Урок 24§4.1 Локальные и глобальные компьютерные сети

Глава 1.компьютерные сети в образовательной организации.

Сети –разновидность распределенной ИС. Система, которая занимается сбором, хранением и обработкой информации. Виды распределенных систем: Сеть — кластер — многопроцессорная система.

Кластер – система, в которой узлы физически изолированы друг от друга, но имеются специальные средства для их соединения. Для передачи данных используют шины.

Узлы — определённые компьютеры.

1)Компьютеры(хосты,hosts)-потребители генераторы информации;

а) концентраторы — устройство для объединения компьютеров в сеть Ethernet c применением кабельной инфраструктуры типа витая пара.

б) мосты — сетевое устройство второго уровня модели OSI, предназначенное для объединения сегментов (подсети) компьютерной сети в единую сеть

в) коммутаторы — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне модели OSI.

г) маршрутизаторы — Это комбинированное устройство, на бытовом уровне используется для создания домашней или офисной локальной сети с доступом в мировую паутину для всех подключённых ПК-устройств.

д) модемы (ADSL, Wifi, Кабельные, dial-up устарели из-за низкой скорости) — устройство, применяющееся в системах связи для физического сопряжения информационного сигнала со средой его распространения, где он не может существовать без адаптации.

Компьютерная сеть (Computer Network) — . множество компьютеров, соединенных линиями связи и работающих под управлением специального программного обеспечения.

Сервер – компьютер или программа, которые представляют определённый сервис.

Клиент – прикладная программа, потребитель услуг или информации, передаваемой сервером. Главная цель объединения компьютеров в сеть — предоставление пользователям возможности доступа к различным информационным ресурсам, распределенным по этим компьютерам и их совместного использования.

Важной характеристикой любой компьютерной сети — широта территории, которую она охватывает. Широта охвата определятся взаимной удаленностью компьютеров, составляющих сеть и, следовательно, влияет на технологические решения, выбираемые при построении сети.

По широте охвата классически выделяют 2 типа сетей:

— Локальные LAM- сети, компьютеры которых сосредоточены на относительно небольших территориях (как правило, в радиусе до 1-2 км). Для их построения используют достаточно дорогие и высококачественные технологии, что обеспечивает высокую скорость обмена информацией между компьютерами.

— Глобальные WAM- это сети, предназначенные для объединения отдельных компьютеров и локальных сетей, расположенных на значительном удалении (сотни и тысячи километров) друг от друга. В глобальных сетях нередко используются уже существующие и изначально не предназначенные для построения компьютерных сетей линии (к примеру, телефонные или телеграфные). В связи с этим скорость передачи данных в таких сетях существенно ниже, чем в локальных.

Компьютерные сети по типу :

— Городские сети (MAN). Такие сети предназначены для обеспечения взаимодействия компьютеров и/или локальных сетей, рассредоточенных на территории крупного города (как правило, в радиусе до 100 км), а также для подключения локальных сетей к глобальным. Для построения таких сетей используются достаточно качественные цифровые линии связи, позволяющие осуществлять взаимодействие на относительно высоких по сравнению с глобальными сетями скоростях.

— Интернет – сеть собравшая в себя локальные, городские и глобальные сети всей планеты.

По типу организованности:

— Локальная сеть — это сеть, в которой компьютеры располагаются компактно, либо в одном, либо в нескольких соседних помещениях.

— Одноранговая сеть — это сеть в которой нет выделенных серверов, все компьютеры имеют равные права и одновременно являются как клиентами, так и серверами.

— Гетерогенная сеть — это сеть к которой подключены компьютеры с различными операционными системами.

Анализ компьютерной сети школы №12 г. Сыктывкар

На основании данных таблиц делаем следующие выводы:

1)Из 113 компьютеров, имеющихся в образовательном учреждении (школа № 12), в локальной вычислительной сети подключены только 11 компьютеров, что составляет 10 %

2)Нет компьютеров в администрации

3)Не охвачены локальной вычислительной сетью компьютеры у администрации, учебные кабинеты образовательного учреждения

4)Не выстроена система управления компьютерами сетью

5)Низкая скорость доступа в сеть интернет при большом количестве рабочих мест (подключение к провайдеру Ростелеком, 2 Мбит/с).

Исходя из вышеперечисленных проблем делаем вывод о необходимости модернизации компьютерной сети в образовательном учреждении. В целях обеспечения всех компьютеров образовательного учреждения необходимо провести:

1)Установку компьютеров в администрацию

2)Прокладку кабелей до:

a) Компьютеров администрации

b) Компьютеров в учебные кабинеты

3)Установку сетевого оборудования

4)Обеспечить стабильный доступ учащихся с мобильных устройств. Создать точку Wifi доступа на первом этаже (на втором этаже есть 1 точка Wifi доступа)

a) Коммутатор Switch 24TP D-Link DES-1024C/A1A неуправляемый настольный/19U 24×10/100BASE-TX в количестве 5 штук – 15000руб

b) Кабель (витая пара) – 13руб/метр

c) Разъем RJ45 5E 8P8C в количестве 226 штук – 7руб/шт (1582руб)

d)Сервер – для обеспечения систем управления – HP ProLiant ML110 G7 (EOL) — 65710руб

e)Wifi роутер PowerKing X Triple – 8000руб

Рисунок1.Плановая схема сети в школе № 12

В результате проведенной работы были выявлены различные проблемы существующей компьютерной сети в школе №12:

a) к локальной вычислительной сети подключено лишь 10 % компьютеров,

b) Не выстроена система управления компьютерами сетью

Для устранения данных проблем необходимо модернизировать компьютерную сеть школы в соответствии с нашими рекомендациями:

a) Подключить к локальной вычислительной сети все компьютеры в образовательном учреждении

b) Установить: сервер – для обеспечения систем управления, Wifi роутер – для стабильного доступа учащихся с мобильных устройств

Реализация данных рекомендаций позволит в образовательной организации обеспечить высокое качество работы в компьютерной сети, ее производительность и безопастность.

1) Кульгин. М.В. – СПб.: Питер, 2003. 2-е изд./ Компьютерные сети. Практика построения. Для профессионалов.

2) Олифер В.Г., Олифер Н.А. – Питер, 2001. Компьютерные сети.

3) Партыка Т. Л. Информационная безопасность: учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования. Доп. Минобрнауки РФ / Т. Л. Партыка, И. И. Попов — М.: Форум, 2012 — 432 с.

4) Шаньгин В. Ф. Информационная безопасность компьютерных систем и сетей: учеб. пос. для студ. учреждений среднего проф. образования, обуч. по спец. Информатика и вычислительная техника. Рек. Минобрнауки РФ / В. Ф. Шаньгин — М.: ИД ФОРУМ, 2013 — 416 с.

1.2. Что такое локальная компьютерная сеть

Локальная компьютерная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс) или в одном здании (например, в локальную сеть могут быть объединены все компьютеры, находящиеся в здании школы). Локальная сеть позволяет пользователям получить совместный доступ к ресурсам компьютеров, а также к периферийным устройствам (принтерам, сканерам, дискам, модемам и др.), подключённым к сети.

Локальные сети бывают одноранговыми и с выделенным сервером.

В небольших локальных сетях все компьютеры равноправны, т. е. каждый из них может использовать ресурсы другого. Пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (файлы, папки, диски) сделать доступными для всей сети. Такие сети называются одноранговыми.

В сетях с большим количеством пользователей нежелательно, чтобы все они имели доступ ко всем компьютерам сети. При объединении более 10 компьютеров целесообразно выделять наиболее мощный компьютер — сервер (англ. server — обслуживающий). На жёстком диске сервера размещают файлы (данные и программы), к которым получают доступ другие компьютеры сети — клиенты. Кроме того, всем пользователям сети может быть доступно периферийное оборудование, подключённое к серверу (например, принтер или сканер).

Каждый компьютер, подключаемый к локальной сети, должен иметь специальную плату — сетевой адаптер. Её функция — передача и приём сигналов, распространяемых по каналам связи.

Соединение компьютеров (их сетевых плат) в локальную сеть осуществляется с помощью различных типов кабелей (витая пара, оптическое волокно — рис. 4.1) или по беспроводным каналам (типа Wi-Fi).

Рис. 4.1. Кабели:
витая пара и оптоволокно

Витая пара представляет собой два изолированных медных провода, скрученных один относительно другого. Такое скручивание проводов снижает влияние помех на сигналы, передаваемые по этому кабелю. Соединение «витая пара» представляет собой несколько витых пар (2 или 4), покрытых пластиковой оболочкой. Скорость передачи данных — от 10 Мбит/с до 1000 Мбит/с.

Оптоволоконный кабель передаёт свет по стеклянному волокну. Такой тип соединения обеспечивает очень высокую скорость передачи, протяжённость канала составляет сотни и тысячи километров, и он абсолютно не подвержен электромагнитным помехам. Скорость передачи данных — от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с.

Беспроводное соединение Wi-Fi обеспечивает скорость передачи данных до 300 Мбит/с.

Локальная компьютерная сеть кабинета информатики

Реализация Государственных программ информатизации сельских, городских и поселко­вых школ создает условия для информатизации образования, формирования и совершенствова­ния новых форм обучения. Переход к новым технологиям в школе предполагает постоянное возрастание требований к техническому обеспечению компьютерных классов, к профессио­нальной подготовке. В таких классах необходима оперативная связь между компьютерным оборудованием, управление и взаимодействие информационных ресурсов.

Объединение компьютеров в сеть считается задачей весьма сложной, так как требует специальной подготовки в области сетевых технологий, опыта их применения на практике. На рис. 16 представлена примерная схема компьютерной сети учебного заведения.

Работая в школьных компьютерных классах, учитель информатики часто выступает в роли системного администратора локальной сети. Ему необходимо обеспечивать рациональное использование компьютерного оборудования, план действий в случае отказа оборудования и расширения отдельных элементов локальной сети.

Рис. 16. Примерная схема компьютерной сети учебного заведения.

Компьютерная сеть кабинета информатики — современное средство организации учеб­ной деятельности, предоставляющее в совместное и одновременное пользование учи­телю и учащимся различного рода ресурсы (информационные, программные и аппаратные).

В настоящее время российские школы имеют различное оснащение компьютерной тех­никой, которое проявляется в количестве компьютеров, их аппаратной конфигурации, составе периферийного оборудования (принтеров, сканеров и т.п.); в наличии локальной сети и под­ключения к Интернету. Абстрагируясь от конкретных различий, в 144 называются три основ­ные категории школ по физической организации информационной среды (Табл. 18):

— школы, оснащённые одним или несколькими компьютерами, не связанными между со­
бой локальной сетью;

— имеющие компьютерные классы на основе одноранговых сетей;

— школы, в которых функционирует сеть образовательного учреждения, то есть несколько
компьютерных классов и компьютеров администрации, связанных между собой локальной се­
тью с выделенным сервером.

Разная физическая организация информационной среды школы определяет ее эксплуата­ционные возможности и, соответственно, предъявляет разные требования к навыкам и умениям обслуживающего персонала.

Под локальной вычислительной сетью (ЛВС) понимают совместное подключение не­скольких компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных, при котором пользователи получают возможность обмениваться информацией, одновременно использовать программы и данные, находясь на своих рабочих местах.

Посредством ЛВС пользователи персональных компьютеров, расположенных на удален­ных рабочих местах, могут совместно использовать оборудование, программное обеспечение и

информацию. Ликвидируются ограничения, наложенные пространственным разделением рабо­чих мест.

Таблица 18 Эксплуатационные возможности школьных компьютеров

Физическая ор­ганизация	Особенности эксплуатации	Особенности администрирования
Одиночные компьютеры	Представляют собой средство решения образовательных и ад­министративных задач пользова­телями разной подготовленности, являются хранилищами разнооб­разных данных. Групповая работа практически невозможна	1. Довольно частая переустановка ОС и пользо­вательского ПО. 2. Администрирование локальной сети и управ­ление сетевыми устройствами, например прин­терами, не требуется. 3. Простое управление подключением к Интер­нет только данного компьютера
Компьютерный класс на основе одноранговой сети	Как правило, схожая по аппарат­ной платформе техника, связан­ная одноранговой локальной се­тью. Решаемые задачи многооб­разны, есть возможность обеспе­чить обмен данными, организо­вать групповую работу	1. Требуется поддержка локальной сети. 2. Необходима настройка обеспечения доступа к Интернет для всех компьютеров локальной сети. 3. Требуется отлаженная процедура быстрого восстановления ПО во всем классе
Информационная среда образова­тельного учреж­дения на базе сети с выделенным сервером	В общем случае объединенная в сеть различная техника, не сгруп­пированная в одном помещении (классе). Есть возможность де­лить компьютеры по типам ре­шаемых задач (учебные и адми­нистративные — отдельно) или, при наличии нескольких компью­терных классов — по типам учеб­ных задач. Разграничение прав пользователей, иерархия доступа к информации, организация мно­гоуровневой групповой работы в сети	1. Требуется обеспечение эффективной струк­туры информационных потоков в различных участках сети, например, активный информа­ционный обмен в компьютерных классах не должен мешать взаимодействию компьютеров администрации. 2. Требуется поддержка программных и аппа­ратных конфигураций и обеспечение восста­новления систем с разным составом прикладно­го ПО. 3. Требуется администрирование прав доступа к информации пользователей различных кате­горий. 4. Необходима поддержка маршрутизации ин­формации и обеспечения доступа компьютеров к Интернет

В современной технической литературе часто применяется другое сокращение для этого понятия — англоязычное LAN (Local Area Network).

Характеристики локальных сетей различных топологий приведены в таблице 19.

В 8 приведены характеристики средств обмена по сети школьных ЭВМ, важные для обучения. Рассматриваемые типы ПК в школах уже не используются, но соответствующие ха­рактеристики остаются актуальными и в современных условиях: класс ЭВМ, программные средства связи, язык управления, скорость обмена, кто управляет обменом (ученик, учитель или оба).

Наличие компьютерной сети в школьном кабинете информатики создает следующие ор­ганизационно-технические возможности:

— обеспечение единообразия инструментальной среды и информационных ресурсов для всех обучаемых;

— повышение надежности хранения информации в компьютере за счет выделения обучаемым строго определенных участков памяти для работы; разработка и поддержание системной политики, разграничение прав различных категорий пользователей;

— удаленное управление работой пользователей РМУ;

— оперативный обмен информацией между учениками и учителем (получение и передача
сообщений, пересылка файлов и т.д.);

— возможность запуска учебных программ с головного компьютера на рабочие места
учащихся;

— обмен информацией между компьютерами, работающими на разных платформах;

— коллективная обработка данных пользователями подключенных в сеть компьютеров и
обмен данными между ними;

— совместное использование информационных ресурсов, программных и аппаратных
(принтеры, модемы и т.д.) средств;

— рациональное и эффективное использование аппаратного обеспечения. Как отмечает
А.И. Бочкин, при этом возможна минимизация цены класса.

Таблица 19 Характеристики ЛВС различных топологий

Компьютерная сеть кабинета информатики, которую можно считать особым средством обучения и создания информационно-предметной среды, предоставляет учителю совершенно новые дидактические возможности.

Использование локальных сетей в обучении связано, прежде всего, с организацией кол­лективного и группового обучения, которое предполагает главным образом то или иное рас­пределение педагогических функций между участниками педагогического процесса. К таким функциям относятся: передача и прием информации, обмен ею обучаемыми, между обучаю­щим и обучаемыми, обсуждение результатов, генерирование идей и выдвижение гипотез, со­вместное моделирование объектов и процессов деятельности, совместное решение задач и другие.

Использование в обучении ЛВС является специфическим методом учебной деятельности. Помимо того, что компьютер является для каждого ученика индивидуальным средством обуче­ния, он дает ему возможность участвовать в групповой коллективной деятельности. При совме­стном выполнении группой учащихся под руководством учителя распределенных между ними учебных действий постепенно происходит интериоризация этих коллективных распределенных действий, их превращение в индивидуальное решение учебных задач 8.

Компьютерная сеть позволяет пересылать задания с компьютера учителя на компьютеры учеников. В случае групповой работы возможно разделение учебных задач, а ученики получа­ют возможность обмениваться результатами работы. Учитель со своего рабочего места может параллельно наблюдать за деятельностью учащихся одновременно и при необходимости ее корректировать. Итоги работы всей группы через сеть передаются преподавателю, что дает возможность оперативной обработки и контроля результатов. С экранов своих мониторов уче­ники могут наблюдать за работой учителя и наоборот, что позволяет существенно сэкономить время. Это полезно в случае, когда учащийся нуждается в помощи, но стесняется обратиться к учителю. Со своего места вслух или через ЛВС учитель может дать подсказку или указания.

При этом могут выполняться следующие виды деятельности:

— моделирование деловых компьютерных игр с одновременным участием в них всех обучаемых;

— проведение самостоятельных работ обучаемых с учебным материалом, представленным на компьютер-сервер и при необходимости легко обновляемом с рабочего места преподавателя;

— компьютерное тестирование (предметное, психологическое и т.д.) с последующей записью результатов в базу данных компьютера-сервера и при необходимости с соответствующей программной обработкой.

Работу ЛВС с точки зрения учебного процесса А.И. Бочкин различает по тому, кто управляет обменом данными 8:

1. Обмен выполняется учителем с РМП. Это удобно для передачи информации на РМУ и записи ученических данных на общий диск. Неудобство для учителя заключается в том, что при разнотипной деятельности по мере продвижения учащихся от фронтальной к индивидуальной работе возрастает интенсивность «операторской» деятельности преподавателя.

2. Обмен выполняется при одновременном участии преподавателя и учащегося. Эта работа может занимать у учителя также значительную часть занятия. Оптимальный вариант решения проблемы обмена — преподаватель может собрать (разослать) данные без привлечения учащегося, учащийся может выполнить это сам с РМУ без учителя.

2. Учащийся может с РМУ выполнить запись (чтение) самостоятельно, без участия пре­подавателя. Он сам отвечает за своевременное сохранение своих результатов, в целом выше его активность и самостоятельность. Преподаватель освобождается от рутинных действий и зани­мается индивидуальной работой с учащимися. При этом необходимо обеспечить безопасность информации.

А.И. Бочкин 8 предлагает составлять имена ученических файлов по правилам, пред­ставленным на рисунке 3 (буквы переводятся в латинские). Эти коды тщательно продумывают-ся, приводятся в систему учителем заранее.

При сохранении файлов на сетевом диске (РМП) такой способ хранения информации по­зволяет контролировать содержимое ученических каталогов и своевременно удалять лишние файлы. Например, DEL *G. *

Учитель с помощью команды DIR ??10В?.* сразу же получит четкую картину: какие файлы по всем темам создал ученик из 10 Б класса, есть ли у него хоть что-нибудь на диске.

Анализ современной научно-методической литературы и педагогической практики сви­детельствует о тенденции все более широкого использования сетевых технологий, использую­щие ЛВС и глобальную сеть Интернет.

А.И. Бочкин замечает, что в условиях развертывания мировых компьютерных сетей ло­кальная сеть класса должна рассматриваться как модель «большой», и учащийся должен вы­полнять в ней те же операции, с которыми он столкнется при работе с глобальными сетями (получение информации по запросам, обмен информацией). Принципы работы и, что не менее важно, правила поведения в сети должны быть максимально близки к настоящим.

Для приобретения учащимися устойчивых практических навыков работы в сети необхо­димо выполнение определенных требований: обучение должно проходить в компьютерном классе, оснащенном современными персональными ЭВМ с доступом в Интернет, при этом для эффективной организации самостоятельной работы на каждом компьютере должен работать один учащийся.

Выполнение вышеперечисленных условий предполагает создание значительной матери­альной базы: дополнительные капиталовложения на техническое оснащение и обслуживание учебного класса, приобретение коммуникационного программного обеспечения, выделение телефонного номера, оплату работы в Интернет, что для большинства школ весьма проблема­тично.

Одним из вариантов, позволяющих резко уменьшить затраты на обучение, является ис­пользование педагогического потенциала локальной сети в совокупности с программами, ими­тирующими в той или иной степени работу в Интернет и позволяющими таким образом подго­товить учеников к работе в глобальной сети.

Такой подход к обучению целесообразен по следующим соображениям:

— проблема информационной безопасности и безопасности информации. Интернет является фактически коммерческой сетью, а ученики из любопытства, случайно или намеренно могут создать финансовые и этические проблемы. Существует также опасность вирусного заражения;

— значительная перегруженность телефонной линии ведет к неоправданной трате учебного времени на ожидание соединения, реакции сети на запрос и т.п.

— использование программ-имитаторов и тренажеров гарантирует урок от срыва по таким причинам, как элементарное отключение телефона, занятость телефонной линии и т.д.

Таким образом, для эффективного и экономичного применения сетей в учебном процес­се важным аспектом является изыскание целесообразных средств имитации рабочих режимов и тренажа учащихся.

При этом учащиеся должны приобрести навыки:

— использования основных инструментов почтовых программ, браузеров, программ интерактивного общения;

— работы с электронной корреспонденцией;

— навигации по World Wide Web;

— — использования основных приемов поиска информации в глобальной сети Интернет.

В этих целях могут быть использованы многочисленные (в том числе свободно распро­страняемые) программы, пригодные для работы в ЛВС.