Lektsia_7_Home_PNA (Электронные лекции)

Технология HomePNAТехнология HomePNA стандартизована в 1998 г. и основываетсяна протоколе Ethernet и, следовательно, при разрешении конфликтовмежду устройствами использует алгоритм CSMA/CD. На физическомуровне разработчики были вынуждены считаться с множествомустройств-соседей,которыесовместно сHomePNA используюттелефонные провода. В частности, необходимо было уйти отинтерференциисголосовойсвязью(до3,5kHz),атакжеразнообразными DSL-модемами (до 1,1 MHz). Именно поэтому вкачестве рабочего был выбран диапазон от 4 до 10 MHz.

В первойверсииHomePNAиспользуетсяPPM-кодировка(PulsePositionModulation), которая требует около 6 битов для передачи одногосимвола. Результирующая производительность составила 1 Mbps.В роли топологии была избрана схема "звезда" со стандартнойдлиной сегмента 150 м, что вполне логично, так как каждая квартираили офис, как правило, имеют отдельную телефонную линию. А вобщей распределительной коробке можно поставить коммутаторсопряжения LAN/WAN, и здесь важную роль сыграла изначальнаяориентация на совместимость с сетями Ethernet.ВпоследствииHomePNA1.0быланемногодоработана:повысили мощность передатчиков, чтобы увеличить максимальнуюдлину сегмента до 800 метров. Эта версия технологии получилапромежуточный номер 1.1.Время идет, и популярность домашних сетей выросла. Родиласьи приобрела четкие очертания концепция "умных" бытовых приборов,управляемых по сети и, следовательно, нуждающихся в сетевомподключении.Топология"точка-точка"несоответствуетэтимтребованиям.

В 1999 г. на свет появилась вторая версия HomePNA,взявшая на вооружение архитектуру типа "шина". Базовая пропускнаяспособность сети выросла до 10 Mbps, в то время как максимальная –достигла 32 Mbps. Производительность зависит только от состояниятелефоннойсоставляетпроводки350м,идлиныоднакосегмента.благодаряСтандартнаяоригинальнойдлинаметодикеварьирования параметров соединения даже на расстоянии километраудается передавать данные со скоростью до 3,5 Mbps. В одномсегменте разрешается размещать до 35 активных устройств.НафизическомсовершеннаяQAMуровне(QuadratureкодировкуPPMAmplitudeсменилаModulation).болееСогласно"установкам по умолчанию" каждый символ несет информацию о двухбитах, что в совокупности с минимальной скоростью передачисимволов - 2 Mbaud - дает пропускную способность 4 Mbps.

Но еслишумовая обстановка позволяет, протокол в состоянии "взвинтитьтемп", доведя количество битов на символ с 2 до 8 и увеличивскорость передачи до 4 Mbaud. Несложно подсчитать, что пиковаяпроизводительность достигает 32 Mbps.Другая хитрость, на которую пошли разработчики HomePNA, дублированиепотоков данныхнаразныхчастотах.Методика,придуманная Эриком Ожардом (Eric Ojard), носит название FDQAMили Frequency-diverse QAM. Избыточно широкий диапазон 6 MHzподелен на три 2 мегагерцевые полосы, в каждой из которыхтранслируется копия информационного потока. Таким образом, дажеесли на какой-то из частот возникает мощный источник помех, топриемник по-прежнему в состоянии считывать сигнал на другойчастотной полосе.Формат пакета приведен на рис.2.Рис.2ФактическивосновепротоколаHomePNAлежатинкапсулированные фреймы Ethernet. Впрочем, и здесь не обошлосьбез усовершенствований.

Первые 120 бит пакета (как показано нарисунке) всегда передаются на скорости 2 Mbaud (2 бита на символ),что соответствует нижней границе производительности сети. Это даетгарантию правильной интерпретации всех значимых заголовковпакеталюбымустройствомпринаиболеенеблагоприятной(вопределенных пределах, конечно) шумовой обстановке в кабельнойсистеме. Для остальной части пакета используются текущие установкискорости передачи. Изначально все соединения инициируются сминимальными параметрами, затем стек протоколов анализируетколичество ошибок в пакетах и принимает решение о том, следует липерейти на более высокий уровень производительности или нет.

Опараметрах соединения устройства договариваются с помощьюпакетов-запросов RRCF (Rate Request Control Frame).Рис.2аНаряду с механизмом разрешения коллизий HomePNA "расширила"спецификациюприоритетовIEEE802.3трафику.оригинальнымМежфреймовыйметодомназначенияпромежуток, отделяющийкадры HomePNA-Ethernet один от другого, разделили на семьинтервалов, отвечающих возможным уровням приоритета (рис.2а).

Вкаждый из этих интервалов может "заговорить" только то устройство,чей трафик имеет соответствующий приоритет. Таким образом,коллизии возникают только между пакетами одинакового приоритета,при этом соблюдается строгая очередность обращения к средепередачи - сначала идет трафик 7-го уровня, потом 6-го и т. д.Рис.2б Механизм откатаНеменеелюбопытениалгоритмотката(back-off).Схема,иллюстрирующая методику, приведена на рис.2б.

После коллизииустройство может выбирать из трех уровней глубины отката (паузы) S0, S1 или S2. Первый раз это делается случайным образом, послечегоустройстваначинаютпередаватьсигнал,вкоторомзашифрованы сведения о выбранной глубине отката.

Таким образом,все участники коллизии информированы о решении, принятом"коллегами". Каждое устройство анализирует полученные данные ипытается оптимизировать свою стратегию. Например, в приведеннойиллюстрации узел N0 вначале остановился на уровне S2, но, узнав,что N1 выбрал S0, а уровень S1 остался незанятым, - принял решениепоменять S2 на S1.Какстратегияутверждаютразрешенияисследователи,коллизийпринятаяэффективнеедляHomePNAсправляетсяспоставленными задачами, чем стандартный Ethernet-механизм. Ксожалению, нельзя недооценивать влияния импульсных помех,которые бывают пострашнее любых столкновений.

Конечно, ониотличаются малой длительностью, но потеря как минимум одногопакета гарантирована. Именно для борьбы с импульсными помехамив HomePNA используется протокол LARQ (Limited Automatic RepeatRequest). Последним элементом технологии, который мы упомянем,будет механизм обеспечения целостности соединения (Link IntegrityMechanism). Идея заключается в периодическом обмене служебнымипакетами между установившими соединение устройствами. Пакетыотсылаются чаще, если загруженность соединения снижается, и реже- если трафик становится напряженным.

Это позволяет собиратьсведенияотекущемсостояниисоединенияипотенциальнойвозможности пересылки данных вне зависимости от активностиприложений.Одно из главных отличий первой версии HomePNA от второйзаключается в более сложной архитектуре сети. Использованиетопологии "звезда" открывает простор для фантазии производителейсетевых устройств. В результате их ассортимент блещет небывалымдля второй версии разнообразием. Если HomePNA 2.0 можетпохвастаться только конвертерами HomePNA/Ethernet, то для версий1.0и1.1выпускаетсяподдерживающихмножествостековоемоделейподключение,акоммутаторов,значит,имеющихвстроенных SNMP-агентов, умеющих выполнять преобразованиеLAN/WAN и организовывать VLAN.

Стандартные схемы подключениядомов и офисов к широкополосным коммуникациям с помощьюHomePNA 1.0/1.1 показаны на рис. 3.Рис.3Ещеодинвариантиспользованиятехнологии,логическиследующий из ее характеристик, - соединение двух удаленных сетейEthernet. В особенности это касается версии 1.1. Для реализациитакого проекта потребуется два конвертера HomePNA/Ethernet илидва компьютера с двумя сетевыми карточками соответственно.Примерстекауправляемыхкоммутаторовсоднимведущимустройством, оснащенным встроенным SNMP-агентом, и несколькимиподчиненными показан на рис.

4. [2]HomePNA1.0Данная технология представляет собой в Ethernet со скоростью 1Мбит/сек. Данная технология более старая - и соответственно для неесуществуетнамногобольшееколичестворазличныхвидовоборудования, чем для более новой и быстрой технологии HomePNA2.0.Основапостроениясетейнаданнойтехнологии-этоконцентратор.

В них обычно бывают как собственно HomePNA 1.0порты, так и Ethernet порты. Таким образом, Вы всегда и без проблемможете объединить Ethernet и HomePNA 1.0 сети. Причем, еслитехнология HomePNA 1.0 накладывает ограничение на количествоработающих в такой сети устройств - максимум 25 устройств, - то приработе с коммутаторами ограничения уже несколько другие. Кпримеру,длякоммутаторовтайваньскойфирмыCityNetekограничение одновременно обслуживаемых устройств составляетпорядка 8192 MAC адресов.

Что совсем неплохо. Коммутаторыбывают с различной емкостью портов - максимум 12 HomePNA и 4-еEthernet для самого продвинутого концентратора из линейки CityNetek- CN-1412(M).Рис.5Коммутатор HomePNA 1 CN1412(M)от компании CityNetek.Зачем тогда так много поддерживается MAC адресов? А затем,что из HomePNA концентраторов можно делать стеки - объединятьнесколькокоммутаторовводин.Крометого,HomePNAконцентраторы поддерживают VPN (правда поддерживается толькосамый примитивный VPN - на основе портов) и естественно портыможногруппироватьиорганизовыватьVPNсети.Такжеподдерживается статистика для каждого порта (считается количествопереданных и полученных через каждый порт байтов) и естьвозможность отключить один порт или несколько портов.

Болеепродвинутые модели - с индексом M, имеют SNMP управление,поддерживают конфигурирование через telnet и http. Кроме того,существуют еще, естественно, сетевые карты - у всех производителейесть PCI и USB версии карточек и HomePNA <-> 10/100 Ethernetмосты.HomePNA2.0Итак,данныйстандартявляетсянамногоболеепродвинутымвариантом стандарта HomePNA 2.0.