Основная | О фирме  | Новости  | Продукция |  Продажа  | Поддержка  | Разное |

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