Авторы: Дуванов Александр Александрович, Матыкин Вячеслав Юрьевич
Понять — значит упростить. А.Строгов
(Эпиграф к роману “Волны гасят ветер” братьев Стругацких.)
Авторы хорошо помнят время, когда “информатика” в школьной сетке часов вызывала у детей те же чувства, что и парк аттракционов вместо математики, отмененной гриппующим учителем.
Времена изменились, компьютером детей не удивишь, а на стрелялки-бродилки просто нет времени, настолько объемна и серьезна программа современной школьной информатики.
Но игры на уроках информатики, как методический прием, любят и учителя, и дети. Игры особенно эффективны на сложных темах, ибо позволяют понять суть, упростив до чувственного восприятия вопросы, с трудом поддающиеся напряжению “чистого” разума. Кроме того, знания, полученные в выпадающей из общей рутины среде, оседают в памяти на долгие годы.
В этой статье мы предлагаем описание двух некомпьютерных игр по довольно сложной теме “Компьютерные сети”:
Описание игр предваряем небольшим теоретическим введением, в контексте которого они проводятся.
Эта подвижная учебная игра предлагается для закрепления темы “Принципы работы сети Ethernet с разделяемой средой”. Игра позволяет ученикам хорошо “прочувствовать” протокол работы сети, так как в ее ходе они исполняют роли сетевых адаптеров и информационных пакетов и моделируют процессы, происходящие в Ethernet.
Ребятам игра понравилась. Не все сразу поняли правила, зато потом выявились и педантичные “адаптеры”, и шустрые “пакеты”. Раскрасневшийся полноватый Влад, переводя дыхание, одобрил: “Классная игра!”.
Учитель. В чем особенность топологии “общая шина”?
Ученики. Все узлы сети подсоединены к общему каналу связи.
Учитель. Сегодня мы поиграем в “общую шину” и в игре сможем “пережить” все процессы, происходящие при работе этой сети.
В нашей сети будет два узла, поэтому давайте разделимся на две команды. Команды размещаются по обе стороны площадки, моделирующей общую шину.
Рекомендации для педагогов. Ширина площадки примерно 2 метра. Играющие делятся на две команды по совершенно произвольному признаку. Например, все строятся по росту, затем одна команда формируется из четных, вторая — из нечетных игроков.
Учитель. Почему сообщение перед отправкой в сеть разделяется на пакеты?
Ученики. Чтобы один узел “не захватил” сеть надолго. Чтобы после отправки короткого пакета дать возможность отправлять пакеты другим узлам.
Учитель. Но узел может передавать пакеты непрерывно друг за другом, не позволяя другим узлам начать передачу. Какое правило мешает узлу монопольно захватить сеть?
Ученики. Фиксированная пауза после передачи каждого пакета. Этой паузой могут воспользоваться другие узы и начать свою передачу.
Учитель. Как называется совокупность правил, по которым работает сеть?
Ученики. Сетевым протоколом.
Учитель. Кто в сети следит за соблюдением сетевого протокола?
Ученики. Ответственность за соблюдение сетевого протокола возлагается на каждый сетевой узел. На физическом уровне этим занимаются сетевые адаптеры, через которые пакеты уходят в сеть.
Учитель. Выберем и мы в каждой команде “сетевой адаптер”, все остальные члены команды будут играть роль пакетов. Когда адаптер должен выпускать пакет в сеть?
Ученики. Когда в сети нет других пакетов.
Учитель. Что должен делать адаптер после того, как пакет уходит в сеть?
Ученики. Выждать фиксированную паузу.
Учитель. Как называется ситуация, при которой в общей шине появляются несколько пакетов?
Ученики. Коллизией.
Учитель. Чем плоха коллизия?
Ученики. Пакеты — это сигналы. Они накладываются и искажают друг друга.
Учитель. Что предписывает делать протокол Ethernet при обнаружении коллизии?
Ученики. Нужно прекратить передачу и возобновить ее через случайную паузу.
Учитель. Почему пауза должна быть случайной?
Ученики. Если пауза будет фиксированной, то коллизия возникнет вновь, ведь узлы одновременно возобновят прерванную передачу.
Учитель. Наши адаптеры будут следить за соблюдением сетевого протокола Ethernet, который для игры мы запишем так:
Что делает адаптер |
Как он это делает |
Выпускает пакет в сеть, когда сеть свободна |
Делает отмашку рукой |
Выдерживает фиксированную паузу после отправки пакета |
Приседает два раза |
Когда возникает коллизия, выдерживает случайную паузу перед повторной отправкой пакета |
Адаптер должен подпрыгнуть на месте столько раз, сколько единиц в числе, обозначающем номер случайно открытой страницы книги |
Пакеты по сигналу адаптера отправляются в сеть к пункту назначения. При этом они действуют по следующим правилам:
Что делает пакет |
Как он это делает |
Отправляется в сеть по сигналу адаптера и перемещается по общей шине к другому узлу |
Прыжками, ноги вместе |
При возникновении коллизии (в общей шине два "пакета") возвращается назад |
Бегом |
Выигрывает та команда, в которой “сетевой адаптер” первым передаст сообщение другому узлу (отправит все свои “пакеты”).
Основная игра происходит в несколько туров (мы проводили до 10). Итог каждого тура приносит выигравшей команде одно очко.
После двигательной активности командам снова предлагается ответить на вопросы. Это позволит закрепить знания, полученные во время предварительного обсуждения и самой игры.
Каждый правильный ответ приносит команде дополнительное очко.
Лишь после такого своеобразного блица окончательно выявляется команда-победительница.
Фото 1. Успешная передача пакета
Фото 2. Фиксированная пауза
Фото 3. Пакеты перед коллизией
Фото 4. Случилась коллизия
Фото 5. Случайная пауза после коллизии
Ответ. Фиксированная пауза позволяет начать передачу другим сетевым участникам. Если один узел будет слать пакеты непрерывно (без пауз), никто больше не сможет работать. Говорят, сеть будет монополизирована одним узлом. Фиксированная пауза предотвращает монополизацию.
Ответ. Для предотвращения монополизации сети одним узлом при передаче длинного сообщения. Правда, наряду с разбивкой на пакеты нужна фиксированная пауза после передачи каждого пакета (см. ответ на первый вопрос).
Ответ. Нет. Фиксированная пауза вызовет новую коллизию, так как узлы одновременно начнут повторять прерванную коллизией передачу и сеть не сможет работать.
Ответ. Правила, по которым организована работа сети.
Ответ. Сетевой адаптер.
Ответ. Преобразовать компьютерный сигнал в сигнал, принятый в среде передачи. И обратно.
Ответ. Модем.
Ответ. Когда в сети нет другой передачи.
Ответ. Коллизия — это наложение двух и более пакетов (сигналов), переданных в сеть разными узлами.
Ответ. Все узлы сети подсоединены к общему каналу связи.
Ответ. В сетях с разделяемой средой работа выполняется по следующим правилам:
Ответ. В сети с разделяемой средой коллизия является обычной рабочей ситуацией.
Ответ. При обнаружении коллизии узлы должны прекратить передачу и возобновить ее через случайную паузу. Именно случайная пауза обеспечивает работоспособность сетей Ethernet.
Ответ. Ранней называется такая коллизия, которую передающая станция распознает во время передачи пакета.
Ответ. Коллизия называется поздней, если она возникает после завершения передачи пакета, вызвавшего коллизию.
Ответ. Узел узнает о коллизии во время передачи пакета, то есть тогда, когда пакет еще находится в буфере адаптера и может быть передан заново.
Ответ. Пакет уже передан в сеть, он удален из буфера адаптера и, следовательно, его уже невозможно передать повторно.
Ответ. При большом количестве узлов дождаться паузы в сети для начала передачи может оказаться непросто. Стандарты называют такое количество узлов, при котором сеть остается работоспособной даже при максимальной нагрузке (когда все узлы работают одновременно).
Игра демонстрирует работу сети с топологией “кольцо”.
Непосредственно в игре заняты четыре ученика, остальные наблюдают за работой сети, учитель комментирует происходящее. Игроки садятся за стол, каждое место отмечено номером узла, за который играет участник (см. рис. 6).
Рис. 6. Модель игровой среды
Узлы с номерами 1 и 3, 2 и 4 должны обменяться друг с другом сообщениями, каждое из которых разделено на разное число пакетов (чтобы продемонстрировать передачу токена, когда пакеты закончились).
Пакет — это карточка, одна сторона которой содержит адресную часть, оборотная — данные.
Адресная часть содержит трехзначное число, цифры которого слева направо обозначают:
Так, на карточках-пакетах узла 1 записано:
Рис. 7. Адресная часть пакетов узла 1
С оборотной стороны на карточках написан фрагмент некой известной мысли. В игре длина данных пакета ограничена 10 символами (число 10 взято условно). Например, содержание карточек-пакетов узла 1 может быть таким, как на рис. 8.
Рис. 8. Примеры информационных частей пакетов узла 1
Для других узлов передаваемые сообщения могут быть такими:
В начале игры токеном владеет узел 1, и ему учитель передает соответствующую карточку (рис. 9).
Рис. 10. Карточка-токен
Игра происходит так, как описано в учебнике. Узел может начать передачу лишь тогда, когда получает токен. Теперь вместо токена по кольцу следует пакет с данными. Получатель копирует пакет в свой буфер (в игре переписывает содержание с обратной стороны карточки к себе в тетрадь) и передает его дальше по сети с пометкой о получении (в игре роль пометки играет скрепка, прикрепленная к пакету). Узел-отправитель, получив свой пакет с уведомлением, изымает его из сети и вместо него передает токен следующему по кольцу узлу.
Игра протекает медленно, игроки выполняют действия только после разрешения учителя (после того, как учитель объяснит, что сейчас должно произойти).
Учитель.В чем особенность топологии “кольцо”?
Ученики.Кольцо — топология, в которой каждый узел сети соединен с двумя другими узлами, образуя кольцо (петлю). Данные передаются от одного узла к другому по кольцу в одном направлении.
Учитель.Для демонстрации работы сети с топологией “кольцо” мне нужны 4 помощника. Они будут играть роли сетевых узлов. Остальные ребята будут сетевыми администраторами, которым необходимо тщательно изучить работу сети. (Учитель выбирает игроков на роли сетевых узлов. Предлагает им занять места за столами в соответствии со случайно вытянутым номером.)
Учитель.В какой момент узел может начать передачу данных?
Ученики.Узел может начать передачу лишь тогда, когда получает токен. Вместо токена по кольцу передается пакет с данными.
Учитель.Что делает с пакетом промежуточный узел (тот, кому не предназначен пакет)?
Ученики.Каждый компьютер работает как повторитель, ретранслируя сообщение к следующему компьютеру.
Учитель.Как узел узнает, что пакет предназначен другому узлу?
Ученики.В пакете присутствует адрес получателя. Узел сравнивает этот адрес со своим сетевым адресом, если совпадения нет, пакет — “чужой”.
Учитель.Что делает с пакетом получатель?
Ученики.Получатель копирует пакет в свой буфер и передает его дальше по сети с пометкой о получении (в нашей “сети” со скрепкой).
Учитель.Как узлу понять, что пакет предназначен ему?
Ученики.По номеру принимающего узла, указанному в адресной части пакета.
Учитель.Как поступает со своим пакетом узел-отправитель, получив его обратно с пометкой о прочтении?
Ученики.Узел-отправитель, получив пакет с пометкой о приеме, заменяет пакет маркером (передает токен соседу) — сеть снова свободна.
Учитель.С обратной стороны карточки-пакета написан фрагмент некой известной мысли. Нашим узлам необходимо обменяться сообщениями и по окончании игры прочитать их вслух. А мы с вами будем следить за правильностью работы сети и, в случае необходимости, корректировать ее.
Фото 11. Четыре “узла” ждут, когда учитель “вбросит” в кольцо токен
Фото 12. Передача пакета
Фото 13. Учитель комментирует рабочую ситуацию
Фото 14. Сообщение принято
“Кольцо” в отличие от “Общей шины” — демонстрационная игра. Здесь важно подобрать такие количества узлов в сети и пакетов в сообщении, чтобы ребята успели понять принципы работы сети и игра им не наскучила. Вариант “4 узла, 3–4 пакета на узел” кажется нам вполне подходящим.
Определенную трудность у ребят вызывает адресная часть пакетов. Ученики не могут сразу понять, кому предназначен пакет, путешествующий по сети, путают назначение первой и последней цифры в адресе пакета. Порой во время игры “узел” пересылал предназначенный ему пакет дальше по кругу, что, естественно, противоречит алгоритму работы сетей Token Ring.
Работа с адресной частью упрощается, если прикреплять скрепку-уведомление напротив первой цифры и ввести следующее правило для определения номера получателя пакета:
Кроме того, на классной доске можно изобразить два пакета со стороны адресной части (без пометки и с пометкой о получении) и подписать назначение каждой цифры в адресе (см. рис. 15).
Рис. 15. Адресная часть пакета без пометки и с пометкой о получении
Следует обратить внимание ребят, что в нашей игре в отличие от реальных сетей Token Ring узел за один раз может передать только один пакет. Таким образом мы фиксируем время удержания токена узлом.
В этой игре нет победителя. Она демонстрирует работу сетей, построенных по топологии “кольцо”.
Интрига заключается в том, чтобы после получения всех пакетов правильно прочитать переданные сообщения. Поэтому важно, чтобы до начала игры ребятам не было известно содержание сообщений. Узлам не разрешается переворачивать карточки-пакеты, пока сеть работает.
Если предполагается проводить несколько туров с разными участниками, то необходимо заранее приготовить соответствующее количество сообщений.
Ответ. Каждый узел соединен с двумя другими; соединения образуют кольцо (петлю).
Ответ.
Ответ. По протоколу кольца узел, владеющий токеном, может отправить не один, а несколько пакетов в течение времени удержания токена (фиксированная величина). По истечении этого времени передающая станция обязана прекратить передачу (передача текущего пакета разрешается) и передать токен далее по кольцу.
Ответ. Да, только часть станций получат пакет вместе с уведомлением о его получении.
Если станция 1 передает пакет для станции 2 (см. рис. 16), то станции 3, 4 и 1 получат этот пакет (уже от станции 2) с пометкой о вручении.
Рис. 16. Передача пакета по кольцу
Ответ. Сети Token Ring и Ethernet используют разделяемые среды, но алгоритмы их работы разные.
© Статья написана специально для сайта "Дистанционный репетитор"
Внимание! Вы собираетесь купить тариф Vip сроком на дней за руб.
С Вашего баланса будет списано руб. Продолжить?