Технология концентрированного обучения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

По методике профессионального обучения

На тему

«Технология концентрированного обучения»

Введение

Цель: Разработать учебные блоки в рамках технологии концентрированного обучения по дисциплине «Компьютерные сети».

Задачи:

1). Изучить теоретический материал по теме

2). Проанализировать различные модели концентрированного обучения для применения их на практике

3). Рассмотреть структуру учебного блока.

4). Разработать учебные блоки по дисциплине «Компьютерные сети».

1. Теоретическая часть

1.1 Понятие технологии концентрированного обучения, принципы, модели.

Технология концентрированного обучения это форма организации учебного процесса, при которой в течение определенного отрезка времени происходит изучение одного предмета или нескольких дисциплин, имеющих межпредметные связи и объединенных в единый обучающий модуль.

В педагогической теории и практике выделяют три модели организации концентрированного обучения в зависимости от числа одновременно изучаемых дисциплин.

Первая модель предполагает изучение в течение определенного времени одного основного предмета. Длительность процесса изучения зависит от особенностей содержания и логики усвоения его учащимися, времени на изучение дисциплины, наличия материально-технической базы и других факторов. Дополнительно выделяют два варианта первой модели: концентрическое погружение и линейное погружение. Концентрическое погружение предполагает неоднократное (до четырех раз) в течение года изучение годового объема материала соответствующей дисциплины, но каждый раз на новом уровне с более глубоким проникновением в сущность изучаемого предмета. При этом обращение к одному и тому же учебному материалу в рамках одного учебного дня осуществляется неоднократно, содержание прорабатывается в разных формах деятельности. Концентрированное погружение предпочтительно использовать для изучения содержания с четко выраженными причинно-следственными связями.

Ярким примером технологии концентрированного погружения является технология “погружения”, предложенная М. П. Щетининым.

Под “погружением” он понимал длительное занятие (от 3 до 9 дней) одним словесно-знаковым предметом, при котором уроки “основного” предмета перемежаются уроками образно-эмоциональной сферы, а сами “погружения” повторяются через определенный промежуток времени. М.П.Щетининым была высказана идея о том, что спад здоровья детей от класса классу во многом обусловлен неравномерной нагрузкой лево- и правополушарных центров головного мозга. “Наша школа специализируется на развитии вербально-знакового мышления, а это означает, что почти все предметы, если пользоваться терминологией учения об асимметрии головного мозга, -- “левополушарные…” [5, - С. 391]. Очевидное уменьшение количества часов на “левополушарные” предметы приводит к задаче концентрации знаний или “прессования времени” (термин М.П.Щетинина). Тогда и возникла идея “погружения” как “способа познания”

Модель “погружения в предмет”, предложенная М.П.Щетининым, имеет следующие обязательные компоненты:

1. Чередование “контрастных” уроков, оговоренное принципиально новым учебным планом, позволяющим сделать равномерной нагрузку на оба полушария головного мозга.

2. Многообразие форм уроков при единстве содержания учебного материала.

3. Наличие “разности потенциалов” в знаниях учеников (либо благодаря опережению на кафедре, либо в разновозрастном коллективе), позволяющей “включить” работу по взаимообучению.

4. Систематизация знаний, структурирование их и подача нового материала при помощи компактных структурно-логических схем -- концептов.

5. Совместная работа учителя и учеников по планированию учебного процесса и его анализу (“огонек”).

Сама же технология “погружения”, предложенная М.П.Щетининым, даже если все обязательные компоненты в ней присутствуют, имеет ряд недостатков. Так, пропуск учеником одного или нескольких дней занятий (по болезни или любой другой причине) приводит к серьезному отставанию в учебе от своей группы, причем, как показывает опыт, попытки самостоятельного освоения столь большого объема материала далеко не всегда бывают успешными. Как правило, отставание ученика можно решать путем приглашения его на занятия “кафедры”, где с ним могут заниматься либо консультанты, либо учитель, но задача работы “кафедры” -- работа на опережение, а не наверстывание пропущенного.

Другой серьезной проблемой работы по технологии “погружения” является отсутствие подходящих учебников. Большинство учебников рассчитано на поурочную подачу материала и не могут соответствовать требованиям “погружения”, ибо они для этого не предназначены. Это приводит либо к поверхностному знакомству с учебником, либо вовсе к отказу пользоваться им. Опыт показывает, что это негативно сказывается на умении ученика самостоятельно работать с учебной книгой.

Третьим серьезным недостатком является отсутствие серьезного обоснованного исследования, позволяющего с уверенностью сказать, через какой промежуток времени имеет смысл снова “погружаться” в предмет.

Основная идея линейного погружения, в отличие от концентрического, заключается в однократном в течении года изучении одного материала с сохранением принципа концентрации, то есть объединения уроков в блоки, сокращения числа параллельно изучаемых дисциплин в течение учебного дня, недели, семестра. Обращение к одному и тому же учебному материалу в рамках одного учебного дня осуществляется неоднократно.

Вторая модель концентрированного обучения предусматривает укрупнение учебной информации в течение дня по двум одновременно изучаемым дисциплинам. Основной организационной единицей учебного процесса при такой модели является учебный блок.

Г.Ибрагимов описывает двухпредметную систему, применяемую учителями средней школы № 133 г. Казани. “Учебный день состоит из двух учебных блоков, с интервалом между ними в 40 минут. Продолжительность блока -- 120 минут (4 урока по 30 минут), перемены между уроками внутри блока -- по 10 минут” [3--С.29]. Перерыв используется для прогулок, отдыха, обеда. Внутренняя структура учебного блока соответствует требованию единства содержания при многообразии форм уроков и имеет следующий вид: 1) Лекция: Троекратное вариативное концентричное объяснение крупного блока учебного материала, соответствующего по объему трем “обычным” урокам при помощи готового опорного конспекта; 2) Самопогружение: Самостоятельная работа учащихся с учебником по заданному учителем плану. Учитель работает в режиме индивидуальных консультаций. Фронтальная работа по контрольным вопросам; 3) Практическое занятие: Самостоятельное или совместное с педагогом выполнение заданий, указанных на доске; 4) Зачет: Выполнение учениками теста из пяти вопросов с выбором ответа. Результаты заносятся учеником в специальную многоразовую карту. Взаимоконтроль в виде взаимопроверки по предложенным педагогом эталонным ответам с последующим оцениванием работы.

По мнению Г.Ибрагимова [Там же, с.30-31], подробно изучавшего двухпредметную систему концентрированного обучения, данная система имеет следующие преимущества: 1) обеспечивает углубленное и прочное усвоение учащимися целостных, относительно завершенных блоков изучаемого материала; 2) становится возможной подлинная дифференциация и индивидуализация обучения; 3) благотворно влияет на мотивацию учения; 4) способствует созданию благоприятного психологического климата; 5) формирует у учащихся способность к саморегуляции деятельности, ее самооценке, развивает навыки сотрудничества и делового общения; 6) учитель имеет гораздо большие возможности для выявления причин затруднений в учении, особенностей работоспособности каждого учащегося.

Так же проходили апробацию другие виды концентрированного обучения, не подпадающие под данную классификацию, например так называемое тематическое “погружение” или “погружение” в образ, то есть “не в один отдельно взятый предмет, а в одну большую тему, охватывающую все предметы, или, вернее будет сказано, когда все предметы работают на один цельный образ” [7-- С.64].

1.2 Учебный блок в технологии концентрированного обучения

Учебный блок является основной учебно-организационной единицей при концентрированном обучении. Он представляет собой совокупность взаимосвязанных форм организации обучения, в которых последовательно и единовременно осуществляется сознательное усвоение учащимися учебного материала, формирование в единстве знаний и умений, развитие творческих способностей учащихся. Структура учебного блока включает следующую последовательность форм: лекция - самостоятельная работа - практическое занятие - зачет.

На лекции ведущая форма обучения - фронтальная. Общий метод обучения - монологический, сочетающий в себе информационный и объяснительный методы преподавания, которые реализуются через сообщение, разъяснение, демонстрацию, показ, постановку информационных и проблемных вопросов и т. д. Материал лекции может быть оформлен в виде опорного конспекта.

При самостоятельной работе учащиеся более углубленно осваивают учебную информацию в виде работы с учебниками и учебными пособиями, у них формируются умения выделять главное в прочитанном, устанавливать причинно-следственные связи, планировать свою деятельность. Задания по работе с книгой должны быть разнообразными, начиная от комментированного чтения и кончая выполнением заданий на основе прочитанной литературы: составление плана изложенного учебного материала, подбор выписок из литературы по заданным вопросам, конспектирование текста, составление таблиц или их заполнение.

Цель практической работы заключается в формировании умений применять знания на практике. При разработке и проведении практической работы составляется алгоритм ее выполнения, используются инструкционные карты.

На зачете - последнем этапе блока - проверяется степень усвоения основных понятий и ведущих идей, формирование навыков умений, специальных и общих умений. При этом активно применяются самоконтроль, взаимооценка и самооценка. Зачет может проводиться в виде теста, который подразумевает испытание обучаемого с целью выявления уровня знаний и умений. Существуют тесты трех уровней усвоения. Тесты первого уровня проводятся для проверки уровня усвоения учебной информации изучаемого объекта, в которых выполняется алгоритмическая репродуктивная деятельность с подсказкой, так как ответ содержится в самом задании. В тестах данного уровня выполняется выбор ответа из альтернативы «да»- «нет». В тесты второго уровня включены специальные задания для проверки знаний, позволяющие воспроизводить информацию по изучаемой теме без опоры на помощь и подсказку извне. Тестами третьего уровня являются нетиповые задачи, требующие эвристической деятельности по применению знаний на практике. Решение задачи третьего уровня состоит в сведении ее к типовой задаче путем преобразования известных формул или нахождения алгоритма решения. Материалом для создания тестов третьего уровня могут быть задачи с межпредметными связями.

ethernet учебный блок концентрированное обучение

2. Практическая часть

2.1 В курсовой работе при создании учебных блоков по дисциплине использованы следующие средства

Первый учебный блок: традиционная форма лекции, самостоятельная работа - анализ двух различных способов структурирования компьютерной сети, практическая работа - задания на структурирование компьютерных сетей, зачет - тест 2 уровня.

Второй учебный блок: традиционная форма лекции, самостоятельная работа - изучение технологий Ethernet, построенных на основе коаксиального и волоконно-оптического кабелей, практическая работа - решение задач по расчету сетей технологии Ethernet, зачет - тест 2 уровня.

Третий учебный блок: традиционная форма лекции, самостоятельная работа - рассмотрение технологий …, практическая работа - лабораторная работа по теме «Обжим кабеля UTP категории 3», зачет - тест 2 уровня.

2.2 Учебный блок по теме «Использование масок в ip-сетях

2.2.1.Лекция

Использование масок в IP-адресации

Традиционная схема деления IP-адреса на номер сети и номер узла основана на понятии класса, который определяется значениями нескольких первых бит адреса. Именно потому, что первый байт адреса 185.23.44.206 попадает в диапазон 128-191, мы можем сказать, что этот адрес относится к классу В, а значит, номером сети являются первые два байта, дополненные двумя нулевыми байтами - 185.23.0.0, а номером узла - 0.0.44.206.

А что если использовать какой-либо другой признак, с помощью которого можно было, бы более гибко устанавливать границу между номером сети и номером узла? В качестве такого признака сейчас получили широкое распространение маски. Маска - это число, которое используется в паре с IP-адресом; двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые должны в IP-адресе интерпретироваться как номер сети. Поскольку номер сети является цельной частью адреса, единицы в маске также должны представлять непрерывную последовательность.

Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:

· класс А - 11111111. 00000000. 00000000. 00000000 (255.0.0.0);

· класс В - 11111111. 11111111. 00000000. 00000000 (255.255.0.0);

· класс С-11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0).

ПРИМЕЧАНИЕ Для записи масок используются и другие форматы, например, удобно интерпретировать значение маски, записанной в шестнадцатеричном коде: FF.FF.OO.OO - маска для адресов класса В. Часто встречается и такое обозначение 185.23.44.206/16 - эта запись говорит о том, что маска для этого адреса содержит 16 единиц или что в указанном IP-адресе под номер сети отведено 16 двоичных разрядов.

Снабжая каждый IP-адрес маской, можно отказаться от понятий классов адресов и сделать более гибкой систему адресации. Например, если рассмотренный выше адрес 185.23.44.206 ассоциировать с маской 255.255.255.0, то номером сети будет 185.23.44.0, а не 185.23.0.0, как это определено системой классов.

В масках количество единиц в последовательности, определяющей границу номера сети, не обязательно должно быть кратным 8, чтобы повторять деление адреса на байты. Пусть, например, для IP-адреса 129.64.134.5 указана маска 255.255.128.0, то есть в двоичном виде:

IP-адрес 129.64.134.5 - 10000001. 01000000.10000110. 00000101

Маска 255.255.128.0 - 11111111.11111111.10000000. 00000000

Если игнорировать маску, то в соответствии с системой классов адрес 129.64.134.5 относится к классу В, а значит, номером сети являются первые 2 байта - 129.64.0.0, а номером узла - 0.0.134.5.

Если же использовать для определения границы номера сети маску, то 17 последовательных единиц в маске, «наложенные» на IP-адрес, определяют в качестве номера сети в двоичном выражении число:

10000001. 01000000. 10000000. 00000000 или в десятичной форме записи - номер сети 129.64.128.0, а номер узла 0.0.6.5.

Механизм масок широко распространен в IP-маршрутизации, причем маски могут использоваться для самых разных целей. С их помощью администратор может структурировать свою сеть, не требуя от поставщика услуг дополнительных номеров сетей. На основе этого же механизма поставщики услуг могут объединять адресные пространства нескольких сетей путем введения так называемых «префиксов» с целью уменьшения объема таблиц маршрутизации и повышения за счет этого производительности маршрутизаторов.

Использование масок для структуризации сети

Часто администраторы сетей испытывают неудобства из-за того, что количество централизованно выделенных им номеров сетей недостаточно для того, чтобы структурировать сеть надлежащим образом, например разместить все слабо взаимодействующие компьютеры по разным сетям. В такой ситуации возможны два пути. Первый из них связан с получением от InterNIC или поставщика услуг Internet дополнительных номеров сетей. Второй способ, употребляющийся чаще, связан с использованием технологии масок, которая позволяет разделять одну сеть на несколько сетей.

Допустим, администратор получил в свое распоряжение адрес класса В: 129.44.0.0. Он может организовать сеть с большим числом узлов, номера которых он может брать из диапазона 0.0.0.1-0.0.255.254 (с учетом того, что адреса из одних нулей и одних единиц имеют специальное назначение и не годятся для адресации узлов). Однако ему не нужна одна большая неструктурированная сеть, производственная необходимость диктует администратору другое решение, в соответствии с которым сеть должна быть разделена на три отдельных подсети, при этом трафик в каждой подсети должен быть надежно локализован. Это позволит легче диагностировать сеть и проводить в каждой из подсетей особую политику безопасности.

Посмотрим, как решается эта проблема путем использования механизма масок.

Итак, номер сети, который администратор получил от поставщика услуг, - 129.44.0.0 (10000001 00101100 00000000 00000000). В качестве маски было выбрано значение 255.255.192.0 (111111111111111111000000 00000000). После наложения маски на этот адрес число разрядов, интерпретируемых как номер сети, увеличилось с 16 (стандартная длина поля номера сети для класса В) до 18 (число единиц в маске), то есть администратор получил возможность использовать для нумерации подсетей два дополнительных бита. Это позволяет ему сделать из одного, централизованно заданного ему номера сети, четыре:

129.44.0.0 (10000001 00101100 00000000 00000000)

129.44.64.0 (10000001 00101100 01000000 00000000)

129.44.128.0 (10000001 00101100 10000000 00000000)

129.44.192.0 (10000001 00101100 11000000 00000000)

Два дополнительных последних бита в номере сети часто интерпретируются как номера подсетей (subnet), и тогда четыре перечисленных выше подсети имеют номера 0 (00), 1 (01), 2 (10) и 3 (11) соответственно.

2.2.2.Самостоятельная работа

Пример 1

В результате использования масок была предложена следующая схема распределения адресного пространства (см. рис.).

Разделение адресного пространства сети класса В 129.44.0.0 на четыре равные части путем использования масок одинаковой длины 255.255.192.0

Сеть, получившаяся в результате проведенной структуризации, показана на рисунке. Весь трафик во внутреннюю сеть 129.44.0.0, направляемый из внешней сети, поступает через маршрутизатор Ml. В целях структуризации информационных потоков во внутренней сети установлен дополнительный маршрутизатор М2.

Все узлы были распределены по трем разным сетям, которым были присвоены номера 129.44.0.0, 129.44.64.0 и 129.44.128.0 и маски одинаковой длины - 255.255.192.0. Каждая из вновь образованных сетей была подключена к соответственно сконфигурированным портам внутреннего маршрутизатора М2. Кроме того, еще одна сеть (номер 129.44.192.0, маска 255.255.192.0) была выделена для создания соединения между внешним и внутренним маршрутизаторами. Особо отметим, что в этой сети для адресации узлов были заняты всего два адреса 129.44.192.1 (порт маршрутизатора М2) и 129.44.192.2 (порт маршрутизатора Ml), еще два адреса 129.44.192.0 и 129.44.192.255 являются особыми адресами. Следовательно, огромное число узлов (214 - 4) в этой подсети никак не используются.

Пример 2

Разделение адресного пространства сети класса В 129.44.0.0 на сети разного размера путем использования масок переменной длины



Половина из имеющихся адресов (215) была отведена для создания сети с адресом 129.44.0.0 и маской 255.255.128.0. Следующая порция адресов, составляющая четверть всего адресного пространства (214), была назначена для сети 129.44.128.0 с маской 255.255.192.0. Далее в пространстве адресов был «вырезан» небольшой фрагмент для создания сети, предназначенной для связывания внутреннего маршрутизатора М2 с внешним маршрутизатором Ml.

В IP-адресе такой вырожденной сети для поля номера узла как минимум должны быть отведены два двоичных разряда. Из четырех возможных комбинаций номеров узлов: 00, 01,10 и 11 два номера имеют специальное назначение и не могут быть присвоены узлам, но оставшиеся два 10 и 01 позволяет адресовать порты маршрутизаторов. В нашем примере сеть была выбрана с некоторым запасом - на 8 узлов. Поле номера узла в таком случае имеет 3 двоичных разряда, маска в десятичной нотации имеет вид 255.255.255.248, а номер сети, как видно из рис. 5.17, равен в данном конкретном случае 129.44.192.0. Если эта сеть является локальной, то на ней могут быть расположены четыре узла помимо двух портов маршуртизаторов.

2.2.3 Практическая работа

Задание 1. Разбить сеть 128.10.0.0 с маской 8 на 6 подсетей при помощи масок постоянной длины.

Задание 2. Разбить сеть 192.64.0.0 с маской 10 на 3 подсети при помощи масок переменной длины.

Задание 3. Разбить сеть 240.0.0.0 с маской 8 на 12 подсетей при помощи масок постоянной длины.

Задание 4. Разбить сеть 120.48.64.0 с маской 19 на 5 подсетей при помощи масок переменной длины.

Задание 5. Разбить сеть 248.128.0.0 с маской 12 на 4 подсети при помощи масок переменной длины.

Задание 6. Разбить сеть 96.16.0.0 с маской 8 на 10 подсетей при помощи масок постоянной длины.

Задание 7. Разбить сеть 112.0.0.0 с маской 6 на 7 подсетей при помощи масок постоянной длины.

Задание 8. Разбить сеть 160.96.0.0 с маской 8 на 20 подсетей при помощи масок переменной длины.

2.2.4 Зачет

Тест тематического контроля по дисциплине «Компьютерные сети»

Цель тестирования: Тест предназначен для контроля качества усвоения знаний и умений по теме «Использование масок в ip-адресации».

После изучения темы учащийся должен знать:

- основные определения по теме;

- способы структурирования сетей с помощью механизма масок

и уметь:

- применять усвоенные знания по структурированию на практике

Тест состоит из 5 тестовых заданий, в которых вы должны выбрать один правильный ответ из предложенных.

Выберите правильный вариант ответа.

1.СЕТЬ 120.0.0.0 ПРИНАДЛЕЖИТ К КЛАССУ

A. A

B. B

C. C

D. D

2.В СЕТИ КЛАССА В 140.128.8.0 АДРЕС УЗЛА

A. 128.8.0

B. 8.0

C. 0

3.В СЕТИ 240.80.16.24 С МАСКОЙ 255.0.0.0 АДРЕС СЕТИ

A. 240.80.16

B. 240.80

C. 240

4.ЧИСЛО, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ В ПАРЕ С IP-АДРЕСОМ

A. Адрес сети

B. Адрес узла

C. Маска

D. МАС-адрес

5.КОЛИЧЕСТВО БИТ В МАСКЕ

A. 8

B. 16

C. 24

D. 32

2.3 Спецификации физической среды Ethernet

2.3.1 Лекция

Исторически первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0,5 дюйма. В дальнейшем были определены и другие спецификации физического уровня для стандарта Ethernet, позволяющие использовать различные среды передачи данных. Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды технологии Ethernet 10 Мбит/с.

Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных.

· l0Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма, называемый «толстым» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 500 метров (без повторителей).

· l0Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый «тонким» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).

· l0Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию на основе концентратора. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м.

· l0Base-F - волоконно-оптический кабель. Топология аналогична топологии стандарта l0Base-T. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL (расстояние до 1000 м), l0Base-FL (расстояние до 2000 м), l0Base-FB (расстояние до 2000 м).

Число 10 в указанных выше названиях обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов - 10 Мбит/с, а слово Base - метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от методов, использующих несколько несущих частот, которые называются Broadband - широкополосными). Последний символ в названии стандарта физического уровня обозначает тип кабеля.

Стандарт 10Bаse-T

Стандарт принят в 1991 году, как дополнение к существующему набору стандартов Ethernet, и имеет обозначение 802.3L

Сети 10Base-T используют в качестве среды две неэкранированные витые пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Многопарный кабель на основе неэкранированной витой пары категории 3 (категория определяет полосу пропускания кабеля, величину перекрестных наводок NEXT и некоторые другие параметры его качества) телефонные компании уже достаточно давно использовали для подключения телефонных аппаратов внутри зданий. Этот кабель носит также название Voice Grade, говорящее о том, что он предназначен для передачи голоса.

Идея приспособить этот популярный вид кабеля для построения локальных сетей оказалась очень плодотворной, так как многие здания уже были оснащены нужной кабельной системой. Оставалось разработать способ подключения сетевых адаптеров и прочего коммуникационного оборудования к витой паре таким образом, чтобы изменения в сетевых адаптерах и программном обеспечении сетевых операционных систем были бы минимальными по сравнению с сетями Ethernet на коаксиале. Это удалось, поэтому переход на витую пару требует только замены трансивера сетевого адаптера или порта маршрутизатора, а метод доступа и все протоколы канального уровня остались теми же, что и в сетях Ethernet на коаксиале.

Конечные узлы соединяются по топологии «точка-точка» со специальным устройством - многопортовым повторителем с помощью двух витых пар. Одна витая пара требуется для передачи данных от станции к повторителю (выход Тх сетевого адаптера), а другая - для передачи данных от повторителя к станции (вход Rх сетевого адаптера). На рисунке показан пример трехпортового повторителя. Повторитель принимает сигналы от одного из конечных узлов и синхронно передает их на все свои остальные порты, кроме того, с которого поступили сигналы.

Сеть стандарта 10Bаse-T: Тх - передатчик; Rх - приемник

Многопортовые повторители в данном случае обычно называются концентраторами (англоязычные термины - hub или concentrator). Концентратор осуществляет функции повторителя сигналов на всех отрезках витых пар, подключенных к его портам, так что образуется единая среда передачи данных - логический моноканал (логическая общая шина). Повторитель обнаруживает коллизию в сегменте в случае одновременной передачи сигналов по нескольким своим Rх -входам и посылает jam-последовательность на все свои Тх - выходы. Стандарт определяет битовую скорость передачи данных 10 Мбит/с и максимальное расстояние отрезка витой пары между двумя непосредственно связанными узлами (станциями и концентраторами) не более 100 м при наличии витой пары качества не ниже категории 3. Это расстояние определяется полосой пропускания витой пары - на длине 100 м она позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/с при использовании манчестерского кода.

Концентраторы 10Base-T можно соединять друг с другом с помощью тех же портов, которые предназначены для подключения конечных узлов. При этом нужно позаботиться о том, чтобы передатчик и приемник одного порта были соединены соответственно с приемником и передатчиком другого порта.

Для обеспечения синхронизации станций при реализации процедур доступа CSMA/CD и надежного распознавания станциями коллизий в стандарте определено максимально число концентраторов между любыми двумя станциями сети, а именно 4. Это правило носит название «правила 4-х хабов» и оно заменяет «правило 5-4-3», применяемое к коаксиальным сетям. При создании сети 10Base-T с большим числом станций концентраторы можно соединять друг с другом иерархическим способом, образуя древовидную структуру

Иерархическое соединение концентраторов Ethernet

ВНИМАНИЕ Петлевидное соединение концентраторов в стандарте 10Ваsе-Т запрещено, так как оно приводит к некорректной работе сети. Это требование означает, что в сети 10Вазе-Т не разрешается создавать параллельные каналы связи между критически важными концентраторами для резервирования связей на случай отказа порта, концентратора или кабеля, Резервирование связей возможно только за счет перевода одной из параллельных связей в неактивное (заблокированное) состояние.

Общее количество станций в сети 10Base-T не должно превышать общего предела в 1024, и для данного типа физического уровня это количество действительно можно достичь. Для этого достаточно создать двухуровневую иерархию концентраторов, расположив на нижнем уровне достаточное количество концентраторов с общим количеством портов 1024. Конечные узлы нужно подключить к портам концентраторов нижнего уровня. Правило 4-х хабов при этом выполняется - между любыми конечными узлами будет ровно 3 концентратора.

Схема с максимальным количеством станций

Максимальная длина сети в 2500 м здесь понимается как максимальное расстояние между любыми двумя конечными узлами сети (часто применяется также термин «максимальный диаметр сети»). Очевидно, что если между любыми двумя узлами сети не должно быть больше 4-х повторителей, то максимальный диаметр сети 10Base-T составляет 5*100 = 500 м.

Сети, построенные на основе стандарта 10Base-T, обладают по сравнению с коаксиальными вариантами Ethernet многими преимуществами. Эти преимущества связаны с разделением общего физического кабеля на отдельные кабельные отрезки, подключенные к центральному коммуникационному устройству. И хотя логически эти отрезки по-прежнему образуют общую разделяемую среду, их физическое разделение позволяет контролировать их состояние и отключать в случае обрыва, короткого замыкания или неисправности сетевого адаптера на индивидуальной основе. Это обстоятельство существенно облегчает эксплуатацию больших сетей Ethernet, так как концентратор обычно автоматически выполняет такие функции, уведомляя при этом администратора сети о возникшей проблеме.

В стандарте 10Base-T определена процедура тестирования физической работоспособности двух отрезков витой пары, соединяющих трансивер конечного узла и порт повторителя. Эта процедура называется тестом связности (link test), и она основана на передаче каждые 16 мс специальных импульсов J и К манчестерского кода между передатчиком и приемником каждой витой пары. Если тест не проходит,, то порт блокируется и отключает проблемный узел от сети. Так как коды} и К являются запрещенными при передаче кадров, то тестовые последовательности не влияют на работу алгоритма доступа к среде.

Появление между конечными узлами активного устройства, которое может контролировать работу узлов и изолировать от сети некорректно работающие, является главным преимуществом технологии l0Base-T по сравнению со сложными в эксплуатации коаксиальными сетями. Благодаря концентраторам сеть Ethernet приобрела некоторые черты отказоустойчивой системы.

2.3.2 Самостоятельная работа

Самостоятельное рассмотрение и конспектирование учебного материала по темам: Оптоволоконный «Ethernet», «Стандарт 10Base-2», «Стандарт 10Base-5»

2.3.3 Практическая работа

Дана схема размещения компьютеров в помещениях некоторой организации (см. в таблице ниже). Изобразите подключение компьютеров, расположение основных сетевых компонентов согласно стандартной технологии:

10Base2;

10BaseT;

В каждом из случаев рассчитайте необходимое количество коннекторов, сетевых плат, дополнительного сетевого оборудования. Укажите тип и основные характеристики кабелей, которые будут использоваться для построения кабельной системы.

Вариант	Схема помещений
1
2
3
4
5
6
7

2.3.4 Зачет

Тест тематического контроля по дисциплине «Компьютерные сети»

Цель тестирования: Тест предназначен для контроля качества усвоения знаний и умений по теме «Спецификации физической среды Ethernet».

После изучения темы учащийся должен знать:

- основные определения по теме;

- способы организации сетей с помощью различных технологий Ethernet

и уметь:

- применять усвоенные знания на практике

Тест состоит из 5 тестовых заданий, в которых вы должны выбрать один правильный ответ из предложенных.

Выберите правильный вариант ответа.

1.СКОРОСТ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СЕТЯХ Ethernet

A. 1 МБ/С

B. 10 МБ/С

C. 100 МБ/С

D. 1000 МБ/С

2. МАКСИМАЛЬНАЯ ДЛИНА «ТОЛСТОГО» КОАКСИАЛА

A. 100 М

B. 185 М

C. 500 М

D. 1000 М

3. ОБЩЕЕ КОЛИЧЕСТВО СТАНЦИЙ В СТАНДАРТЕ 10Base-T НЕ ДОЛЖНО ПРЕВЫШАТЬ

A. 100

B. 512

C. 1024

D. 2048

4. БАЗОВОЙ ЧАСТОТОЙ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИИ Ethernet ЯВЛЯЕТСЯ

A. 1 МГц

B. 10 МГц

C. 100 МГц

5. МАКСИМАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР СЕТИ 10Base-T

A. 100 М

B. 200 М

C. 300 М

D. 400 М

E. 500 М

2.4 Fast Ethernet как развитие технологии Ethernet

2.4.1 Лекция

Классический 10-мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей на протяжении около 15 лет. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться его недостаточная пропускная способность. Для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 канала «память-диск», и это хорошо согласовывалось с соотношением объемов данных, обрабатываемых локально, и данных, передаваемых по сети. Для более мощных клиентских станций с шиной PCI (133 Мбайт/с) эта доля упала до 1/133, что было явно недостаточно. Поэтому многие сегменты 10-мегабитного Ethernet стали перегруженными, реакция серверов в них значительно упала, а частота возникновения коллизий существенно возросла, еще более снижая полезную пропускную способность.

Назрела необходимость в разработке «нового» Ethernet, то есть технологии, которая была бы такой же эффективной по соотношению цена/качество при производительности 100 Мбит/с. В результате поисков и исследований специалисты разделились на два лагеря, что в конце концов привело к появлению двух новых технологий - Fast Ethernet и l00VG-AnyLAN. Они отличаются степенью преемственности с классическим Ethernet.

В центре дискуссий была проблема сохранения случайного метода доступа CSMA/CD. Предложение Fast Ethernet Alliance сохраняло этот метод и тем самым обеспечивало преемственность и согласованность сетей 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Коалиция HP и AT&T, которая имела поддержку значительно меньшего числа производителей в сетевой индустрии, чем Fast Ethernet Alliance, предложила совершенно новый метод доступа, названный Demand Priority - приоритетный доступ по требованию. Он существенно менял картину поведения узлов в сети, поэтому не смог вписаться в технологию Ethernet и стандарт 802.3, и для его стандартизации был организован новый комитет IEEE 802.12

Физический уровень технологии Fast Ethernet

Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне (рис. 3.20). Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же, и их описывают прежние главы стандартов 802.3 и 802.2. Поэтому рассматривая технологию Fast Ethernet, мы будем изучать только несколько вариантов ее физического уровня.

Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызвана тем, что в ней используются три варианта кабельных систем:

· волоконно-оптический многомодовый кабель, используются два волокна;

· витая пара категории 5, используются две пары;

· витая пара категории 3, используются четыре пары.



Коаксиальный кабель, давший миру первую сеть Ethernet, в число разрешенных сред передачи данных новой технологии Fast Ethernet не попал. Это общая тенденция многих новых технологий, поскольку на небольших расстояниях витая пара категории 5 позволяет передавать данные с той же скоростью, что и коаксиальный кабель, но сеть получается более дешевой и удобной в эксплуатации. На больших расстояниях оптическое волокно обладает гораздо более широкой полосой пропускания, чем коаксиал, а стоимость сети получается ненамного выше, особенно если учесть высокие затраты на поиск и устранение неисправностей в крупной кабельной коаксиальной системе.

Отказ от коаксиального кабеля привел к тому, что сети Fast Ethernet всегда имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах, как и сети l0Base-T/l0Base-F. Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети примерно до 200 м, что объясняется уменьшением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз по сравнению с 10-мегабитным Ethernet.

Тем не менее это обстоятельство не очень препятствует построению крупных сетей на технологии Fast Ethernet. Дело в том, что середина 90-х годов отмечена не только широким распространением недорогих высокоскоростных технологий, но и бурным развитием локальных сетей на основе коммутаторов. При использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в полнодуплексном режиме, в котором нет ограничений на общую длину сети, а остаются только ограничения на длину физических сегментов, соединяющих соседние устройства (адаптер - коммутатор или коммутатор - коммутатор). Поэтому при создании магистралей локальных сетей большой протяженности технология Fast Ethernet также активно, применяется, но только в полнодуплексном варианте, совместно с коммутаторами.

По сравнению с вариантами физической реализации Ethernet (а их насчитывается шесть), в Fast Ethernet отличия каждого варианта от других глубже - меняется как количество проводников, так и методы кодирования. А так как физические варианты Fast Ethernet создавались одновременно, а не эволюционно, как для сетей Ethernet, то имелась возможность детально определить те подуровни физического уровня, которые не изменяются от варианта к варианту, и те подуровни, которые специфичны для каждого варианта физической среды.

Официальный стандарт 802.3и установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet и дал им следующие названия (рис. 3.21):

· 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP Type 1;

· 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5;

· 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два волокна.

Для всех трех стандартов справедливы следующие утверждения и характеристики.

· Форматы кадров технологии Fast Ethernetee отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитного Ethernet.

· Межкадровый интервал (IPG) равен 0,96 мкс, а битовый интервал равен 10 нс. Все временные параметры алгоритма доступа (интервал отсрочки, время передачи кадра минимальной длины и т. п.), измеренные в битовых интервалах, остались прежними, поэтому изменения в разделы стандарта, касающиеся уровня MAC, не вносились.

· Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle соответствующего избыточного кода (а не отсутствие сигналов, как в стандартах Ethernet 10 Мбит/с). Физический уровень включает три элемента:

o уровень согласования (reconciliation sublayer);

o независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, Mil);

o устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс AUI, смог работать с физическим уровнем через интерфейс МП.

Устройство физического уровня (PHY) состоит, в свою очередь, из нескольких подуровней:

· подуровня логического кодирование данных, преобразующего поступающие от уровня MAC байты в символы кода 4В/5В или 8В/6Т (оба кода используются в технологии Fast Ethernet);

· подуровней физического присоединения и подуровня зависимости от физической среды (PMD), которые обеспечивают формирование сигналов в соответствии с методом физического кодирования, например NRZI или MLT-3;

· подуровня автопереговоров, который позволяет двум взаимодействующим портам автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы, например, полудуплексный или полнодуплексный (этот подуровень является факультативным).

Интерфейс МП поддерживает независимый от физической среды способ обмена данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY. Этот интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet за исключением того, что интерфейс AUI располагался между подуровнем физического кодирования сигнала (для любых вариантов кабеля использовался одинаковый метод физического кодирования - манчестерский код) и подуровнем физического присоединения к среде, а интерфейс МП располагается между подуровнем MAC и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три - FX, ТХ и Т4.

Разъем МП в отличие от разъема AUI имеет 40 контактов, максимальная длина кабеля МП составляет один метр. Сигналы, передаваемые по интерфейсу МП, имеют амплитуду 5 В.

Физический уровень 100Base-T4 - витая пара UTP Cat 3, четыре пары

Спецификация 100Base-T4 была разработана для того, чтобы можно было использовать для высокоскоростного Ethernet имеющуюся проводку на витой паре категории 3. Эта спецификация позволяет повысить общую пропускную способность за счет одновременной передачи потоков бит по всем 4 парам кабеля.

Спецификация 100Base-T4 появилась позже других спецификаций физического уровня Fast Ethernet. Разработчики этой технологии в первую очередь хотели создать физические спецификации, наиболее близкие к спецификациям l0Base-T и l0Base-F, которые работали на двух линиях передачи данных: двух парах или двух волокнах. Для реализации работы по двум витым парам пришлось перейти на более качественный кабель категории 5.

В то же время разработчики конкурирующей технологии l00VG-AnyLAN изначально сделали ставку на работу по витой паре категории 3; самое главное преимущество состояло не столько в стоимости, а в том, что она была уже проложена в подавляющем числе зданий. Поэтому после выпуска спецификаций l00Base-TX и l00Base-FX разработчики технологии Fast Ethernet реализовали свой вариант физического уровня для витой пары категории 3.

Вместо кодирования 4В/5В в этом методе используется кодирование 8В/6Т, которое обладает более узким спектром сигнала и при скорости 33 Мбит/с укладывается в полосу 16 МГц витой пары категории 3 (при кодировании 4В/5В спектр сигнала в эту полосу не укладывается). Каждые 8 бит информации уровня MAC кодируются 6-ю троичными цифрами (ternary symbols), то есть цифрами, имеющими три состояния. Каждая троичная цифра имеет длительность 40 нс. Группа из 6-ти троичных цифр затем передается на одну из трех передающих витых пар, независимо и последовательно.

Четвертая пара всегда используется для прослушивания несущей частоты в целях обнаружения коллизии. Скорость передачи данных по каждой из трех передающих пар равна 33,3 Мбит/с, поэтому общая скорость протокола 100Base-T4 составляет 100 Мбит/с. В то же время из-за принятого способа кодирования скорость изменения сигнала на каждой паре равна всего 25 Мбод, что и позволяет использовать витую пару категории 3.

На рис. 3.23 показано соединение порта MDI сетевого адаптера 100Base-T4 с портом MDI-X концентратора (приставка Х говорит о том, что у этого разъема присоединения приемника и передатчика меняются парами кабеля по сравнению с разъемом сетевого адаптера, что позволяет проще соединять пары проводов в кабеле - без перекрещивания). Пара 1-2 всегда требуется для передачи данных от порта MDI к порту MDI-X, пара 3-6 -для приема данных портом MDI от порта MDI-X, а пары 4-5 и 7-8 являются двунаправленными и используются как для приема, так и для передачи, в зависимости от потребности.

2.4.2 Самостоятельная работа

Самостоятельное рассмотрение и конспектирование учебного материала по темам: «Физический уровень 100Base-FX - многомодовое оптоволокно, два волокна», «Физический уровень 100Base-TX - витая пара DTP Cat 5 или STP Type 1, две пары».

2.4.3 Практическая работа

Тема: Обжим кабеля UTP категории 3.

Цель: Сформировать у учащихся навыки и умения по обжиму кабеля UTP категории 3.

Перечень необходимого оборудования: кабель UTP категории 3, коннекторы RJ-45, кусачки, обжимные щипцы.

Краткие теоретические сведения: в технологии 100Base-T4 для передачи данных используются четыре витые пары UTP категории 3. Проводники имеют цветовую маркировку. На рисунке показана схема расположения проводников, где они расположены следующим образом: 1- красно-белый, 2 - красный, 3 - бело-зеленый, 4 - синий, 5 - бело-синий, 6 - зеленый, 7 - бело-коричневый, 8 - коричневый

№	Содержание задания	Метод исследования	Операция и способ выполнения	Контроль
1	Снятие изоляции		Аккуратно, не повреждая изоляции проводников надрезаем и снимаем общую изоляцию на 3-4 см от конца кабеля	Проверяются повреждения на проводниках и длина очищенного участка
2	Подготовка к обжиму		Проводники выпрямляются, раскладываются в соответствии со схемой (см рис.) и обрезаются до длины 1,5-2 см.	Проверяется правильность раскладки, длина проводников и кромка среза.
3	Обжим		Проводники помещаются в коннектор и он зажимается в обжимных щипцах	Проверяется прочность обжима, кабель тестируется на прохождение сигнала.

2.4.4 Зачет

Тест тематического контроля по дисциплине «Компьютерные сети»

Цель тестирования: Тест предназначен для контроля качества усвоения знаний и умений по теме «Fast Ethernet как развитие технологии Ethernet».

После изучения темы учащийся должен знать:

- основные определения по теме;

- основные характеристики сетей, построенных по технологиям Fast Ethernet

и уметь:

- применять усвоенные знания на практике

Тест состоит из 5 тестовых заданий, в которых вы должны выбрать один правильный ответ из предложенных.

Выберите правильный вариант ответа.

1.СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СЕТЯХ Fast Ethernet

A. 1 МБ/С

B. 10 МБ/С

C. 100 МБ/С

D. 1000 МБ/С

2.ТЕХНОЛОГИЯ 100Base-T4 ПОДДЕРЖИВАЕТ ТИПЫ КАБЕЛЕЙ

A. UTP кат. 5

B. UTP кат. 3

C. Коаксиальный кабель

D. Оптоволоконный кабель

3.ОСОНОВНОЕ ОТЛИЧИЕ Ethernet ОТ

A. НАДЕЖНОСТЬ

B. ПРОСТОТА

C. СКОРОСТЬ

D. СТОИМОСТЬ

4.ТИП КАБЕЛЯ, НЕ ИСПОЛЬЗКЕМЫЙ В Fast Ethernet

A. Оптоволоконный

B. Коаксиальный

C. Витая пара

5.ТЕХНОЛОГИЯ 100Base-TX ИСПОЛЬЗУЕТ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ

A. 3 пары UTP

B. 2 пары UTP

C. 1 пару UTP

D. 4 пары UTP

Список источников

1. Блонский П.П. Избранные педагогические и психологические сочинения в 2-х т. / Под ред. А.В.Петровского. -- Т. 1. -- М.: Педагогика, 1979. -- 304 с.

2. Гитман Е. Погружение в тему // Народное образование. -- 1997. -- № 9. С. 98-100.

3. Ибрагимов Г. Опыт концентрированного обучения в школе // Народное образование. -- 1993. -- № 4. -- С. 27-31.

4. Щетинин М.П. Погружение // Учит. газета. -- 1987. -- 20 авг. -- С. 3.

5. Щетинин М.П. На пути к человеку // Педагогика наших дней / Сост. В.П.Бедерханова. -- Краснодар: Кн. изд-во, 1989. -- С. 381-401.

6. Олифер Н.А. Компьютерные сети // - СПб.: Питер, 2001. - 672с.

7. Терскова С.А. Тематическое погружение как основа формирования целостного мировоззрения // Методика погружения: за и против. Сб. статей / Под ред. А.А.Остапенко. -- Краснодар: АЭСПК, 1995.

Размещено на Allbest.ru