Processo de ensino –aprendendo redes de computadores em um
ambiente simulado.
Ensino– processo deaprendizagem de redes de computadores em ambiente simulado .
Eduardo López Hung,1 Alcides Muguercia Bles.
1
2
Mestre em Matemática Aplicada e Ciência da Computação para
Administração,
Engenheiro de Computação,
Professor Assistente, Pesquisador Assistente. Universidade de Ciências Médicas de Santiago de Cuba, Cuba.
2
Mestre
em
Saúde Pública,
Bacharel em Tecnologia em Saúde, Gestão de Informações em Saúde
Professor Assistente.
Especializada,
Universidade de Ciências Médicas
de Santiago de Cuba, Cuba.
Correspondência: elopezh@infomed.sld.cu
RESUMO
Dada a importância que o Processo de Informatização do
Setor Saúde tem tomado nas últimas
décadas, o ensino de redes de computadores na formação de recursos humanos em Sistemas de
Informação em
Saúde, e especificamente em Informática, ele se concentrou nos
princípios didáticos que garantem a vinculação da teoria com a prática, permitindo o design
montagem de redes de computadores com ótimo desempenho.
e
No entanto, a
complexidade na instalação e afinação de redes de computadores, além dos altos custos das
tecnologias e componentes utilizados neles tanto em hardware quanto em software,
que limitam consideravelmente o Processo ensino-aprendizagem.
simuladores é proposto
para a aquisição de habilidades no
são aspectos
É por isso que o uso de
projeto e montagem do
mesmo,
especificamente o Packet Tracer para suportar esquemas e cenários que possibilitem exemplificar
e sistematizar o conhecimento dessa disciplina, mesmo sem ter os recursos necessários.
isso que este trabalho visa identificar as potencialidades didáticas oferecidas
para o elo correto da teoria com a
É por
por esta ferramenta
prática no ensino de redes de computadores. Como principais
resultados, foi possível verificar os diferentes componentes e elementos dos quais o simulador está
equipado,
bem como
quais conteúdos poderiam ser sistematizados com cada um deles,
possibilitando aumentar a qualidade do processo
ensino-aprendizagem
Palavras-chave: redes de computadores, design de rede, simulação,
didática.
nesta disciplina.
simulador, Packet Tracer,
ABSTRAIR
O ensinoemrede , relacionado à
Saúde,
formação de recursos humanos em Sistemas de Informação em
e especificamente em Informática, tem sido focado em princípios didáticos
asseguram a teoria
e
a relação prática,
permitindo
projetar
e estabelecer redes de
desempenho. No entanto, a complexidade na instalação e o trabalho líquidos e
das tecnologias e
seus componentes de
consideravelmente
o ensino–a aprendizagem
simuladores para
melhorar as habilidades
especificamente o Packet Tracer, capaz de
e tornar o conhecimento
hardware
processo.
na
É
concepção
e
software estão
propõe-se usar
redes,
para dar exemplos
não tendo recursos necessários.
identificar potenciais didáticos oferecendo essa ferramenta
para a teoria certa e a relação prática no ensino em rede. Como principais
ser
limitando
estabelecimento de
estágios
alto
os preços caros
por isso que,
suportar esquemas e
dessa disciplina sistemático, mesmo
Assim, esta pesquisa está fingindo
ou
que
confirmado diferentes componentes e elementos
resultados, poderia
do simulador, bem como uma espécie
de conteúdo para sistematizar com cada um, aumento da qualidade do ensino– aprendizado
nesta disciplina.
Palavras-chave: redes, design de rede,
simulação, simulador, Rastreador de Pacotes, didática.
INTRODUÇÃO
Redes. Projeto e Montagem,é um tema de vital importância para o desenvolvimento do networking
que se destina ao
Processo de Informatização do Sistema Único de Saúde,
e responde à
necessidade de formação de recursos humanos do Setor no campo da Informática.
profissionais em sua atuação devem conhecer métodos e
implementação de
Esses
técnicas adequadas para a concepção e
redes em instituições desaúde, bem como sua preservação e segurança de
acordo com o processo de informatização.
Na concepção
do programa do tema, foram
enfatizados os princípios didáticos que
garantem o vínculo da teoria com a prática,permitindo um desempenho ideal.
realidade está longe de ser desejada.
computadores, além dos altos
A complexidade na instalação e
No entanto, a
afinação de redes de
custos das tecnologias e componentes utilizados
hardware quanto software, são aspectos que
neles tanto
limitar consideravelmente o
Processo ensino-aprendizagem (PEA) relacionado à concepção e administração de redes de
computadores, nos diferentes contextos educacionais em que estes são ensinados. conteúdo. Essa
situação, na maioria dos casos, obriga os professores a buscar soluções para melhorar a qualidade
da PEA, que permite ao aluno, nessas circunstâncias, adquirir o maior quantidade de habilidades,
neste caso, no que diz respeito ao design e montagem de redes de computadores.
Para isso há uma abordagem de
simulação,um aspectoque adquire grande conotação no campo
da pesquisa científica e da educação.
Neste último, é cada vez mais utilizado para o ensino de
2
processos,
procedimentos e na formação
geralmente objetivas.
de situações práticas, quese limita às condições
1
Simulações permitem que o aluno seja colocado em situações de aprendizagem que, devido a
restrições econômicas ou
físicas, são difíceis de obter em uma experiência laboratorial tradicional.
Esse tipo de aplicação permite a construção de mundos ideais,para observar melhor um fenômeno,
para fornecer a cada aluno uma réplica da máquina ou sistema simulado.
Nesse sentido,
existem
computadores, como o
vários softwares que permitem projetar e configurar uma rede de
Microsoft Visio. Outros fornecem
permitindo a representação visual do
características
maiores e melhores,
design, configuraçãoe também a administração do mesmo,
como o Packet Tracer, etc. No entanto, estes não são explorados em cenários de ensino para tais
fins.
Tendo em conta as deficiências descritas acima, destinava-se a esta pesquisa favorecer o Processo
ensino-aprendizagem
do
Projeto e Montagem de Redes de Computadores através do uso de
ferramentas informática que permite a vinculação coerente da teoria com a prática.
Portanto, o objetivo geral da pesquisa foi identificar as potencialidades do
simulador Packet Tracer, para a vinculação da teoria com a prática em design, montagem
e
gerenciamento de rede de computadores.
MÉTODO
A. Métodos teóricos
Para o desenvolvimento da pesquisa,
•
Análise e síntese:definir as
foram utilizados os seguintes métodos teóricos:
diferentes posições teóricas relacionadas ao
desenho e
montagem de redes de computadores, bem como aquelas relacionadas ao uso da simulação
desta disciplina. Por outro lado, foi usado para chegar a conclusões parciais
•
e gerais.
Histórico-lógico: para o estudo da evolução do PEA do desenho de redes de computadores,
bem como o uso de simuladores para tais fins.
•
Sistêmica-estrutural:para a decomposição de cada uma das
peças e componentes
do
simulador, para sua melhor análise e uso como um todo.
•
Modelagem: para a concepção e teste das diferentes
topologias de rede que podem ser
implementadas com este simulador.
B. Métodos empíricos
Foram utilizados
métodos empíricos:
•
Observação científica: para a verificação empírica do problema detectado.
•
Experimental: para o teste e execução de exercícios orientados à simulação,
para verificar
a eficácia desta ferramenta.
•
Revisão dos documentos: obter informações relacionadas ao simulador, bem como a PEA
do assunto em questão.
C. Materiais utilizados
3
Entre os materiais utilizados pode-se citar:
•
Programação atual do tema Design e Montagem de Redes, da
carreira de Sistemas de
Informação em Saúde.
•
Rastreador de pacotes 5.0.
Design e Montagem de Redes é um tema do bacharelado em Sistemas de
Informação em Saúde,que pertence à disciplina de Ciência da Computação do Currículo Base do
mesmo. É ministrado no segundo semestre do primeiro ano com um total de 40 horas, distribuídos
em oito tópicos, e tem como precedência as disciplinas de Arquitetura computacional (também da
mesma disciplina e currículo base), e o de Segurança e Ética em Computação (da disciplina que
rege Sistemas de Informação em Saúde, pertencentes ao Próprio Currículo).
2-3
Esse tema é vital para o desenvolvimento de redes que se destinam ao processo
de informatização do Sistema Único de Saúde e responde à necessidade de formação de recursos
humanos no campo da
ciência da computação.
Esses profissionais em sua atuação devem
conhecer métodos e técnicas adequadas para a concepção e implementação de Redes Locais em
instituições de Saúde,
bem como sua preservação e segurança de acordo com os propósitos do
Setor em termos de Informatização.
2
O objetivo do assunto é aplicar os procedimentos de concepção e implementação de uma rede
local que garanta serviços de conectividade e segurança, através da projeção racional dos meios
de computação, baseada
sociais da
no compartilhamento de recursos e comunicação como processos
Informática,integrando a lógica do pensamento,
do conhecimento e da prática no
âmbito dos valores dos profissionais de saúde.
O tema é fundamentalmente orientado para o ensino da
teoria,
tecnologia e administração de
redes de computadores, que é resumido nos seguintes conteúdos:
•
Teoria da Rede de Computadores:
Modelo de Interconexão do Sistema Aberto iso (OSI),
classificação de redes de computadores, seus componentes, protocolos de comunicação.
•
Tecnologias de rede de computadores:
cabos, equipamentos de interconexão,
hardware
associado aos diferentes componentes de rede, cabeamento estruturado.
•
Gerenciamento de rede de computadores: serviços de rede (controlador de domínio, DNS,
DHCP, E-mail, etc.).
O Packet Tracer é um aplicativo autônomo para
em
aprendizado de rede de computadores baseado
simulação, oferecendo a capacidade de projetar,configurar e solucionar problemas redes de
computadores com um alto nível de complexidade . Este software suporta a criação de simulações,
visualizações e animações que ocorrem em redes reais.
Implementa um modelo simplificado para
entender o comportamento de uma rede de computadores,
bem como para o desenvolvimento
de habilidades em seu design, configuração e administração. Ele oferece:
4
A criação de espaços de trabalho físicos (vistas entre cidades,
•
edifícios, apartamentose
instalações), que permitirá seu uso para o ensino de diferentes tipos de redes levando em
conta a extensão e as topologias de rede que podem ser implantadas.
A criação de espaços de
•
trabalho lógicos (topoologias
como hosts,servidores, roteadores,
para o
topologias de ensino,
switches,
hubs,
de rede,
cabeamento,dispositivos
pontes,etc.), que permitirão seu uso
bem como a interconexão de diferentes dispositivos.
Suporte para a pilha de protocolos ISO Open System Interconection Reference Model (mais
•
conhecido como OI Model):
1. Para redes LAN: Ethernet incluindo CSMA/CD, e o padrão 802.11 para redes sem fio.
2. Para switches: VLANs, 802.1q, VTP, DTP, STP, RSTP.
3. De la pila TCP/IP: HTTP, DHCP, DHCPv6, Telnet, SSH, TFTP, DNS, TCP, UDP, IP, IPv6,
ICMP, ICMPv6, ARP.
4. Para roteamento:estática, dinâmica,
RIPv1, RIPv2, EIGRP, OSPF,
bem como
roteamento entre VLANs. Para redes WAN: HDLC, PPP e Frame Relay.
•
Diferentesmodos de simulação:animação de pacotes, lista global de eventos, visualizações
do Modelo OSI, visão detalhada dos pacotes de datagrama do usuário, entre outros;
permitirá entender o funcionamento
possíveis,
da rede
o que
a partir dos diferentes pontos de vista
podendo verificar toda a teoria subjacente no projeto obtido,simulando passo a
passo o ações que são executadas para a transmissão de informações.
•
Permite a configuração de diferentes serviços;
além de testá-los,como a criação de um
servidor DNS, DHCP, bem como servidor Web.
RESULTADOS
O PEA no
tema Design e Montagem de Redes de Computadores caracteriza-se por ter um
componente eminentemente prático, independentemente da teoria que a sustenta, uma vez que
os níveis de assimilação do Os conteúdos são condicionados pela solidez do conhecimento dos
sujeitos anteriores, pelo alto grau de abstração que
administração,
implica toda a teoria,
tecnologia,
gestão e segurança das redes de computadores, e com os diferentes meios de
ensino empregados para tais fins.
As Novas Tecnologias de Informática e Comunicações (NTIC) foram introduzidas nos campos mais
diferentes, entre
eles,
o ensino,onde determinaram
o surgimento de novos papéis para
instituições de ensino, professores e alunos, bem como no desenvolvimento de materiais para
apoiar o processo ensino-aprendizagem.
Dessa forma, é necessário repensar
centro do processo,
4
as práticas de ensino,
com ênfase especial no aluno como
sem descartar a importância do professor, o que leva
mais amplo, em uma multiplicidade de novos cenários.
a um aprendizado
5
5
No ensino, a possibilidade de ensaiar, testar
e
livre de riscos é uma grande oportunidade,
teorias e treinamento em um ambiente controlável
pois modelam um sistema ou fenômeno do mundo
real. , no realismo da interação,e na frequência e tipo de feedback que o simulador proporciona
ao aluno.
Allessi e Trollip propuseram uma taxonomia para simulações no ensino.
quatro categorias amplas:físico, procedimento,
•
Eles os dividem em
6
situacional e processo.
Simulações físicas: neste tipo de simulações um objeto é representado na tela para o aluno
usar ou aprender.
Exemplos típicos são:uma máquina que o aluno deve operar ou algum
equipamento de laboratórios científicos que ele usará em experimentos.
•
Simulações processuais: O objetivo fundamental desse tipo de simulação é que o aluno
aprenda um conjunto de ações que constituam um procedimento.
procedimentos objetos de simulações físicas são manipulados,
Muitas vezes
nesses
de modo que esses tipos de
simulações estão intimamente relacionados.
•
Simulações situacionais: permitir que o aluno explore os efeitos de diferentes abordagens
para uma situação ou desempenhar papéis diferentes nela.
•
Simulações de processos: Nessas simulações o aluno geralmente dá valores a uma série
de
parâmetros iniciais e observa como o processo ocorre sem intervir ou
Geralmente
são
versões aceleradas ou desaceleradas
de um
manipular.
processo real, ou a
representação de um processo que não se manifesta visualmente.
No caso do projeto e montagem de uma rede de computadores, a simulação assume um caractere
híbrido, ou seja,
existem
mistura cada uma das categorias propostas por Allessi e Trollip. Para tais fins
alguns simuladores que permitem o design da rede,
configuração;e outros o design,
outros permitem o design e
configuração e administração em um
simulação de seu
funcionamento;como o simulador de referência: Packet Tracer.
Foi realizada uma análise do programa, e especificamente as habilidades e conteúdos de cada
tópico, sendo capazes de determinar quais eram aqueles que em um ambiente simulado poderiam
ser ensinados, dependendo
do instalações que este simulador oferece. De todas as habilidades
que estão relacionadas nos temas do tema,essas poderiam ser selecionadas tanto da ordem
teórica quanto prática,
que poderiam ser superadas pelos alunos através um ambiente simulado;
representando 45% deles.
Abaixo estão as habilidades selecionadas do programa e ilustradas
através do Packet Tracer como
elas podem ser trabalhadas a partir da simulação:
1.
Identifique e descreva os diferentes tipos de redes: Internet, Intranet, LAN, WAN, MAN.
2.
Identifique e descreva as diferentes topologias de rede.
A Figura 1 mostra uma
topologia estelar, projetada com o simulador.
3.
Identifique e descreva os diferentes tipos de cabeamentoe meios físicos de transmissão.
6
Figura 1. Design de uma rede simples.
4.
Topologia estelar
Identifique e descreva cada um dos níveis ou camadas do Modelo de Referência osi.
A Figura
2 explica como cada camada do Modelo de Referência do OSI interage, neste caso, enviando
4 pacotes de 32 byte de um computador para outro.
Figura 2. Operação de cada camada do Modelo OSI
7
5.
Identifique e defina os diferentes tipos de protocolo de comunicação, dependendo do nível ou
camada osi a que pertence.
A Figura 3 ilustra no modo de simulação, cada etapa
que ocorre ao enviar neste caso, enviando 4 pacotes de byte de um computador para outro.
6.
Identifique e descreva as características do Protocolo TCP/IP e sua função na Internet e versões
deste protocolo.
A Figura 4 ilustra como o aluno será capaz de atribuir um endereço
IP, a máscara de rede, entre outros elementos.
Figura 3.
Simulação passo a passo gerada a partir do envio de 32 bytes
8
Figura 4. Interface para configurar uma placa de rede
7.
Identifique e descreva um endereço IP e associá-lo ao DNS (Name System, sistema de nomes)
ou domínio.
8.
Planeje, projete e implemente uma rede configurando e integrando seus componentes.
9.
Realizar o projeto e montagem de uma Rede Local.
10. Instale e configure um Servidor.
11. Identifique os principais componentes da interface gráfica de um servidor, suas ferramentas
administrativas e comandos comumente usados.
12. Configure estações de trabalho para conectar-se sobre TCP/IP.
A Figura 5 ilustra como
o comando ping verifica a conectividade.
13. Basicamente instale um servidor de rede.
9
Figura 5. Usando a linha de comando para verificar a conectividade
14. Basicamente instale um servidor de rede.
15. Instale e configure os serviços básicos de um servidor (DNS, DHCP, Web).
A
figura a seguir ilustra, ainda que de forma muito rústica, como um servidor de nome de domínio
(DNS) pode ser estabelecido.
Figura 6. Configuração de um servidor DNS
16. Identifique e descreva os principais serviços e protocolos de Segurança.
10
CONCLUSÕES
Simulação é o processo ou atividade em que o potencial oferecido pelas TIC no PEA é
Entre suas vantagens pode
destacar o estímulo à motivação,
aprendizado para situações reais.
Por outro lado, permite a
explorado.
eficiência e transferência de
experimentação em um ambiente
controlado e livre de riscos, bem como a exposição do aluno a situações que, devido a restrições
econômicas ou outras, são impossível de experimentar, limitando consideravelmente tal processo
à teoria. É por isso que o uso do simulador Packet Tracer é proposto como uma ferramenta para
o PEA de redes de computadores, devido às inúmeras potencialidades didáticas que possui, o que
permitirá simulação
desses
processos em diferentes cenários,
bem como a corroboração do
conhecimento teórico desse tema. Por fim, é válido ressaltar que as simulações não substituem a
prática
pela
realidade objetiva; no entanto, essa ferramenta permitirá que o aluno adquira as
habilidades que
permitirão seu melhor desempenho no
design e montagem de redes de
computadores em qualquer instituição.
REFERÊNCIAS
1. Simulação em educação. Relatório final
em http://www.cclcca.ca/NR/rdonlyres/C8CB4C08-
F7D34915-BDAA-C41250A43516/0/SFRSimulationinEducationJul06REV.pdf.
2.
Plano de Estudo aprovado para o Bacharelado
em Sistemas de Informação em
Saúde.
Universidade de Ciências Médicas de Havana, Havana, Cuba, 2011.
3. Programa do assunto Design e Montagem de Redes de Computadores. Universidade de Ciências
Médicas de Havana, Havana, Cuba, 2011.
4. Almeida S, Febles JP, Estrada V, Bolaños O.
na Universalização da Educação Médica.
Tecnologias da Informação e Comunicação
Ensino Médico Superior.
Vol. 23, Nº 4, pp. 261-271, Havana, 2009.
5. Valdés MC, de Armas N, Darín SB, Abreu M, Castro A. Ferramenta estratégica de TIC para o
crescimento profissional na sociedade do conhecimento: A formação transversal curricular de
habilidades comunicativas. Diário Eletrônico de Tecnologia Educacional (EDUTEC) Vol. 26, 2008.
6. Alessi SM, Trollip SR. Instrução baseada em computador : Métodos e Desenvolvimento. Ed.
Prentice Hall, Nova Jersey, 1991
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