Технология HomePNA 1.0 и 2.0

Немного введения

В настоящее время существует огромное множество различных технологий, предназначенных для построения локальных сетей. В основном это, конечно же, Ethernet. Сначала это был 10-ти мегабитный, а потом уже 100 мегабитный, а сейчас уже потихоньку начинаются разворачиваться и гигабитные Ethernet сети. Но одновременно с ростом производительности сетевого оборудования, растут и их потребности в качестве среды передачи данных — 3-я, 5-ая, 5+, 6-ая и уже 7-мая категории кабеля! Усложняется оборудование, усложняются технологии, усложняются производство — и растет цена. Цена на сетевое оборудование — это понятно, но растет цена и на кабель — что тоже понятно. Да и для перехода с одной технологии на другую зачастую требуется перекладка всего кабеля. А это еще те деньги. А нельзя ли пойти другим путем? Т.е. усложняем сетевые карты, а при этом требования к кабелю не менять? Более того — сделать технологию, которая вообще работала бы по кабелям самого низшего качества, к примеру по той же российской «лапше»? Как показала жизнь — это вполне реально. И в середине 90-х готов компания Tut Systems предложила свою технологию, позволяющую передавать данные по телефонному кабелю. Правда скорость получилась не велика — всего 1 Мбит/сек. Но и такая скорость оказалось востребована. И вот уже различные компании, среди которых было много различных монстров компьютерной промышленности — к примеру та же AMD, которая на тот момент была одним из ведущих производителей сетевых чипсетов — организовали альянс HomePNA (Home Phoneline Networking Alliance) и на основе технологии от Tut Systems разработали стандарт передачи данных по телефонным проводам и назвали его HomePNA 1.0. Естественно, что первая версия данного стандарта была не очень «продвинутой» и в целом была идентична технологии от Tut Systems — 1 Мбит/сек, 25 компьютеров в HomePNA 1.0 сети и дальность порядка 150 метров. И дело пошло… Были выпущены сетевые карты (PCI и USB), различные коммутаторы, мосты Ethernet to HomePNA и т.д. На самом деле скорость-то в 1 Mbit/sec вполне достаточна для многих задач, к примеру для подключения о какого-нибудь компьютера или локальной сети к сети Internet. Вот с прицелом на подключение небольших офисов в офисных зданиях, больницах, квартирах, где уже есть телефонная проводка и начали применяться устройства HomePNA 1.0. Тем более, что данный стандарт как раз и разрабатывался с прицелом на передачу данных по уже существующим телефонным линиям и совершенно никак не влияет на телефонный сигнал. И как показала практика — на большинство других сигналов тоже, и работает далеко не только по телефонным линиям… Но, пожалуй, последние замечания в силу особенности технологии, относится к последней версии стандарта HomePNA - HomePNA 2.0. Частотное распределение основных сигналов — голоса, xDSL и сигнала HomePNA Вы можете найти на рис. 1:

Да. Совсем забыл отметить. Технология HomePNA во всех ее ипостасях - это обычный Ethernet со скоростями в 1 Мбит/сек (HomePNA 1.0) и 10 Мбит/сек (HomePNA 2.0). Судите сами- CSMA/CD, IEEE-802.3, MAC адреса — все это применимо не только для Ethernet, но и для HomePNA обоих стандартов. Отличия от Ethernet — только на физическом уровне. И соответственно инсталляция HomePNA карт никак не отличается от аналогичных процедур для Ethernet адаптеров. И операционными системами данные адаптеры видятся как обычные Ethernet адаптеры, и работают с ними точно так же. Так что в плане установки и настройки особых проблем не бывает.

Остановимся теперь поподробнее на первом варианте стандарта HomePNA - HomePNA 1.0

HomePNA 1.0

Как я уже отмечал выше, данная технология представляет собой в целом обычный Ethernet со скоростью 1 Мбит/сек. Данная технология более старая - и соответственно для нее существует намного большее количество различных видов оборудования, чем для более новой и быстрой технологии HomePNA 2.0. Итак, для чего может применяться данная технология. Основа построения сетей на данной технологии — это концентратор. В них обычно бывают как собственно HomePNA 1.0 порты, так и Ethernet порты. Таким образом, Вы всегда и без проблем можете объединить Ethernet и HomePNA 1.0 сети. Причем, если технология HomePNA 1.0 накладывает ограничение на количество работающих в такой сети устройств — максимум 25 устройств, — то при работе с коммутаторами ограничения уже несколько другие. К примеру, для коммутаторов тайваньской фирмы CityNetek ограничение одновременно обслуживаемых устройств составляет порядка 8192 MAC адресов. Что совсем неплохо. Коммутаторы бывают с различной емкостью портов — максимум 12 HomePNA и 4-е Ethernet для самого продвинутого концентратора из линейки CityNetek — CN-1412(M) (рис 2).

Рис. 2. Коммутатор HomePNA 1 CN1412(M) от компании CityNetek.

Зачем тогда так много поддерживается MAC адресов? А затем, что из HomePNA концентраторов можно делать стеки — объединять несколько коммутаторов в один — ну как это происходит и с обычными Ethernet коммутаторами. Кроме того HomePNA концентраторы поддерживают VPN (правда поддерживается только самый примитивный VPN — на основе портов) и естественно порты можно группировать и организовывать VPN сети. Так же поддерживается статистика для каждого порта (считается количество переданных и полученных через каждый порт байтов) и есть возможность отключить один порт или несколько портов. Более продвинутые модели — с индексом M, имеют SNMP управление, поддерживают конфигурирование через telnet и http. Кроме того, существуют еще, естественно, сетевые карты — у всех производителей есть PCI и USB версии карточек, PCMCIA нет ни у кого :-( и HomePNA <-> 10/100 Ethernet мосты (рис. 3.).

Остановимся теперь немного на скорости работ данного оборудования. Вообще надо сказать, что стандарт HomePNA 1.0 ведет себя в отношении адаптации к качеству линии абсолютно так же, как и стандартный Etherent - т.е. никак. Если пакет потерялся — то он потерялся, и пакет просто повторяется заново. Расстояние на котором есть реальная скорость в 1 Мбит/сек — это примерно 150 метров (естественно что в качестве среды передачи берется что-то не хуже одиночного кабеля ТРП). Но в концентраторах существуют одна хитрая вещь — повышенная мощность сигнала, которую можно как включить, так и, естественно, выключить. В этом случае «документированное» расстояние увеличивается до 500 метров. Правда, надо сказать, что в этом случае сильно возрастают различные наводки и помехи - так что надо ли включать повышенную мощность или нет — все зависит от конкретной топологии сети: от того, где проходит кабель и т.д. А вообще можно при помощи команд регулировать мощность сигнала на каждом из портов - тем самым либо увеличивая мощность сигнала, либо его уменьшая. Это тоже иногда надо делать, т.к. при больших сигналах и маленьких расстояниях сильно возрастает размер коллизий, что сказывается на скорости передачи данных. К примеру, при непосредственном соединении компьютеров к портам коммутатора была получена скорость в 576 кБит/сек. И на портах было огромное количество коллизий :-(, естественно, что это при настройках «по умолчанию». При этом расстояние между портом коммутатора и компьютером было небольшим — порядка 20 метров. Вообще же максимальная скорость передачи данных, которая была зафиксирована нами, составляла порядка 960 кБит/сек — что довольно близко к теоретическому пределу в 1 Мбит/сек. Еще раз повторяю, что в случае HomePNA 1.0 (или его модификации HomePNA 1.1) скорость передачи падает и определяется исключительно количеством потерянных пакетов. Кроме того, в результате испытаний нами было получено (вернее подтверждено), что телефонный сигнал и сигнал HomePNA 1.0 прекрасно живут вместе и друг другу не мешают. Что мы только не делали… Звонили в город, нам звонили, звонили в Internet через модем — все это никак не влияло на скорость передачи данных в HomePNA сети и, естественно, на телефонию. В принципе, Вы можете делать на основе данного стандарта сети не только вида «звезда» (при помощи коммутаторов), но и сеть типа «шина». И подсоединять к каждому порту коммутатора до этих самых 25 устройств, или вообще обойтись без коммутаторов — объединить просто сетевые карточки. Правда, скорость в 1 Мбит будет делиться между всеми этими устройствами. А подойдет ли такая скорость Вам — сами решайте. Остановимся немного на драйверах для сетевых карт HomePNA 1.0. Драйвера есть под следующие операционные системы — Windows 9x/ME/NT/2000, Linux и FreeBS D. Настройка и конфигурирование их ничем, как я отмечал во введении, ничем не отличается от настройки и конфигурированиии обычных Ethernet карт.

Перейдем теперь к более новому стандарту - HomePNA 2.0

HomePNA 2.0

Итак, данный стандарт является намного более продвинутым вариантом стандарта HomePNA 2.0. Основные характеристики — скорость — 10 Мбит/сек, дальность — 350 метров (по стандарту), количество устройств — до 32. Я привел здесь данные по решениям от крупнейшего производителя HomePNA 2.0 решений корпорации Broadcom. Вернее, по его линейке iLine 10. Есть еще решения от Intel, но они сильно уступают по всем техническим параметрам решениям от Broadcom. И в результате этого все крупнейшие производители HomePNA 2.0 карт, такие как D-Link, 3COM, NetGear, Linksys и т.д. — все делают свою продукцию исключительно на референс-дизайне от Broadcom и по своей сути отличаются лишь ценой и некоторыми особенностями в драйверах (к примеру, драйверы от D-Link могут считать принятые/отправленные пакеты, а в драйверах, к примеру, от NetGear этого нет). Спектр оборудования, который выпускают данные производители также похож — это PCI и USB карточки и конвертор HomePNA 2.0 <-> Ethernet (рис. 4).

Никаких коммутаторов нет, и, к сожалению, не будет. Производители столкнулись с проблемами взаимной наводки портов при их работе. Так 3COM начал даже поставки концентраторов HomePNA 2.0, но затем быстро их свернул. Так что для HomePNA 2.0 типичная топология — шина. Благо, скорость в 10 Мбит/сек такие решения позволяет строить. Причем топология этой шины может быть абсолютно любой — различные ответвления и т.д. — это не препятствия для работы сети на основе HomePNA 2.0. Вообще, хотя стандарты HomePNA 1 и 2 совместимы, HomePNA 2.0 построен на совершенно других принципах — причем серьезно других. Он уже УМЕЕТ адаптировать скорость передачи данных! И как показали наши исследования в качестве среды передачи, может быть выбрана практически любая среда. Мы получали устойчивую работу HomePNA 2.0 сети на таких средах, как UTP 3 и 5, телефонная «лапша» (кабель ТРП), полевик, среды передачи данных ГРТС, биметаллы, коаксиал и т.д. и т.п. Везде HomePNA 2.0 повел себя достойно - в т.ч. и в том случае, когда по этим кабелям передавались и «родные» сигналы — трехпрограмное вещание, телевидение, телефон и т.д. Причем в пределах оговоренных стандартом 350 метров скорость практически не зависела от типа кабеля. Естественно рассматривается идеальный случай одиночных проводов, когда нет наводок, помех и т.д. Также, в результате наших экспериментов сеть прекрасно работала на кабеле, составленном из более мелких отрезков, которые были соединены просто скруткой. Причем скрутки на скорость передачи данных особо не влияли — по крайней мере в условиях наших экспериментов. Так же сеть работала и в том случае, когда эти куски были неоднородны — к примеру медь, UTP 3 и сталь. Конечно, HomePNA 2.0 не панацея, причем далеко. Все же слишком плохой кабель, да еще на километр он не пробьет. А вот по обычной лапше — данные на километр идут без проблем. Скорость, конечно, не 10 Мбит/сек, а около 3.5–4 Мбит/сек, но тем не менее. Также на скорость передачи данных влияют и различные наводки. К примеру, если Вы свернете «лапшу» в бухту — то сигнал не пойдет. А если ее распрямите — то сигнал пойдет — да еще как! В общем надо смотреть применимость данного оборудования в каждом конкретном случае. Особенно в случае передачи сигнала по магистральным телефонным многопарникам. Этоо Вам не xDSL все же. Может заработать (очень часто действительно работает), а может и нет. А вот по коаксиалу дальность работы получалась чуть ли не на 2.5–3 км. Причем ни в одной среде - телефония, ГРТС (трехпрограмное вещание), кабельное телевидение — сигнал HomePNA НЕ мешал основным сигналам — телефону, xDSL, трехпрограмному вещанию, телевидению… Естественно, что скорости передачи данных сильно разнились — но для случая одиночной «лапши» (кабеля ТРП) график зависимости скорости передачи данных от длины среды передачи приведен на рис. 5 

Перейдем теперь к основам любой статьи/обзора, а именно, приведем

Выводы

Вообще технология HomePNA как таковая имеет довольно прочные позиции на рынке. Во-первых HomePNA 1.0 уже успешно применяется в различных офисных зданиях — практически во всех них есть телефония (все-таки она начала развиваться более 50-ти лет назад…) и по этой телефонии без проблем можно подавать клиентам по тем же телефонным проводам и Internet. Что очень удобно, как клиентам, так и поставщикам услуг. К примеру прокладка выделенной или ISDN линии — это по деньгам и трудоемкости все-таки не HonePNA — в пользу HomePNA опять. А вот применимость HomePNA 2.0 несколько другая — это домашние сети, удлинение Ethernet, передача данных по линиям ГРТС (линии ГРТС иногда нужно немного «дорабатывать» все же) и т.д. Также можно делать внутри квартиры локальную сеть — есть рядом телефонная розетка — есть и сеть. Не надо хабов, свичей — только HonePNA карточки. Ну это ладно. О применимости HomePNA можно почитать на многих сайтах (например, http://www.xdsl.ru/) или в журналах (например, LAN), а будет необходимость — появится статья и тут. А что же можно сказать о будущем стандарта HomePNA? А вот что. Вообще-то в стандарте HomePNA 2.0 заложена теоритические возможности, которые позволяют достигать скорости в 100 Мбит/сек! Не плохо, правда? Вы скажете - часто теория расходится с практикой. Да, это так. Но уже сейчас Broadcom тестирует оборудование, позволяющее достигнуть скорости 32 Мбит/сек по той же лапше и на растояниях до 2.5 км… Вот это точно не плохо… Правда пока не совсем ясно, когда данное оборудование появится на рынке, но тем не менее — работающие образцы уже есть.

Виктор Федосеев aka Firebird (victor@skomplekt.com, технический директор "СвязьКомплект") Опубликовано -- 12 июля 2001 г.