HomePNA: компьютерная сеть без компьютерных проводов

Алексей Слынько

Иногда желание работать переходит все мыслимые границы, овладевая всеми твоими помыслами. В таком состоянии ухитряешься работать сутками, ничего не замечая вокруг себя. Правда, это не всегда удается. Жена норовит вечером пораньше вытащить с работы — она тебя уже два дня не видела, дети забыли, как папа выглядит, а друзья давно отчаялись застать дома и даже звонить перестали. Особенно часто такие симптомы проявляются у людей, чья работа так или иначе связана с компьютером.

Они зачастую и дома не перестают вкалывать — дома им даже удобнее. Все родное, знакомое, уютное — в результате сразу же возрастает работоспособность. Да и работодателю твоему прямая выгода — меньше денег за аренду офиса нужно платить. В результате все большее число людей стремятся работать в наиболее комфортабельных условиях, то есть дома. И если раньше многие могли об этом лишь мечтать, то сегодня это доступно практически каждому, кто использует в своей работе компьютер.

Еще пару лет назад домашние сети были большой редкостью. Большинство из тех, кто мог позволить себе подобную роскошь, использовали модем для электронной почты и связи со своим рабочим местом в офисе. Даже тогдашняя скорость передачи данных — 14 400 бит/с — была чудом. Но аппетит, как известно, приходит во время еды. Сегодня информационный поток с трудом влезает в 57 600 бит/с. К счастью, существует множество способов подключения вашего домашнего компьютера к высокоскоростным сетям передачи данных. В Интернете давно уже не редкость состоящие из нескольких жилых домов сетевые сообщества, численность которых колеблется от 3 до 300 человек — встречаются и такие «муравейники».

Когда-то организовать домашнюю сеть могли позволить себе либо очень обеспеченные люди, либо сумасшедшие энтузиасты. Производителей оборудования можно было пересчитать по пальцам одной руки (модемы не в счет), а типовых решений не существовало вообще. Правда, были попытки адаптировать некоторые офисные решения, но почти все они не прижились из-за высокой стоимости или больших трудозатрат. Все вышесказанное относится к бывшему Советскому Союзу — на Западе все складывалось намного проще. Наши же панельные «крупнощелевые» дома совершенно не рассчитаны на прокладку каких-либо телекоммуникаций, кроме телефонии. Что, впрочем, совершенно не мешает отдельным умельцам потрясать воображение. Приведу один маленький пример. Те, кто хоть немного занимался прокладкой локальных сетей, знают, что максимальная длина сегмента в сети Ethernet достигается при использовании так называемого толстого коаксиального кабеля и составляет 500 метров. Если же использовать более распространенные тонкий коаксиал и витую пару, то длина сегмента уменьшается в 1,5-5 раз. Я своими собственными глазами видел сегмент из тонкого коаксиала длиной полкилометра, по пропускной способности не уступающий стандартному. Но это редкое исключение. Кроме того, прокладка такого кабеля в наших условиях требует некоторой ловкости и определенных навыков. Грызуны, сотрудники коммунальных служб и любопытные подростки довершают картину.

Все вышеперечисленные причины привели к столкновению беспроводных и кабельных технологий. Сейчас на этом бурно развивающемся рынке присутствуют более сотни производителей телекоммуникационного оборудования и множество компаний, предлагающих различные сетевые решения — начиная от установки «под ключ» и заканчивая комплектами «Сделай сам». В зависимости от ваших аппетитов себестоимость подключения одного рабочего места может колебаться от 60 до 500 долл. К сожалению, из-за особенностей российского рынка реализация подобных проектов в большинстве случаев ложится на плечи энтузиастов. Соответственно качество проделанной работы тоже может сильно различаться. Но это отдельный разговор.

Все ныне существующее оборудование можно разделить на пять групп по типу используемой среды для передачи данных: радиоволны, инфракрасное излучение, телефонная сеть, электросеть и сеть кабельного телевидения. Начнем с самого распространенного на российском рынке оборудования RadioEthernet.

Согласно стандарту выпускаемое оборудование RadioEthernet работает в двух частотных диапазонах: 900 МГц и 2,4 ГГц. Из-за развития других видов телекоммуникаций (в частности, сотовой связи) оборудование 900 МГц на сегодняшний день используется крайне редко и в Россию не поставляется. Аппаратура в диапазоне 2,4 ГГц достаточно разношерстна и делится на несколько групп в зависимости от скорости и способа передачи данных. Принятая в этом году спецификация 802.11b стандарта RadioEthernet предусматривает передачу данных со скоростью 11 Мбит/с методом «растянутого спектра» (DSSS). Основная сфера применения подобных устройств — локальные сети в пределах здания и поддержка мобильных абонентов. В России оборудование RadioEthernet из-за высокой стоимости применяется в основном операторами связи для организации магистральных каналов и участков «последней мили».

Основными производителями RadioEthernet являются компании Cisco (Aironet), Lucent Technologies, BreezeCom, 3Com. В нынешнем году этот ряд пополнился компанией Intel. Предлагаемое ею семейство состоит из узла доступа Intel PRO/Wireless 2011 LAN и точки доступа Intel PRO/Wireless 2011 LAN PC Card. Поддержка стандарта 802.11b обеспечивает скорость до 11 Мбит/с на расстоянии 120 метров снаружи и 30 метров внутри здания, а также совместимость с оборудованием других производителей. К узлу доступа дополнительно прилагаются две широконаправленные антенны, блок питания и комплект настенных креплений. Из приятных особенностей хочется отметить 40- и 128-битное шифрование, механизм QoS (Quality of Service), поддержку 802.1H. Точка доступа выполнена в виде PC Card PCMCIA Type II со встроенной антенной. Доступны драйверы для Microsoft Windows, Linux и Palm OS. Данное оборудование поступит в России в продажу ориентировочно в октябре.

Высокоскоростное оборудование, использующее в качестве среды передачи данных телефонные линии, появилось сравнительно недавно. В июне 1998 года крупнейшие производители сетевого оборудования, такие как 3Com, AMD, AT&T, Lucent Technologies, Intel и др., создали некоммерческую ассоциацию производителей оборудования для домашних телефонных сетей, получившую название HomePNA (Home Phoneline Networking Alliance). Целью альянса является координация усилий по разработке единого стандарта для домашних телефонных сетей, а также создание сетевых решений на его основе. В его задачи также входят тестирование и сертификация производимой аппаратуры с целью обеспечения совместимости продукции различных производителей.

Первая спецификация стандарта была утверждена в конце 1998 года и получила название HomePNA 1.0. Она обеспечивала пропускную способность 1 Мбит/с. В июне 2000 года появилась вторая версия стандарта HomePNA 2.0, совместимая с предыдущей версией «сверху вниз» и обеспечивающая пропускную способность до 32 Мбит/сек. В следующей версии ожидается наращивание скорости до 100 Мбит/с — на ближайшие несколько лет такого резерва должно хватить.

Выпускаемое на сегодняшний день оборудование, удовлетворяющее стандарту HomePNA 2.0, имеет реальную пропускную способность 10 Мбит/с. Это на два порядка выше, чем у модема, поддерживающего стандарт V.90, и в 1,5 раза превышает пропускную способность аппаратуры семейства xDSL. Однако помимо выигрыша в скорости стандарт HomePNA имеет и другие преимущества, а именно:

• одновременное использование телефонной линии несколькими устройствами;
• отсутствие четко выраженной топологии кабельных соединений (обычные модемы обеспечивают соединение «точка-точка», а семейство xDSL для обеспечения топологии «звезда» требует дорогостоящих DSL-концентраторов);
• отсутствие существенных ограничений на тип используемых кабелей и их характеристики (к сожалению, большинство зарубежных телефонных сетей превосходят по характеристикам российские — поэтому о реальной пропускной способности в наших условиях можно только догадываться);
• соответствие стандарту IEEE 802.3 означает широкую совместимость с огромным количеством оборудования для сетей Ethernet. С этой точки зрения HomePNA представляет собой Ethernet по телефонным проводам;
• поддержка механизма QoS (более эффективное использование телефонной сети в случае одновременной передачи различных данных, таких, например, как цифровое видео, цифровой звук и IP-телефония);
• низкая цена — менее 100 долл. за устройство (нижний порог цен на модемы xDSL составляет порядка 200 долл.).

Для большей наглядности результаты сравнений существующих технологий, используемых для организации домашних сетей, сведены в табл. 1.

Использование телефонной линии одновременно с другими устройствами было достигнуто за счет задействования более высокого диапазона частот. Аналоговые модемы стандарта V.90 используют весь спектр слышимых человеческим ухом частот, вплоть до 25 кГц. Оборудование xDSL использует частоты от 35 кГц до 1,1 МГц. Для HomePNA применяются частоты в диапазоне 4-10 МГц. С одной стороны, это позволяет избежать взаимных помех с семейством xDSL. С другой стороны, использование частот свыше 10 МГц увеличивает уровень взаимных помех и уровень искажений передаваемого сигнала. Кроме того, в этом диапазоне волн сегодня работают лишь одиночные любительские радиостанции, что существенно упрощает фильтрацию внешних помех.

В отличие от Ethernet, где на характеристики кабеля наложены достаточно жесткие ограничения (малый разброс сопротивлений, заданный отклик канала, низкие переходные помехи), аналогичные параметры телефонной сети существенно хуже. Для увеличения надежности передачи данных приходится либо снижать скорость передачи данных, либо уменьшать максимально возможное расстояние. В случае HomePNA был выбран первый путь. Каждая пара «передатчик-приемник» подстраивает свои параметры для достижения максимально возможной скорости без ущерба для надежности. В этих целях используется комплексная модуляция и динамическое изменение частотно-зависимых параметров передатчика и приемника. Поскольку набор параметров для каждой такой пары уникален, то при работе более чем двух устройств возникает проблема демодуляции приходящих пакетов. В HomePNA это реализуется за счет использования особого формата кадров. Информация о параметрах кодирования содержится в первых 120 символах пакета. Для их расшифровки передатчик посылает ключ, используя двухбитное кодирование. Таким образом, если принимающая сторона не в состоянии расшифровать полученные данные, то расшифровать заголовок пакета не составляет никакого труда.

Нередки случаи, когда одну и ту же кабельную инфраструктуру могут одновременно использовать несколько домашних телефонных сетей. Поэтому для достижения определенного уровня секретности каждое устройство использует алгоритмы кодирования на уровне соединения.

Как и Ethernet, HomePNA для доступа к среде использует протокол CSMA/CD. Из-за различного происхождения данных была реализована восьмиуровневая схема приоритетов и новый алгоритм распознавания коллизий, называющийся DFPQ (distributed fair priority queuing). Все это позволило уменьшить вероятность возникновения коллизий и обеспечить требуемую полосу пропускания для приложений, критичных к задержкам, таких как потоковое видео и звук.

Помимо разброса в характеристиках кабеля, в телефонной сети всегда присутствуют импульсные шумы, порождаемые сигналами вызова абонента, поднятиями трубки и электрическими наводками. К счастью, свойства их таковы, что при их возникновении теряются лишь одиночные пакеты. Поэтому применение алгоритма, способного восстановить исходное число пакетов, позволяет быстро произвести повторную передачу пакета с минимальными задержками. Такой механизм передачи называется LARQ (limited automatic repeat request). Стандарт также предусматривает реализацию механизма целостности соединения. Он предназначен для удобства конечного пользователя и позволяет быстро определить наличие или отсутствие соединения.

На сегодняшний день большинство выпущенного оборудования удовлетворяет спецификации HomePNA 1.0. Однако, несмотря на то что вторая версия стандарта была принята в июле этого года, уже сейчас появилось достаточно большое количество устройств от различных производителей, поддерживающих HomePNA 2.0. Все они могут быть условно разнесены по трем категориям: сетевые адаптеры, мосты Phoneline-Ethernet и альтернативные устройства (например, принт-серверы). Все рассмотренные в обзоре устройства имеют сдвоенный разъем RJ-11 для параллельного подключения стандартных телефонных устройств. К сожалению, большинство производителей не приводят данные, касающиеся максимальной длины сегмента. Стоимость приведенных в табл. 2 сетевых адаптеров не превышает 100 долл. Относительно цен на мосты ничего не известно (табл. 3).

В данном обзоре ничего не было сказано о сетевых устройствах, использующих электропроводку, и модемах для широкополосного кабельного телевидения. К сожалению, оборудование для электрических сетей до сих пор не имеет единого стандарта. Поэтому, если вы планируете дальнейший рост вашей домашней сети, имеет смысл некоторое время подождать. Аппаратура для широкополосных кабельных сетей сегодня все еще достаточно дорога и используется в основном кабельными операторами для организации магистральных каналов. Таким образом, если вы не хотите заниматься организацией инфраструктуры и готовы потратить около 100 долл. за рабочее место в вашей домашней сети — оборудование HomePNA доставит вам меньше всего хлопот с установкой, настройкой и дальнейшей экспансией вашей домашней сети. И последнее… Прежде чем принимать решение о покупке того или иного оборудования, имеет смысл узнать, установлены ли на вашем телефонном узле различные фильтры. Так, на очень многих АТС установлены полосовые фильтры, препятствующие нормальной работе устройств xDSL и HomePNA. Однако, как показывает практика, чаще всего сети на основе HomePNA строятся в рамках одной квартиры, реже — нескольких квартир или подъезда.

Таблица 2

Таблица 3

КомпьютерПресс 10'2000