Аппаратные компоненты сети (сетевые адаптеры, концентраторы, маршрутизаторы).
Подготовить опорный конспект занятия.
Фото-отчет выполненного опорного конспекта , отправить в личку преподавателя, в соцсети ВК.
Раздел 6. Компьютерные сети
Тема 6.1.
Использование локальных и региональных вычислительных сетей в здравоохранении
Лекция № 9.Использование локальных и региональных вычислительных сетей в здравоохранении .
План
Возможности и преимущества сетевых технологий. Локальные компьютерные сети. Топология компьютерной сети.
Аппаратные компоненты сети (сетевые адаптеры, концентраторы, маршрутизаторы).
Организация работы пользователей в локальных сетях.
Использование локальных вычислительных сетей в лечебных учреждениях
Использование региональной вычислительной сети в здравоохранении
Возможности и преимущества сетевых технологий. Локальные компьютерные сети. Топология компьютерной сети.
Передача информации между компьютерами существует, наверное, с самого момента возникновения вычислительной техники. Она позволяет организовать совместную работу отдельных компьютеров, решать одну задачу с помощью нескольких компьютеров, специализировать каждый из компьютеров на выполнении какой-то одной функции, совместно использовать ресурсы и решать множество других проблем.
На сегодняшний день в мире существует более 130 млн. компьютеров и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети - от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей.
|
|
|
Компьютерные сети (англ, network) -это совокупность ПК, распределенных на некоторой территории и взаимосвязанных для совместного использования ресурсов (данных, программ и аппаратных компонентов).
Компьютерные сети передачи данных являются результатом информационной революции и в будущем смогут образовать основное средство коммуникации. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких, как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, E-mail писем, электронных конференций и т.д.) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а также обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей, работающих под разным программным обеспечением.
Преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров, перечислены ниже .
|
|
|
Объединение компьютеров в сеть позволяет пользователям использовать совместно:
■ аппаратные средства (жесткие диски, принтеры, коммуникационные устройства и т. п.);
■ программные средства (текстовые редакторы, процессоры электронных таблиц, системы управления базами данных и т. п.);
■ многопользовательские системы (электронную почту, телеконференция, информационные системы на основе баз данных, например, базы данных для банковских операций и т. п.).
К основным характеристикам сетей относятся:
■ пропускная способность - максимальный объем данных, передаваемых сетью в единицу времени. Пропускная способность измеряется в мегабитах в секунду (Мбит/с);
■ время реакции сети - время, затрачиваемое программным обеспечением и устройствами сети на подготовку к передаче информации по данному каналу. Время реакции сети измеряется в миллисекундах (мс).
Виды компьютерных сетей
Имеется несколько классификаций компьютерных сетей. Компьютерные сети по территориальной распространенности бывают:
■ Локальные вычислительные сети (ЛВС - LAN, Local Area Network). Такая сеть охватывает небольшую территорию с расстоянием между отдельными компьютерами до 10 км. Обычно такая сеть действует в пределах одного учреждения.
|
|
|
■ Корпоративные вычислительные сети (MAN, Metropolitan Area Network). это телекоммуникационная сеть, объединяющая в единое информационное пространство все структурные подразделения организации, которые могут находиться на значительном удалении друг от друга: в разных частях города, в различных городах и странах. Корпоративные сети объединяют ЛВС удаленных структурных подразделений с помощью собственных или арендуемых каналов связи. Они, как правило, имеют несколько центров управления, среди которых выделяется один главенствующий.
Корпоративная сеть создается в системе медицины катастроф.
■ Глобальные вычислительные сети (WAN, Wide Area Network). Такая сеть охватывает, как правило, большие территории (территорию страны или нескольких стран). Компьютеры располагаются друг от друга на расстоянии десятков тысяч километров.
■ Региональные сети. Подобные сети существуют в пределах города, района. В настоящее время каждая такая сеть является частью некоторой глобальной сети и особой спецификой по отношению к глобальной сети не отличается.
Компьютерные сети по скорости передачи информации бывают:
■ низкоскоростные - до 10 Мбит/с;
|
|
|
■ среднескоростные - до 100 Мбит/с;
■ высокоскоростные - свыше 100 Мбит/с.
Локальная сеть- это группа из нескольких компьютеров, соединенных между собой посредством кабелей (иногда также телефонных линий или радиоканалов), используемых для передачи информации между компьютерами. Для соединения компьютеров в локальную сеть необходимо сетевое оборудование и программное обеспечение.
Можно сформулировать следующие отличительные признаки локальной сети:
■ высокая скорость передачи, большая пропускная способность;
■ низкий уровень ошибок передачи (или высококачественные каналы связи). Допустимая вероятность ошибок передачи данных должна быть порядка 107-108;
■ эффективный, быстродействующий механизм управления обменом;
■ ограниченное, точно определенное число компьютеров, подключаемых к сети.
Локальные сети позволяют обеспечить :
• коллективную обработку данных пользователями подключенных в сеть компьютеров и обмен данными между этими пользователями;
• совместное использование программ;
• совместное использование принтеров, модемов и других устройств.
При таком определении понятно, что глобальные сети отличаются от локальных тем, что рассчитаны на неограниченное число абонентов и используют, как правило, не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи, а механизм управления обменом в них в принципе не может быть гарантированно быстрым. В глобальных сетях гораздо важнее не качество связи, а сам факт ее существования.
Нередко выделяют еще один класс компьютерных сетей - городские сети (MAN, Metropolitan Area Network), которые обычно бывают ближе к глобальным сетям, хотя иногда имеют некоторые черты локальных сетей, например высококачественные каналы связи и сравнительно высокие скорости передачи. В принципе городская сеть может быть действительно локальной, со всеми ее преимуществами.
Сейчас уже нельзя провести четкую и однозначную границу между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеет выход в глобальную сеть, но характер передаваемой информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от принятых в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети в данном случае включены также и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть остается всего лишь одним из ресурсов, разделяемых пользователями локальной сети.
По локальной сети может передаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонные разговоры, электронные письма и т. д. Именно задача передачи изображений, особенно полноцветных динамических изображений, предъявляет самые высокие требования к быстродействию сети. Чаще всего локальные сети используются для разделения (т. е. совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеры и выход в глобальную сеть, но это всего лишь незначительная часть тех возможностей, которые предоставляют средства локальных сетей. Например, они позволяют осуществлять обмен информацией между компьютерами разных типов. Абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, например принтеры, плоттеры, сканеры. Локальные сети дают возможность организовать систему параллельных вычислений на всех компьютерах сети, что позволяет многократно ускорить решение сложных математических задач. С их помощью можно также управлять работой сложной технологической системы или исследовательской установки с нескольких компьютеров одновременно.
Однако локальные сети имеют и некоторые недостатки. Помимо дополнительных материальных затрат на покупку оборудования и сетевого программного обеспечения, на прокладку соединительных кабелей и обучение персонала, необходимо также иметь специалиста, который будет заниматься контролем работы сети, модернизацией сети, управлением доступом к ресурсам, устранением возможных неисправностей, т. е. администратора сети. Сети ограничивают возможности перемещения компьютеров, так как при этом может понадобиться перекладка соединительных кабелей. Кроме того, сети представляют собой прекрасную среду для распространения компьютерных вирусов, поэтому вопросам защиты придется уделять гораздо больше внимания, чем в случае автономного использования компьютеров.
Рассмотрим важнейшие понятия теории сетей, таких как сервер и клиент.
Практически все услуги сети построены на принципе клиент-сервер. Остальные компьютеры локальной сети часто называются рабочими станциями.
► Определение. Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует ресурсы других абонентов, т. е. служит только сети.
Серверов в сети может быть несколько, и совсем не обязательно сервер - это самый мощный компьютер. Выделенный сервер - это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может заниматься помимо обслуживания сети и другими задачами. Специфический тип сервера - это сетевой принтер.
► Определение. Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, т. е. сеть его обслуживает.
Компьютер-клиент также часто называют рабочей станцией. В принципе каждый компьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером. Под сервером и клиентом часто понимают также не сами компьютеры, а работающие на них программные приложения. В этом случае приложение, которое только отдает ресурс в сеть, является сервером, а приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами, является клиентом.
Можно выделить следующие классы локальных вычислительных сетей. По способу организации взаимодействия компьютеров:
■ равноправные (одноранговые) ЛВС , т. е. пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (диски, каталоги, файлы) сделать общедоступными по сети. Например, если на вашем компьютере установлен принтер, то с его помощью смогут распечатывать свои документы все остальные пользователи сети, а вы, в свою очередь, сможете работать с Интернетом, подключение к которому осуществляется через соседний компьютер.
■ ЛВС с выделенными файловыми серверами (централизованные или иерархические).
Главное достоинство, одноранговых сетей- это простота установки и эксплуатации. Главный недостаток состоит в том, что в условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.
В иерархической сетипри установке сети заранее выделяются один или несколько серверов - компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера, называют клиентом сети или рабочей станцией. Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы. Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных.
По технологии использования сервера различают сети с архитектурой «файл-сервер» и сети с архитектурой «клиент-сервер». В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции.
В системах с клиент-серверной архитектурой обмен данными осуществляется между приложением-клиентом и приложением-сервером. Хранение данных и их обработка производятся на мощном сервере, который выполняет также контроль доступа к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса.
При организации компьютернорй сети исключительно важным является выбор топологии.
Под топологией компьютерной сети обычно понимают физическое расположение компьютеров сети относительно друг друга и способ соединения их линиями.
Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, методы управления обменом, надежность работы, возможность расширения сети.
Важно отметить, что понятие топологии относится прежде всего к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по своему собственному пути. Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, возможные и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети.
Существует три основных вида топологии сети: шина, звезда , кольцо и смешанная.
Шина (bus), при которой все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи, и информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам. Согласно этой топологии создается одноранговая сеть. При таком соединении компьютеры могут передавать информацию только по очереди, так как линия связи единственная.
Достоинства:
ü простота добавления новых узлов в сеть (это возможно даже во время работы сети);
ü сеть продолжает функционировать, даже если отдельные компьютеры вышли из строя;
ü недорогое сетевое оборудование за счет широкого распространения такой топологии.
Недостатки:
ü сложность сетевого оборудования;
ü поскольку шина используется совместно, в каждый момент времени передачу может вести только один из компьютеров. Если передачу одновременно начинают два или больше компьютеров возникает искажение сигнала, приводящее к повреждению всех кадров.
ü сложность диагностики неисправности сетевого оборудования из-за того, что все адаптеры включены параллельно;
ü обрыв кабеля влечет за собой выход из строя всей сети;
ü ограничение на максимальную длину линий связи из-за того, что сигналы при передаче ослабляются и никак не восстанавливаются.
Проблемы, характерные для топология «шина» привели к тому, что эти сети, сейчас уже практически не используются.
Звезда (star), при которой к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою отдельную линию связи. Звезда - это топология с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который ложится очень большая нагрузка, поэтому он предназначен только для обслуживания сети.
Звезда (star) — бывает двух основных видов:
1) Активная звезда — к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального — одному или нескольким периферийным.
2) Пассивная звезда. В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet (о которой будет сказано далее). В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство — коммутатор или, как его еще называют, свитч (switch), который восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их непосредственно получателю.
Достоинства:
ü выход из строя периферийного компьютера никак не отражается на функционировании оставшейся части сети;
ü простота используемого сетевого оборудования;
ü все точки подключения собраны в одном месте, что позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности сети путем отключения от центра тех или иных периферийных устройств;
ü не происходит затухания сигналов.
Недостатки:
ü выход из строя центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной;
ü жесткое ограничение количества периферийных компьютеров;
ü значительный расход кабеля.
Кольцо (ring), при котором каждый компьютер передает информацию всегда только одному компьютеру, следующему в цепочке, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера, и эта цепочка замкнута. Кольцо - это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает.
Достоинства:
ü легко подключить новые узлы, хотя для этого нужно приостановить работу сети;
ü большое количество узлов, которое можно подключить к сети (более 1000);
ü высокая устойчивость к перегрузкам.
Недостатки:
ü выход из строя хотя бы одного компьютера нарушает работу сети;
ü обрыв кабеля хотя бы в одном месте нарушает работу сети.
На практике нередко используют и комбинации базовых топологий, но большинство сетей ориентировано именно на эти три. Рассмотрим теперь кратко особенности перечисленных сетевых топологий. В отдельных случаях при конструировании сети используют комбинированную топологию. Например, дерево (tree) - комбинация нескольких звезд. Как и в случае звезды, дерево может быть активным, или истинным, и пассивным. При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном - концентраторы (хабы).
Основание дерева вычислительной сети (корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева). Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и/или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором.
Топология сети определяет не только физическое расположение компьютеров, но и, что гораздо важнее, характер связей между ними, особенности распространения сигналов по сети. Именно характер связей определяет степень отказоустойчивости сети, требуемую сложность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом, возможные типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (длина линий связи и количество абонентов), необходимость электрического согласования и многое другое. Более того, физическое расположение компьютеров, соединяемых сетью, вообще довольно слабо влияет на выбор топологии. Любые компьютеры, как бы они ни были расположены, всегда можно соединить с помощью любой заранее выбранной топологии
Аппаратные компоненты сети (сетевые адаптеры, концентраторы, маршрутизаторы).
Так уж получилось, что сетевое оборудование всегда держалось особняком. Другие комплектующие (из числа тех, что не входят в обязательный набор системного блока) можно покупать по отдельности, без каких-то можно легко обойтись. Но с сетевыми устройствами – картина совершенно иная, необходимо приобретать все в совокупности.Сетевая плата, также известная как сетевая карта, сетевой адаптер NIC (англ. network interface controller) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.
В настоящее время выпускается большое количество разнообразных сетевых карт. По конструктивной реализации сетевые платы делятся на:- внутренние — отдельные платы, вставляющиеся в PCI, ISA или PCI-E слот;- внешние, подключающиеся через USB или PCMCIA интерфейс, преимущественно использовавшиеся в ноутбуках;- встроенные в материнскую плату.На 10-мегабитных сетевых платах для подключения к локальной сети используются 3 типа разъёмов:- 8P8C для витой пары;- BNC-коннектор для тонкого коаксиального кабеля;- 15-контактный разъём трансивера для толстого коаксиального кабеля.Эти разъёмы могут присутствовать в разных комбинациях, иногда даже все три сразу, но в любой данный момент работает только один из них.На 100-мегабитных платах устанавливают только разъём для витой пары.Рядом с разъёмом для витой пары устанавливают один или несколько информационных светодиодов, сообщающих о наличии подключения и передаче информации.Кабель . Очевидно, чтобы соединять различные устройства в проводной сети, необходимы кабели. Естественно, не каждый кабель можно использовать для соединения сетевых устройств. Поэтому во всех сетевых стандартах определены необходимые условия и характеристики используемого кабеля, такие как полоса пропускания, волновое сопротивление (импеданс), удельное затухание сигнала, помехозащищенность и другие. Существуют два принципиально разных вида сетевых кабелей: медные и оптоволоконные. Кабели на основе медных проводов, в свою очередь, делятся на коаксиальные и некоаксиальные. Обычно используемая витая пара (RG-45) формально не относится к коаксиальным проводам, но многие характеристики присущие коаксиальным проводам, применимы и к ней. Коаксиальный кабель представляет собой центральный проводник, окруженный слоем диэлектрика (изолятора) и экраном из металлической оплетки, выполняющим также роль второго контакта в кабеле. Для повышения помехоустойчивости иногда поверх металлической оплетки помещают тонкий слой алюминиевой фольги. В лучших коаксиальных кабелях используют для изготовления серебро и даже золото. В локальных сетях применяются кабели с сопротивлением 50 Ом (RG-11, RG-58) и 93 Ом (RG-62). Главный недостаток коаксиальных кабелей — их пропускная способность, которая не превышает 10 Мбит/с, что в современных сетях считается недостаточным.
Витая пара представляет собой несколько (обычно 8) пар скрученных проводников. Скручивание применяется для уменьшения помех как самой пары, так и внешних, влияющих на нее. У скрученной определенным образом пары появляется такая характеристика, как волновое сопротивление. Витая пара бывает нескольких типов: неэкранированная витая пара — UTP (Unscreened Twisted Pair), фольгированная — FTP (foiled), фольгированная экранированная — FBTP (foiled braided) и защищенная — STP (shielded). Защищенная пара отличается от остальных наличием индивидуального экрана для каждой пары. Витые пары делятся на категории по частотным свойствам. В зависимости от того, где прокладывается провод и каково его дальнейшее использование, следует выбирать одножильную или многожильную витую пару. Одножильная пара дешевле, но она наиболее хрупкая.
Основной недостаток витой пары - плохая помехозащищённость и низкая скорость передачи информации.
Оптоволоконный кабель является перспективной технологией, используемой в сетях. Носителем информации является световой луч, который модулируется сетью и принимает форму сигнала.
Такая система устойчива к внешним электрическим помехам, и таким образом возможна очень быстрая, секретная и безошибочная передача данных со скоростью до 2 Гбит/с. Количество каналов в таких кабелях огромно.
Радиоволны в микроволновом диапазоне используются в качестве передающей среды в беспроводных локальных сетях либо между мостами или шлюзами для связи между локальными сетями. В первом случае максимальное расстояние между станциями составляет 200-300 м, во втором - это расстояние прямой видимости. Скорость передачи данных - до 2 Мбит/с.
Беспроводные локальные сети считаются перспективным направлением развития ЛС. Их преимущество - простота и мобильность. Также исчезают проблемы, связанные с прокладкой и монтажом кабельных соединений, - достаточно установить интерфейсные платы на рабочие станции, и сеть готова к работе.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 172; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!