3. Содержание дисциплины

3.1. Содержание модулей дисциплины. Модуль 1

На изучение данного модуля отводится 4 проблемно-ориентированных лекции, одна ролевая игра, одна контрольная работа. В форме самостоятельной работы решаются задачи с использованием интерактивной модели.

В данном модуле формируется понятие компьютерной сети (стационарной и мобильной). Рассматриваются способы передачи цифровых данных по аналоговым линиям связи. Дается понятие цифровой линии связи. Рассматриваются основы помехоустойчивого кодирования. Изучается модель OSI. Рассматривается уровень передачи данных, т.е. сетевые технологии. Изучение сетевых технологий выстроено в порядке их появления, причем формулируются причины появления новой технологии и цели, стоящие перед разработчиками.

Темы лекций.

Лекция 1. Определение компьютерных сетей и их классификация по видам, краткий перечень целей и задач, решаемых с помощью компьютерных сетей. Немного из истории. Понятие протоколов, пакета, способы передачи цифровых данных. Передача цифровых сигналов по аналоговым и цифровым линиям связи. Битовый интервал. Несущий сигнал. Выделенные линии связи. Необходимость разбиения на кадры. Коммутация каналов, коммутация кадров. Мультиплексирование. Помехоустойчивое кодирование. Бит четности, циклический избыточный код CRC.

Лекция 2 (2 часа). Модель OSI – основа для разработчиков аппаратного и программного обеспечения. Кабельные системы (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно). Радиосети. Понятие сегмента. Топологии сетей. Сетевая карта. Сетевая операционная система. Драйвер сетевой карты. Физический порт. Концентратор (повторитель, hub). Правило 5-4-3-2-1. Прокладывание локальной сети в здании, установление связи между зданиями. Технология СКС.

Лекция 3 (2 часа). Протоколы доступа к сетевой среде, сетевые технологии. Aloha. Одноранговый протокол с временным разделением. Протокол с временным разделением с координатором. Протокол доступа CSMA/CD в сети Ethernet. Обоснование правила 5-4-3-2-1.

Лекция 4 (2 часа). Протоколы доступа на базе маркерного кольца: Token Ring, FDDI, CDDI. Асинхронная передача данных в сетях ATM. Мобильные сети. Гетерогенные сети.

Ролевая игра

Тема: "Протоколы доступа к сетевой среде".

Цель: Наглядно продемонстрировать ряд особенностей работы сетевых технологий. Для этого несколько человек устраивают мини-спектакль. Ведет спектакль координатор, а преподаватель помогает решить возникающие проблемы. Координатор, да и все участники заранее подготавливаются (при разборе темы на лекции). Аудитория может комментировать происходящее или предлагать задачи-сценарий.

Роли: Рабочая станция – 4 штуки, генератор случайных чисел, несущий сигнал – две пары, т.е. 4 шт., таймер – координатор. Всего используется 10 человек. Кадр – запись на листе бумаги, переносимая "несущим сигналом".

Описание. Предполагается шинная топология.

Репетиция.

Подготовка участников состоит в том, что генератор случайных чисел выбирает карточки с именами участников в некотором порядке (слева направо). Устраивается передача одного кадра. Для этого сначала координатор дает команду генератору случайных чисел выбрать время простоя, имя станции-отправителя и имя станции-получателя. Генератор выбирает из стопки чисел одно – это время простоя, из стопки имен выбирает имя станции-источника и выбирает имя станции-получателя, затем кладет обратно в стопку выбранные карточки. Координатор, несущие сигналы и станции-участники готовятся к работе. Далее координатор громко отсчитывает время. Как только заканчивается простой станция-отправитель на листе бумаги пишет произвольное сообщение и снабжает "кадр" заголовком, состоящим из адреса отправителя и адреса получателя. Формирует копию кадра и передает полученные "кадры" двум несущим сигналам. Несущий сигнал забирает "кадр" и последовательно предлагает его всем рабочим станциям. Последовательность обхода всегда должна быть одна и та же. Каждая станция читает заголовок кадра, и если адрес получателя совпадает с ее собственным именем, переписывает на свой лист полученных сообщений текст кадра. В любом случае несущий сигнал переходит к другой станции (до конца подсети в заданном направлении). Каждый переход несущего сигнала между станциями выполняется за единицу времени, отсчитываемую таймером-координатором.

Сеть ALOHA.

В этой сетевой технологии каждая станция передает кадр тогда, когда это потребовал пользователь, не заботясь о коллизиях. Необходимо продемонстрировать, что при редких передачах коллизии не возникают.

Надо показать, что если вероятность одновременной передачи мала, то почти всегда все работает. Для этого генератор случайных чисел выбирает параметры двух передач. Ключевым здесь является то, что выбор случайных чисел делается из большой стопки. При таком выборе с высокой вероятностью первая передача успеет завершиться до того, как начнется вторая. Для данной игры рекомендуется воспользоваться стопками из 10, 20 и 40 чисел. Если же станции передают часто (выбор из малой стопки), то два несущих сигнала сталкиваются. При коллизии может испортиться и заголовок кадра и данные. Обратить внимание на то, что при испорченном адресе получателя кадр либо теряется (никому не нужен), либо приходит к чужому узлу.

Сеть Ethernet.

Станция начинает передачу, прослушивая сначала сеть в течение такта времени. При определении несущего сигнала станция обращается к генератору случайных чисел за размером "паузы". После отправки кадра станция прослушивает сеть в течение времени, достаточном для прохождения кадра в обе стороны. Если в это время не была обнаружена несущая – станция делает вывод о том, что кадр дошел благополучно. В противном случае, генерируется очистка сети – специальный сигнал, выбирается случайная пауза и снова делается попытка передать кадр.

Так же рекомендуется сначала провести работу с единственным кадром. Затем следует добиться коллизии. Наконец, полезно продемонстрировать "обвал производительности" при большом количестве передающих станций.