Введение

Настоящий учебный курс разработано с учетом программы дисциплины «Компьютерные сети» для специальностей 230201 – «Информационные системы и технологии, 050202 – «Информатика», и будет полезно для других специальностей, изучающих компьютерные сети, информационные и сетевые технологии. Учебное пособие имеет два раздела – теоретический материал и практические работы.

Каждый урок имеет раздел с теоретическим материалом, представленый в сжатой форме, с помощью схем и диаграмм, максимально наглядно демонстрирующих принципы работы протоколов и технологий. Цель подобного представления материала состоит в том, чтобы более интенсивно погрузить обучаемых в сущность сетевых протоколов и принципов их работы. Существует достаточное число учебников описывающих аналогичный материал более подробно, однако, представляющих в лаконичной и высоко визуализированной форме практически нет. Благодаря этому теоретический раздел можно использовать и в виде конспекта лекции, и справочника.

При изложении теоретического материала используется диалектический и проблемно-ориентированный подход. Это означает, что поводом для изучения каждой следующей темы (протокола, технологии) служит некоторое противоречие в текущей ситуации, которое
разрешается в новом разделе.

Учебный курс содержит более 30 практических работ. Все они являются пошаговым руководством по выполнению практикума, для закрепления теоретического материала, развития навыков и компетенций будущих специалистов. Практическая часть имеет кросс-платформенную ориентацию, что означает опору на несколько различных программных платформ, в данном случае Windows и Linux. Это удобно как с точки зрения преподавателя при организации практикумов с выбором той или иной платформы, так и особенно со стороны обучающегося. Благодаря достижению в ходе работ похожих целей в различных операционных системах и программных платформах лучше закрепляются знания, развиваются профессиональные навыки и компетенции.

Предисловие

Развитие сетевых технологий происходит весьма активно и это процесс начался фактически с момента создания первого соединения между вычислительными машинами в Массачусетсе и Калифорнии через телефонную линию в 1965 году. Сейчас очевидно, что создание компьютерных сетей происходило под влиянием различных факторов — от научных до политических, поскольку сфера применения их чрезвычайно широка. Способствуют этому не только сами сетевые технологии и способы коммуникации, но и прочное взаимодействие их с вычислительными технологиями. Без развития вычислительных машин, аппаратного и программного обеспечения, компьютерные сети не достигли бы современного уровня и положения в промышленности и быту. Вместе с тем, совокупность несвязанных друг с другом компьютеров представляет существенно меньшую ценность, чем они же, подключенные в единую коммуникационную сеть.

Компьютерные сети стали платформой для реализации технологий в совершенно разных, несмежных с ними, областях. Например, в ядерных исследованиях, невозможно было бы проводить вычислительную обработку больших массивов данных на компьютерах расположенных на больших расстояниях друг от друга. В промышленности стало бы невозможным наладить взаимодействие и обмен данными между высокотехнологичным оборудованием, осуществить удаленное управление сложными процессами реального времени. В том числе без сетей и сетевых технологий немыслима индустрия связи и развлечений. Телевидение, мобильная телефонная связь, Интернет так быстро и прочно вошли в наш быт именно благодаря широкому развитию сетевых технологий.

Нет ничего удивительного, в том, что компьютерные сети широко применяются в педагогической практике. Благодаря этому организуются взаимодействия между субъектами образовательного процесса или воссоздаётся распределенная образовательная среда. Сети способствуют реализации универсального хранилища разнообразных ресурсов, в том числе и образовательного назначения. Глобальная сеть Интернет стала неисчерпаемым и легкодоступным источником информации и средством коммуникации.

Внутреннее устройство сетевых технологий изначально было достаточно сложным, их развитие и расширение разнообразия усугубило ситуацию. Необходимость в специалистах, способных не только развивать их, но и сопровождать, и эксплуатировать, подобные системы существует практически на любом предприятии. Это означает, что их подготовка будет актуальной и востребованной, пока существуют сети в любом их виде. Следует заметить, что само понятие «сетевые технологии» является весьма широким и многогранным, поэтому и профиль специалистов может быть различным.

В узком смысле под термином «сетевая технология» понимается совокупность определенных инструментов и средств аппаратных и/или программных, нацеленных на реализацию одной или нескольких функций в коммуникационной сети. В более широком и традиционном техническом смысле сетевая технология — это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточных для построения вычислительной сети.

Несмотря на то, что изучение сетевых технологий и получение навыков по созданию и обслуживанию компьютерных сетей является нетривиальным, базовые знания этой области перестали быть атрибутом узких специалистов. Умение использовать сетевые возможности компьютерной техники давно соизмеримо с обычной грамотностью. Проникновение сетевых технологий в бытовые устройства предоставляют уникальные возможности по созданию «цифрового дома» и «умного дома». Все это приводит к тому, что основами компьютерных сетей и сетевых технологий должны владеть не только специалисты. Ведь совершенно нерационально было бы не использовать сетевые функции лишь потому, что отсутствуют знания по их настройке и эксплуатации. Естественно, что произвести настройку бытового и офисного оборудования, а также программных средств по инструкции не представляется сложным. Однако реализовать нужные функции в реальных условиях при существующих материальных и физических ограничениях является более важной задачей, научиться решать которую помогут базовые знания в области сетевых технологий.

Особенности практических работ

Практические работы имеют яркую прикладную направленность. Каждая работа сопровождается описанием цели, указанием общего времени выполнения, списка необходимых инструментов, программного и аппаратного обеспечения, схемы сети и порядка действий. Указанный временной объем следует оценивать как средний расчетный, определенный автором опытным путем в ходе преподавания дисциплины «Компьютерные сети» в течение 6-ти лет. При этом один час представляет собой академический час.

В инструкциях к работам подробно представлены все манипуляции в сети, за исключением простейших, входящих в набор базовых информационно-коммуникационных компетенций. При этом во многих работах действия выстроены так, чтобы образовывались проблемные ситуации, которые заставляли бы активизировать познавательную и поисковую деятельность обучаемых. Инструкции, в данном случае, это не руководство по эксплуатации, они организованы так, чтобы обучаемый, выполняя работу, осознавал и понимал смысл выполняемых действий и лучше чувствовал их значимость. Однако все промежуточные рассуждения опущены, и оставлены на рассмотрение в обстановке лабораторной работы.

Практические работы основаны на использовании виртуальных машин, для этого потребуется установка приложения для виртуализации десктопа VirtualBox. Можно использовать и другие программные средства для создания виртуальных машин, такие как VirtualPC и VMWare. Благодаря такому подходу каждый обучаемый воссоздает учебную сеть с набором прикладных служб для тренировки и обучения сетевым технологиям на персональном рабочем месте.

Набор практических работ покрывает большинство тем теоретического раздела. Работы выстроены в последовательности, соответствующей традиционному подходу к настройке сетевых устройств и служб, а также с учетом порядка следования теоретического материала. Они начинаются с темы подключения сетевых интерфейсов, создания локальной сети, затем продолжаются настройкой маршрутизации, добавления различных прикладных служб, таких как HTTP, FTP и т.д.

Предполагается, что все практические работы выполняются каждым обучаемым индивидуально на собственном наборе виртуальных машин. Поэтому следует учитывать доступный объем дискового пространства и оперативной памяти. Для каждой работы указан набор виртуальных машин и требуемых ресурсы. Многие работы связаны друг с другом и рассчитывается, что они выполняются последовательно. Вместе с тем, выполнять работы можно и в произвольном порядке, так как в инструкциях присутствуют необходимые ссылки на другие работы или имеются иные компенсирующие действия.

Все практические работы реализованы под платформы Windows и Linux. Такая особенность является сильным преимуществом данного учебного пособия, поскольку позволяет более глубоко изучить технологии, получить навыки работы в различных операционных системах и реализациях прикладных службы, а также прочувствовать общую концепцию, обобщить знания и провести параллели между выполняемыми операциями.

В пособии в качестве пользовательских платформ используются Windows XP и SLAX Linux (Live CD), а в качестве серверных — Windows Server 2003 и openSuSE. Данный выбор обосновывается широкой популярностью систем и относительно небольшими требованиями к системным ресурсам, по сравнению с более новыми версиями систем. В практических работах собраны наиболее часто используемые в реальной сети задачи, расположенные в удобной последовательности для изучения.

Темы в учебном пособии никогда не смогут считаться полностью и окончательно рассмотренными, поскольку информационные технологии быстро меняются, изменяется взгляды на те или иные подходы. Для получения большей информации и специальных сведений следует обращаться к дополнительной литературе. Однако, осознано выполнив весь объем практических работ обучаемый закрепит теоретические знания, приобретёт начальный опыт, выработает необходимые базовые навыки и компетенции будущего специалиста по сетевым технологиям.

Предлагаемые работы будут востребованы будущими специалистами по информационно-технологическому профилю для расширения опыта в сетевых технологиях, преподавателями соответствующих дисциплин в качестве методического пособия по организации лабораторных работ, а также практикующими администраторами в качестве базового справочника.

(1 498 views)