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Arquitectura PACS
Componentes y Terminología
• Servidor de Base de Datos
• Mantiene y gestiona la base de datos del sistema.
• Puede estar basada en la plataforma Wintel con SQL
Server 2010 o en la plataforma SUN/Solaris con Oracle
11g.
• Network Gateway
• Gestiona las comunicaciones del sistema con los demás equipos
participantes en el flujo de trabajo del departamento de
imagenología.
• Mantiene y gestiona los almacenamientos caché del sistema.
• Verifica los estudios que recibe contra el HIS/RIS/CM.
• Enruta los estudios a diferentes localizaciones o archivos.
Impax
Image Cache
• Caché Online de Imágenes
• Almacena temporalmente las imágenes.
• Tamaño del almacenamiento se mide en meses online.
• Puede ser: Almacenamiento propio del servidor, DAS, NAS o
SAN.
Componentes y Terminología
• Archive Server
• El Archive Server gestiona el almacenamiento de
imágenes a mediano y largo plazo. Administra el
almacenamiento long-term.
• Almacena los estudios en su caché local antes de
traspasarlos al medio de archivo a largo plazo.
Impax
Archive Storage
• Archive Storage
• Dispositivo físico para almacenar los estudios a largo
plazo, como CAS, SAN, DVD Jukebox, DLT, UDO o
MOD.
• Cliente (interno)
• Despliega los estudios, combinando información de
órdenes, reportes e imágenes.
• Provee las herramientas necesarias para realizar el
diagnóstico del estudio.
Componentes y Terminología
Impax
Web Cache
• Web Cache
• Almacenamiento temporal, donde se guardan las
imágenes comprimidas.
• Application Server(s)
• Servidor de aplicaciones que hace de intermediario entre el
Cliente y los servidores de núcleo del sistema.
• Provee servicios de conexión de LDAP, Autentificación,
Encriptación, Administración de Licencias, Documentación y
Servicios Web de Soporte para la integración de los
elementos del sistema.
Impax
Application
Server(s)
• Curator Server
• Aplica algoritmos para comprimir las imágenes, y de
este modo, poder realizar transmisiones más livianas
para clientes remotos o para referencia.
Componentes y Terminología
• Cliente Externo
• Utiliza el mismo software del cliente interno, pero está
configurado para mostrar las imágenes Wavelet, para
conexión remota o referencia.
• Load Balancer
• Elemento de red, que distribuye la carga entre
diferentes Application Servers, cuando la instalación
es muy grande.
• Connectivity Manager
• Intermediario en la integración de RIS, PACS y otros
departamentos de imagenología de la institución.
• Provee lista de trabajo DICOM a las modalidades.
Componentes y Terminología – Externos
HIS
• HIS (Hospital Information System)
• Base de datos institucional que administra datos
demográficos y clínicos de los pacientes.
• RIS (Radiology Information System)
• Responsible de las órdenes, agendamiento, reportes
y gestión del flujo de trabajo del departamento de
radiología.
• Modalidad
• Cualquier dispositivo que tenga la capacidad de
generar imágenes médicas y transmitirlas en formato
DICOM..
2
Arquitectura de 3 Capas
Unified
Client
Nuevo Servicio
(n)
Business Logic
Adapter
Capa
Media
Capa
Media
...
Servicios Compartidos (seguridad, auditoría, licencimiento etc.)
Network
Gateway
Servidor
Base de Datos
Connectivity
Manager
Quadrat
RIS
Servidor
de Auditoría
Sistema de
Cardiología
Capa
Núcleo
Capa
Núcleo
Capa
Aplicación
Capa
Aplicación
Servicio
de
Imágenes
Servicio
de
Reportes
Servicio
de
Lista de Trabajo
Business Logic
Adapter
Business Logic
Adapter
Business Logic
Adapter
Application Server
Corre sobre Internet Information
Server (IIS) en Windows 2003 Server.
Mantiene varios servicios disponibles
para que los clientes puedan acceder
a los servidores de núcleo.
ADAM almacena la información de
usuario, permisos, preferencias y
licencias.
Provee seguridad y encriptación al sistema.
Application Server
Radiólogo dentro
del la Institución.
Radiólogo
en Casa
Application Server
Pacs
1 1 1 1 1 1 11 1
Los Servicios de Datos acceden a la Base de Datos
del PACS, así como a la Base de Datos del RIS y al
Connectivity Manager para proveer los servicios.
Los Servicios de Imágenes acceden al Caché de
Imágenes y al Caché Web para proveer los
serrvicios.
Servicios de
Configuración
Servicios de
Lista de
Trabajo
Servicios de
Metadata
Servicios de
Image Pixel
Servicios de
Workflow
Servicios de
Impresión
Servicios de
Teaching Files
Servicios de
Seguridad
Servicios de
Text Area
Servicios de
CD Burning
Servicios
PACS
Servicios de
Licencias
Servicios de
Notificación
Otros Servicios
Serv. CompartidosServ. de ImágenesServicios de Datos
Application Server
Reemplaza la conexión directa del cliente a los
servidores de núcleo, actuando como un proxy y
proveyendo servicios como autentificación de
usuarios, encriptación de comunicaciones,
distribución de imágenes, reportes, etc.
La capa intermedia, o Application Server, es un
lugar ideal para enfocar los esfuerzos en
seguridad, puesto que hace las veces de frontera
entre los clientes y los servidores de núcleo.
Escalabilidad
El sistema está diseñado modularmente, por lo
que puede crecer junto con la institución.
Se puede agregar Network Gateways, Archive
Servers, Curators y Application Servers a medida
que sea necesario.
La arquitectura de base de datos determina si es
un sistema Básico o Enterprise.
• SUN/Solaris con Oracle es Enterprise
• Windows con SQL Server es Básico
Soluciones de Almacenamiento
3
Introducción
¿Qué es el almacenamiento en IT ?
Es un dispositivo que nos permite guardar archivos(datos).
En el contexto de PACS, un almacenamiento nos permite
guardar archivos de imágenes, bases de datos, etc.
Concepto
¿Qué es el medio de almacenamiento?
Es el dispositivo físico donde se alojan los archivos
Muchos medios de almacenamiento... Muchas Agrupaciones
La diferencia entre uno y otro es...
El tiempo de acceso a la información
El costo por GB almacenado US$/GB
Su escalabilidad
Su confiabilidad
La versatilidad en su administración
Introducción: Conceptos
¿Qué es un FileSystem?
Una forma de dar una estructura al almacenamiento, y así
permitir SO realizar operaciones sobre los datos
Usualmente es una jerarquía
de carpetas
Todo medio de almacenamiento tiene un FS
4
Filesystems para Discos Duros
WINTEL: FAT32, NTFS
Linux: EXT2, EXT3, Reiser FS
Solaris: UFS
MacOS: HFS
Arreglo de discos
Es un disco lógico que está formado por
2 o más discos físicos
Concepto: Alto nivel / Bajo Nivel
Bajo Nivel: Operaciones de Read/Write a
nivel de disco (físico)
Alto Nivel: Operaciones de Read/Write a
nivel de File System
Ejemplo
Bajo nivel:
Sector, cilindro,
Data Block
Alto nivel: Directorios
y archivos
Ciclo de Vida de la Imagen
Online (Cache)
Nearline
(LongTerm)
Offline
Copy
Autopilot
El tiempo de vida de la
imagen en Nearline y Cache
está dado por el tamaño del
almacenamiento usado y del
flujo del Hospital
Online (Cache)
Costo de almacenamiento elevado US$/GB.
Tiempos de acceso a la información muy bajos
(ms)
Muy robustos a errores en el medio de
almacenamiento
5
Nearline (Long Term)
Costo por GB muy reducido (US$ 0.2 - US$ 4)
En general, el medio de almacenamiento es Write Once-
Read Many
Tiempos de acceso a la información mucho mayores que
cache (10 seg- varios minutos)
En algunos casos los medios de almacenamiento son
removibles.
Para disminuir riesgos es posible duplicar los archivos
nearline.
Offline Storage
El estado offline es cuando un medio de almacenamiento
del Nearline es extraído y guardado para futura
referencia.
ARREGLOS DE DISCOS (RAID)
RAID: Redundant Array of Independent Disks
Mejora la confiabilidad por medio de la
redundancia
Mejora la tasa de transferencia de datos por
medio del paralelismo
Existen varios métodos para lograr este objetivo
RAID 0 (Stripping)
Datos son cortados en bloques y cada bloque se
almacena en un disco diferente
Esto permite mejorar el tiempo de acceso a disco
No provee redundancia, si un disco falla, se pierde la
información del disco.
RAID 1 (Mirroring)
Un disco esta copiado en otro (espejo)
Si un disco físico falla, el disco lógico sigue operando. La
reconstrucción del disco con falla no degrada
performance
Un 50% del espacio se ocupa para el mirror. Costoso
RAID 5 (Parity)
Utiliza el método de la Paridad para detectar errores
Provee redundancia en caso de falla de un disco.
El disco dañado se reconstruye usando la paridad.
Es intensivo en CPU
y puede tomar varias
horas
Se requieren al
menos 3 discos
6
Concepto: HotSpare
Es un disco que está listo para reemplazar uno
dañado en un arreglo.
Activos
Hot
Spare
Falla un
disco Activo
ActivosFallado
Almacenamiento Interno: Arreglos internos
A nivel de servidores es lo más
popular
Almacenamiento desde
146 GB a 1TB
Escalabilidad muy limitada.Para crecer
se requiere colocar un DAS o cambiar la máquina
Conectividad SCSI (Hasta 320 Mbps)
DAS: Direct Attached Storage
Fácil de Implementar
Costo efectivo para soluciones
pequeñas ( < 1TB)
Escalabilidad limitada.
Se ocupa tiempo de CPU del Server en administrar el
arreglo DAS
Conexión SCSI (Hasta 320 Mbps)
DAS: Arquitectura en PACS
SCSI
Red IP
DAS
NAS: Network Attached Storage
Dispositivo 100% dedicado a servir
archivos sobre la red
Transferencia de archivos a alto nivel
Válido para soluciones pequeñas y medianas
Conectar almacenamiento a la red IP produce una
degradación de la performance, comparado con SAN
Puesta en marcha es muy fácil.
NAS
En el fondo, es un computador con un sistema
operativo especial que ofrece servicio NFS para
UNIX y servicio CIFS para Windows
A nivel de FS se ve como una carpeta de red
7
Arquitectura NAS
Almacenamiento Nearline
SAN (Storage Area Network)
Alta capacidad 1 TB hasta 100+ TB.
Administración Centralizada
Rápido, confiable, y altamente escalable.
Se identifica por su arquitectura de conexión basada en
una estructura (fabric) de Fiber Channel (FC)
Se caracteriza por uno o más servidores conectados a
uno o más dispositivos de almacenamiento por medio de
FC Switch, FC bridges.
Arquitectura Típica SAN SAN: Permite Compartir
SAN = Escalabilidad
SAN
SAN FC=Tiempos de Acceso Óptimos
Como medio físico se usa Fibre Channel
Bus de Datos de hasta 8 Gbps
Permite distancias hasta 500 metros
8
SAN=Alta disponibilidad
SAN
SAN FC: Componentes
HUBs
Switches
Bridges
Host Bus Adapters (HBA)
SAN
FC Switches
1
2
SAN: Arquitectura FC Centera Hardware Architecture
•Redundant Array of Independent
Nodes (RAIN)
•Fuente de poder redundante
•Redundant, self managed network
(Gbit)
•Redundant Nodes
•Redundant TCP/IP connections to
applications
A Centera Node:
•2.8GHZ “pizza box”
•1024MB RAM
•4 SATA Drives
•3 GBit Ethernet
•Dual Power Supplies
Centera Hardware Architecture
•Arquitectura Escalable
•A medida que se desea mantener
más información se agregan grupos
de nodos, aumentando la capacidad
de almacenamiento near line.
Networking
9
¿Qué es una Red de Datos?
Conjunto de computadores interconectados
•Dos computadores están interconectados si estos son capaces de
intercambiar información
•La red de datos es el
conjunto de dispositivos,
protocolos y programas
que en su conjunto
permiten la comunicación
entre una o más
aplicaciones.
La red de datos permite la comunicación entre 1 o más computadores
¿Qué es una Red de Datos?
Introducción
•TCP/IP es un conjunto de protocolos, de los cuales los más
importantes son TCP e IP
•TCP permite la comunicación entre aplicaciones
•IP permite la comunicación entre computadores
Protocolos de comunicación necesarios
Introducción
TCP
IP
Puerto
origen
3456
Puerto
destino
1521
Mensaje:Buscar
Petición
Seq
345
DB Server Oracle esperando
solicitudes en puerto 1521
10.2.2.203 : 1521 Socket
Puerto
origen
3456
Puerto
destino
1521
Mensaje:Buscar
Petición
IP Origen
10.1.1.4
IP destino
10.2.2.203
Seq
345
Datagrama
Paquete
Puerto
origen
3456
Puerto
destino
1521
Mensaje:Buscar
Petición
IP Origen
10.1.1.4
IP destino
10.2.2.203
Seq
345
Puerto
origen
3456
Puerto
destino
1521
Mensaje:Buscar
Petición
Seq
345
10.1.1.4 : 3456
¿Qué es TCP/IP?. Ejemplo
Qdoc
Red de Datos
Introducción
TCP
IP
Puerto
origen
1521
Puerto
destino
3456
Mensaje:Petición
#
Seq
564
DB Server Oracle responde a
solicitud “Buscar Petición”
10.2.2.203 : 1521
Puerto
origen
1521
Puerto
destino
3456
Mensaje:Petición
#
IP Origen
10.2.2.203
IP destino
10.1.1.4
Seq
564
Datagrama
Paquete
Puerto
origen
1521
Puerto
destino
3456
Mensaje: Petición
#
IP Origen
10.2.2.203
IP destino
10.1.1.4
Seq
564
Puerto
origen
1521
Puerto
destino
3456
Mensaje:Petición
#
Seq
564
10.1.1.4 : 3456
¿Qué es TCP/IP?. Ejemplo
Qdoc
Red de Datos
•Para todo proyecto Intranet y Extranet, se deben usar
direcciones del RFC1918
Grupo de Direcciones IP
Introducción
10
Equipos de red típicamente usados
Introducción
HUB
•comunica todos con todos
Switch
•comunica a quienes corresponde
Router
•interconecta grupos diferentes,
redes diferentes
Red 10.1.1.0
Mascara 255.255.255.0
RIS
Host 1
Host 4Host 3
Host 2
Red 10.2.2.0
Mascara 255.255.255.0
IMPAX
Host 200
Host 203Host 202
Host 201
Switch Router Switch
Hospital Services
Resumen de dispositivos de Red
Introducción
PACS
•Tecnologías Inalámbricas
•WIFI
•Enlaces satelitales
Introducción
La transmisión IP puede ocupar diferentes medios físicos
•Par trenzado (100 metros, diferentes categorías)
•Ethernet
•Fast Ethernet
•Gigabit Ethernet
•DSL (varios Km)
•ADSL
•XDSL
•ADSL2
Introducción
La transmisión IP puede ocupar diferentes medios físicos
•Fibra Óptica
•Monomodo (> 10 Km.)
•Multimodo (< 2 Km)
Introducción
La transmisión IP puede ocupar diferentes medios físicos
Aplicación
Transporte
Red
Enlace
Física
RIS / PACS
TCP, UDP
IP, ICMP, ARP,OSPF,RIP
Ethernet, IEEE802.11g,
ADSL
Modelo OSI Ejemplo
Introducción
Modelo de Referencia y arquitectura de capas
11
Diseño de Redes
¿Qué queremos traficar por la red?
RIS
PACS
Diseño de Redes
Es un sistema integrado
RIS
PACS
Hospital
Services
Diseño de Redes
•Separar servicios sin
desasociarlos - Segmentar
•Deben definirse los anchos de
banda necesarios
•Proyectar el crecimiento del
proyecto
RIS
PACS
Hospital
Services
Aspectos a considerar
Diseño de Redes
•Vlans
•Ris
•Impax
•Hospital
•Trunking
•Transporte
•Routing
•Interacción
RIS
PACS
Hospital
Services
1.- Segmentación
Diseño de Redes
•Velocidad
•10 Mbit/s
•100 Mbit/s
•1000 Mbit/s
•Flujo
•Half Duplex
•Full Duplex
•Medio
•Fibra
•Cobre
RIS
PACS
Hospital
Services
2.- Anchos de Banda
Diseño de Redes
Evaluar los dos conceptos
anteriores en función de la
proyección del crecimiento
futuro del proyecto
Es el mejor momento para
introducir modificaciones
que permitan escalabilidad
futura
RIS
PACS
Hospital
Services
3.- Proyección
12
Diseño de Redes
•Si bien el tráfico de red dependerá de la cantidad de entes
presentes en el proyecto, un site principal no deberá usar un ancho
de banda menor a 100Mbit/s
•El flujo será ambivalente (Full Duplex)
•El medio utilzazo dependerá de la infraestructura actual del sitio
•La segmentación debe considerar una red para RIS y otra para
PACS, las cuales serán disímiles a la red del Hospital
Bottom Line!!!
Ejemplo Diseño
Red original Hospital Base
10
BaseFC
10BaseFC
Ejemplo de Diseño
Red definitiva Hospital Base
Vlan Anchos de Banda
Diseño de Redes
•Separar servicios sin
desasociarlos – Segmentar
•Vlan, routing, trunking
•Deben definirse los anchos de
banda necesarios
•10-100-1000 Mbit/s,
duplex
•Proyectar el crecimiento del
proyecto
RIS
PACS
Hospital
Services
Recordemos
Diseño de Redes
¿Que pasa si hay algún sitio remoto?
RIS
PACS
Hospital
Services
Remote Site
Diseño de Redes
1.- ¿Que servicios y equipos se tendrán en el sitio remoto?
13
Diseño de Redes
2.- ¿Cuáles de estos servicios se comunicarán con el site principal?
RIS
PACS
Hospital
Services
Worklist Modalidades
Despliegue (web, Dicom)
Peticiones
Envío de Imágenes
Remote Site
Diseño de Redes
3.- ¿Cuál será el trafico de datos generado desde y hacia el sitio remoto?
•Datos por unidad de tiempo,
Gb/dia.
•Desde el sitio remoto
•Hacia el sitio remoto
•Tipos de datos transmitidos
•¿Segmentación?
Enlaces
¿Qué enlace ocupar?
¿Qué tasa de transmisión?
¿ENLACE?
Diseño de Redes Diseño de Redes
Enlaces
•Internet
•Tráfico libre por Internet
•Tráfico vía canal seguro
•Enlaces dedicados
•Fibra Dedicada
•Medios compartido
•Etc…
Diseño de Redes
Enlaces por Internet sin VPN – Canal no Seguro
RIS
PACS
Hospital
Services
Site Remoto
Internet
Diseño de Redes
Enlaces por Internet mediante VPN – Canal Seguro
RIS
PACS
Hospital
Services
Site Remoto
Internet
14
Diseño de Redes
Enlaces dedicados
RIS
PACS
Hospital
Services
Site Remoto
Diseño de Redes
Tasas de transmisión
•Cantidad de datos transmitidos por unidad de tiempo
•Los datos se cuantizan utilizando la unidad BIT
•Se usa el segundo [s] como unidad de tiempo
•Siempre se define una tasa de envío y otra de recepción
•Se utiliza la terminología “Ancho de Banda” de subida o de
bajada.
Segundo
Bits
=Tasa
Uplink
Downlink
tricoEnlaceSiméDownlink=Uplink
étricoEnlaceAsimDownlinkUplink
⇒
⇒≠
Pregunta: Para enviar imagenes a un Site Central.
¿Que requerimos?
( )
( ) UplinkDownlinkb
DownlinkUplinka
≥
≥
Respuesta: (a)
Diseño de Redes
Anchos de Banda
En general, en los enlaces asimétricos, la tasa de transmisión
que usa el proveedor para ofrecer su producto es la de
downlink.
Debemos preguntar por ambas tasas
Diseño de Redes
Anchos de Banda
¿Cómo calculo los anchos de banda necesarios?
Diseño de Redes
tdemora=
Pesoimagen
Velocidad enlaceuplink
Diseño de Redes
Tamaños y peso estándar para imágenes DICOM
15
Para un estudio de CT de 75 Mb sobre enlace de 64 kbps
( ) ( ) minutoshoras=seg=
seg
kbits
kbits
=
seg
kbits
kbits
=tdemora 4029600
64
614400
64
8102475












∗∗
Bytes KB MB GB TB
1024÷x 1024÷x1024÷x1024÷x
1024∗x1024∗x1024∗x 1024∗x
Diseño de Redes
Caso de estudio
Para enlace de 512 kbps
Para enlace de 1Mbps
( ) ( ) minutos=seg=
seg
kbits
kbits
=
seg.
kbits
kbits
=tdemora 201200
512
614400
512
8102475




















∗∗
minutosseg===tdemora 11614
1000
614400
1000
8102475
≈
∗∗
Diseño de Redes
Caso de estudio
Diseño de Redes
Enlaces dedicados – Ejemplo vía Internet sin canal seguro
RIS
PACS
Hospital
Services
Internet
Diseño de Redes
Enlaces dedicados
RIS
IMPAX
Hospital
Services
Site 1
Enlace Dedicado
Site 2
Seguridad de Redes
Amenazas Externas Amenazas Internas
Amenazas no
estructuradas
Gusanos, Virus, Troyanos,
Adware
Amenazas
Estructuradas
Hacker, Crackers
Tipos de incidentes de seguridad
Seguridad de Redes
INTERNET
Intranet
IDS
Firewall
INSIDE OUTSIDE
RIS Server
Amenaza
Interna Amenaza
Externa
!
!
Firewalls e IDS permiten detectar y bloquear incidentes de seguridad
16
Seguridad de Redes
•Velocidad de creación de un virus es
menor a la creación del parche respectivo.
•Los antivirus, como cualquier otro
programa, ocupan recursos de las
computadoras (CPU, Memoria, etc.)
•De todas formas hay que instalarlos
siempre, ya que agregan un nivel más de
seguridad a nuestra red!
Los antivirus son cada vez menos efectivos... pero necesarios.
Seguridad de Redes
•Microsoft Windows crea parches a su sistema cuando se ha detectado
un vulnerabilidad que compromete la seguridad (Security Fixes)
•En las estaciones de diangóstico, deben ser “bajadas” e instaladas
siempre.
•En servidores Ris - PACS sólo deben ser aplicados los parches
autorizados.
Parchar los PC corrientes con Windows Update....con cuidado!
Seguridad de Redes
NO
user: administrator
Pass:
User: admin
Pass:admin
User: carola
Pass: carola
User:web1000
Pass:web1000
SI
User: administrator
Pass: p3p1t04ckk
Las claves de acceso a los sistemas deben ser largas con letras y números
Seguridad de Redes
•No tener acceso a Internet desde equipos de la plataforma.
•No ejecutar programas que no estén autorizados (Posibilidad de Troyanos)
•Prohibir el acceso a servidores de correo. (Posibilidad de Virus)
•Prohibir que médicos conecten sus Notebooks a la red RIS o Impax.
•Los Pendrives son actualmente los Diskettes en cuanto a propagación de
virus.
•No usar los servidores (Ej. RIS) para ejecutar aplicaciones Internet como
Messenger
•Si no educamos a nuestros usuarios, NINGÚN método es efectivo
80 % de los casos corresponden a incidentes de seguridad internos
Seguridad de Redes
•La seguridad de la Red es responsabilidad del cliente.
•Es nuestra responsabilidad el forzar al sitio a tener personal dedicado a
esta labor.
Debe haber un claro responsable por parte del sitio encargado de la seguridad
Acceso Remoto
•Acceso Remoto es la tecnología que permite entrar a las máquinas del Sistema
RIS/PACS desde cualquier lugar que me encuentre
Ris/PACS
Internet
PSTN
¿Qué es Acceso Remoto?
17
Acceso Remoto
•Tiempos de Respuesta más breves.
•Permite efectuar un diagnóstico rápido de la
situación.
•En muchos casos, evita tener que ir al sitio.
Implementar el Acceso Remoto aumenta la productividad
Acceso Remoto
•La manera más económica es implementar una VPN (Virtual
Private Network).
•Una VPN crea un canal privado de comunicación por medio de la
encriptación de la información.
Internet
VPN
Concentrador
VPN
Ris/PACS
Acceso Remoto
•Permite una segunda vía de acceso en caso de que el acceso Internet
falle.
•Su desventaja es que la conexión es lenta (máx. 56kbps)
PSTN
Módem Módem
Ris/PACS
Acceso Remoto
•SRSS
Secure Remote Service System
Acceso Remoto
•LogMeIn
•www.logmein.com
•Teamviewer
•www.teamviewer.com
•VNC u otro software via port forwarding (Acceso directo desde Internet)
•www.realvnc.com
•www.symantec.com
•Alternativas completamente inseguras
•No cumplen las características requeridas
Si los procesos humanos no están sólidamente
definidos… ningún sistema podrá resolver sus
problemas….
18
Muchas Gracias.

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Clase04 Arquitectura PACS

  • 1. 1 Arquitectura PACS Componentes y Terminología • Servidor de Base de Datos • Mantiene y gestiona la base de datos del sistema. • Puede estar basada en la plataforma Wintel con SQL Server 2010 o en la plataforma SUN/Solaris con Oracle 11g. • Network Gateway • Gestiona las comunicaciones del sistema con los demás equipos participantes en el flujo de trabajo del departamento de imagenología. • Mantiene y gestiona los almacenamientos caché del sistema. • Verifica los estudios que recibe contra el HIS/RIS/CM. • Enruta los estudios a diferentes localizaciones o archivos. Impax Image Cache • Caché Online de Imágenes • Almacena temporalmente las imágenes. • Tamaño del almacenamiento se mide en meses online. • Puede ser: Almacenamiento propio del servidor, DAS, NAS o SAN. Componentes y Terminología • Archive Server • El Archive Server gestiona el almacenamiento de imágenes a mediano y largo plazo. Administra el almacenamiento long-term. • Almacena los estudios en su caché local antes de traspasarlos al medio de archivo a largo plazo. Impax Archive Storage • Archive Storage • Dispositivo físico para almacenar los estudios a largo plazo, como CAS, SAN, DVD Jukebox, DLT, UDO o MOD. • Cliente (interno) • Despliega los estudios, combinando información de órdenes, reportes e imágenes. • Provee las herramientas necesarias para realizar el diagnóstico del estudio. Componentes y Terminología Impax Web Cache • Web Cache • Almacenamiento temporal, donde se guardan las imágenes comprimidas. • Application Server(s) • Servidor de aplicaciones que hace de intermediario entre el Cliente y los servidores de núcleo del sistema. • Provee servicios de conexión de LDAP, Autentificación, Encriptación, Administración de Licencias, Documentación y Servicios Web de Soporte para la integración de los elementos del sistema. Impax Application Server(s) • Curator Server • Aplica algoritmos para comprimir las imágenes, y de este modo, poder realizar transmisiones más livianas para clientes remotos o para referencia. Componentes y Terminología • Cliente Externo • Utiliza el mismo software del cliente interno, pero está configurado para mostrar las imágenes Wavelet, para conexión remota o referencia. • Load Balancer • Elemento de red, que distribuye la carga entre diferentes Application Servers, cuando la instalación es muy grande. • Connectivity Manager • Intermediario en la integración de RIS, PACS y otros departamentos de imagenología de la institución. • Provee lista de trabajo DICOM a las modalidades. Componentes y Terminología – Externos HIS • HIS (Hospital Information System) • Base de datos institucional que administra datos demográficos y clínicos de los pacientes. • RIS (Radiology Information System) • Responsible de las órdenes, agendamiento, reportes y gestión del flujo de trabajo del departamento de radiología. • Modalidad • Cualquier dispositivo que tenga la capacidad de generar imágenes médicas y transmitirlas en formato DICOM..
  • 2. 2 Arquitectura de 3 Capas Unified Client Nuevo Servicio (n) Business Logic Adapter Capa Media Capa Media ... Servicios Compartidos (seguridad, auditoría, licencimiento etc.) Network Gateway Servidor Base de Datos Connectivity Manager Quadrat RIS Servidor de Auditoría Sistema de Cardiología Capa Núcleo Capa Núcleo Capa Aplicación Capa Aplicación Servicio de Imágenes Servicio de Reportes Servicio de Lista de Trabajo Business Logic Adapter Business Logic Adapter Business Logic Adapter Application Server Corre sobre Internet Information Server (IIS) en Windows 2003 Server. Mantiene varios servicios disponibles para que los clientes puedan acceder a los servidores de núcleo. ADAM almacena la información de usuario, permisos, preferencias y licencias. Provee seguridad y encriptación al sistema. Application Server Radiólogo dentro del la Institución. Radiólogo en Casa Application Server Pacs 1 1 1 1 1 1 11 1 Los Servicios de Datos acceden a la Base de Datos del PACS, así como a la Base de Datos del RIS y al Connectivity Manager para proveer los servicios. Los Servicios de Imágenes acceden al Caché de Imágenes y al Caché Web para proveer los serrvicios. Servicios de Configuración Servicios de Lista de Trabajo Servicios de Metadata Servicios de Image Pixel Servicios de Workflow Servicios de Impresión Servicios de Teaching Files Servicios de Seguridad Servicios de Text Area Servicios de CD Burning Servicios PACS Servicios de Licencias Servicios de Notificación Otros Servicios Serv. CompartidosServ. de ImágenesServicios de Datos Application Server Reemplaza la conexión directa del cliente a los servidores de núcleo, actuando como un proxy y proveyendo servicios como autentificación de usuarios, encriptación de comunicaciones, distribución de imágenes, reportes, etc. La capa intermedia, o Application Server, es un lugar ideal para enfocar los esfuerzos en seguridad, puesto que hace las veces de frontera entre los clientes y los servidores de núcleo. Escalabilidad El sistema está diseñado modularmente, por lo que puede crecer junto con la institución. Se puede agregar Network Gateways, Archive Servers, Curators y Application Servers a medida que sea necesario. La arquitectura de base de datos determina si es un sistema Básico o Enterprise. • SUN/Solaris con Oracle es Enterprise • Windows con SQL Server es Básico Soluciones de Almacenamiento
  • 3. 3 Introducción ¿Qué es el almacenamiento en IT ? Es un dispositivo que nos permite guardar archivos(datos). En el contexto de PACS, un almacenamiento nos permite guardar archivos de imágenes, bases de datos, etc. Concepto ¿Qué es el medio de almacenamiento? Es el dispositivo físico donde se alojan los archivos Muchos medios de almacenamiento... Muchas Agrupaciones La diferencia entre uno y otro es... El tiempo de acceso a la información El costo por GB almacenado US$/GB Su escalabilidad Su confiabilidad La versatilidad en su administración Introducción: Conceptos ¿Qué es un FileSystem? Una forma de dar una estructura al almacenamiento, y así permitir SO realizar operaciones sobre los datos Usualmente es una jerarquía de carpetas Todo medio de almacenamiento tiene un FS
  • 4. 4 Filesystems para Discos Duros WINTEL: FAT32, NTFS Linux: EXT2, EXT3, Reiser FS Solaris: UFS MacOS: HFS Arreglo de discos Es un disco lógico que está formado por 2 o más discos físicos Concepto: Alto nivel / Bajo Nivel Bajo Nivel: Operaciones de Read/Write a nivel de disco (físico) Alto Nivel: Operaciones de Read/Write a nivel de File System Ejemplo Bajo nivel: Sector, cilindro, Data Block Alto nivel: Directorios y archivos Ciclo de Vida de la Imagen Online (Cache) Nearline (LongTerm) Offline Copy Autopilot El tiempo de vida de la imagen en Nearline y Cache está dado por el tamaño del almacenamiento usado y del flujo del Hospital Online (Cache) Costo de almacenamiento elevado US$/GB. Tiempos de acceso a la información muy bajos (ms) Muy robustos a errores en el medio de almacenamiento
  • 5. 5 Nearline (Long Term) Costo por GB muy reducido (US$ 0.2 - US$ 4) En general, el medio de almacenamiento es Write Once- Read Many Tiempos de acceso a la información mucho mayores que cache (10 seg- varios minutos) En algunos casos los medios de almacenamiento son removibles. Para disminuir riesgos es posible duplicar los archivos nearline. Offline Storage El estado offline es cuando un medio de almacenamiento del Nearline es extraído y guardado para futura referencia. ARREGLOS DE DISCOS (RAID) RAID: Redundant Array of Independent Disks Mejora la confiabilidad por medio de la redundancia Mejora la tasa de transferencia de datos por medio del paralelismo Existen varios métodos para lograr este objetivo RAID 0 (Stripping) Datos son cortados en bloques y cada bloque se almacena en un disco diferente Esto permite mejorar el tiempo de acceso a disco No provee redundancia, si un disco falla, se pierde la información del disco. RAID 1 (Mirroring) Un disco esta copiado en otro (espejo) Si un disco físico falla, el disco lógico sigue operando. La reconstrucción del disco con falla no degrada performance Un 50% del espacio se ocupa para el mirror. Costoso RAID 5 (Parity) Utiliza el método de la Paridad para detectar errores Provee redundancia en caso de falla de un disco. El disco dañado se reconstruye usando la paridad. Es intensivo en CPU y puede tomar varias horas Se requieren al menos 3 discos
  • 6. 6 Concepto: HotSpare Es un disco que está listo para reemplazar uno dañado en un arreglo. Activos Hot Spare Falla un disco Activo ActivosFallado Almacenamiento Interno: Arreglos internos A nivel de servidores es lo más popular Almacenamiento desde 146 GB a 1TB Escalabilidad muy limitada.Para crecer se requiere colocar un DAS o cambiar la máquina Conectividad SCSI (Hasta 320 Mbps) DAS: Direct Attached Storage Fácil de Implementar Costo efectivo para soluciones pequeñas ( < 1TB) Escalabilidad limitada. Se ocupa tiempo de CPU del Server en administrar el arreglo DAS Conexión SCSI (Hasta 320 Mbps) DAS: Arquitectura en PACS SCSI Red IP DAS NAS: Network Attached Storage Dispositivo 100% dedicado a servir archivos sobre la red Transferencia de archivos a alto nivel Válido para soluciones pequeñas y medianas Conectar almacenamiento a la red IP produce una degradación de la performance, comparado con SAN Puesta en marcha es muy fácil. NAS En el fondo, es un computador con un sistema operativo especial que ofrece servicio NFS para UNIX y servicio CIFS para Windows A nivel de FS se ve como una carpeta de red
  • 7. 7 Arquitectura NAS Almacenamiento Nearline SAN (Storage Area Network) Alta capacidad 1 TB hasta 100+ TB. Administración Centralizada Rápido, confiable, y altamente escalable. Se identifica por su arquitectura de conexión basada en una estructura (fabric) de Fiber Channel (FC) Se caracteriza por uno o más servidores conectados a uno o más dispositivos de almacenamiento por medio de FC Switch, FC bridges. Arquitectura Típica SAN SAN: Permite Compartir SAN = Escalabilidad SAN SAN FC=Tiempos de Acceso Óptimos Como medio físico se usa Fibre Channel Bus de Datos de hasta 8 Gbps Permite distancias hasta 500 metros
  • 8. 8 SAN=Alta disponibilidad SAN SAN FC: Componentes HUBs Switches Bridges Host Bus Adapters (HBA) SAN FC Switches 1 2 SAN: Arquitectura FC Centera Hardware Architecture •Redundant Array of Independent Nodes (RAIN) •Fuente de poder redundante •Redundant, self managed network (Gbit) •Redundant Nodes •Redundant TCP/IP connections to applications A Centera Node: •2.8GHZ “pizza box” •1024MB RAM •4 SATA Drives •3 GBit Ethernet •Dual Power Supplies Centera Hardware Architecture •Arquitectura Escalable •A medida que se desea mantener más información se agregan grupos de nodos, aumentando la capacidad de almacenamiento near line. Networking
  • 9. 9 ¿Qué es una Red de Datos? Conjunto de computadores interconectados •Dos computadores están interconectados si estos son capaces de intercambiar información •La red de datos es el conjunto de dispositivos, protocolos y programas que en su conjunto permiten la comunicación entre una o más aplicaciones. La red de datos permite la comunicación entre 1 o más computadores ¿Qué es una Red de Datos? Introducción •TCP/IP es un conjunto de protocolos, de los cuales los más importantes son TCP e IP •TCP permite la comunicación entre aplicaciones •IP permite la comunicación entre computadores Protocolos de comunicación necesarios Introducción TCP IP Puerto origen 3456 Puerto destino 1521 Mensaje:Buscar Petición Seq 345 DB Server Oracle esperando solicitudes en puerto 1521 10.2.2.203 : 1521 Socket Puerto origen 3456 Puerto destino 1521 Mensaje:Buscar Petición IP Origen 10.1.1.4 IP destino 10.2.2.203 Seq 345 Datagrama Paquete Puerto origen 3456 Puerto destino 1521 Mensaje:Buscar Petición IP Origen 10.1.1.4 IP destino 10.2.2.203 Seq 345 Puerto origen 3456 Puerto destino 1521 Mensaje:Buscar Petición Seq 345 10.1.1.4 : 3456 ¿Qué es TCP/IP?. Ejemplo Qdoc Red de Datos Introducción TCP IP Puerto origen 1521 Puerto destino 3456 Mensaje:Petición # Seq 564 DB Server Oracle responde a solicitud “Buscar Petición” 10.2.2.203 : 1521 Puerto origen 1521 Puerto destino 3456 Mensaje:Petición # IP Origen 10.2.2.203 IP destino 10.1.1.4 Seq 564 Datagrama Paquete Puerto origen 1521 Puerto destino 3456 Mensaje: Petición # IP Origen 10.2.2.203 IP destino 10.1.1.4 Seq 564 Puerto origen 1521 Puerto destino 3456 Mensaje:Petición # Seq 564 10.1.1.4 : 3456 ¿Qué es TCP/IP?. Ejemplo Qdoc Red de Datos •Para todo proyecto Intranet y Extranet, se deben usar direcciones del RFC1918 Grupo de Direcciones IP Introducción
  • 10. 10 Equipos de red típicamente usados Introducción HUB •comunica todos con todos Switch •comunica a quienes corresponde Router •interconecta grupos diferentes, redes diferentes Red 10.1.1.0 Mascara 255.255.255.0 RIS Host 1 Host 4Host 3 Host 2 Red 10.2.2.0 Mascara 255.255.255.0 IMPAX Host 200 Host 203Host 202 Host 201 Switch Router Switch Hospital Services Resumen de dispositivos de Red Introducción PACS •Tecnologías Inalámbricas •WIFI •Enlaces satelitales Introducción La transmisión IP puede ocupar diferentes medios físicos •Par trenzado (100 metros, diferentes categorías) •Ethernet •Fast Ethernet •Gigabit Ethernet •DSL (varios Km) •ADSL •XDSL •ADSL2 Introducción La transmisión IP puede ocupar diferentes medios físicos •Fibra Óptica •Monomodo (> 10 Km.) •Multimodo (< 2 Km) Introducción La transmisión IP puede ocupar diferentes medios físicos Aplicación Transporte Red Enlace Física RIS / PACS TCP, UDP IP, ICMP, ARP,OSPF,RIP Ethernet, IEEE802.11g, ADSL Modelo OSI Ejemplo Introducción Modelo de Referencia y arquitectura de capas
  • 11. 11 Diseño de Redes ¿Qué queremos traficar por la red? RIS PACS Diseño de Redes Es un sistema integrado RIS PACS Hospital Services Diseño de Redes •Separar servicios sin desasociarlos - Segmentar •Deben definirse los anchos de banda necesarios •Proyectar el crecimiento del proyecto RIS PACS Hospital Services Aspectos a considerar Diseño de Redes •Vlans •Ris •Impax •Hospital •Trunking •Transporte •Routing •Interacción RIS PACS Hospital Services 1.- Segmentación Diseño de Redes •Velocidad •10 Mbit/s •100 Mbit/s •1000 Mbit/s •Flujo •Half Duplex •Full Duplex •Medio •Fibra •Cobre RIS PACS Hospital Services 2.- Anchos de Banda Diseño de Redes Evaluar los dos conceptos anteriores en función de la proyección del crecimiento futuro del proyecto Es el mejor momento para introducir modificaciones que permitan escalabilidad futura RIS PACS Hospital Services 3.- Proyección
  • 12. 12 Diseño de Redes •Si bien el tráfico de red dependerá de la cantidad de entes presentes en el proyecto, un site principal no deberá usar un ancho de banda menor a 100Mbit/s •El flujo será ambivalente (Full Duplex) •El medio utilzazo dependerá de la infraestructura actual del sitio •La segmentación debe considerar una red para RIS y otra para PACS, las cuales serán disímiles a la red del Hospital Bottom Line!!! Ejemplo Diseño Red original Hospital Base 10 BaseFC 10BaseFC Ejemplo de Diseño Red definitiva Hospital Base Vlan Anchos de Banda Diseño de Redes •Separar servicios sin desasociarlos – Segmentar •Vlan, routing, trunking •Deben definirse los anchos de banda necesarios •10-100-1000 Mbit/s, duplex •Proyectar el crecimiento del proyecto RIS PACS Hospital Services Recordemos Diseño de Redes ¿Que pasa si hay algún sitio remoto? RIS PACS Hospital Services Remote Site Diseño de Redes 1.- ¿Que servicios y equipos se tendrán en el sitio remoto?
  • 13. 13 Diseño de Redes 2.- ¿Cuáles de estos servicios se comunicarán con el site principal? RIS PACS Hospital Services Worklist Modalidades Despliegue (web, Dicom) Peticiones Envío de Imágenes Remote Site Diseño de Redes 3.- ¿Cuál será el trafico de datos generado desde y hacia el sitio remoto? •Datos por unidad de tiempo, Gb/dia. •Desde el sitio remoto •Hacia el sitio remoto •Tipos de datos transmitidos •¿Segmentación? Enlaces ¿Qué enlace ocupar? ¿Qué tasa de transmisión? ¿ENLACE? Diseño de Redes Diseño de Redes Enlaces •Internet •Tráfico libre por Internet •Tráfico vía canal seguro •Enlaces dedicados •Fibra Dedicada •Medios compartido •Etc… Diseño de Redes Enlaces por Internet sin VPN – Canal no Seguro RIS PACS Hospital Services Site Remoto Internet Diseño de Redes Enlaces por Internet mediante VPN – Canal Seguro RIS PACS Hospital Services Site Remoto Internet
  • 14. 14 Diseño de Redes Enlaces dedicados RIS PACS Hospital Services Site Remoto Diseño de Redes Tasas de transmisión •Cantidad de datos transmitidos por unidad de tiempo •Los datos se cuantizan utilizando la unidad BIT •Se usa el segundo [s] como unidad de tiempo •Siempre se define una tasa de envío y otra de recepción •Se utiliza la terminología “Ancho de Banda” de subida o de bajada. Segundo Bits =Tasa Uplink Downlink tricoEnlaceSiméDownlink=Uplink étricoEnlaceAsimDownlinkUplink ⇒ ⇒≠ Pregunta: Para enviar imagenes a un Site Central. ¿Que requerimos? ( ) ( ) UplinkDownlinkb DownlinkUplinka ≥ ≥ Respuesta: (a) Diseño de Redes Anchos de Banda En general, en los enlaces asimétricos, la tasa de transmisión que usa el proveedor para ofrecer su producto es la de downlink. Debemos preguntar por ambas tasas Diseño de Redes Anchos de Banda ¿Cómo calculo los anchos de banda necesarios? Diseño de Redes tdemora= Pesoimagen Velocidad enlaceuplink Diseño de Redes Tamaños y peso estándar para imágenes DICOM
  • 15. 15 Para un estudio de CT de 75 Mb sobre enlace de 64 kbps ( ) ( ) minutoshoras=seg= seg kbits kbits = seg kbits kbits =tdemora 4029600 64 614400 64 8102475             ∗∗ Bytes KB MB GB TB 1024÷x 1024÷x1024÷x1024÷x 1024∗x1024∗x1024∗x 1024∗x Diseño de Redes Caso de estudio Para enlace de 512 kbps Para enlace de 1Mbps ( ) ( ) minutos=seg= seg kbits kbits = seg. kbits kbits =tdemora 201200 512 614400 512 8102475                     ∗∗ minutosseg===tdemora 11614 1000 614400 1000 8102475 ≈ ∗∗ Diseño de Redes Caso de estudio Diseño de Redes Enlaces dedicados – Ejemplo vía Internet sin canal seguro RIS PACS Hospital Services Internet Diseño de Redes Enlaces dedicados RIS IMPAX Hospital Services Site 1 Enlace Dedicado Site 2 Seguridad de Redes Amenazas Externas Amenazas Internas Amenazas no estructuradas Gusanos, Virus, Troyanos, Adware Amenazas Estructuradas Hacker, Crackers Tipos de incidentes de seguridad Seguridad de Redes INTERNET Intranet IDS Firewall INSIDE OUTSIDE RIS Server Amenaza Interna Amenaza Externa ! ! Firewalls e IDS permiten detectar y bloquear incidentes de seguridad
  • 16. 16 Seguridad de Redes •Velocidad de creación de un virus es menor a la creación del parche respectivo. •Los antivirus, como cualquier otro programa, ocupan recursos de las computadoras (CPU, Memoria, etc.) •De todas formas hay que instalarlos siempre, ya que agregan un nivel más de seguridad a nuestra red! Los antivirus son cada vez menos efectivos... pero necesarios. Seguridad de Redes •Microsoft Windows crea parches a su sistema cuando se ha detectado un vulnerabilidad que compromete la seguridad (Security Fixes) •En las estaciones de diangóstico, deben ser “bajadas” e instaladas siempre. •En servidores Ris - PACS sólo deben ser aplicados los parches autorizados. Parchar los PC corrientes con Windows Update....con cuidado! Seguridad de Redes NO user: administrator Pass: User: admin Pass:admin User: carola Pass: carola User:web1000 Pass:web1000 SI User: administrator Pass: p3p1t04ckk Las claves de acceso a los sistemas deben ser largas con letras y números Seguridad de Redes •No tener acceso a Internet desde equipos de la plataforma. •No ejecutar programas que no estén autorizados (Posibilidad de Troyanos) •Prohibir el acceso a servidores de correo. (Posibilidad de Virus) •Prohibir que médicos conecten sus Notebooks a la red RIS o Impax. •Los Pendrives son actualmente los Diskettes en cuanto a propagación de virus. •No usar los servidores (Ej. RIS) para ejecutar aplicaciones Internet como Messenger •Si no educamos a nuestros usuarios, NINGÚN método es efectivo 80 % de los casos corresponden a incidentes de seguridad internos Seguridad de Redes •La seguridad de la Red es responsabilidad del cliente. •Es nuestra responsabilidad el forzar al sitio a tener personal dedicado a esta labor. Debe haber un claro responsable por parte del sitio encargado de la seguridad Acceso Remoto •Acceso Remoto es la tecnología que permite entrar a las máquinas del Sistema RIS/PACS desde cualquier lugar que me encuentre Ris/PACS Internet PSTN ¿Qué es Acceso Remoto?
  • 17. 17 Acceso Remoto •Tiempos de Respuesta más breves. •Permite efectuar un diagnóstico rápido de la situación. •En muchos casos, evita tener que ir al sitio. Implementar el Acceso Remoto aumenta la productividad Acceso Remoto •La manera más económica es implementar una VPN (Virtual Private Network). •Una VPN crea un canal privado de comunicación por medio de la encriptación de la información. Internet VPN Concentrador VPN Ris/PACS Acceso Remoto •Permite una segunda vía de acceso en caso de que el acceso Internet falle. •Su desventaja es que la conexión es lenta (máx. 56kbps) PSTN Módem Módem Ris/PACS Acceso Remoto •SRSS Secure Remote Service System Acceso Remoto •LogMeIn •www.logmein.com •Teamviewer •www.teamviewer.com •VNC u otro software via port forwarding (Acceso directo desde Internet) •www.realvnc.com •www.symantec.com •Alternativas completamente inseguras •No cumplen las características requeridas Si los procesos humanos no están sólidamente definidos… ningún sistema podrá resolver sus problemas….