|
Варианты построения домашних сетей
Сети по-домашнему
Константин Майданик / Федор Черников
Можно ли построить высокопроизводительную локальную сеть за считанные часы, не потратив при этом ни цента на прокладку кабельных линий? Оказывается это вполне осуществимо, если использовать нужные технологи.
|
Вас можно поздравить – вы обзавелись новым, небольшим и очень уютным офисом. Скорее всего сразу же после его ремонта и, соответственно, переезда у вас возникнет острая необходимость в информационной системе, работа которой немыслима без локальной сети. Как обычно решают подобный вопрос? Вспоминают про старую добрую и уже ставшую классикой технологию Ethernet.
И действительно она сегодня поддерживает высокие скорости передачи данных, масштабируема, проста в работе и реализации. Однако все хорошее в Ethernet (прежде всего скорости 100 и даже 1000 Мб/с) можно гарантированно получить на высококачественных линиях, которые сегодня в ЛВС являются самым дорогостоящим компонентом. Такие физические линии или как сейчас принято говорить структурируемые кабельные системы (СКС) могут обойтись пользователям в $80-150 (иногда и более) за одно посадочное место возле ПК. На это можно было бы закрыть глаза, выложив единожды кругленькую сумму, если бы не повышенная склонность к переездам многих небольших компаний (особенно украинских). Вот тогда, частое обустройство кабельной системы и вовсе будет для тружеников малого бизнеса накладным занятием. Что делать и как избежать затраты в этом случае? Оказывается выход существует и достаточно эффективный - строить ЛВС на уже имеющейся проводке, забыв при этом про СКС.
"Лапша" для данных
В середине 90-х годов в западных странах многие домашние пользователи ПК стали ощущать острую необходимость в недорогих и скоростных решениях, позволяющих организовать передачу данных в пределах одной квартиры или здания. Кроме того, назрела необходимость в обеспечении домочадцев совместным (но опять же недорогим) выходом в
Internet. В первом случае, обдумывался вариант, как избежать прокладки в офисе категорийного кабеля (главный компонент СКС), а во-втором решалась проблема "отхода" от использования дополнительной внешней линии. Следует отметить, что альтернативой последней уже на то время были устройства
xDSL. Однако они в середине 90-х только учились говорить (передача голоса по xDSL - технология
VoDSL) одновременно передавая данные, да и их работа всецело зависела от воли телефонного оператора.
В итоге решить проблемы малых компаний по разворачиванию ЛВС и организации Internet с минимальными затратами можно было лишь, используя уже имеющуюся в наличие инфраструктуру. А таковой практически в каждом жилом здании была телефонная проводка, выполненная на кабеле типа "лапша" (на профессиональном языке он носит название ТРП).
Однако практическая реализация домашней ЛВС складывалась не сразу, поскольку качество "лапши" в подавляющем большинстве случаев находилось на самом низком уровне (пригодном только для аналоговой телефонии). Топология такой проводки, как правило, была произвольна и не поддавалась быстрому определению. К тому же она постоянно склонна к перемене. Например, подключение в арендуемом офисе параллельного телефона или факсимильного аппарата добавляет новую "ветвь", а простое поднятие телефонной трубки изменяет электрические параметры такой проводке. Но, несмотря на все трудности, сама идея была очень заманчива - научиться передавать данные в цифровом формате по телефонным линиям.
После ряда безуспешных попыток передачи данных по ТРП, компания Tut Systems в 1995 году, предложила свою разработку, позволившую передавать данные на скорости до 1 Мб/с. Но и такая скорость оказалась вполне приемлемой для многих представителей домашнего офиса. Поэтому уже в 1996 году ряд ведущих телекоммуникационных компаний, среди которых
AMD, AT&T Wireless, Broadcom, Compaq, IBM, Intel, 3COM и др. объединились в альянс, который получил название Home Phoneline Networking Alliance (HomePNA). А уже в 1998 г. появился первый стандарт передачи данных по телефонным линиям - HomePNA 1.0
(HPNA). Естественно, он оказался не очень "продвинутым" - скорость 1 Мб/с, дальность порядка 150 м (это соответствует телефонной проводке дома площадью до 1000 м2) и возможность подключения 25 компьютеров.
Самым примечательным моментом является то, что данная технология использует метод доступа к среде передачи, аналогичный применяемому в Ethernet-сетях
(IEEE 802.3) - CSMA/CD (множественный доступ к среде с обнаружением несущей). Правда от Ethernet новоявленная технология отличается необходимостью передавать данные лишь по двум проводам (дуплексный режим Ethernet задействует четыре провода и более) кабельной проводки категории 3 (обычная "лапша") и выше, а также коаксиальном кабеле (в домах применяется в качестве телевизионного). Иными словами - каждая телефонная розетка в здании может служить не только для подключения телефонного аппарата, но также и в качестве сетевого порта.
Приемо-передающие устройства HPNA способны не только регулировать уровни входного/выходного сигналов и соотношение сигнал/шум, но и в результате непрерывного мониторинга телефонной линии постоянно подстраивать свои характеристики под ее конкретные параметры. Эти особенности позволили существенно снизить требования к среде передачи. По сути, HomePNA - это мегабитный Ethernet, работающий по телефонным проводам, что позволяет использовать большое число Ethernet-совместимых программ, драйверов, приложений и оборудования. Технология поддерживается операционными системами Windows 95/98/2000 (совсем недавно и
Linux), что полностью освобождает от необходимости заниматься сложными настройками программного обеспечения. Кроме того, рабочие частоты HomePNA (находятся выше 2 МГц отметки), в которых передаются данные, не пересекаются с диапазоном ни обычного телефона (до 4 КГц), ни DSL-устройств (0,025-1,5 МГц). Это значит, что пользователь может одновременно разговаривать по телефону или отправлять факс, работать в ЛВС и иметь доступ в Internet.
Форсаж для HomePNA
|
По мере появления высокопроизводительных приложений пропускная способность 1 Мб/с для многих "домашних" бизнесменов стала маловата. Поэтому в конце 2000 года была выпущена новая версия HomePNA 2.0, обеспечивающая возможность работы до 32 устройств на проводке шиной топологии со скоростью до 10 Мб/с (благодаря новой спектральной технологии модуляции) при дальности до 350 метров. При этом не только выполнялась совместимость оборудования с HPNA 1.0, но и осталась возможность увеличения в будущем скорости передачи до 100 Мб/с. Следует отметить, что хотя стандарты первой и второй версии совместимы, HomePNA 2.0 обладает способностью адаптировать скорость передачи к конкретной проводке и расстоянию. Например, такая сеть, построенная на проводках различных сечений и с наличием скруток при снижении скорости до 3-4 Мб/с способна передавать данные на расстояние до 1 км и более. А коаксиальный кабель и вовсе обеспечивает работу на удаление до 3 км.
|
Однако это не предел совершенствованию для домашних сетей на телефонной проводке. Так, альянс HPNA недавно объявил о выходе в конце 2002 года третьей спецификации одноименного стандарта, при котором технология позволит передавать данные со скоростью 100 Мб/с. Кроме того, уже существуют фирменные адаптеры (например, у компании
Broadcom), позволяющие передавать данные до 32 Мб/с по "лапше" на расстояние до 2,5 км.
На уровне деталей
Следует отметить, что каждая версия стандарта HPNA решает проблему построения домашних сетей, используя при этом абсолютно разные подходы. Поэтому HPNA1.0 и HPNA2.0 являются не конкурирующими между собой технологиями, а скорее взаимодополняющими. Так, HPNA1.0 предназначен для подключения по топологии "звезда". При этом для построения таких сетей зачастую используется коммутатор. Каждый пользователь подсоединяется к его отдельному порту, который обеспечивает скорость 1 Мб/с. Для оборудования этого стандарта на первый план выходит не пропускная способность (она для многих клиентов даже избыточна), а масштабируемость портов коммутатора, возможность их набора в стек, поддержка VLAN и др.
|
|
|
Коммутаторы для HPNA1.0, как правило, имеют еще и Ethernet-порты. Таким образом, пользователь всегда может объединить Ethernet и HPNA1.0 сети. Другая особенность этих устройств - регулировка мощности сигнала (повышенная/стандартная), которую можно как включить, так и, естественно, выключить. В первом случае "документированное" расстояние (150 м) увеличивается до 500 м. Однако при этом сильно возрастают различные наводки и помехи. Использовать повышенную мощность или нет - однозначный ответ на этот вопрос отсутствует, поскольку все зависит от конкретной топологии сети (от того, где проходит кабель и др.).
Стандарт же HPNA2.0 предназначен исключительно для топологии "шина", которая подразумевает, что полоса пропускания будет делиться между всеми пользователями. Количество абонентов, которых разумно включать на одну шину зависит от конкретной задачи и особенности сети (практически их количество находится в пределах 15-25 человек, а не 32 как предписано в инструкции).
Существенным отличием HPNA2.0 от своего предшественника является отсутствие в нем коммутаторов. Причина - производители столкнулись с проблемами взаимной наводки портов при их работе. Зато HPNA2.0 одинаково устойчиво работает практически во всех средах, таких как СКС третьей и пятой категории, полевой кабель, коаксиальный кабель, ТРП и др. Причем в пределах оговоренных стандартом 350 м пропускная способность не зависит от типа кабеля.
Справедливости ради следует отметить, что и стандарт HPNA1.0 позволяет строить сети по топологии "шина" (при помощи коммутаторов, или просто объединив сетевые карточки). Единственное "но" - скорость 1 Мб/с будет делиться между всеми подключенными пользователями.
|
В любом случае основным компонентом для двух версий стандарта являются сетевые адаптеры, подключаемые к компьютерам, серверам, принтерам и др. Они поддерживают стандартные разъемы PCI и
USB. При этом обычно в картах существует два разъема RJ11 для подключения сети и параллельного телефона. Кроме того, производители выпускают ряд активных сетевых устройств - конвертеры
HPNA-Ethernet, мосты-маршрутизаторы, принтсерверы и др. Так, конвертеры и мосты оснащены интерфейсами 10/100
Base-T, что позволяет интегрировать домашнюю сеть в привычную Ethernet. Кроме того, мосты-маршрутизаторы поддерживают функции DHCP-сервера, трансляции сетевых адресов
NAT, программирование статических маршрутов и др.
Сценарии построения
Сегодня на существующей проводке (прежде всего на ТРП) можно строить различные варианты домашних сетей в зависимости от их размера, подключения к Internet и др.
Одноранговая сеть. Так, наиболее распространенным является классический вариант создания одноранговой домашней сети. В квартирах жилых домов телефонные розетки находятся практически в каждой комнате, включая кухню, прихожую и др. (в них подключаются параллельные телефонные аппараты). Такой инфраструктуры вполне достаточно для построения высокоскоростной одноранговой сети в пределах квартиры без использования коммутаторов, концентраторов, специального оборудования Ethernet, а также прокладки какой-либо дополнительной проводки.
Таким образом имеющаяся в доме телефонная проводка задействуется для совместного использования разными компьютерами файлов, принтеров, модемов, жесткого диска или
CD-ROM, оставляя при этом возможность эксплуатации традиционной телефонной связи. При этом телефонные аппараты, которые раньше были включены непосредственно в телефонные розетки, подключаются в сетевой адаптер
HPNA. Подобная одноранговая сеть может состоять из 25 компьютеров (стандарт HPNA1.0) или 32 ПК (HPNA2.0).
Крупные сети. В свою очередь для организации сетей масштаба здания с выходом в Internet создание домашней сети происходит следующим образом. У каждого клиента на компьютере устанавливается HPNA-карта, подключаемая к телефонной линии как обычный модем. В этом случае телефонные розетки (кроме выполнения своих прямых обязанностей) становятся одновременно и сетевыми портами. А на распределительном щите, куда сходится телефонная проводка всего здания, ставится HPNA-коммутатор. При этом каждому абоненту выделяется порт коммутатора и гарантируется широкополосное подключение к Internet со скоростью 1 Мб/с. Сконцентрированный со всего здания сетевой трафик передается далее по единому каналу (выделенная линия, оптоволоконное соединение, хDSL, радиоканал и др.).
Альтернативная проводка. В случае, когда задействовать существующую телефонную проводку для организации сети невозможно по каким либо причинам (к примеру, если оператор местной телефонной связи не дает к ней доступ), то можно воспользоваться методом альтернативной телефонной проводки. При этом конкретно стандарт HomePNA2.0 (он поддерживает топологию "шина") позволяет сделать это быстро и с минимальными затратами.
В подъезде жилого дома по вертикальным пространствам пробрасывается кабель с последнего этажа на первый. При появлении нового жильца, желающего подключиться к домашней сети, просто делается горизонтальный отвод от вертикального стояка к квартире абонента. Нижний конец альтернативной проводки через конвертор HPNA-Ethernet подключается к сети передачи данных провайдера, поддерживающей классический Ethernet.
По сравнению с традиционным способом построения сети по Ethernet, данное решение обладает несколькими преимуществами. Во-первых, экономия на работах и проводе (он пробрасывается между этажами один раз). Во-вторых, отсутствует необходимость установки сетевого оборудования. В-третьих, за счет малых размеров конвертора снижается вероятность бытового вандализма (его можно просто забетонировать в стену или установить в недоступном месте).
Объединение сегментов ЛВС. Интересным решением является использование HPNA в качестве "удлинителя" для Ethernet. Так, если перед компанией стоит задача соединения нескольких сегментов сети Ethernet, расположенных на расстоянии от 300 метров и более, в подавляющем большинстве случаев используются различные хDSL-модемы, радиомодемы, оптика и др. Но эти подход, как правило, обладают одним недостатком - высокой стоимостью решения. Технология HPNA позволяет снизить эти затраты в десятки раз, поскольку она дает возможность передавать данные на километровые расстояния (правда, с потерей скорости). Поэтому с его помощью можно соединить две локальные сети Ethernet по прямой линии (без всяких преобразований сигнала между ними). При этом, в зависимости от конкретных задач, на конце такой линии можно подключить конверторы HPNA-Ethernet (по своей структуре сегменты ЛВС будут однородны) или компьютеры с одновременно включенными в них
HPNA- и Ethernet-картами. При этом адаптеры HPNA выполняют функции по передачи трафика по соединительной линии между ЛВС, а Ethernet-карты - соответственно, служат для включения в ЛВС. Кроме того, компьютеры программно настраиваются на выполнение функций маршрутизаторов. Следуе заметить, что с подобной функцией могут справится непосредственно и устройства мосты-маршрутизаторы, недавно появившиеся и на рынке Украины.
И не только HomePNA |
Было бы несправедливым умолчать о других вариантах создания домашней сети. Так, известными "альтернативщиками" HPNA можно назвать радиотехнологии Bluetooth и Home
RF. Действительно, главное их достоинство - отсутствие каких бы то ни было проводов. При этом скорость передачи данных на расстояние до 100 метров для Bluetooth составляет до 800 Кб/c, а для Home RF - до 10 Мб/с. Однако недостатком таких решений является их сильная подверженность к помехам, затуханиям и задержкам сигнала, обусловленных работой беспроводной сети в диапазоне 2,4 ГГц. СВЧ-печи, бытовая техника, домашние радиотелефоны - вот неполный список обитателей этого диапазон. Кроме того, при использовании радио-Ethernet необходимо соблюдать санитарно-гигиенические нормы на мощность излучения, предусмотренные регулирующими органами.
В последнее время появляются различные решения для передачи данных по электропроводке. Наиболее перспективным, по мнению специалистов, является стандарт
HomePlug, разработанный консорциумом при участии Cisco
Systems, Intel, HP, Motorola и др. HomePlug позволяет на существующей электропроводке строить ЛВС для передачи данных до 10 Мб/с. Кроме интерфейсных плат, производители уже начали поставлять мосты и маршрутизаторы. Ради справедливости стоит упомянуть и другие стандарты ЛВС на электропроводке, получившие распространение в мире - R7.3 (разработан Ассоциацией производителей потребительской электроники, США) и CEBus
(Intellon, ITRAN). Однако официально использовать в Украине решения ЛВС по электропроводке будет затруднительно, поскольку получить разрешение на их применение очень тяжело в связи с жесткими требованиями к
электробезопасности.
|
Стоит ли строить?
Если все же будет принято решение в пользу построения домашней сети
HPNA, то проблем с выбором оборудования, поддерживающего такую технологию, не возникнет. Сегодня в украине для сетей на телефонной проводке можно найти обширный спектр HPNA-устройств от компаний
Broadcom, D-Link, Linksys, CityNet, Intel, NetGear, Samsung, ZyXEL и др.
Кстати, о ценах. Стоимость HPNA-карты или оконечного HPNA-устройства составляет около $100. Цена HPNA-коммутатора колеблется от $150 до $600. Понятно, что такие цены выше, чем на подобные устройства в Ethernet (кроме Gigabit Ethernet). Однако построение СКС, а также ее периодическая смена, в связи с очередным переездом может с лихвой компенсировать эти затраты. В тоже время организация HPNA-канала во внешний мир по сравнению с той же DSL-линией однозначно обойдется пользователям в несколько раз дешевле. Поэтому решайте сами - строить или не строить домашнюю сеть на телефонной проводке.
Возможно, что пока вы читали эту статью, строители-наладчики в вашем офисе уже приготовились "долбать" пару стен (после евроремонта) для прокладки Ethernet-кабеля и организации сети для нескольких компьютеров. Может вы еще успеете их остановить, тем более альтернатива этому "безобразию" вам уже известна.
Источник: Журнал "CHIP" №8, 2002 год
|