CC BY
56
УДК 681.51:621.865.8 С. М. Варцаба, студент,
С. Г. Зайков, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-18-87, mail of [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ КОМПОНЕНТОВ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ ETHERNET ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Для совершенствованияучебного процесса, использования дистанционных технологии обучения и оптимизации затрат на лабораторное оборудование предлагается при обучении по дисциплинам «Сети ЭВМ и средства коммуникации» и «Сети ЭВМ и телекоммуникации» использовать вместо сетевого оборудования Ethernet их виртуальные модели.
Ключевые слова: виртуальная модель, локальная сеть, обучение, Интернет,
Ethernet
Информационные сети являются неотъемлемой частью эпохи информационных технологий.
Информационная сеть - это коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация.
В зависимости от охватываемой территории информационные сети подразделяются на три основных класса:
- глобальные сети (WAN - Wide Area Network);
- региональные сети (MAN - Metropolitan Area Network);
- локальные сети (LAN - Local Area Network).
Локальная вычислительная сеть (ЛВС, LAN - Local Area Network)
— это совокупность аппаратного и программного обеспечения, позволяющего объединить компьютеры в единую распределенную систему обработки и хранения информации.
К аппаратному обеспечению можно отнести компьютеры, с установленными на них сетевыми адаптерами, повторители, концентраторы, коммутаторы, мосты, маршрутизаторы и другое оборудование, соединенные между собой сетевыми кабелями.
К программному обеспечению можно отнести сетевые операционные системы и протоколы передачи информации [1].
Технология Ethernet - наиболее распространенная технология построения локальных сетей.
В работе созданы виртуальные модели компонентов локальных сетей Ethernet, которые позволяют наглядно и полно показать основные этапы построения локальных сетей по технологии Ethernet.
Использование виртуальных моделей компонентов локальных сетей в учебном процессе дает следующие преимущества:
- возможно как очное обучение, так и обучение с использованием технологий дистанционного образования;
- нет необходимости вмешиваться в работу действующей сети;
- не требуется закупать дорогостоящее сетевое оборудование исключительно для учебных целей.
Топология локальной сети. Под топологией локальной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи.
Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, возможные и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети.
Существуют три основных топологии сети [2]:
1) «шина» (bus), при которой все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи и информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис. 1);
2) «звезда» (star), при которой к одному коммутатору или концентратору присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою отдельную линию связи (рис. 2);
3) «иерархическая звезда» состоит из иерархически соединенных между собой подсетей топологии «звезда» (рис. 3).
На практике нередко используют и комбинации базовых топологий (так называемая «смешанная» топология).
Для моделирования нами были выбраны топологии «звезда» и «иерархическая звезда» как получившие наибольшее распространение.
Рис. 1. Сетевая топология «шина» 181
Рис. 2. Сетевая топология «звезда»
Рис. 3. Сетевая топология «иерархическая звезда»
Достоинства этих топологий следующие:
- выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;
- хорошая масштабируемость сети;
- лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;
- высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);
- гибкие возможности администрирования.
Выбор технологии создания виртуальных моделей.
При изучении процесса построения локальных сетей необходимо иметь следующие возможности:
- показывать последовательность действий работы с компонентом локальной сети;
- рассмотреть компонент с любой стороны;
- приблизить компонент для лучшего рассмотрения его внутреннего устройства.
Возможность визуально увидеть процесс поможет студентам лучше понять технологию создания информационной сети.
Исходя из вышесказанного, нами были выдвинуты следующие требования к виртуальным моделям компонентов локальных сетей:
- способность показывать моделируемый объект в движении;
- возможность показать моделируемый объект под любым углом;
- возможность увеличения или уменьшения моделируемый объект.
Проведем анализ технологий создания виртуальных моделей и сведем результаты анализа в табл. 1.
Таблица 1
Пригодность технологий создания виртуальныхмоделей компонентов
локальных сетей
Технология Способность показывать движения Возможность показать модель под любым углом Возможность увеличения или уменьшения объекта
Слайды Не способна Невозможно Невозможно
Фотографии Не способна Невозможно Ограниченно возможно
Видео Способна Невозможно Практически невозможно
Двумерные анимированные модели Способна Очень трудоемко Возможно
Трехмерные анимированные модели Способна Возможно Возможно
Очевидно, что только технология трехмерных анимированных моделей удовлетворяет всем выдвинутым требованиям.
Выбор формата трехмерных анимированных моделей и программного обеспечения. Для выбора формата трехмерных анимированных моделей необходимо провести анализ возможностей форматов анимированных трехмерных моделей и программного обеспечения (ПО).
Нами выдвинуты следующие требования к форматам анимированных трехмерных моделей и ПО:
- ПО для показа анимированных трехмерных анимированных моделей должно работать на разных аппаратных и программных платформах;
- условия лицензирования формата анимированных трехмерных моделей и ПО - бесплатное или бесплатное для студентов и образовательных учреждений;
- формат анимированных трехмерных моделей должен быть пригоден для передачи по сети Интернет и Интранет;
- желательно, чтобы трехмерные анимированные модели можно было просматривать непосредственно в веб-браузере.
Распространенные форматы трехмерных анимированных моделей сведены в табл. 2.
Таблица 2
Возможности форматов трехмерных моделей
Формат Описание
3D DWF Формат предпросмотра и распространения через Интернет трёхмерных моделей.
Зds, shp Формат данных программы трехмерной визуализации и анимации Autodesk 3D Studio MAX/VIZ.
Obj (mfl) Формат встроенный в программу трёхмерного редактирования фирмы “Wavefront”. На практике это простой текстовой файл в кодировке “ASCII” в котором описаны координаты каждой вершины объекта. При сохранении в данный формат образуются два файла первый с расширением (. obj) в котором хранятся все данные о геометрическом строении объекта и второй (. mtl) в котором хранится информация о текстурах объекта.
Fbx Формат используемый в программе анимации “Kaydara FiLMBOX” для создания и захвата анимации.
Ipt (iam) Форматы использующиеся в программе “Autodesk Inventor” parts (IPT) и assemblies (IAM).
Wrl (vrml) Стандартный формат файлов для демонстрации трёхмерной интерактивной векторной графики, чаще всего используется в WWW.
Htr Формат (Hierarchical Translation-Rotation) применяется для записи движений и поз трёхмерных объектов.
Окончание табл. 2
Формат Описание
Ige (igs, iges) нейтральный формат обмена данными для CAD-систем. Поддерживает традиционные инженерные чертежи и трехмерные модели
W3d Файл экспорта сцены Shockwave 3D, приложения для разработки и отображения векторной 3D-гpaфики в WWW
Rixar Для обмена со специализированными графическими станциями Pixar, ориентированными на трехмерное моделирование.
3 dm Расширение файлов моделей, созданных в Rhino 3D, пакете трехмерного моделирования с помощью NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines)
Stl Формат стерео литографической САПР, созданной 3D System. В настоящее время поддерживается большинством ПО быстрого прототипирования и производства. Формат описывает только поверхность трехмерных объектов, не учитывая цвет, текстуру и другие общие для CAD-моделей параметры.
X3D Расширение языка VRML 97 с использованием возможностей языка описания Web-страниц XML. Применяется для представления сложного трехмерного Интернет-контента (вплоть до промышленных моделей систем автоматизированного проектирования CAD/CAM
Xvl Расширение формата X3D, разработанное фирмой Lattice и оптимизированное для передачи данных по сети. Оптимизация достигается за счет передачи только сплайновая форма (Lattice-поверхности), а затем, уже после передачи данных на компьютер пользователя, Lattice-поверхноети преобразуются браузером в полигональные сетки для последующей VRML-визуализации
Авторами был выбран формат трехмерных анимированных моделей
VRML.
VRML (Virtual Reality Modeling Language) часто неявно считается некоторым дополнением к HTML, позволяющим создавать на web-страницах трехмерные виртуальные миры. Исторически такая точка зрения справедлива, поскольку именно в Интернете планировалось разместить первые VRML-миры. В то же время, VRML есть вполне самостоятельный язык описания объемных объектов, который может использоваться вне Сети. В частности, большинство программ трехмерного моделирования могут сохранять объекты и сцены в формате VRML [З].
Используя файлы текстового формата, язык VRML позволяет описать не только геометрические свойства объектов в трехмерном пространстве, например, расположение и форму сложных поверхностей и многогранников, но и физические данные об их цвете, текстуре, блеске, прозрач-
ности, источниках освещения и так далее. Как и в HTML, графические 3D-компоненты можно связать с другими web-страницами или новыми VRML-файлами Сети. Кроме того, в качестве реакции на действия пользователя или другие внешние события, например таймеры, могут появляться движение, звуки, освещение и другие аспекты виртуального мира. Особый компонент Script Node позволяет добавлять программный код (например, Java или JavaScript).
VRML-файл обычно принято называть миром (world), поэтому он имеет расширение wrl, например, city. wrl.
По своей сути VRML, скорее, можно назвать языком программирования, причем ярко выраженным объектно-ориентированным языком. Говоря о нем, во многом более уместно проводить параллели не столько с HTML, сколько с Java. Кроме того, как и Java, VRML платформеннонезависим, и область его применения точно так же не ограничивается технологиями Internet/Intranet, для которых он изначально разрабатывался.
Просмотр VRML-файла в веб-браузере. Ни один веб-браузер не имеет встроенных средств для просмотра VRML-файлов. Для просмотра VRML-файлов в веб-браузере требуется соответствующий плагин. Определенное удобство могут представлять также автономные программы-просмотрщики (standalone), которые работают с виртуальными мирами самостоятельно, без помощи web-браузера [4].
Перейдем к непосредственному выбору программного обеспечения. Сравнение плагинов для веб-браузеров для просмотра VRML-миров приведено в табл. 3.
Таблица 3
Плагины для просмотра VRML-миров
Плагин Платформа Браузеры Лицензия
Blaxxun Contact Win IE free
Cortona 3D Win IE, Netscape-like, MS Office free*
BS Contact Win IE, Netscape-like trial
Octaga Player Win, linux, mac IE, Netscape-like, MS Office, Acrobat, standalone free*
Rux Player Win IE, Firfox free
FreeWRL linux, mac Mozila, standalone GPL
Open VRML linux, mac Mozila, standalone GPL
Принятые в табл. 3 обозначения: free — бесплатная; free* — условно-бесплатная; trial — бесплатный испытательный период; Netscape-like — группа браузеров Netscape Navigator, Mozilla, Firefox, Opera; standalone — отдельное приложение, независимое от web-браузера; GPL — лицензия на свободное программное обеспечение.
Из приведенных данных в табл. 3 интересуют плагины, распространяющиеся бесплатно или условно бесплатно, для платформы Windows (Win) или кроссплатформенный.
Однозначного ответа, какой плагин выбрать ддя всех платформ, как средство просмотра виртуальных моделей компонентов локальных сетей, нет.
Первоначально был выбран плагин Octaga Player, как обладающий наибольшими возможностями, но опыт его эксплуатации на платформе Windows показал, что иногда VRML-файл не открывался в браузере. Поэтому от плагина Octaga Player отказались и в настоящее время используется плагин Cortona 3D. За полгода эксплуатации плагина Cortona 3D недостатков не выявлено.
Выбор средства разработки трехмерных анимированных моделей. VRML-файл может быть создан в текстовом редакторе посредством ввода команд. Этот способ трудоемок и ненагляден. Удобнее, нагляднее и быстрее разрабатывать трехмерные анимированные модели в программных пакетах трёхмерной графики.
Программные пакеты, позволяющие создавать трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны. Устойчивыми лидерами в этой области являются: Autodesk 3ds Max, Maya, Newtek Lightwave, SoftImage XSI и сравнительно новые Sidefx Houdini, Cinema 4D, modo или ZBrush, Blender, K-3D и Wings3D.
Проанализируем возможности программных пакетов и условия их лицензирования трёхмерной графики и сведем полученные результаты в табл. 4.
Таблица 4
Средстваразработки трехмерных анимироеанныхмоделей
ПО Бесплатное распространение Поддержка
трехмерных моделей анимации
3ds Max Для студентов на полгода ДА ДА
Maya НЕТ ДА ДА
Wings3D ДА ДА ДА
K-3D ДА НЕТ НЕТ
SoftImage XSI НЕТ ДА ДА
Sidefx Houdini НЕТ ДА ДА
Cinema 4D НЕТ ДА ДА
ZBrush НЕТ ДА ДА
Blender ДА ДА ДА
modo НЕТ ДА НЕТ
Newtek Lightwave НЕТ ДА ДА
Для разработки трехмерных анимированных моделей приемлемые лицензии имеют 3D Max, Wings3D, Blender. Из этих трех вариантов для разработки трехмерных анимированных моделей нами был выбран AutoDesk 3D Max.
Резулътаты работы. Авторами были разработаны следующие виртуальные модели компонентов локальных сетей Ethernet:
1. Кабель «витая пара» на 2 и 4 пары проводов.
2. Патч-корд и процедура его изготовления.
3. Кабельный тестер и процедура проверки кабельным тестером сетевого соединения.
4. Сетевая карта и ее подключение.
5. Сетевая розетка и ее обжим.
6. Коммутатор и его подключение.
7. Рабочая станция и ее подключение к локальной сети.
Разработанный набор виртуальных моделей компонентов локальных сетей позволяет наглядно и полно показать основные этапы построения локальных сетей по технологии Ethernet при обучении студентов по дисциплинам «Сети ЭВМ и средства коммуникаций» и «Сети ЭВМ и телекоммуникации» .
Список литературы
1. Флинт Д. Локальные сети ЭВМ: архитектура, принципы построения, реализация. М: Финансы и статистика, 1986. 395 с.
2. Методические указания по курсу «Сети и телекоммуникации». Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. 120 с.
3. VRML. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/VRML (Дата обращения 19.10.2009)
4. Наш VRML - информация для новичков и профессиональных VRML-программистов URL: http://vrml.org.ru/ (Дата обращения 10.10.2009)
5. Vartchaba, S. Zajkov
WORKING OUT OF VIRTUAL MODELS OF COMPONENTS OF LOCAL NETWORKS ETHERNET FOR USE IN EDUCATIONAL PROCESS
For perfection of educational process, use of remote technologies of training and optimization of expenses for the labware it is offered at training on disciplines «networks of the computer and means of communications» and «computer and telecommunication networks» to use instead of network equipment Ethernet their virtual models.
Key words: virtual model, a local network, training, the Internet, Ethernet
Получено 02.11.10
