види електричних сигналів чи електромагнітного випромінювання.

КМ включає в себе наступні компоненти:

1)  ХОСТ-ЕОМ (базові ЕОМ), котрі виконують всю обробку інформації у мережі, обслуговування запитів користувачів та представлення інформаційних послуг. До ХОСТЕОМ відносяться різні сервери, котрі забезпечують доступ до баз із сторони користувача. ХОСТ-ЕОМ – представляють основні інформаційні та обчислювальні ресурси мереж; 2)  ТКМ включає:

 вузли зв’язку (ВЗ), які виконують функції комутації;  канали зв’язку (КЗ);  зв’язне обладнання:  

3)                   Абонентські пункти (АП), робочі станції, за допомогою яких користувач звертається до мережі;

4)                   Центр керування мережею (ЦКМ).

Вузли зв'язку (ВЗ) забезпечують зв'язок між комп'ютерами і за допомогою окремих каналів зв'язку з'єднуються між собою. Це дає змогу передавати інформацію від одного комп'ютера на інший різними шляхами, що підвищує рівень надійності мережі у випадку виходу з ладу окремих ділянок.

Користувач, який працює на під'єднаному до мережі комп'ютері, має змогу використовувати всі апаратні, програмні та інформаційні ресурси, на які він отримав дозвіл від адміністратора мережі. Таким чином створюється багатомашинні обчислювальні системи. 

Важливе значення для функціонування всієї мережі мають: види каналів зв'язку (передачі даних), які в ній використовуються. 

Під каналом зв'язку слід розуміти шлях або засіб, по якому передаються сигнали. Від цього залежить пропускна здатність.

В якості фізичного середовища в каналах зв'язку використовують: плоский двожильний кабель, коаксіальний кабель, оптико-волоконні кабелі, теле- та радіоефір, супутниковий зв'язок.

Між взаємодіючими інформаційними системами через фізичні канали комунікаційної

мережі і вузли комутації встановлюються логічні канали.

Логічний канал – це шлях для передачі даних від однієї системи до іншої. Логічний канал прокладається по маршруту в одному або декількох фізичних каналах. Логічний канал можна охарактеризувати, як маршрут, прокладений через фізичні канали і вузли комутації.

Залежно від можливих напрямків передачі інформації розрізняють такі канали зв'язку: симплексні (дані передаються тільки в одному напрямку), напівдуплексні (забезпечують поперемінну передачу даних у прямому та зворотному напрямках), дуплексні (передача і прийом повідомлень) здійснюється одночасно у двох напрямках).

Для організації зв'язку між двома вузлами мережі використовують різні методи комутації: комутація каналів та комутація пакетів. 

Інформація в мережі передається блоками даних по процедурах обміну між об'єктами. Ці

процедури називають протоколами передачі даних. 

Протокол - це сукупність правил, що встановлюють формат і процедури обміну інформацією між двома або декількома пристроями. Завантаження мережі характеризується параметром, званим трафіком. 

Трафік (traffic) - це потік повідомлень в мережі передачі даних. Під ним розуміють кількісний вимір у вибраних точках мережі числа блоків даних і їх довжини, що проходять, виражене в бітах в секунду.

Істотний вплив на характеристику мережі чинить метод доступу. 

Метод доступу – це спосіб визначення того, яка з робочих станцій зможе наступною використовувати канал зв'язку і як управляти доступом до каналу зв'язку (кабелю).

У мережі усі робочі станції фізично сполучені між собою каналами зв'язку по певній

структурі, званою топологією. 

Топологія – це опис фізичних з'єднань в мережі, що вказує які робочі станції можуть зв'язуватися між собою. Тип топології визначає продуктивність, працездатність і надійність експлуатації робочих станцій, а також час звернення до файлового сервера. Залежно від топології мережі використовується той або інший метод доступу.

Склад основних елементів в мережі залежить від її архітектури. 

Архітектура - це концепція, що визначає взаємозв'язок, структуру і функції взаємодії робочих станцій в мережі. Вона передбачає логічну, функціональну і фізичну організацію технічних і програмних засобів мережі. Архітектура визначає принципи побудови і функціонування апаратного і програмного забезпечення елементів мережі.

2. Класифікація комп’ютерних мереж.

По призначенню КМ розподіляються на:

•       обчислювальні;

•       інформаційні;

•       змішані (інформаційно-обчислювальні). 

Обчислювальні мережі призначені головним чином для рішення завдань користувачів з обміном даними між їхніми абонентами. Інформаційні мережі орієнтовані в основному на надання інформаційних послуг користувачам. Змішані мережі поєднують функції перших двох.

По типу комп’ютерів, які входять до складу КМ, розрізняють:

1.      Однорідні комп’ютерні мережі, які складаються із програмно-спільних ЕОМ;

2.      Неоднорідні, до складу яких входять програмно-несумісні комп’ютери. 

Класифікуючи мережі по територіальній ознаці, розрізняють:

•       локальні (Local Area Networks – LAN) мережі;

•       глобальні (Wide Area Networks – WAN) мережі;

•       міські (Metropolitan Area Networks – MAN) мережі.

LAN – зосереджені на території не більше 1–2 км; побудовані з використанням дорогих високоякісних ліній зв’язку, які дозволяють, застосовуючи прості методи передачі даних, досягати високих швидкостей обміну даними порядку 100 Мбіт/с, Надавані послуги відрізняються широкою розмаїтістю й звичайно передбачають реалізацію в режимі on-line.

WAN – поєднують комп’ютери, розосереджені на відстані сотень і тисяч кілометрів. Часто використовуються вже існуючі не дуже якісні лінії зв’язку. Більше низькі, чим у локальних мережах, швидкості передачі даних (десятки кілобіт у секунду) обмежують набір надаваних послуг передачею файлів, переважно не в оперативному, а у фоновому режимі, з використанням електронної пошти. Для стійкої передачі дискретних даних застосовуються більш складні методи й устаткування, чим у локальних мережах.

MAN – займають проміжне положення між локальними й глобальними мережами. При досить більших відстанях між вузлами (десятки кілометрів) вони мають якісні лінії зв’язку й високих швидкостей обміну, іноді навіть більше високими, чим у класичних локальних мережах. Як і у випадку локальних мереж, при побудові MAN уже існуючі лінії зв’язку не використовуються, а прокладаються заново.

Також додатково виділяють:

1.                  Кампусні мережі (CampusArea Network – CAN), які поєднують значно віддалені одна від однієї абонентські системи або локальні мережі, але ще не вимагають віддалених комунікацій через телефонні лінії й модеми;

2.                  Широкомасштабні мережі (Wide Area Network – WAN), які використовують віддалені мости й маршрутизатори з можливо невисокими швидкостями передачі даних.

Відмітні ознаки локальної мережі:

ü висока швидкість передачі, більша пропускна здатність; 

ü низький рівень помилок передачі (або, що те ж саме, високоякісні канали зв’язку). 

ü припустима ймовірність помилок передачі даних повинна бути порядку 10-7 – 10-8;

ü ефективний, швидкодіючий механізм керування обміном; 

ü обмежене, точно певне число комп’ютерів, що підключаються до мережі.

Глобальні мережі відрізняються від локальних тем, що розраховані на необмежене число абонентів і використовують, як правило, не занадто якісні канали зв’язку й порівняно низьку швидкість передачі, а механізм керування обміном у них у принципі не може бути гарантовано швидким. У глобальних мережах набагато важливіше не якість зв’язку, а сам факт її існування.

Інформаційна система, призначена для вирішення завдань користувача – робоча станція (client), яка відрізняється від звичайного персонального комп'ютера (ПК) наявністю мережевої карти, каналу для передачі даних і мережевого програмного забезпечення.

6. Закріплення вивченого матеріалу.

1. Контрольні запитання:

1.        Що таке комп’ютерна мережа?

2.        Які функції виконують мережі?

3.        Назвіть основні складові КМ?

4.        Яким чином передається інформація в мережі?

5.        Які ви знаєте типи каналів передачі даних?

6.        Яку функцію виконую сервер і робоча станція?

7.        Що таке архітекутра?

8.        Які ви знаєте типи КМ?

9.        Охарактеризуйте локальні та регіональні КМ.

10.   Охарактеризуйте глобальні КМ.

2. Інтерактивне завдання: 3. Ребус.

7.      Підведення підсумків уроку.

8.      Рефлексія.

9.      Виставлення оцінок із коментуванням.

10. Домашнє завдання.

-         Конспект уроку

-         Підготувати доповідь на 4-5 хв про один із сучасних засобів збереження інформації в ПК (зазначити переваги його використання, по бажанню підготувати презентацію)