Сеть по телефонной проводке: стандарт HomePNA 2.0

Если вы желаете проложить дома компьютерную сеть, то, конечно, вы можете протянуть кабель и настроить сеть Ethernet. Но если у вас уже существует телефонная проводка, и вы не желаете утруждать себя прокладкой еще одного провода, то вы можете использовать для сети и телефонный кабель благодаря стандарту HomePNA. Этот стандарт быстрее, дешевле и безопаснее домашних беспроводных систем, он будет работать практически в любом доме в мире, если там есть аналоговая телефонная проводка.

Конечно, у HomePNA нет такой свободы и мобильности, как у беспроводной связи, да и здесь мы не чувствуем связанного с беспроводными продуктами ажиотажа. Однако это достойная альтернатива домашним Ethernet сетям. HomePNA позволяет реализовать совместное использование файлов, служб и Интернета.

Стандарт HomePNA 2.0

Доминирующий на настоящее время стандарт для домашних сетей, это второй стандарт альянса Phoneline Networking Alliance, так и называющийся – HomePNA 2.0. Как заявлено, он обеспечивает связь до 10 Мбит/с, но при этом следует учитывать следующий факт. На самом деле, скорость передачи данных в сети HomePNA 2.0 не будет равна 10 Мбит/с, такая цифра была взята для прямого сравнения со стандартом Ethernet IEEE 802.3 10 Мбит/с. Технически сеть работает на сигнальной скорости от 2 Мбод до 4 Мбод и использует переменную амплитудную модуляцию 4-256 QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Говоря другими словами, сеть может работать на любой скорости в диапазоне от 4 Мбит/с до 32 Мбит/с. Если судить по нескольким источникам, при обычных условиях сеть HomePNA 2.0 работает примерно на 16 Мбит/с.

Как видим, производительность HomePNA 2.0 заметно выше, чем производительность беспроводного 11 Мбит/с стандарта IEEE 802.11b, и даже выше 10 Мбит/с Ethernet в большинстве ситуаций. HomePNA 2.0 обратно совместима с HomePNA 1.0 и она будет поддерживаться и будущим стандартом "100 Мбит/с" HomePNA 3.0. Еще раз отметим, что стандарт на самом деле работает не на 10 Мбит/с.

Почему в названии 10 Мбит/с?

Для того, чтобы нам разобраться в строении сети, давайте рассмотрим пакеты HomePNA 2.0. Для тех, кто не знаком с пакетами, напомним, что пакет – это некоторый, относительно самостоятельный объем информации, передающийся в сети. Пакеты, как правило, рассматривают применительно к протоколу IP. В стандарте HomePNA 2.0 пакет IP упаковывается в кадр, который уже передается по локальной сети. В заголовок кадра включается информация о физическом адресе отправителя и получателя и т.д. Кадр также может использоваться для сетевой синхронизации и регулирования скоростей передачи, что видно по следующей иллюстрации.

Пакет данных сети HomePNA 2.0.

Поскольку мы будем достаточно глубоко рассматривать производительность сети, нам следует обратить внимание на некоторые детали.

Самое важное, что следует отметить на иллюстрации – только часть пакета передается на максимальной скорости. Как уже было сказано выше, стандарт может работать на скорости передачи данных до 32 Мбит/с. Однако эта скорость относится лишь к определенной части кадра. Заголовок и концевик передаются на минимальной скорости 4 Мбит/с, чтобы все станции в сети обработали заголовок без ошибок. В заголовке также указывается и скорость передачи данных.

Если учитывать тот факт, что размер кадров Ethernet ограничен 1518 битами, мы можем примерно сосчитать максимальную теоретическую пропускную способность сети HomePNA 2.0. Как видим, 84 бита передаются на минимальной скорости 4 Мбит/с. Некоторая же служебная часть кадра, включающая 18 байтовый концевик и два байта контрольной суммы CRC, передается на полной скорости.

Можно сказать, что кроме полезной информации, в кадре будет передаваться и служебная информация, эквивалентная 716 байтам на 32 Мбит/с. То есть время, затраченной на передачу служебной информации на низкой скорости равно времени, затраченному на передачу 716 байт на 32 Мбит/с. Учитывая 1476 байт полезной информации в каждом кадре, нам нужно будет передать 2172 байт (учитывая "эквивалентный заголовок") на максимальной скорости.

Если соотнести полезную информацию и общий "эквивалентный" размер кадра, то мы можем сосчитать эффективность (своего рода КПД). Итак, в HomePNA 2.0 эффективность составляет всего 68%. Это намного ниже эффективности Ethernet, которая близка к 97%. Конечно, это всего лишь теоретические значение, поскольку в сетях Ethernet существуют еще задержки между кадрами и коллизии, которые уменьшают эффективность примерно до 75-85%.

Однако даже теоретическое значение эффективности HomePNA 2.0 составляет только лишь 68% на максимальной скорости 32 Мбит/с и 78,5% на 16 Мбит/с. Поскольку домашние сети обычно работают только на 16 Мбит/с, теоретическая максимальная пропускная способность равняется 12,5 Мбит/с. Так как служебная информация здесь несколько больше, чем в Ethernet, мы можем понять, почему HomePNA 2.0 работает на скоростях "примерно соответствующих 10 Мбит/с". Однако, если сеть будет работать на максимальной скорости 32 Мбит/с, теоретическая пропускная способность будет соответствовать 21 Мбит/с.

По ценовым соображениям, многие производители не используют связь на скорости 4 Мбод, реализуя только 2 Мбод, что снижает пропускную способность вдвое. Конечно, сей факт звучит как серьезное ограничение, но как считают производители, большинство сетей в обычных условиях способны работать только на 16 Мбит/с.

Производители:

Сетевые карты HomePNA 2.0 вышли на рынок весной 2000. Они представляли собой обычные PCI карты и продавались примерно по одинаковой цене. С увеличением числа домашних сетей, в которых реализовано совместное использование доступа в Интернет, среди HomePNA 2.0 устройств появились домашние шлюзы и мосты Ethernet-HPNA. Поскольку сейчас производители усиленно ищут свои ниши на рынке, мы можем наблюдать большой разброс как функций, так и цены среди доступных устройств.

Многие производители выпустили карты для USB, PCI, PCMCIA, во многих из них присутствует и Ethernet порт.

1. Linksys HPN 200 & PCM 200HA

Linksys – широко известное имя применительно к домашнему сетевому оборудованию. Компания знаменита не только своей умеренной ценовой политикой, но и одной из самых широких линеек продуктов. Среди них присутствуют карты HPN-200 PCI и PCM-200HA PC Card.

PCM-200HA – 32-битная P&P сетевая карта, предназначенная для ноутбуков с разъемом PCMCIA Type-II. Она выглядит несколько больше обычных PC Card сетевых карт, поскольку в ней присутствуют два разъема RJ-11. Второй разъем служит для подключения телефонного аппарата, аналогового модема или цепочки других HPNA устройств.

HPN-200 базируется на очень популярном чипсете Broadcom. Карта использует стандартный 32-битный PCI интерфейс и также содержит два разъема RJ-11.

Следует отметить, что по данным нашего предыдущего тестирования, большинство карт на чипсете Broadcom показывают примерно равную производительность.

Поскольку в аппаратной части выделиться здесь трудно, Linksys постаралась добавить в комплект поставки достойное программное обеспечение. HPN-200 поставляется с Sygate, возможно, наиболее широко известной программой NAT для совместного использования соединения с Интернетом. Благодаря ей вы сможете организовать домашний выход в Интернет через одно соединение без использования маршрутизатора. Однако это также означает, что один из компьютеров придется держать постоянно включенным.

Linksys поставляет также и домашний HPNA маршрутизатор - HPRO-200, но о нем чуть ниже.

Карты на чипсетах Broadcom имеют относительно небольшую цену и приемлемое качество. HPN-200 можно купить за $32, PCM-200HA – за $65.

2. D-Link DHN-920

D-Link был среди первых производителей, выпустивших карты для стандарта HPNA в начале 2000 года.

В этой статье мы проведем тестирование DHN-920 – USB эквивалента сетевой карты DHN-910. В комплекте поставляется два USB HPNA 2.0 адаптера (DHN-120), плюс соответствующие кабели. Также мы видим пакет для совместного использования соединения с Интернетом от MidPoint.

MidPoint Lite – урезанная версия известного программного пакета от MidPoint. В пакет входит прокси-сервер, позволяющий организовать совместный доступ к WWW, почте и некоторым другим службам. Поскольку сервер не поддерживает NAT, он требует довольно тщательной настройки. Также многие утилиты не будут работать через прокси. Так что для большинства пользователей лучше подойдут программа-NAT от Sygate или Microsoft Internet Connection Sharing.

В комплекте поставляется подробное руководство и простые в установке драйверы. В бонус добавлены некоторые игры, включая Diablo.

Питание для каждого DHN-120 берется с шины USB, так что вам не потребуется внешний источник питания. Устройство подключается к любому USB порту, обеспечивающему 500 мА (что входит в USB спецификацию 1.0 и 1.1). Сами сетевые адаптеры имеют небольшой размер и вес. Вес настолько мал, что с жесткими USB кабелями в комплекте устройства иногда "встают на ребро". Впрочем, это не проблема. Сверху адаптера находятся два светодиода, сигнализирующих о питании и трафике.

Как видим, карты оснащены двумя разъемами RJ-11, второй из них предназначен для подключения телефона или другого компьютера (напрямую). Хорошая возможность для устройств, отличающихся как портативностью, так и высокой мобильностью.

Конечно, эти адаптеры больше 2wire USB "переходников" (мы рассмотрим их ниже), однако они легко войдут в стандартный карман или дипломат. А отсоединяемый USB кабель лишь добавляет мобильности.

По аналогии с другими USB HPNA устройствами, цена DHN-920 несколько выше PCI аналогов. D-Link напрямую продает комплект (два адаптера) за $94,99. Комплект же двух PCI адаптеров DHN-910 стоит около $70. Напомним, что DHN-920 состоит из двух USB сетевых адаптеров, кабелей (USB и телефонные) и программы MidPoint Lite.

Комплект стоит ощутимо дешевле, чем покупка адаптеров по отдельности (по $75).

3. 2wire PC Port

Немногие знакомы с торговой маркой “2wire”, однако если вы пользуетесь DSL с Cisco 6xx или Qwest, у вас наверняка установлены 2wire телефонные фильтры, поскольку их главным поставщиком является именно эта фирма. Как, собственно, видно по названию компании, она изготовляет различные сетевые/телефонные устройства, от PNA до DSL.

В этой статье мы рассмотрим два продукта от 2wire. Во-первых, их PC Port – USB HomePNA 2.0 интерфейс. Подобно D-Link DHN-120 это устройство довольно компактно и имеет небольшой вес. Его можно использовать для "горячего подключения", что, согласитесь, бывает весьма неплохо. Точно так же, как и в DHN-120, здесь присутствует два RJ-11 разъема для сквозного подключения. Размер PC Port заметно меньше, чем DHN-120, однако USB шнур здесь не отсоединяется. Это может быть полезно для тех людей, которые постоянно теряют шнуры, однако в кармане PC Port уже так удобно не разместить.

При цене в $69 PC Port заметно дороже аналогичных PCI карт, что, впрочем, объясняется удобством USB подключения. В комплект поставки не входит программное обеспечение, один только драйвер. Плюс 2-метровый телефонный кабель с RJ-11 разъемами.

4. 2wire HomePortal 100w

Линейка маршрутизаторов с поддержкой широкополосного модема HomePortal 100x от 2wire представляет определенный интерес. Самая простая модель HomePortal 100 является 2-портовым маршрутизатором (один порт на глобальную сеть и один на локальную), содержит мост HomePNA 2.0 и подключение USB. Мы же тестировали 2wire HomePortal100w, к которому добавлен беспроводный 802.11b интерфейс помимо присутствующих HomePNA 2.0, USB и Ethernet. Модели 2wire 1000 и 1000w отличаются от 100x наличием полностью функционального встроенного aDSL модема.

За функциональность приходится платить. 2wire 100 стоит $199, а 100w - $399. Линейка 1000 продается только через DSL провайдеров.

Управление осуществляется через WWW-интерфейс, в нем доступны большинство опций, включая внешние и внутренние IP, NAT, шифрование беспроводной связи и управление доступом. По нашему мнению, интерфейс слишком заточен под новичков и будет несколько неудобен опытным пользователям. Например, он не слишком часто обновляет список клиентов в сети, а ведь именно по этому списку осуществляется администрирование. Кроме того, маршрутизатор очень специфичен. Вы не сможете отключить NAT, равно как и отключить DHCP сервер. Соответственно вы не сможете поместить компьютер в прямой доступ через маршрутизатор. Впрочем, 2wire не предусматривает использование этого маршрутизатора для серверов, да он и не подходи для роли центрального маршрутизатора. Основная цель устройства – обслуживать домашних пользователей, а функции типа прямого доступа будут слишком опасны для большинства из них.

Нам хотелось бы более подробно остановиться на HomePortal 100w по причине замеченных интересных функций.

Потенциал маршрутизатора впечатляющ. Все модели в линейке базируются на одной и той же системе и отличаются лишь функциональностью. Мы решили разобрать маршрутизатор, чтобы посмотреть все изнутри.

На первый взгляд, сзади устройства находятся лишь несколько портов. Однако, как только вы его вскроете, картина существенно изменится. Здесь мы видим (снизу вверх) разъем питания, USB типа B (для работы в качестве сетевой USB карты), два USB типа A, два разъема RJ-45 Ethernet и четыре телефонных разъема RJ-11. Было бы замечательно, если, предположим, устройство функционировало в качестве USB принт-сервера. Однако даже на high-end моделях 100w и 1000w более половины разъемов закрыто. Нас огорчило отсутствие дополнительного RJ-11 разъема для сквозного подключения как на 100w, так и в 1000 серии. А поскольку внутри мы видим несколько разъемов, то, по всей видимости, у 2wire существуют большие планы на реализацию нескольких сегментов PNA, однако рынок пока в этом не заинтересован.

Для настройки маршрутизатора необходимо установить специальную программу и подключить его по USB интерфейсу.

Компания не скрывает, что внутри маршрутизатора стоит мощный процессор. Как утверждает 2wire, их модель быстрее и надежнее, чем продукты от конкурентов Cisco и других известных фирм. Все это мы можем увидеть в спецификациях. Однако обычным пользователям вряд ли будет какая-то практическая польза от большей мощности. Маршрутизатору не хватает нормальной консоли управления, так что вся эта мощь сходит на нет. Новички найдут HomePortal удивительно простым в управлении, но профессионалов отпугнет именно интерфейс.

5. Compex TH102A

Эта сингапурская компания является "чужаком" на рынках США и Европы. Однако они производят широкий спектр сетевых устройств как для потребительского, так и для корпоративного рынков. В линейке для HomePNA 2.0 наличествует адаптер HP10 PCI и TH102A Ethernet маршрутизатор/мост.

На сегодняшний день TH102A – одно из самых маленьких и дешевых HomePNA 2.0 устройств. По размеру он соответствует привычным "карманным" Ethernet хабам, содержит один 10 Мбит/с RJ-45 разъем Ethernet и пару RJ-11 телефонных разъемов. Оборудование Compex бывает трудно купить, но мы нашли TH102A по $77. Таким образом, TH102A напрямую конкурирует с USB сетевыми картами и хорошо подходит для компьютеров, уже оснащенных Ethernet контроллером.

Одна из уникальных возможностей – индикатор скорости соединения спереди маршрутизатора. Он показывает, на какой скорости передаются пакеты HPNA – от 4 Мбит/с до 16 Мбит/с с шагом 4 Мбит/с. Из-за позиционирования устройства на дешевый рынок и для компактности используется чип Conexant, который не поддерживает сигнальную скорость 4 Мбод (только 2 Мбод). Поэтому теоретическое значение скорости передачи будет ограничено не 32 Мбит/с, а 16 Мбит/с. Как считает Compex, такое ограничение несущественно, поскольку в реальных условиях большие скорости все равно не достигаются из-за потери сигнала и помех.

По причине небольшого размера и богатой функциональности, TH102A выделяет значительное количества тепла. При работе основание маршрутизатора показалось нам довольно горячим. По нашему опыту, это мало на что влияет, но в некоторых ситуациях стоит быть повнимательнее. По этой причине Compex добавила в поставку пластиковую стойку и рекомендации устанавливать маршрутизатор "на ребро".

Интерфейс управления прост и интуитивен, но не в ущерб функциональности. Устройство работает в двух режимах. Первый – "режим моста", когда происходит передача кадров из сети Ethernet в HPNA. Второй – "режим маршрутизатора", именно этот режим отличает TH102A от схожих по цене/размеру устройств. TH102A может использоваться в роли обычного маршрутизатора/домашнего шлюза, оснащенного NAT, DHCP и различными полезными возможностями, типа перенаправления портов, "сквозных" DMZ хостов и статической маршрутизации. Все эти функции, впрочем, можно отключить и TH102A способен работать в большинстве сетей с минимальной конфигурацией (когда вся сеть построена по телефонной проводке).

6. Linksys HPRO200

Как видим, по размеру маршрутизатор превосходит конкурента от Compex, но он все же заметно меньше 2wire 100w. Продукты Linksys легко можно отличить по классической форме и черно-синему оформлению. Также из всех протестированных устройств только на HPRO200 присутствует 100 Мбит/с Ethernet порт на сегменте LAN. Подобно 100w, в HPRO200 реализован один порт Ethernet LAN и 10 Мбит/с порт Ethernet WAN. В отличие от 100w здесь присутствуют два разъема RJ-11, но отсутствует USB интерфейс.

Консоль управления нас ничем не удивила. Конечно, это наше субъективное мнение, поскольку идеального интерфейса не существует. Linksys все же проделала большую работу над интуитивным интерфейсом, который реализует различные функции, присущие маршрутизатору: NAT, статическая маршрутизация, DHCP. Их можно настроить вручную или отключить. Консоль, как и везде, можно защитить паролем. Поддерживается ведение журнала событий. В общем-то, консоли Linksys и Compex мало чем отличаются друг от друга кроме раскладки.

Мы обнаружили, что HTTP сервер Linksys не всегда правильно посылал графику в главном меню. Иногда даже при обновлении рисунки не показывались, нам приходилось нажимать на них правой клавишей мыши и выбирать "show picture". Конечно, это можно списать на досадную случайность, поскольку такой факт наблюдался только лишь на некоторых компьютерах.

Маршрутизатор продается за $135. Как видим, он существенно дороже бюджетной модели Compex TH102A, впрочем, HPRO200 обладает большей функциональностью. К примеру, некоторым пользователям TH102A будет не хватать 10/100 Мбит/с порта HPRO200. Также благодаря отсутствию USB интерфейса маршрутизатор Linksys обладает меньшими размерами и ценой по сравнению с 2wire 100.

Тестирование

Для полноты картины мы решили провести тестирование перечисленных устройств с помощью NetIQ Qcheck. Эта программа была специально разработана для тестирования пропускной способности сети и задержек. Причем для этого используется эмуляция стандартной работы сети, а не протокол ICMP.

Все тесты проводились с помощью передачи 1000 кб по протоколу TCP. Каждый тест выполнялся шесть раз, результаты усреднялись. При возможности использовалисьсамые последние версии драйверов и прошивок.

Для тестирования мы использовали Linksys HPN200 PCI карту, обладающую хорошей производительностью.

Это решение основывается на широкой распространенности чипсетов Broadcom и невысокой стоимости. Их можно встретить во многих HomePNA 2.0 устройствах. Также предыдущее тестирование показало, что карты на чипсетах Broadcom показывают лучшую производительность. Мы проводили также и парные тестирования, чтобы убедиться в отсутствии проблем с совместимостью карт Linksys и других устройств.

Пропускная способность сети

Перед тем, как перейти непосредственно к тесту, давайте определимся с терминологией. Режим моста (bridge mode) показывает, что мы тестировали интерфейс независимо от внутреннего маршрутизатора. Для этого мы включили "режим моста" на Compex TH102A и со стороны LAN была использована сетевая карта Linksys HPRO200. Если же указан "режим маршрутизатора, то пакеты проходили через маршрутизатор с NAT, используя перенаправление портов. Обратите внимание, что 2wire 100w упомянут в тесте лишь один раз, поскольку он показал одинаковые результаты как для LAN, так и для WAN.

По результатам можно выделить две группы устройств. Причина этого, впрочем, не совсем понятна. Как мы уже упоминали, инженеры Compex подтвердили, что их маршрутизатор поддерживает только 2 Мбод спецификацию HomePNA 2.0, что должно было привести к уполовиниванию производительности. Однако мы не наблюдаем такого разброса в тестировании.

Следует заметить, что каждая сеть индивидуальна. Мы постарались имитировать домашнюю сеть, присоединяя устройства к разным телефонным розеткам в доме с шестью розетками. Телефонная линия также передавала aDSL сигнал, и даже тестирование во время телефонных переговоров не привело к заметной потере качества (менее 5%).

Каждый телефон, прикрепленный к сети, был оснащен DSL фильтром, который обрезал все частоты выше определенных, следовательно, он также убирал большинство внешних наводок на сеть. Впрочем, поскольку все дома с DSL оснащены такими фильтрами, это не сильно нас озаботило.

Мы постараемся также связаться с производителями для подтверждения полученных результатов.

Заключение

Какое же из устройств лучше подойдет для обычного пользователя? Именно на этот вопрос мы всегда стараемся отвечать в конце статьи. Мы постарались довольно глубоко проникнуть в суть технологии HomePNA 2.0, чтобы она стала понятнее вам. Эти знания помогут вам также разобраться и в будущем стандарте HomePNA 3.0, который должен обеспечить скорости выше 100 Мбит/с.

Очевидно, что у каждого из продуктов есть своя ниша. USB сетевые карты будут немного медленнее остальных адаптеров при несколько большей цене. Однако они полностью поддерживают "горячее подключение", что позволяет организовывать сети "по требованию". Каждый из мостов обладает своими отличительным особенностями, мы постарались протестировать различные продукты, от бюджетных до high-end.

В конце концов, производительность сети HPNA не так уж и критична. Все показанные продукты обладают большей производительностью, чем беспроводные аналоги, и меньшей ценой. Если сеть Ethernet вам не нужна, то HomePNA 2.0 – прекрасная возможность для организации домашней сети, пока сети по электрической проводке HomePlug 1.0 еще не получили массового распространения.

Мы рекомендуем 2wire HomePortal 100w по причине прекрасной производительность и функциональности (Ethernet, HPNA 2.0, 802.11b, USB). В этой коробке содержится больший потенциал, так что наверняка в будущем нас ждут улучшенные модели. Если вы не желаете потратить $400 на домашний маршрутизатор, то выбирайте один из двух оставшихся продуктов. TH102A обладает меньшей ценой и предлагает примерно те же самые возможности, что и более дорогой Linksys. Однако если вам нужен домашний шлюз для сетей как HPNA, так и Ethernet, то вам подойдет HPRO200, обладающая также и 100 Мбит/с LAN портом.