Сценарий урока информатики на тему «Аппаратное обеспечение сети. Передача информации по техническим каналам связи»

Департамент образования и науки Приморского края

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«Средняя общеобразовательная школа №68 г. Владивостока»

План урока

по предмету «Информатика»

Владивосток,

2010

Автор: Тимошенко А.А. – учитель физики и информатики МБОУ

«СОШ № 68 г. Владивостока»

Технологическая карта конструирования урока

Этапы урока

ПЛАН УРОКА

Дата:

Группа:

Дисциплина: информатика

Тема: Аппаратное обеспечение сети. Передача информации по техническим каналам связи.

Тип урока: Изучение нового материала

Вид урока: Комбинированное занятие

Время: 90 минут

Цель занятия: Изучить проводные и беспроводные компьютерные сети. Стандарты кабелей, их характеристики. Научиться правильно обжимать витую пару, используя обжимные клещи и коннектор RJ – 45.

Формирование общих компетенций:

1. готовность и способность обучающихся к саморазвитию и

личностному самоопределению, сформированность их мотивации к обучению и целенаправленной познавательной деятельности;

2. метапредметным, включающим освоенные обучающимися межпредметные понятия и универсальные учебные действия (регулятивные, познавательные, коммуникативные), способность их использования в учебной, познавательной и социальной практике;

3. самостоятельность планирования и осуществления учебной деятельности и организации учебного

сотрудничества с педагогами и сверстниками, построение индивидуальной образовательной

траектории;

Форматирование профессиональных компетенций:

1. формирование ответственного отношения к учению, готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию,

осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории образования на базе ориентировки в мире профессий и профессиональных предпочтений, с учетом устойчивых познавательных интересов, а также на основе формирования уважительного отношения к труду, развития опыта участия в социально значимом труде;

2. формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками, в процессе образовательной учебно-исследовательской, творческой и видов деятельности;

3. умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учебе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей

познавательной деятельности;

4. умение самостоятельно планировать пути достижения целей, в том числе

альтернативные, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач;

5. умение оценивать правильность выполнения учебной задачи, собственные возможности

ее решения;

6. владение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений и осуществления осознанного выбора в учебной и познавательной деятельности

Методы познавательной деятельности:

- объяснительно – иллюстрированный

- проблемный

Учебно – методическое обеспечение:

- карточки индивидуального задания;

- мультимедийный проектор;

- индивидуальное задание;

- нож для зачистки изоляционной витой пары;

- обжимной инструмент;

- проводник RJ – 45

- провод витая пара;

- демонстрационный провод оптоволокно;

- демонстрационный коаксиальный кабель с тонкой медной жилой;

Междисциплинарные связи

Физика

Информатика

Математика

Внутридисциплинарные связи:

Сети одноранговые и «клиент/сервер»

Адресация компьютеров в Internet

Сетевые компоненты

Критерии оценки знаний:

Оценка «5» ставится, если студент:

Дает правильные и грамотные формулировки, обнаруживает полное понимание материала и может обосновать свой ответ. Может сформулировать точные определения терминов, правильно отжимает витую пару

Оценка «4» ставится, если студент:

Допускает неточности в формулировке определений, которые исправляет после замечания преподавателя. Не до конца раскрутил провода и вставил их в проводник RJ – 45, но правильно их расположил и отжал витую пару.

Оценка «3» ставится если студент:

Знает и понимает основные положения данной темы, но допускает неточности в определениях, путается. Не правильно вставил провода в проводник RJ – 45 и отжал витую пару.

Оценка «2» ставится если студент:

Показывает незнание общей части пройденного материала, не отвечает на поставленные вопросы, не правильно вставил провода в проводник RJ – 45 и не смог отжать витую пару.

Аппаратное обеспечение сети. Передача информации по техническим каналам связи

Сценарий открытого урока

Существует множество сетевых устройств, которые возможно использовать для создания, сегментирования и усовершенствования сети. Основными из них являются сетевые адаптеры, повторители, усилители, мосты, маршрутизаторы, коммутаторы и шлюзы.

Линия связи состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры.

С понятием линия связи связано понятие канала связи, который строится на основе линии связи. В которой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами.

Рис. 1 Канал связи

Определение: Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель, т.е. набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которое распространяются электромагнитные волны.

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на следующие:

Проводные (воздушные);

Кабельные (медные и волоконно – оптические);

Беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи).

Определение: Проводные (воздушные) линии связи представляют собой проводабез каких – либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе.

По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.

Определение: кабельные линии состоят из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической.

Кабель может быть оснащён разъёмами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, а также волоконно – оптические кабели.

Определение: Скрученная пара проводов называется витой парой.

Витая пара существует в экранированном варианте, когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном, когда изоляционная обертка отсутствует. Скручивание проводов снижает влияние помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю.

Определение: Коаксиальный кабель имеет несимметрическую конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения – для локальных сетей, для глобальных сетей, для кабельного телевидения.

Определение: Волоконно – оптический кабель состоит из тонких (5 – 60 микрон) волокон, по которым распространяются световые сигналы.

Это наиболее качественный тип кабеля – он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех.

Определение: Беспроводные линии связи (радиоканалы наземной и спутниковой связи) образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество различных типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны коротких, средних и длинных волн, называемые также диапазонами амплитудной модуляции по типу используемого в них метода модуляции сигнала, обеспечивают данную связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн, для которых характерна частотная модуляция, а также диапазон сверхвысоких частот. В диапазоне сверхвысоких частот (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются ионосферой Земли, и для устойчивой связи требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому такие частоты используют либо спутниковые каналы, либо радиорелейные каналы, где это условие выполняется.

В компьютерных сетях сегодня применяются практически все описанные типы физических сред передачи данных, но наиболее перспективными являются волоконно – оптические. На них сегодня строится как магистрали крупных территориальных сетей, так и высокоскоростные линии связи локальных сетей. Популярной средой является также витая пара, которая характеризуется отличным соотношением качества к стоимости, а также простота монтажа. С помощью витой пары обычно подключают конечных абонентов сетей на расстояниях до 100 метров от концентратора. Спутниковые каналы и радиосвязь используется чаще всего в тех случаях. Когда кабельные связи применить нельзя, например при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильным пользователем сети.

Стандарты кабелей

В компьютерных сетях применяются кабели, удовлетворяющие определенным стандартом, что позволяет строить кабельную систему сети из кабелей и соединительных устройств разных производителей.

Кабели на основе неэкранированной витой пары (UTP)

Стандартом определено пять категории UTP. Таблица №1.

Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4 – парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки.

Рис. 2. Кабель «витая пара»

Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две – для передачи голоса.

Наиболее важные электромагнитные характеристики кабеля имеют следующие значения:

Полное волновое сопротивление в диапазоне частот до 100 МГц равна 100 Ом.

Величина помехоустойчивости в зависимости от частоты сигнала должна принимать значения не менее 74 дБ на частоте 150 кГц и не менее 32 дБ на частоте 100 МГц.

Затухание имеет предельные значения от 0,8 дБ (на частоте 64 кГц) до 22 дБ (на частоте 100 МГц).

Активное сопротивление не должно превышать 9,4 Ом на 100 м.

Емкость кабеля не должна превышать 5,6 нФ на 100 м.

Для соединения кабелей с оборудованием используются вилки и розетки RJ – 45, представляющие 8 – контактные разъемы.

Рис. 3. Разъемы RJ – 45.

Кабели на основе экранированной витой пары (STP)

Экранированная витая пара STP хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних помех, а также меньше излучает электромагнитных колебаний вовне, что защищает, в свою очередь, пользователей сетей от вредного для здоровья излучения. Наличие заземленного экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку, так как требует выполнения качественного заземления. Экранированный кабель применяется только для передачи данных, голос по нему не передают.

Для присоединения экранированных кабелей к оборудованию используются разъемы конструкции IBM.

Коаксиальный кабель

Существует большое количество типов коаксиальных кабелей, используемых в сетях различного типа: телефонных, телевизионных и компьютерных.

Рис. 3 Коаксиальные кабели

Для организации компьютерных сетей используются два типа коаксиальных кабелей:

Тонкий коаксиальный кабель;

Толстый коаксиальный кабель.

Тонкий коаксиальный кабель – гибкий кабель диаметром примерно 0,5 см. Он способен передавать сигнал на расстояние до 185 м без его заметного искажения, вызываемого затуханием. Волновое сопротивление кабеля составляет 50 Ом.

Для подключения кабеля используются специальные разъёмы типа BNC.

Рис. 4. Разъемы BNC

Кабель позволяет реализовать топологии шины и кольцо и был до последнего времени самым распространенным при построении сетей.

Толстый коаксиальный кабель – относительно жесткий кабель диаметр около 1 см. Медная жила кабеля толще, чем у тонкого коаксиального кабеля и, следовательно, сопротивление меньше. Поэтому толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, до 500 м.

Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство – трансивер. Трансивер снабжен специальным коннектором, который «пропускает» изоляционный слой и осуществляет контакт с проводящей жилой.

Волоконно – оптические кабели

Волоконно – оптические линии предназначены для перемещения больших объемов данных на высоких скоростях. Оптоволоконный кабель состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного другим слоем стеклянного или пластикового покрытия, и внешней защитной оболочки.

Рис. 5. Конструкция оптоволоконного кабеля

Данные передаются по кабелю с помощью лазерного или светодиодного передатчика, который посылает однонаправленные световые импульсы через центральное стеклянное волокно. Стеклянное покрытие помогает поддерживать фокусировку света во внутреннем проводнике. Сигнал принимается на другом конце фотодиодным приемником, преобразующим световые импульсы в электрический сигнал, который сможет использовать получающий компьютер.

Скорость передачи данных для оптоволоконных сетей находится в диапазоне от 100 Мбит/с до 2 Гбит/с, а данные могут быть надежно переданы на расстоянии до 2 км без повторителя. Оптоволоконный кабель может поддерживать передачу видео и голосовой информации так же, как и передачу данных. Поскольку световые импульсы полностью закрыты в пределах внешней оболочки, оптоволоконный носитель фактически невосприимчив к внешней интерференции и подслушиванию. Эти качества делают оптоволоконный кабель привлекательным выбором для защищенных сетей или сетей, которые требуют очень быстрой передачи на большие расстояния.

Поскольку световые импульсы могут двигаться только в одном направлении, системы на базе оптоволоконных кабелей должны иметь входящий кабель и исходящий кабель для каждого сегмента, который будет посылать и получать данные. Волоконный кабель также жесток и сложен в установке, что делает его самым дорогим типом сетевого носителя. Волоконный носитель требует специальных соединителей – коннекторов и высококвалифицированной установки.

Беспроводные каналы связи

В дополнение к традиционным физическим носителям методы беспроводной передачи данных могут являться удобной, а иногда и неизбежной альтернативой кабельным соединениям. Беспроводные технологии различаются по типам сигнала, частоте (большая частота означает большую скорость передачи) и расстоянию передачи. Тремя главными типами беспроводной передачи данных являются радиосвязь, связь в микроволновом диапазоне и инфракрасная связь.

Радиосвязь

Технология радиосвязи (Radio Waves) пересылают данные на радиочастотах и практически не имеют ограничений по дальности. Она используется для соединения локальных сетей на больших географических расстояниях. Радиопередача в целом имеет высокую стоимость, подлежит государственному регулированию и крайне чувствительна к электронному и атмосферному наложению. Она также подвержена перехвату, поэтому требует шифрования или другой модификации при передаче, чтобы обеспечить разумный уровень безопасности.

Связь в микроволновом диапазоне

Передача данных в микроволновом диапазоне используется высокие частоты и применяется как на коротких расстояниях, так и в глобальных коммуникациях. Их главное ограничение заключается в том, что передатчик и приемник должны быть в зоне прямой видимости друг от друга. Передача данных в микроволновом диапазоне обычно используется для соединения локальных сетей в отдельных зданиях, где использование физического носителя затруднено или непрактично. Связь в микроволновом диапазоне также широко используется в глобальной передаче с помощью спутников и наземных спутниковых антенн, обеспечивающих выполнение требования прямой видимости.

Инфракрасная связь0

Инфракрасные технологии, функционирующие на очень высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света, могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи на близких расстояниях. Они обычно используют светодиоды (LED) для передачи инфракрасных волн приемнику. Поскольку они могут быть физически заблокированы и испытывать интерференцию с ярким светом, инфракрасная передача ограничена малыми расстояниями в зоне прямой видимости. Инфракрасная передача обычно используется в складских или офисных зданиях, иногда для связи двух зданий. Другим популярным использованием инфракрасной связи является беспроводная передача данных в портативных компьютерах.

Практическая работа

Тема: Разделка сетевых кабелей

Цель: научиться правильно обжимать витую пару используя обжимные клещи и коннектор RJ - 45

Ход работы:

Ознакомиться с теорией, законспектировать цветовую последовательность проводников в тетрадь

Провести разделку кабеля витая пара.

Показать преподавателю отжатую витую пару

Сделать выводы

Теоретическая основа

М ногие считают, что это самый сложный этап прокладки сети, поскольку проводков так много, в них так легко запутаться, нужно покупать специальный обжимной инструмент и т.д. На самом деле все довольно просто. Для обжима витой пары вам потребуются специальные клещи и пара коннекторов RJ-45.

Цветовая последовательность проводников

Существует два распространенных стандарта по разводке цветов по парам: T568A компании Siemon и T568B компании AT&T. Оба этих стандарта абсолютно равнозначны.

 3.2.1 Сетевая карта <-> Коммутатор по стандарту: T568A

При такой раскладке информацию несут проводники: Бело-зелёный, Зелёный, Бело-оранжевый, Оранжевый.

3 .2.2 Сетевая карта<->Коммутатор по стандарту: T568B

При такой раскладке информацию несут проводники: Бело-оранжевый, Оранжевый, Бело-зелёный, Зеленый.

 

3 .2.3 Сетевая карта <-> Сетевая карта (Кроссовер кабель)

Обжатая таким образом, витая пара может вам понадобиться в 2 случаях:

Для соединения 2 компьютеров без коммутатора.

Для соединения 2 или более Hub/Switch

Разделка кабеля витая пара

1. Аккуратно обрежьте конец кабеля, при этом лучше всего пользоваться резаком, встроенным в обжимной инструмент

2. Снимите с кабеля изоляцию. Можно использовать специальный нож для зачистки изоляции витой пары, его лезвие выступает ровно на толщину изоляции, так вы не повредите проводники. Впрочем, если нет специального ножа, можно воспользоваться обычным или взять ножницы, или использовать ножи обжимного инструмента.

3. Разведите и расплетите проводки, выровняйте их в один ряд, при этом соблюдая цветовую последовательность

4. Обкусите проводки так, чтобы их осталось чуть больше сантиметра

5. Вставляйте проводники в разъем RJ-45

6. Проверьте, правильно ли вы расположили проводки

7. Убедитесь все ли провода полностью вошли в разъем и уперлись в его переднюю стенку

8. Поместите коннектор с установленной парой в клещи, затем плавно, но сильно произведите обжим.

Подведение итогов

1. дайте определение линии связи.

2. дайте определение физической среды передачи данных.

3. Перечислите основные типы кабелей.

Выставление оценок.

Домашнее задание:

Заполните сравнительную характеристику кабелей

Задача: каким будет теоретический предел скорости передачи данных в битах в секунду по каналу с шириной полосы пропускания в 10 кГц, если мощность передатчика составляет 0,01 мВт, а мощность шума в канале равна 0,0001 мВт?