Лекция 7 Локальные вычислительные сети По дисциплине Медицинская

Лекция 7 Локальные вычислительные сети По дисциплине: «Медицинская информатика и статистика»

ТЕЛЕОБРАБОТКА ДАННЫХ - определенная организация информационно-вычислительного процесса, при которой ресурсы одной или нескольких ЭВМ одновременно используются многими пользователями через различные виды связи (каналы). Система телеобработки данных обеспечивает реализацию двух основных принципов обработки данных: Пакетный, предусматривающий объединение некоторого набора данных по каким-либо признакам и группировка их в пакет, который передается за один сеанс связи; его обработка возможна после передачи всего пакета; объем и время передачи не лимитируется. Диалоговый, характеризующийся малым количеством данных, передаваемых ЭВМ (получаемых из нее) и малым временем реакции ЭВМ на принятый запрос абонента.

ВИДЫ ТЕЛЕОБРАБОТКИ СИСТЕМНАЯ СЕТЕВАЯ ОБРАБОТКА Удаленный пользователь, не имеющий своих вычислительных ресурсов, получает доступ к вычислительному комплексу через выделенные каналы. Объединение различных вычислительных средств и доступ пользователей к распределенным вычислительным ресурсам и базам данных.

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ (КОМПЬЮТЕРНАЯ) комплекс территориально распределенных ЭВМ и терминальных устройств, связанных между собой каналами передачи данных. ВОЗМОЖНОСТИ : - оперативность и достоверность обмена информацией; - повышение надежности работы за счет резервирования ресурсов; - создание распределенных и централизованных баз данных; - снижение пиковых нагрузок существующих систем связи; - объединение АРМ по группам (в одной сети создаются т. н. рабочие группы по специфике работы); - экономичность.

Информационные услуги вычислительных сетей: - электронная почта для обмена информацией, как внутри вузовской сети, так и с внешними абонентами; - использование внутривузовской электронной доски объявлений; - участие в межвузовских и локальных телеконференциях; - доступ к открытым межвузовским файловых серверам и сети Internet; - удаленный доступ к базам данных, библиотечным каталогам и файлам электронных библиотек при подготовке учебных работ и проведении научных исследований; - получение электронных периодических изданий по избранной тематике; - возможность участия в on-line'овых телеконференциях сети Internet

Предпосылки к созданию локальных вычислительных сетей (ЛВС) Пакет заданий Устройство ввода Пользователи с заданиями на выполнение вычислительной работы

История создания ЛВС Организация ВЦ на базе мейнфрейма Удалённое подразделение Многотерминальная система – прообраз вычислительной сети

История создания ЛВС Вычислительный центр на базе мэйнфрейма 4 этаж - Офисы 3 этажа Офисы 2 этажа Офисы 1 этажа Терминал пользователя

История создания ЛВС Многотерминальные централизованные системы имели все внешние признаки локальных вычислительных сетей, однако по существу ими не являлись, так как сохраняли сущность централизованной обработки данных автономно работающего компьютера. n

История создания ЛВС Сотни или тысячи километров Объединение удаленных супер-ЭВМ глобальными связями 1969 – начало работ по созданию сетей с коммутацией пакетов, 1974 – архитектура SNA (IBM), сети Х. 25

История создания ЛВС Главным результатом создания первых глобальных компьютерных сетей был отказ от принципа коммутации каналов между ЭВМ, на протяжении многих десятков лет успешно использовавшегося в телефонных сетях. n Основной способ организации обмена данными принят – коммутация пакетов n

История создания ЛВС Принципы обмена данными в вычислительной сети

История создания ЛВС Принципы обмена данными в вычислительной сети Пакет 1 Пакет N

История создания ЛВС n n n В середине 80 -х годов положение дел в локальных сетях стало кардинально меняться. Утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть — Ethernet Arcnet Token Ring Token Bus несколько позже — FDDI.

История создания ЛВС Вычислительные сети как распределенные системы Распределенные функции: • обработка данных • хранение данных • ввод-вывод данных • доступ пользователей к компьютеру Преимущества распределенных систем: • Возможность превышения максимальной производительности одного процессора • Лучшее соотношение производительность/стоимость • Соответствие распределенному характеру обработки данных (банки, учреждения, производство) • Повышенная надежность (живучесть) • Простота наращивания и расширения

Разделение локальных ресурсов каждого компьютера между всеми пользователями сети достигается с помощью : l клиентов (client), которые формируют запросы на доступ к удаленным компьютерам, серверов (server), принимающих эти запросы из сети и предоставляющих запрашиваемые ресурсы. Набор модулей «клиент – сервер» представляет собой распределенную программу, реализующую сетевую службу (service).

Распределенный характер сетевых приложений с Сетевая ОС Клиент Сетевая ОС Запрос Ответ Сервер о апр З вет От Клиент

КЛАССЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга ( информационные сети видов ВС, сети министерств и т. д. ). Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории (предприятия, организации, штаба, ВУЗа ).

ЛОКАЛЬНАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ группа компьютеров и других устройств, представляющая собой систему распределенной обработки информации, размещенную на относительно небольшом пространстве (в отличие от глобальных и региональных вычислительных сетей) и позволяющую любому компьютеру непосредственно взаимодействовать с любым другим устройством этой сети.

ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ В ЛВС 1. РАЗДЕЛЕНИЕ ФАЙЛОВ. 2. ПЕРЕДАЧА ФАЙЛОВ. 3. ДОСТУП К ИНФОРМАЦИИ И ФАЙЛАМ. 4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ. 5. РАЗДЕЛЕНИЕ ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ. 6. ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЧТА.

Компоненты ЛВС: - серверы и телекоммуникационное оборудование – компьютеры и другие устройства, предоставляющие возможности доступа к ресурсам сети; - рабочие станции или клиенты – компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым серверами или другими клиентами; - рабочие группы – компьютеры, объединенные для выполнения общих задач; - среда передачи – способ соединения компьютеров; - ресурсы – данные, приложения или периферийные устройства, совместно используемые в сети.

Технологии локальных сетей Ethernet, Token Ring, FDDI, 100 VG-Any. LAN, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet – много общего: Расстояния между узлами сети: 100 м – 2000 м Единый формат адреса – 6 байт, уникальность обеспечивается производителем сетевого адаптера Разделяемая среда для конечных узлов (компьютеров) – использование методов доступа Media Access Control (MAC) Качественные кабели для связи компьютеров: Высокая скорость протоколов – 10, 16, 1000 Мбит/с Простая логика протоколов – без восстановления потерянных и искаженных кадров, так как эти события крайне редки

КЛАССИФИКАЦИЯ ЛВС: - по иерархии компьютеров; - по топологии; - по физическим носителям сигналов.

Одноранговая сеть Достоинства: аппаратные и программные средства ЭВМ и периферийные устройства (сканеры, принтеры и др. ) сети используются совместно на всех рабочих местах, относительная дешевизна. Недостатки: количество пользователей невелико и отсутствует возможности значительного расширения сети; вопросы защиты данных не критичны.

Сеть с выделенным сервером Рабочие станции Сервер Достоинства: надежная система защиты информации; высокое быстродействие; отсутствие ограничений на число рабочих станций; простота управления по сравнению с одноранговыми сетями. Недостатки: высокая стоимость, зависимость быстродействия и надежности сети от сервера.

12 Типы ЛВС по топологии: - шина (bus); звезда (star); кольцо (ring); звезда-шина (star-bus); звезда-кольцо (star-ring); дерево (tree); сеть (mesh); смешанная или произвольная.

I. Шинная топология Достоинства: рабочие станции могут быть установлены или отключены без прерывания работы всей сети, могут коммутироваться друг с другом без помощи сервера. Сервер Недостатки: при обрыве кабеля выходит из строя весь участок сети от места разрыва; возможность несанкционированного подключения к сети.

II. Топология “звезда” Базируется на концепции центрального узла, к которому подключаются периферийные устройства. Рабочие станции Сервер Концентратор Вся информация передается через центральный узел.

Распределённая звёздная топология ПК принтер hub ПК сервер ПК ПК ПК принтер hub сервер ПК ПК ПК

III. Кольцевая топология Рабочие станции Сервер Достоинство: сокращается время доступа к данным. Недостатки: неисправность одной станции может нарушить работу сети, при подключении новых станций сеть должна быть кратковременно выключена.

Сетевые кабели: • коаксиальный изоляция проводник • витая пара • оптоволоконный проводник (медь) оболочка (стекло) оболочка (пластик) Скорость передачи данных: • коаксиальный – 10 Мбит/с • витая пара – 100 Мбит/с • оптоволоконный – 10 Гбит/с основное волокно (стекло)

Беспроводная среда

Беспроводная среда

Платы сетевого адаптера n n n Платы сетевого адаптера выступают в качестве физического интерфейса между компьютером и средой передачи. Назначение платы сетевого адаптера: ¨ Формирование (распаковка) пакетов данных и передача их по сетевому кабелю; ¨ обеспечение достоверности передачи данных; ¨ обеспечение обмена данными с центральным процессором компьютера. Плата сетевого адаптера состоит из аппаратной части и программ в ПЗУ, реализующих функции управления доступа к среде передачи и обмена данными.

Средства объединения ЛВС (телекоммуникационное оборудование) n Хаб – объединяет компьютеры в сеть, связывающий две сети, использующие одинаковые протоколы. n Маршрутизатор (router) – объединяет однородные сети, обеспечивая пересылку информации путем выбора маршрута. n Мост (bridge) - объединяет разнородные сети, в которых применяются различные протоколы передачи информации(сети Ethernet и Token Ring) n Шлюз (gateway) - совокупность аппаратных и программных средств, которая передает данные между несовместимыми сетями или приложениями.

Работа сети и сетевые стандарты Основные задачи, выполняемые сетевой операционной системой в процессе передачи данных от компьютера к компьютеру в сети: ¨ Распознать данные ¨ Разбить данные на управляемые блоки ¨ Добавить информацию о месте данных и получателе к каждому блоку ¨ Добавить информацию синхронизации и информацию для проверки ошибок ¨ Поместить данные в сеть и отправить их по заданному адресу.

Протоколы и работа компьютеров Компьютер-отправитель в соответствии с протоколом: 1. разбивает данные на небольшие блоки, называемые пакетами, с которыми может работать протокол; 2. добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы компьютер-получатель мог определить, что эти данные предназначены именно ему; 3. подготавливает данные к передаче через плату сетевого адаптера и далее — по сетевому кабелю. n Компьютер-получатель в соответствии с протоколом (то же, но в обратном порядке): 1. принимает пакеты данных из сетевого кабеля; 2. через плату сетевого адаптера передает пакеты в компьютер; 3. удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную компьютером-отправителем; 4. копирует данные из пакетов в буфер — для их объединения в исходный блок данных; 5. передает приложению блок данных (собранный из пакетов) в том формате, который оно использует. n n n n n

Передача данных в компьютерных вычислительных сетях n n Большинство компьютерных сетей представляют собой комбинацию локальных сетей и коммуникационного оборудования, которые соединены каналами связи. В качестве каналов связи могут выступать: ¨ Сети с коммутацией пакетов. ¨ Оптоволоконный кабель. ¨ Спутниковые каналы. Для связи между ЛВС может использоваться одна из следующих технологий передачи данных: ¨ Цифровая связь. ¨ Аналоговая связь. ¨ Коммутация пакетов.

Цифровая связь n Основные преимущества цифровой связи - это более высокие эффективность и надежность передачи данных. Известны в мире следующие службы цифровой передачи данных: ¨ DDS (соединение «точка-точка» на скоростях 2, 4; 4, 8; 9, 6 или 56 Кбит/с) ¨ Т 1 (С помощью технологии мультиплексирования соединение «точка» на скорости 1, 544 Мбит/с либо один или несколько каналов 64 Кбит/с) ¨ Е 1 (практический аналог T 1, но на скорости 2, 048 Мбит/с)

Соединение двух удаленных ЛВС с помощью цифровой линии связи Преобразователь в биполярный цифровой сигнал

Аналоговая связь n n Всемирная сеть, которую использует наш телефон и которая может быть доступна компьютерам, называется общедоступной телефонной сетью (PSTN). В вычислительной среде общедоступную телефонную сеть можно считать одним большим каналом связи. Следует различать аналоговую связь с помощью: ¨ Коммутируемых линий (передача речи, данных, видео в различных сочетаниях). ¨ Выделенных линий (те же услуги, но с большей надежностью связи, но и с большей стоимостью услуг).

Соединение двух ПК с помощью модемов

Удаленный доступ к сети Файл-сервер

Беспроводные сети Каналы связи: • радиосвязь, обычно до 100 м (11 Мбит/c, 54 Мбит/с) • инфракрасное излучение (5 -10 Мбит/с) • инфракрасные лазеры (до 100 Мбит/с) Технология Wi. Fi (Wireless Fidelity) точка доступа 48

Дальняя беспроводная связь Точка-точка – объединение двух сегментов сети с помощью радиосвязи (направленные антенны). Звезда – объединение нескольких сегментов сети центр 49

Факторы, ограничивающие эффективность использования вычислительных сетей: - отставание темпов роста пропускной способности сетей от потребностей вузов и других организаций сферы образования; - недостаточная связность различных телекоммуникационных сетей науки и образования между собой и с сетями других провайдеров; - применение недостаточно эффективных и современных сетевых протоколов и протоколов маршрутизации в используемых сетях; - недостаточно энергичное внедрение и использование новых видов сетевого сервиса.

Основные тенденции развития информационных технологий: 1. Повсеместная мобильность станет реальностью. 2. Повсеместный широкополосный доступ в Интернет. 3. Рост мощности и производительности вычислительных систем приведет к значительному увеличению объемов загружаемой из Интернета мультимедийной информации. 4. Развитие технологий пойдет по пути ориентации на массового потребителя. 5. Увеличение мощности ПК ведет к появлению новых моделей его использования. 6. Энергоэффективности вычислительных систем будет уделяться особое внимание.