Проектирование информационной системы медицинского учреждения

     Аппаратной основой Intranet сети является локальная сеть, которая обеспечивает удаленный доступ и к компьютерам, и к периферийным устройствам. Наличие сети позволит организовать хранение данных на одном носителе и использовать их одновременно с различных рабочих станций.

1.4 Локальная вычислительная  сеть

     Локальная вычислительная сеть (ЛВС) состоит из нескольких компьютеров и периферийных устройств, соединенных кабелем  в пределах ограниченной территории, например в одном из отделов компании или внутри небольшого здания. Сеть позволяет совместно использовать ресурсы, например файлы и принтеры, а также работать с интерактивными приложениями, например планировщиками и электронной почтой.

     Существует  большое число способов, которыми можно соединить компьютеры между собой в единую компьютерную сеть. Чем больше разных компьютеров, тем больше таких способов соединения. Каждое соединение – это новый маршрут для передачи данных.

     Термин  «топология сети» или просто «топология»  характеризует физическое расположение компьютеров, сетевых сред передачи данных и других компонентов сети. Топология – это стандартный термин, который:

•   используется при описании основной компоновки сети
•   дает способ сравнивать и классифицировать различные сети

     Топология сети обуславливает ее технические характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет на:

•   состав необходимого сетевого оборудования и его характеристики
•   возможность расширения сети и ее надежность
• способ управления сетью

     При построении сети просто подключить компьютер к сетевому кабелю, соединяющему другие компьютеры, недостаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми адаптерами, сетевыми ОС и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.

     Все сети строятся на основе трех базовых топологий: шина (bus); звезда (star); кольцо (ring). Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля (сегмента), топология называется "шина". В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки (или концентратора), топология называется "звезда". Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут, то такая топология носит название "кольцо".

     Топология  «шина» относится к наиболее простым  и широко распространенным топологиям. В ней используется один сетевой  кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры  сети (рис. 1). 

     

Рис.1 Топология  типа «шина»

     При передаче пакетов данных каждый компьютер  адресует его конкретному компьютеру ЛВС, передавая его по сетевому кабелю в виде электрических сигналов. Пакет в виде электрических сигналов передается по шине в обоих направлениях всем компьютерам сети. Однако информацию принимает только тот адрес, который соответствует адресу получателя, указанному в заголовке пакета. Так как в каждый момент времени в сети может вести передачу только один компьютер, то производительности ЛВС зависит от количества рабочих станций, подключенных к шине. Чем их больше, тем больше ожидающих передачи данных, тем ниже производительности сети. Однако нельзя указать прямую зависимость пропускной способности сети от количества рабочих станций, так как на нее также влияет:

• характеристики аппаратного обеспечения рабочих станций сети
• частота, с которой передают сообщения рабочие станции
• тип работающих сетевых приложений
• тип кабеля и расстояние между рабочими станциями в сети

      Шина  – пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают»  передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе всей сети. Данные в виде электрических сигналов распространяются по всей сети от одного конца кабеля к другому, и, достигая конца кабеля, будут отражаться и занимать шину, что не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливаются терминаторы (Т), поглощающие сигналы, прошедшие по шине. При значительном расстоянии между рабочей станции (например, 180м для тонкого коаксиального кабеля) в сегменте шины может наблюдаться ослабление электрического сигнала, что может привести к искажению или потере передаваемого пакета данных. В этом случае исходный сегмент следует разделить на два, установив между ними дополнительное устройство – репитер (повторитель), который усиливает принятый сигнал перед тем, как послать его дальше (рис. 1.1). 

   Рис. 1.1 Подключение репитера (повторителя)

     Правильно размещенные на длине сети повторители  позволяют увеличить длину обслуживаемой  сети и расстояние между соседними компьютерами. Следует помнить, что все концы сетевого кабеля должны быть к чему-либо подключены: к рабочей станции, терминатору или повторителю.

     Разрыв  сетевого кабеля или отсоединение одного из его концов приводит к прекращению  функционирования сети. Сеть «падает». Сами рабочие станции сети остаются полностью работоспособными, но не могут взаимодействовать друг с другом. Если ЛВС на основе сервера, где большая часть программных и информационных ресурсов хранится на сервере, то рабочие станции, хотя и остаются работоспособными, но для практической работы малопригодны.

     При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту – концентратору (Hub) (рис. 1.2). 

     

     Рис. 1.2  Топология типа «звезда»

     Пакеты  данных от каждого компьютера направляются к центральному концентратору. Он, в свою очередь, перенаправляет пакеты к месту назначения. Основное достоинство этой топологии в том, что если повреждена какая-либо рабочая станция или отдельное соединение между рабочими станциями  и  концентратором, вся сеть остается работоспособной. Положительным является и то, что подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизовано, а также просто конфигурировать сеть при добавлении новых рабочих станций. Как недостатки организации такой топологии следует отметить следующее:

• так как все рабочие станции подключены к центральной точке, то для больших ЛВС значительно увеличивается расход кабеля;
• если поврежденным оказался сам концентратор, то нарушится и работа всей сети, хотя рабочие станции останутся работоспособными.

     Концентраторы являются центральным узлом в  топологии «звезда». Однако в настоящее  время они становятся  одним  из стандартных компонентов большинства  ЛВС. Среди концентраторов выделяют активные и пассивные. Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы, также как это делают репитеры. Иногда их называют еще многопортовыми репитерами. Они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров. Пассивные концентраторы – это монтажные панели или коммутирующие блоки. Они просто пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные, в отличие от активных, не надо подключать к источнику питания. Гибридными называют концентраторы, к которым можно подключить кабели различных типов (рис 1.3).

     

   Рис. 1.3 Возможное соединение концентраторов

     Концентраторы можно соединить между собой. При такой топологии разрыв кабеля, подключенного к концентратору, нарушит работу только одного конкретного  сегмента сети.

     При топологии  «кольцо» сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо (рис.1.4).

     

   Рис.1.4 Топология типа «кольцо»

     Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключить терминатор. Начав движение в какой-либо точке  кольца, пакет данных в конце концов попадает в его начало. Из-за такой особенности данные в кольце движутся всегда в одном направлении.

     В отличие от пассивной топологии  «шина», здесь каждый компьютер выступает  в роли репитера, усиливая сигналы  и передавая их следующему компьютеру. В отличие от «звезды» «кольцу» необходим неразрывный путь между всеми сетевыми рабочими станциями. Поэтому при выходе из строя какой-либо одной рабочей станции сеть прекращает функционировать.

     Другое  слабое место «кольца» состоит в  том, что данные проходят через каждый сетевой компьютер, давая возможность "не очень хорошим" людям заниматься перехватом информации, не предназначенной посторонним.  Кроме того, изменение конфигурации сети или подключение новой рабочей станции требует остановки всей сети.

     В настоящее время используются топологии ЛВС, которые комбинируют компоновку сети по принципу шины, звезды и кольца. При этом широкое применение находят концентраторы, использование которых дает ряд существенных преимуществ:

• простота изменения или расширения сети, так как достаточно просто подключить еще один компьютер или концентратор
• возможность подключения кабелей различных типов
• централизованный контроль над работой сети и сетевым трафиком, так как во многих сетях активные концентраторы наделены диагностическими возможностями, позволяющими определить работоспособность соединения

     На  сегодня большая часть компьютерных сетей используют для соединения провода и кабели. Они выступают  в качестве среды передачи сигналов между компьютерами. Наиболее распространенные: коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель.

     До  недавнего времени самой распространенной средой передачи данных был коаксиальный кабель: относительно недорогой, легкий и гибкий, безопасный

и простой  в установке. На рис. 1.5 приведена  конструкция  коаксиального кабеля. 

   Рис. 1.5 Конструкция коаксиального кабеля

     Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Она изоляцией отделяется от металлической оплетки, которая  играет роль заземления и защищает передаваемые по жиле сигналы от:

• внешних электромагнитных шумов (атмосферных, промышленных)
• перекрестных помех – электрических наводок, вызванных сигналами в соседних проводах

     Витая пара (twisted pair) представляет собой два перевитых друг вокруг друга изолированных провода. Существует два вида такого кабеля (рис. 1.6, 1.7):

Рис.1.6. Неэкранированная витая пара (UTP)

Рис.1.7. Экранированная витая пара (STP)

     При построении развитой кабельной системы  ЛВС и для упрощения работы с ней используются следующие  компоненты:

• концентраторы. Для подключения витой пары к компьютеру используется телефонный коннектор RJ-45, который отличается от используемых в современных телефонах и факсах RJ-11 тем, что имеет 8 контактов вместо 4
• распределительные стойки и полки, которые позволяют организовать множество соединений и занимают мало места
• коммутационные панели. Существуют разные панели расширения. Они поддерживают до 96 портов и скорость передачи до 100 Мбит/с
• соединители. Одинарные или двойные витки RJ-45 для подключения к панели расширения или настенным розеткам. Обеспечивают скорость до 100 Мбит/с
• настенные розетки, к которым можно подключить два или более соединителя

     При разработке топологии и построении конкретных ЛВС рекомендуется использовать витую пару в тех случаях, если:

• есть ограничения на материальные затраты при организации ЛВС
• нужна достаточно простая установка, при которой подключение компьютеров – несложная операция