Домашние сети. Часть 1 — вводная

Скорее всего, в вашем доме есть устройства с сетевыми интерфейсами: смартфоны, планшеты, компьютеры, «умные» часы, игровые приставки, телевизоры и так далее. Чтобы они обменивались информацией, мы организуем сеть: в каких-то случаях проводную, в каких-то — беспроводную.

В новом цикле статей «Домашние сети» я расскажу, как организовать домашнюю сеть, чем она может упростить жизнь (помимо предоставления доступа к интернету) и как сделать ее безопасной.



Для чего нужна домашняя сеть

Для начала приведу пример, как я использую домашнюю сеть. Всего у меня две WiFi-сети: основная и гостевая. Сеть для гостей активируется по мере необходимости. В целях безопасности у нее нет доступа к моим серверам и устройствам — только выход в интернет.

Для воспроизведения музыки я использую беспроводную технологию Apple AirPlay, а с DLNA-сервера смотрю фильмы на телевизоре и планшете. NAS-сервер автоматически сохраняет фотографии с мобильных устройств (для удалённого доступа к ним я настроил защищённый веб-интерфейс); одновременно NAS записывает видео с камеры, которая следит за парковкой автомобиля. Остальные файлы я храню в собственном «облаке» наподобие Dropbox.

Для удаленного подключения к домашним устройствам я настроил VPN-сервер. Заодно использую его для выхода в интернет с мобильного телефона, когда нахожусь в кафе или гостинице и подключён к публичной (потенциально опасной) сети Wi-Fi.

Это далеко не все сценарии использования домашней сети. Например, сейчас я начал выстраивать систему «умного» дома на базе устройств Xiaomi — но это информация для другой статьи.

Основные устройства домашней сети

Сердце новой домашней сети — маршрутизатор. Он же роутер. Это пограничное устройство, которое отделяет нашу сеть от интернета, и именно к нему подключаются смартфоны, компьютеры, приставки, телевизоры и прочая техника. Подключение к роутеру может быть проводным и беспроводным (по Wi-Fi). Помимо доступа к интернету и физического соединения всех подключенных устройств, маршрутизатор чаще всего выступает в роли небольшого сервера и межсетевого экрана. Он выдаёт IP-адреса устройствам (DHCP-сервис), сопоставляет имя сайта с его IP-адресом (DNS-сервис) и защищает нашу сеть от внешних угроз (Firewall).

Объединить устройства в сеть можно еще при помощи коммутатора (свитча). Это менее функциональное устройство, нежели маршрутизатор; да и в нем нет Wi-Fi.

Для чего же тогда нужен коммутатор? Он увеличивает количество разъемов (портов) для подключения устройств сети по проводу — в обычном маршрутизаторе их всего четыре. В бизнес-сфере системные администраторы используют коммутатор для более широкого спектра задач. Например, он может делить сети на подсети (Vlan).

Для расширения покрытия беспроводной сети используются WiFi-репитеры. Это тоже простые устройства, которые дублируют настройки сети. Принцип их работы лучше всего демонстрирует изображение ниже.

Принцип работы WiFi-репитера (белое устройство в центре изображения)

Сейчас к маршрутизатору, коммутатору и репитеру можно подключать самые разные гаджеты. Перечень устройств огромный, и с каждым годом он становится все больше (спасибо интернету вещей):

  • Компьютеры;
  • Мобильные устройства (телефоны, планшеты);
  • Мультимедиа устройства (телевизоры, медиа- и ТВ-приставки, колонки, ресиверы);
  • Серверы (домашние серверы, NAS);
  • Игровые приставки;
  • Оргтехника (сканеры, принтеры, МФУ);
  • Видеонаблюдение (IP-камеры, видеорегистраторы);
  • Умный дом (шлюзы, лампочки, выключатели света, датчики, бытовые приборы, дверные ручки и замки, жалюзи и так далее).

Проводная и беспроводная сеть

У каждого варианта домашней сети есть преимущества и недостатки. Вне зависимости от того, проводная сеть или беспроводная, это могут быть проблемы из-за планировки квартиры, интерференция сигналов связи между соседями, неудобства с прокладыванием кабеля и так далее.

Проводная сеть

У подключения по проводу есть несколько преимуществ. Это скорость передачи данных и надежность соединения. Современная сеть может передавать данные со скоростью до 10 Гбит/с (и даже больше). Приведу пример: при скорости подключения 1 Гбит/с для передачи 10-гигабайтного файла с одного компьютера на другой потребуется около 80 секунд.

Однако для создания такой сети нужны UTP-провода (витая пара) и коннекторы RJ45. Приходится покупать, прокладывать и обжимать провода по всей квартире. Вдобавок, подключенное устройство зависит от конкретного местоположения. Допустим, если вы захотите сделать перестановку и перевесить телевизор на другую стену, то вам придется снова протягивать провод по квартире. А если кабель выходил из стены… Что ж, придется чем-то закрывать дыру.

Есть еще одна проблема — без дополнительных переходников к проводной сети нельзя подключить мобильный телефон или планшет. Поэтому без точки доступа к Wi-Fi все равно не обойтись.

Беспроводная сеть

Главный плюс сетей Wi-Fi это скорость их развертывания. Не нужно проводить монтажные работы, а с устройствами, которые подключены к маршрутизатору, можно спокойно взаимодействовать в любой точке дома (главное, чтобы был сигнал).

Расплачиваться за удобство использования приходится низкой скоростью передачи данных. Из-за стен, мебели, обмена служебной информации между устройствами, большого количества помех от бытовой техники и других сетей Wi-Fi (особенно в диапазоне 2.4 ГГц) фактическая скорость беспроводной сети в реальной жизни отличается от теоретического максимума, который заявляют спецификации стандартов беспроводных сетей:

  • Стандарт 802.11g работает в частотном диапазоне 2.4 ГГц и позволяет передавать данные до 54 Мбит/c;
  • Стандарт 802.11n работает в двух частотных диапазонах (2.4 ГГц и 5 ГГц), а скорость передачи данных достигает 150 Мбит/c;
  • Самый современный стандарт 802.11ac работает только на частоте 5 ГГц.

Чтобы увеличить пропускную способность беспроводных каналов, учёные Грегори Роли, Винсент Джонс и Майкл Поллак основали компанию Clarity Wireless и разработали в 1996 году первую версию метода пространственного кодирования сигнала MIMO (произносится «мимоу» или «маймо»). Он позволяет использовать несколько приемопередатчиков на одной частоте, благодаря чему скорость передачи данных достигает отметки в 600 Мбит/с при четырех независимых каналах MIMO 4x4:4 — или 6.93 Гбит/с в конфигурации MIMO 8x8:8 при увеличенной полосе пропуска и стандарте Wi-Fi 802.11ac.

Есть и другой способ увеличить скорость работы сети: переключить частотный канал и снизить пересечение между сетями. На изображении каналы в диапазоне 2.4 ГГц

Надежность подключения — другой минус беспроводной сети. Ощутить это можно при игре в быстрые онлайн-шутеры; периодически вы будете наблюдать микроподтормаживания, а ваша реакция на действия противников будет замедленной. Это связано со скачущими задержками (пингом) и потерей частиц информации (потерей пакетов) при передаче сигнала от точки Wi-Fi к игровой приставке или ПК.

Часто страдает и безопасность беспроводной сети. Неправильно настроенная (или вовсе не настроенная) сеть Wi-Fi может быть взломана, а данные, которые передают устройства между друг другом — украдены.

В домашней сети должны быть оба варианта подключения

Из-за особенностей каждого типа сети, их преимуществ и недостатков, в доме должны быть оба варианта подключения к интернету. Для требовательных к скорости передачи данных устройств (серверов, игровых приставок и компьютеров, мультимедиа оборудования) следует использовать проводную сеть, а для мобильных устройств — Wi-Fi.

Во второй части цикла я расскажу о типах роутеров и особенностях их настройки. Если вас интересует какая-то информация, задайте вопрос в комментариях к статье. Постараюсь на них ответить.

1
Автор: Евгений Петкевич