Аппаратные компоненты компьютерных сетей. Сетевая среда передачи данных

Разработка занятия по предмету “Инфокоммуникационные системы и сети”

Курс: 3-й

Тип занятия: Комбинированный: урок “открытия” новых знаний + практическая работа.

Учебно-методическое обеспечение: 

• Попов И.И., Максимов Н.В. Компьютерные сети: Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования. - М.: ФОРУМИНФРА-М, 2013.
• Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - СПб.: Питер, 2011.
• Таненбаум Э. Компьютерные сети. - Питер, 2011.

Необходимое оборудование и материалы для занятия: компьютерный класс, мультимедийный проектор, экран, презентация; раздаточный материал: инструменты для практического задания: отрезок кабеля “витая пара”, два защитных колпачка, два разъема RJ-45 и обжимной инструмент для этих разъемов;

Приложение: алгоритм выполнения практического задания.

Время реализации урока: 45 мин.

Цель занятия: формирование у учащихся умений реализации новых способов действия, расширение понятийной базы “Аппаратные компоненты компьютерных сетей”;

• познакомить учащихся со стандартами кабелей;
• формирование у учащихся знаний и умений смонтировать разъем RJ-45 на кабель “витая пара”

Планируемые результаты обучения: создание условий для формирования у учащихся УУД:

• Личностные: формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками и взрослыми в процессе образовательной деятельности.
• Метапредметные: развитие умения обращаться к использованию знаково-символических средств; умение анализировать собственную учебную деятельность с позиций соответствия полученных результатов учебной задаче, способам действий.
• Предметные: формирование представления об основных изучаемых понятиях.
• Регулятивные: определение последовательности промежуточных целей с учетом конечного результата; составление плана и последовательности действий.
• Коммуникативные: управление поведением партнера – контроль, коррекция, оценка действий партнера.

Задачи урока:

Образовательные: формировать представление о понятиях “Кабель патч-корд”, “Обжимной инструмент”, “Защитные колпачки”, “Разъемы RJ-45”;

• совершенствовать знания учащихся о сетевой среде передачи данных;
• продолжить формирование  навыков работы с обжимным инструментом, кабелем.

Воспитательные:

• формировать представление о работе монтажника СКС;
• формировать чувство ответственности за результаты своего труда;

Развивающие: развивать у учащихся внимание, память, аккуратность и последовательность в выполнении заданий.

Формы и методы обучения: беседа, презентация, практическая работа, обсуждение.

План занятия

Ход занятия

I. Организационный момент 

Приветствие, создание проблемной ситуации. Фиксация новой учебной задачи.

II. Подготовка к освоению нового материала

Выделение образовательной цели: знакомство с видами сетевых сред передачи данных, стандартами кабелей

III. Изложение нового материала

Прежде, чем приступить к практической деятельности, нам необходимо познакомиться с новым понятиями новыми терминами: стандарты кабелей, физическая передающая среда, локальная вычислительная сеть: коаксиальный кабель, витая пара, оптовое волокно;

Основу любой сети составляет среда передачи (transmission media), соединяющая компьютерные системы друг с другом и служащая для переноса сигналов между ними.

Наиболее часто в качестве среды передачи используются:

1). Медные кабели для пересылки электрических сигналов;

2). Волоконно-оптические кабели для пересылки световых сигналов;

3). Атмосфера для пересылки света или радиоволн.

Выбор среды для передачи должен основываться на следующих критериях:

1) Пропускная способность (частота передачи сигнала);

2) Будущее расширение сети (обычно расширение сети связано с ужесточением требований к сети и увеличением персонала компании);

3) Расстояние между компьютерами (для передачи данных на короткие дистанции прибегают к медным кабелям, при больших расстояниях используют оптоволокно);

4) Допустимый уровень отказоустойчивости (отказоустойчивость — способность системы сохранять работоспособность при критических неисправностях);

5) Окружение (наличие источников электромагнитных и радиочастотных помех).

Таким образом, существует два вида каналов связи: проводные и беспроводные (радио).

Для организации проводных каналов используют три вида кабеля: коаксиальный, витая пара и волоконно-оптический.

 

Рисунок 1

Тонкий коаксиальный кабель состоит из медного проводника, окруженного диэлектрическим монитором, который, в свою очередь, заключен в плетеный металлический экран и далее в защитную пластиковую оболочку. Центральный медный проводник служит для передачи электрического сигнала. Диэлектрик препятствует созданию электромагнитного излучения, сокращая как потери самого канала, так и влияние на него других сигналов. У плетеной оболочки двойное назначение: она используется и как проводник, и как экран. Внешняя пластиковая оболочка обеспечивает защиту кабеля от механического повреждения.

Основные достоинства: нечувствительность к помехам, надежное экранирование, относительно низкая стоимость. Недостатки: слишком сложная конструкция, плохая наращиваемость, низкая надежность, поддерживаемые топологии ограничены 10 Мбит/с Ethernet.

Стоимость одного фута (32,5 см) без разъемов составляет от $ 0,15 до $ 0,50.

Характеристики тонкого коаксиального кабеля:

• передаваемый сигнал — электрический;
• поддерживаемая топология — 10 Мбит/с Ethernet;
• максимальная длина кабеля — 600 футов (185 м);
• минимальная длина кабеля — 1,5 фута (0,5 м);
• максимальное число станций — 30 на один сегмент кабеля;
• максимальное число сегментов — зависит от топологии сети, для 10 Мбит/с Ethernet пять сегментов с повторителями, но только три могут содержать станции;
• максимальная общая длина сегмента — зависит от топологии сети, для 10 Мбит/с Ethernet — 3000 футов (925 м).

Соединители (разъемы) коаксиального кабеля обычно называются BNC-соединителями (от Bayonet Neill - Concealment, штырьковый соединитель Нейла-Концел-мана) и имеют Т-образную форму. Такой соединитель включает центральный контакт с вращающейся цилиндрической головкой и обеспечивает быстрое соединение и разъединение без специальных дополнительных приспособлений.

Кабель “витая пара” содержит четыре пары проводов (т. е. восемь проводников). Каждый проводник имеет пластиковую оболочку с цветовым кодированием, однозначно определяющим проводник в кабеле. Каждая пара проводников скручена для повышения защищенности передаваемых сигналов от внешних помех. Все пары размещаются в общей пластиковой защитной оболочке. В некоторых типах кабелей пары могут быть скручены все вместе.

Рисунок 2

Рисунок 3

В стандарте 568, выпущенном ANSI/EIA (American National Standards Institute/Electronic Industries Association, Американский национальный институт стандартов/Ассоциация электротехнической промышленности), все кабели разделены на три категории (обычно обозначаемые CAT), которые определяют возможную скорость передачи данных (в зависимости от конструкции кабеля). Стандарт определяет все характеристики кабеля — от используемого в кабеле материала до типов соединителей и соединительных блоков для данного типа кабелей.

Установлены следующие категории:

1. САТ1 или 2 — передача звуковых сигналов или низкоскоростная передача данных (например, соединение по модему);
2. САТЗ — передача звуковых сигналов или передача данных со скоростью до 10 Мбит/с;
3. САТ4 — передача звуковых сигналов или передача данных со скоростью до 16 Мбит/с;
4. САТ5 — передача звуковых сигналов или передача данных со скоростью до 100 Мбит/с.

Основные достоинства: широкое распространение, промышленное применение, простота установки, отказоустойчивость, высокая производительность, низкая стоимость. Недостатки: ограниченная длина, слабая помехоустойчивость.

Стоимость кабеля категории САТЗ составляет от $ 0,01 до $ 0,15 за фут, а кабеля категории САТ5 — от $ 0,15 до $ 0,40 за фут.

Характеристики кабеля “витая пара”:

• передаваемый сигнал — электрический;
• поддерживаемая топология— 10,100 Мбит/с и 1 Гбит/с Ethernet, FDDI, ATM;
• максимальная длина кабеля — 325 футов (100 м);
• минимальная длина кабеля — нет;
• максимальное количество станций — две на один кабель, 1024 на один логический сегмент;
• максимальное количество сегментов — зависит от топологии сети, для 10 Мбит/с Ethernet — пять сегментов с повторителями, но только три могут создавать станции;
• максимальная общая длина сегмента — зависит от топологии, для 10 Мбит/с Ethernet и 100VG- ANYLAN — 3000 футов (925 м), для ЮОТх и ЮОТи — 650 футов (200 м), для 1 Гбит/с Ethernet — 165 футов (50 м).

Наиболее часто для соединения кабелей “витая пара” применяются соединители RJ-11 и RJ-45 обжимного типа, установка которых требует специальных инструментов. Шестиконтактные соединители RJ-11 небольшого размера обычно используются в телефонии, восьмиконтактные соединители RJ-45 чуть большего размера — в системах передачи данных.

Рисунок 4

Волоконно-оптический кабель состоит из цилиндрического стеклянного сердечника (ядра) диаметром 62,5 мкм, окруженного оптической оболочкой, защищающей ядро и отражающей свет обратно в ядро. Оптическая оболочка заключена в силовую кевларовую оболочку. Весь кабель имеет дополнительную защитную оболочку из поливинилхлорида. В отличие от тонкого коаксиального кабеля или кабеля “витая пара”, в волоконно-оптическом кабеле для передачи данных используется свет. Источником света обычно служит светоизлучающий диод, формирующий сигнал в видимом инфракрасном диапазоне. На другом конце кабеля устанавливается другой светодиод, принимающий световой сигнал.

Передача света может происходить в одном из двух режимов — одномодовом (single mode) или многомодовом (multimode). Волоконно-оптический кабель для одномодового режима предполагает наличие источника, излучающего импульсы света одной частоты. Передача данных в многомодовом режиме предполагает использование нескольких частот. К недостаткам одномодового режима можно отнести высокую стоимость оконечного оборудования и сложность прокладки, недостаток многомодового режима — дисперсия светового импульса.

Основные достоинства: нечувствительность к помехам, возможность передачи секретной информации, высокая производительность, возможность промышленного использования. Недостатки: трудность установки, высокая стоимость.

Стоимость волоконно-оптического кабеля с соединителями длиной 3 фута (0,9 м) составляет от $ 50 до $ 60, длиной 10 футов — от $ 60 до $ 70.

Характеристики волоконно-оптического кабеля:

• передаваемый сигнал — инфракрасный свет;
• поддерживаемая топология— 10,100 Мбит/с и 1 Гбит/с Ethernet, FDDI, ATM;
• максимальная длина кабеля — 1,2 мили (2000 м);
• минимальная длина кабеля — нет;
• максимальное количество станций — зависит от топологии сети, для Ethernet — 1024 на один логический сегмент, FDDI — 500;
• максимальное число сегментов — зависит от топологии сети;

максимальная общая длина сегмента — зависит от топологии.

Сравнительные характеристики сетевых проводников

IV. Формулировка практического задания

Учитель формулирует цель выполнения практического задания: смонтировать разъем RJ-45 на кабель “витая пара”;

• напоминает учащимся, что на столах у них лежит раздаточный материал, который содержит алгоритм выполнения задания;
• с помощью презентации объясняет назначение инструментов;

V. Закрепление нового материала 

• Пример выполнения работы учителем
• Парная работа учащихся.
• Обсуждение в группах результатов работы.

VI. Заключительный контроль 

Учитель и учащиеся сравнивают свою работу.

Обсуждение допущенных ошибок и их коррекция.

VII. Подведение итогов

– Что нового мы сегодня узнали на уроке? Чему научились?

VIII. Рефлексия 

– Что на уроке запомнилось больше всего?

– Какое задание вызвало затруднение?

– Сегодня я узнал...

– Сегодня я понял...

– Сегодня мне было интересно/безразлично/скучно...

Приложение.