Построение домовой сети с услугами доступа в Интернет и VoIP в жилом доме с офисами

Домовые сети - это локальные компьютерные сети, имеющие выход в Интернет. По сути, они ничем не отличаются от офисных, локальных вычислительных сетей. Разница в том, что к домашней сети подключены личные компьютеры пользователей, находящиеся в частных квартирах.

Толчком к развертыванию таких сетей послужили, с одной стороны, желание пользователей получить доступ к новым информационным ресурсам, а с другой - неудовлетворенность качеством доступа в Интернет по коммутируемой линии и относительно высокая стоимость доступа по выделенной линии.

Подключившись к домовой сети, абонент получает возможность воспользоваться новыми видами сервиса. В зависимости от конкретного провайдера это могут быть:

• доступ к собственным информационным серверам домовой сети;
• услуги IP-телефонии;
• возможность организации виртуального офиса.

Одним из основных аргументов в пользу домовых сетей является универсальность применяемых технологий: с их помощью можно предоставить абонентам широкий спектр услуг в будущем.

Концепция построения домовой сети

В качестве базовой топологии могут быть использованы схемы, характерные как для городских, так и для корпоративных сетей. Очень часто домовая сеть не ограничивается территорией одного здания, а охватывает целый микрорайон. Поэтому на практике ее топология напоминает уменьшенную копию сети городского класса. Топология, типичная для корпоративных сетей, чаще всего применяется для подключения локально сгруппированных абонентов - например, живущих в одном подъезде.

В любом проекте построения такой сети можно выделить ряд обязательных компонентов (рис 1):

• Узел агрегации трафика, через который домовая сеть подключается к опорной городской сети. В узле агрегации трафика располагаются внутренние информационные сервера домовой сети и подключается магистральный канал от провайдера услуг.
• Точки доступа, находящиеся в каждом здании и соединенные с узлом агрегации трафика. К точкам доступа по кабельной инфрастуктуре подключаются личные компьютеры пользователей. В зависимости от числа абонентов, в доме может быть установлено несколько точек доступа. Основным критерием является высокая масштабируемость как по числу подключаемых пользователей, так и по пропускной способности.
• Клиентское оборудование. Как правило, это сетевая карта с интерфейсом Ethernet. Также возможно использование неуправляемых коммутаторов, если заказчику необходимо подключить более одного компьютера.
• Системы биллинга для управления учетными записями абонентов, политикой доступа и тарифными расчетами.

Технологии и оборудование для домовых сетей

Наиболее популярными технологиями для построения домовой сети являются Home PNA, Passive Optical Network (PON), Ethernet.

Технология Home PNA была разработана в 1998 году альянсом производителей телекоммуникационного оборудования. В зависимости от качества линий, пиковая скорость передачи по технологии Home PNA может достигать до 32 Мбит/с, а пропускная способность каналов связи - 20 Мбит/с. Замечательное свойство Home PNA - полная спектральная совместимость с традиционной телефонной связью и оборудованием DSL-линий, так как для передачи сигналов в ней отведен диапазон частот от 4 до 10 МГц. Обратной стороной такого удобства является малое максимальное расстояние (всего 350 м), на которое могут быть разнесены узлы сети. Кроме того, в одной сети Home PNA обеспечивается поддержка не более 25 узлов. В точке доступа устанавливается маршрутизатор Home PNA или обычный мост с интерфейсом Ethernet, посредством которого осуществляется подключение к городской сети. В компьютеры пользователей вставляются адаптеры Home PNA, соединяющиеся по медной линии с оборудованием в точке доступа. В качестве медной проводки можно использовать существующую разводку телефонной сети, но лучше протянуть альтернативный кабель. В отличие от стандартной технологии Ethernet по витой паре, где до каждого клиента доходит собственный кабель, технология Home PNA позволяет делать отводы от общего кабеля.

В основе технологии PON лежит разделение потоков данных по разным оптическим длинам волн ("несущим"). Современное поколение оборудования PON, обеспечивает подключение до 32 терминальных узлов при протяженности оптического сегмента не более 20 км. Пассивная оптическая сеть оптимально подходит для создания канальной инфраструктуры, соединяющей точки доступа в домовой сети. Благодаря этому оптимизируются и удешевляются затраты на кабельные трассы между зданиями, так как PON поддерживает ветвистую топологию, а боковые отводы делаются с помощью сплиттеров, не требующих электропитания. Более того, при выходе из строя одного из участков сети это никак не сказывается на работоспособности оставшихся. Основным недостатком является высокая стоимость абонентского оборудования: данная технология чаще используется для подключения корпоративных клиентов.

В данной статье мы рассмотрим наиболее, на наш взгляд, перспективную и реализованную в большинстве проектов подобных сетей технологию Ethernet.

При развертывании кабельной инфраструктуры провайдеры используют в качестве среды передачи Ethernet стандартный кабель - витую пару. При этом абоненту предоставляется канал данных на скоростях 10/100 Мбит/с, а расстояние от активного сетевого оборудования до компьютера абонента не должно превышать 100 метров. Для увеличения расстояния используется каскадное включение активного оборудования. Наиболее дешевым вариантом считается применение неуправляемых концентраторов Ethernet, но в этом случае все абоненты находятся в едином сетевом сегменте и вынуждены "конкурировать" за пропускную способность общей среды доступа. Для решения этой проблемы рекомендуется использовать управляемые коммутаторы 3-го уровня с большей плотностью портов и поддержкой механизмов QoS.

Пример проекта построения домовой сети с услугами доступа в Интернет и VoIP в жилом доме с офисами на оборудовании Allied Telesyn

В конце прошлого года специалистами нашей компании был реализован проект по построению домовой сети. Требовалось, используя небольшие начальные вложения, организовать сеть доступа в Интернет для 50 абонентов, территориально расположенных в одном трехподъездном доме, с возможностью в дальнейшем предоставлять им услуги IP-телефонии, используя абонентские VoIP-шлюзы и соглашение со сторонним оператором VoIP.

От интернет-провайдера до дома имелся SHDSL-канал с интерфейсом V.35. Подключение конечных пользователей к устройствам доступа осуществлялось кабелем UTP Cat 5. В решении необходимо было использовать только сертифицированное оборудование и программное обеспечение для биллинговой системы.

Предлагаемое решение базировалось на оборудовании Allied Telesyn (рис. 2). В качестве центрального устройства использовался 24-портовый коммутатор 3-го уровня Rapier 24i. Он имеет большое количество функций, в том числе - по управлению виртуальными сетями (VLAN), а также различные возможности по обеспечению информационной безопасности и объединению в стек (расширению). Также у Rapier 24i присутствует возможность подключения одного или двух модулей с различными интерфейсами.

На базе Rapier 24i был развернут PPPoE Network Access Server. Клиентские устройства устанавливали PPP-сессии, аутентифицировались при помощи RADIUS, а их трафик учитывался как при обычном модемном доступе по dial-up.

Клиентскими терминалами служили персональные компьютеры пользователей с установленным PPPoE-клиентом и маршрутизаторы корпоративных клиентов с поддержкой PPPoE. Управление учетными записями абонентов, политикой доступа, тарифами и расчетами велось с помощью системы биллинга интегрированной с Radius сервером. Изоляция корпоративных LAN и локальных сетей домашних пользователей обеспечивалась средствами поддержки VLAN 802.1Q реализованными в коммутаторе.

Для доступа конечных клиентов к центральному устройству внутри дома была развернута кабельная система, а в подъездах дома установлены управляемые коммутаторы доступа AT-8024 второго уровня с поддержкой VLAN 802.1Q. Кабельная система соединяла "абонентские розетки" c "подъездными коммутаторами" и с центральным коммутатором L3. В качестве системы биллинга использовали недорогую систему LanBilling 1.7 Pro с поддержкой протокола Radius.

Расширенная поддержка QoS (качество обслуживания) в коммутаторе Rapier и поддержка механизмов QOS 802.1p в коммутаторах AT-8024 позволит в будущем без проблем обслуживать голосовой трафик IP-телефонии. Для этого потребуется только установить шлюзы VoIP и настроить QoS на коммутаторах.

Конечная стоимость данного решения с использованием системы биллинга LanBilling 1.7 Pro составила около 4000 у.е., или около 55 у.е за порт.

Для подключения к домовой сети абонентам достаточно было установить у себя сетевую карту с интерфейсом Ethernet. В этом случае стоимость подключения и абонентская плата была существенно ниже, чем при подключении по ADSL-линии к городским интернет-провайдерам. По данным провайдера - компании "РГ-Софт" - средняя цена установки оборудования в квартире пользователя колеблется от 70 до 100 у. е., а минимальная абонентская плата (включающая определенный объем предоплаченного трафика) - порядка 10 у. е.