Hoe werkt een powerline?

[mathias82]

De vraag staat in de titel. Ik weet uiteraard wel dat powerlines communiceren via het elektriciteitsnet en dat er meerdere standaarden zijn, maar ik heb 2 concrete vragen waar ik via Google geen duidelijk antwoord op vind:

1. Werkt een powerline als een hub of een switch? Met andere woorden: broadcast een powerline zijn data naar alle andere powerlines of kan deze gericht zenden?
2. Bouwen powerlines intern een soort spanning tree op? Stel je hebt 3 powerlines (A, B en C) en je wilt data sturen van powerline A naar powerline B. Gaat de data dan altijd van A naar B of kan deze ook van A naar C naar B gaan als deze route sneller is?

[KingOfDos]

De bus (powerline) gedraagt zich als een broadcast domain (half duplex / simplex), gebaseerd op correcte timing in het OFDM netwerk. Vervolgens filteren de powerline adapters het verkeer op de bus a.d.h.v. MAC table, zodat niet iedere byte op de bus op iedere ethernet poort verschijnt.

Verkeer van A naar B komt ook bij adapter C uit (op de bus), maar verschijnt niet op de ethernet poort.

offtopic:
Beneden: Net een paar seconden sneller!

[Voor 7% gewijzigd door KingOfDos op 20-09-2018 20:29]

[Room42]

Net als WiFi kan de Powerline Adapter niet bepalen welke richting het signaal uitgezonden wordt. Ik zit niet heel diep in die techniek maar de Powerline Adapters die ik gezien heb, hebben encryptie onderling om afluisteren te voorkomen. Je kunt het dus eerder met WiFi vergelijken dan met een LAN-device (zoals een switch of hub).

edit:
Zie de wijze boven mij

[Voor 20% gewijzigd door Room42 op 20-09-2018 20:25]

[mathias82]

Bedankt voor jullie reacties, dat maakt het al duidelijker.

Wil dit dan ook zeggen dat elke verbinding tussen de powerlines onderling maar zo snel is als de weakest link? Stel dat je tussen A en B een snelheid hebt van 100Mbit. Je voegt dan een powerline C toe die maar een snelheid van 50Mibt haalt tussen A en C. Als een device dat op powerline A hangt data verstuurt naar een device dat op powerline B hangt zal die dat dan maar aan 50Mbit kunnen doen omdat de data ook bij C moet aankomen?

[Ben(V)]

KingOfDos schreef op donderdag 20 september 2018 @ 20:24:

Verkeer van A naar B komt ook bij adapter C uit (op de bus), maar verschijnt niet op de ethernet poort.

Dit is natuurlijk *knip* niet waar, een powerline netwerk is een groot collision domain en gedraagt zich dus als een hub.
Het werkt in feite net als een wifi netwerk.
Alles wat erop gezet wordt is op elke poort van elke powerline adapter beschikbaar.

Er zit geen enkele switch functionaliteit in die dingen, tenzij de een powerline met ingebouwde switch hebt en die hebben dan meerdere ethernet poorten.

Mag wel ietsjes vriendelijker.

[Voor 4% gewijzigd door rens-br op 21-09-2018 09:22]

[Ben(V)]

mathias82 schreef op donderdag 20 september 2018 @ 21:32:
Bedankt voor jullie reacties, dat maakt het al duidelijker.

Wil dit dan ook zeggen dat elke verbinding tussen de powerlines onderling maar zo snel is als de weakest link? Stel dat je tussen A en B een snelheid hebt van 100Mbit. Je voegt dan een powerline C toe die maar een snelheid van 50Mibt haalt tussen A en C. Als een device dat op powerline A hangt data verstuurt naar een device dat op powerline B hangt zal die dat dan maar aan 50Mbit kunnen doen omdat de data ook bij C moet aankomen?

Powerline is net als wifi een shared medium,
Als een adapter wat verstuurt moeten alle andere adapters still zijn.
Dus snelheden worden niet door het aantal verlaagt maar door hoeveel verkeer erop gezet wordt.

Wil je voortaan de wijzig-knop gebruiken? Meerdere reacties onder elkaar zetten binnen 24 uur is niet gewenst.

[Voor 6% gewijzigd door rens-br op 21-09-2018 09:22]

[dion_b]

mathias82 schreef op donderdag 20 september 2018 @ 21:32:
Bedankt voor jullie reacties, dat maakt het al duidelijker.

Wil dit dan ook zeggen dat elke verbinding tussen de powerlines onderling maar zo snel is als de weakest link? Stel dat je tussen A en B een snelheid hebt van 100Mbit. Je voegt dan een powerline C toe die maar een snelheid van 50Mibt haalt tussen A en C. Als een device dat op powerline A hangt data verstuurt naar een device dat op powerline B hangt zal die dat dan maar aan 50Mbit kunnen doen omdat de data ook bij C moet aankomen?

Geen van beide. Zoals Ben(V) aangeeft is het een shared medium, met collision avoidance - net zoals WiFi.

Gevolg is dat capaciteit eigenlijk uitgedrukt moet worden in airtime, zendtijd op de radio. Die wordt in theorie evenredig verdeeld tussen de stations (met toenemende overhead naarmate je meer stations actief hebt).

Als maar een station hoeft te zenden, heeft hij 100% van de zendtijd ter beschikking en kan hij dus 100% van de tijd de maximumsnelheid van die verbinding benutten. Zodra twee stations tegelijk willen zenden (of een enkele station z'n broadcasts naar twee andere wil sturen), verdeel je de zendtijd ongever 45% A + 45% B + 10% overhead. Met drie gaat het richting 25% A + 25% B + 25% C + 25% overhead etc.

Dat betekent dat als de verbinding van A naar B 100Mbps kan halen, dat bij twee stations die gelijktijdig zenden zakt naar zo'n 45Mbps en met drie gelijktijdige stations naar 25Mbps. Als tegelijkertijd A naar C communiceert met max 50Mbps, zal dat bij twee stations zakken naar 22Mbps en bij drie stations naar 12Mbps. Moge duidelijk zijn dat de totale throughput altijd afneemt naarmate je meer devices toevoegd, ongeacht hoe snel de onderlinge verbinding is.

In praktijk is het zeldzaam dat alle stations tegelijk staan te praten, maar het is wel je worst-case scenario. Bovenstaande neemt trouwens aan dat airtime evenredig verdeeld wordt. Als je alle apparatuur van zelfde merk en type hebt zal dat ongeveer kloppen, maar als je gaat mixen kan het zijn dat de ene station net iets meer zendtijd pakt dan de andere.

[drie van acht]

Ben(V) schreef op donderdag 20 september 2018 @ 22:00:
[...]
Dit is natuurlijk onzin, een powerline netwerk is een groot collision domain en gedraagt zich dus als een hub.
Het werkt in feite net als een wifi netwerk.
Alles wat erop gezet wordt is op elke poort van elke powerline adapter beschikbaar.

Nou, alles wat op het netwerk gezet wordt is op elke adapter beschikbaar. Of het ook op de ethernetpoort aan de andere kant van de adapter beschikbaar is, ligt er maar net aan of de adapter zich als een repeater of als een bridge gedraagt.

Het powerline gedeelte is dus inderdaad een groot collission domain maar of de ethernetpoorten op de adapters en ethernetlinks naar wat er daarachter zit ook echt alle verkeer te zien krijgen is maar net de vraag, dat volgt niet automatisch.

Er zit geen enkele switch functionaliteit in die dingen, tenzij de een powerline met ingebouwde switch hebt en die hebben dan meerdere ethernet poorten.

Er bestaan ook tweepoorts bridges.

Zeggen de HomePlug-specificaties hier iets over?

[Ben(V)]

Een switch leert welk Ipadressen er achter een poort zitten en zelfs streaming data wordt door middel van igmp snooping selectief doorgegeven, maar dat doet een powerline adapter echt niet.

Je denkt toch niet dat die fabrikanten zo maar een extra bridge- of switch chip in zo'n powerline gaan stoppen.
Elk stukje hardware dat er extra in gestopt wordt gaat van de marge af dus als er geen sterke vraag of een marketing voordeel mee te behalen is doen ze dat echt niet.

Alleen powerline adapter met meer dan 1 poort hebben meestal een switch chip aan boord, dat zou ook een hub kunnen zijn maar dat betwijfel ik omdat die chips er nauwelijks nog zijn.

[Voor 16% gewijzigd door Ben(V) op 21-09-2018 08:53]

[mathias82]

dion_b schreef op donderdag 20 september 2018 @ 22:37:
[...]


Dat betekent dat als de verbinding van A naar B 100Mbps kan halen, dat bij twee stations die gelijktijdig zenden zakt naar zo'n 45Mbps en met drie gelijktijdige stations naar 25Mbps. Als tegelijkertijd A naar C communiceert met max 50Mbps, zal dat bij twee stations zakken naar 22Mbps en bij drie stations naar 12Mbps. Moge duidelijk zijn dat de totale throughput altijd afneemt naarmate je meer devices toevoegd, ongeacht hoe snel de onderlinge verbinding is.

Je spreekt hier over "A communiceert naar B" en "A communiceert naar C", maar als alle pakketjes altijd bij alle powerlines terechtkomen dan moeten de pakketjes die A naar B stuurt ook bij C terechtkomen. En als de verbinding tussen A en C traag is, dan heeft dit toch ook invloed op de snelheid tussen A en B, zelfs als C helemaal niet communiceert?

[dion_b]

mathias82 schreef op vrijdag 21 september 2018 @ 18:28:
[...]


Je spreekt hier over "A communiceert naar B" en "A communiceert naar C", maar als alle pakketjes altijd bij alle powerlines terechtkomen dan moeten de pakketjes die A naar B stuurt ook bij C terechtkomen. En als de verbinding tussen A en C traag is, dan heeft dit toch ook invloed op de snelheid tussen A en B, zelfs als C helemaal niet communiceert?

Nee, want C hoeft pakketten voor B niet te kunnen decoderen/snappen/bevestigen.

Zie het als twee losse gesprekken in dezelfde ruimte. Twee mensen staan redelijk dichtbij elkaar, een derde staat verder weg en moet wat trager en duidelijker praten. Zodra die derde daadwerkelijk moet praten (of luisteren) moet het op zijn tempo, maar als het diegene niets aangaat praat je gewoon sneller met degene vlak naast je, en hoort de derde hooguit dat er gepraat wordt, maar niet wat er gezegd wordt.

[mathias82]

dion_b schreef op vrijdag 21 september 2018 @ 20:09:
[...]

Nee, want C hoeft pakketten voor B niet te kunnen decoderen/snappen/bevestigen.

Zie het als twee losse gesprekken in dezelfde ruimte. Twee mensen staan redelijk dichtbij elkaar, een derde staat verder weg en moet wat trager en duidelijker praten. Zodra die derde daadwerkelijk moet praten (of luisteren) moet het op zijn tempo, maar als het diegene niets aangaat praat je gewoon sneller met degene vlak naast je, en hoort de derde hooguit dat er gepraat wordt, maar niet wat er gezegd wordt.

Ok, het begint nu wat duidelijker te worden. Wat mij verwarde was de uitspraak "alles wat op het netwerk gezet wordt is op elke adapter beschikbaar". Deze uitspraak klopt dus niet helemaal.

Nu is nog 1 punt mij niet helemaal duidelijk. Ik heb de HomePlug AV specificaties gelezen, en blijkbaar hebben powerlines hun eigen MAC layer, los van de IEEE 802.3 (Ethernet) MAC layer. In de specificaties staat dat de powerline het Ethernet frame neemt en dit encapsuleert in een MPDU. Het Ethernet MAC adres van de zender en de ontvanger blijven hierbij behouden. De powerline zet de MPDU vervolgens op het stroomnet en wacht op een ACK of NACK van een andere powerline. Wat ik echter nergens terugvind is hoe een powerline weet of een MPDU voor hem bestemd is en dus een ACK moet sturen, vermits de originele Ethernet MAC adressen gebruikt worden...

Het antwoord op de tweede vraag van mijn openingspost heb ik hier gevonden: https://www.hindawi.com/journals/jece/2013/892628/ onder "4.3. Immediate Repeating". Blijkbaar ondersteunt HomePlug AV2 "immediate repeating", wat toelaat om niet rechtstreeks van het ene punt naar het andere te communiceren, maar om over een derde node te gaan als dit sneller is. Niet alle fabrikanten implementeren dit echter.

[dion_b]

mathias82 schreef op vrijdag 21 september 2018 @ 20:32:
[...]


Ok, het begint nu wat duidelijker te worden. Wat mij verwarde was de uitspraak "alles wat op het netwerk gezet wordt is op elke adapter beschikbaar". Deze uitspraak klopt dus niet helemaal.

Nu is nog 1 punt mij niet helemaal duidelijk. Ik heb de HomePlug AV specificaties gelezen, en blijkbaar hebben powerlines hun eigen MAC layer, los van de IEEE 802.3 (Ethernet) MAC layer. In de specificaties staat dat de powerline het Ethernet frame neemt en dit encapsuleert in een MPDU. Het Ethernet MAC adres van de zender en de ontvanger blijven hierbij behouden. De powerline zet de MPDU vervolgens op het stroomnet en wacht op een ACK of NACK van een andere powerline. Wat ik echter nergens terugvind is hoe een powerline weet of een MPDU voor hem bestemd is en dus een ACK moet sturen, vermits de originele Ethernet MAC adressen gebruikt worden...

Als het een beetje werkt zoals WiFi worden de headers tegen minimale modulatie verstuurd zodat alle devices die informatie, inclusief het voor collision avoidance essentiele 'duration' veld - dus hoe lang de lijn bezet gaat zijn.

Het antwoord op de tweede vraag van mijn openingspost heb ik hier gevonden: https://www.hindawi.com/journals/jece/2013/892628/ onder "4.3. Immediate Repeating". Blijkbaar ondersteunt HomePlug AV2 "immediate repeating", wat toelaat om niet rechtstreeks van het ene punt naar het andere te communiceren, maar om over een derde node te gaan als dit sneller is. Niet alle fabrikanten implementeren dit echter.

Pas op met teveel uitgaan van wat in de specificatie staat. Ik ben minder bekend met de details van de HomeplugAV(2) specs dan anderen, maar in de regel mag je alleen uitgaan van de 'musts' en 'shoulds'. Zodra er 'can' of 'optional' bij staat, dan zal het doorgaans niet geimplementeerd zijn.

Sowieso zal dit een corner case zijn, bedenk dat bij repeating elk pakket twee keer over de lijn moet, dus het is pas interessant als A naar C langer zou duren dan de som van A naar B plus B naar C, plus nog wat overhead erbij.

[Ben(V)]

De uitspraak dat alles wat op het netwerk gezet wordt overal beschikbaar is, is natuurlijk wel correct.
Je moet je niet teveel door analogieen laten leiden.

Het verschil is dat niet alles in dezelfde kwaliteit en snelheid beschikbaar is en dat komt uiteraard door de veel slechtere en meer varierende transport mogelijkheden van het stroomnet.
Een verder weg aangesloten powerline adapter geeft meestal een lagere snelheid of helemaal geen verbinding dan twee die in dezelfde stekkerdoos zitten.

Dat heeft natuurlijk niets met het principe te maken dat powerlines alles overal beschikbaar maken.
Een switch daarintegen leert welk ipadres achter een poort zit en zal alleen de data bestemd voor dat ipadres op die aansluiting beschikbaar maken en filtert alle andere data weg voor die aansluiting.

Een extra powerline als repeater gebruiken kan zinvol zijn als je met twee een heel slechte of geen verbinding hebt, maar je krijgt zoals @dion_b al uitlegde dezelfde problemen als met wifi repeaters.

[drie van acht]

mathias82 schreef op vrijdag 21 september 2018 @ 20:32:
Wat mij verwarde was de uitspraak "alles wat op het netwerk gezet wordt is op elke adapter beschikbaar". Deze uitspraak klopt dus niet helemaal.

Dat is de aanname als je met "alles in een broadcast domain" werkt: Alles wat op de draad cq in de ether gezet wordt is in principe voor elke adapter beschikbaar. De ontvanger beslist of hij het frame oppikt of negeert. Terwijl in een geswitcht netwerk de frames voor andere stations nooit op jouw lijn te zien zullen zijn. Of dat zichtbaar zijn in het specifieke geval van powerline ook in de praktijk in alle gevallen zo is, nouja kennelijk niet. Je kan eens een algemeen boek naslaan op de terminologie, bv. Computer Networks van Tanenbaum.

Wat ik echter nergens terugvind is hoe een powerline weet of een MPDU voor hem bestemd is en dus een ACK moet sturen, vermits de originele Ethernet MAC adressen gebruikt worden...

Dat, en dan moet tegelijk het zich dus gedragen als een (ethernet) bridge, niet een (ethernet) repeater. Het geheel van onderling verbonden powerline adapters werkt dus als een MAC bridge met een jammere backplane.

Je eerste openingsvraag was of powerline werkt als hub of als switch, maar die analogie werkt niet helemaal. Namelijk, van buitenaf gezien is het een switch want ACK (ik vaar hier op jouw opmerking), maar intern is het een hub, of liever een half-duplex netwerk. De term daarvoor is een bus, zoals het aloude ethernet-over-coax dat ook is. Dat brengt met zich mee dat alle stations alle frames kunnen zien en dat er niet gezonden kan worden als een ander station al aan het zenden is.

De volgende stap is uitzoeken hoe powerline met (ethernet) broadcast omgaat, of zelfs multicast. Want hoe zit het dan met de ACKs?

Het antwoord op de tweede vraag van mijn openingspost heb ik hier gevonden: https://www.hindawi.com/journals/jece/2013/892628/ onder "4.3. Immediate Repeating". Blijkbaar ondersteunt HomePlug AV2 "immediate repeating", wat toelaat om niet rechtstreeks van het ene punt naar het andere te communiceren, maar om over een derde node te gaan als dit sneller is. Niet alle fabrikanten implementeren dit echter.

Dan zullen ze inderdaad moeten uitvogelen wie met wie kan babbelen en wie niet, maar aangezien de ACK rechtstreeks gaat en niet over de repeater zal het eerder gaan om data rate capabiliteiten en wellicht iets met geobserveerde signaalsterktes.

[Ben(V)]

Eigenlijk is het heel simpel.
Als de powerline adapter een prima verbinding hebben dat kun je powerline adapters en het stroomnet ertussen als een kabel zien.
Wat er aan de ene kant opgezet wordt komt op elke powerline adapter er weer onveranderd uit.

Tenzij je een powerline adapter met ingebouwde switch hebben dan kun je het zien als een kabel met een switch erachter.

[dion_b]

drie van acht schreef op zaterdag 22 september 2018 @ 14:15:
[...]


De volgende stap is uitzoeken hoe powerline met (ethernet) broadcast omgaat, of zelfs multicast. Want hoe zit het dan met de ACKs?

PLC lijkt sterk op WiFi. Daar geldt dat L2 broadcasts (FF:FF:FF:FF:FF:FF) moeten gebeuren tegen (een van) de basic data rate(s), dus de data rates die verplicht zijn om te mogen associeren met de AP. Per definitie kunnen alle stations een broadcast ontvangen aangezien ze anders niet meer verbonden zouden zijn. Bij multicast heeft de AP beschikking over de capabilities van de associated stations die geabonneerd zijn op een multicast stream, en zal de stream verzonden worden tegen de hoogste data rate dat door alle stations op dat moment supported is. HomePlugAV en G.hn zullen vast iets vergelijkbaars doen.

Hou trouwens het verschil tussen L2 en L3 broadcast scherp. Een L3 broadcast (bijv 192.168.0.255) is op L2 nog altijd een unicast naar alle betrokken devices, dus wordt het ook per station op de best mogelijke bitrate verstuurd.

[mathias82]

Ben(V) schreef op zaterdag 22 september 2018 @ 13:04:
Een switch daarintegen leert welk ipmac-adres achter een poort zit en zal alleen de data bestemd voor dat ipmac-adres op die aansluiting beschikbaar maken en filtert alle andere data weg voor die aansluiting.

Fixed that for you :-)

drie van acht schreef op zaterdag 22 september 2018 @ 14:15:
[...]
Dat is de aanname als je met "alles in een broadcast domain" werkt: Alles wat op de draad cq in de ether gezet wordt is in principe voor elke adapter beschikbaar. De ontvanger beslist of hij het frame oppikt of negeert. Terwijl in een geswitcht netwerk de frames voor andere stations nooit op jouw lijn te zien zullen zijn. Of dat zichtbaar zijn in het specifieke geval van powerline ook in de praktijk in alle gevallen zo is, nouja kennelijk niet. Je kan eens een algemeen boek naslaan op de terminologie, bv. Computer Networks van Tanenbaum.

Dank je maar dat had ik al door hoor. De terminologie is mij niet onbekend, ben zelf gegradueerde IT met specialisatie datacommunicatie. Ik had de openingsvraag opzettelijk eenvoudig gehouden qua terminolgie.

drie van acht schreef op zaterdag 22 september 2018 @ 14:15:
[...]
Dat, en dan moet tegelijk het zich dus gedragen als een (ethernet) bridge, niet een (ethernet) repeater. Het geheel van onderling verbonden powerline adapters werkt dus als een MAC bridge met een jammere backplane.

Je eerste openingsvraag was of powerline werkt als hub of als switch, maar die analogie werkt niet helemaal. Namelijk, van buitenaf gezien is het een switch want ACK (ik vaar hier op jouw opmerking), maar intern is het een hub, of liever een half-duplex netwerk. De term daarvoor is een bus, zoals het aloude ethernet-over-coax dat ook is. Dat brengt met zich mee dat alle stations alle frames kunnen zien en dat er niet gezonden kan worden als een ander station al aan het zenden is.

De hub/switch analogie had ik inderdaad beter niet gebruikt. Als een switch kan een powerline niet werken, vermits ze gebruik maken van één en dezelfde kabel.
Ik had beter gevraagd of powerlines hun eigen data layer hebben en onderling ook controle-informatie uitwisselen zodat een powerline weet of het een frame bij zijn bestemming is aangekomen. Blijkbaar is dit het geval, al begrijp ik niet hoe de adressering werkt en hoe een powerline weet of een frame voor hem bestemd is of niet.

drie van acht schreef op zaterdag 22 september 2018 @ 14:15:
De volgende stap is uitzoeken hoe powerline met (ethernet) broadcast omgaat, of zelfs multicast. Want hoe zit het dan met de ACKs?

Ik heb ergens in de specs gelezen dat bij multicasts en broadcasts het voldoende is dat 1 powerline een ACK stuurt en dat de transmissie dan als geslaagd wordt beschouwd.

[KingOfDos]

Ben(V) schreef op donderdag 20 september 2018 @ 22:00:
[...]


Dit is natuurlijk ~[mbr]*knip*~[/] niet waar, een powerline netwerk is een groot collision domain en gedraagt zich dus als een hub.

Ooit gekeken naar OFDM? Ik zei toch al dat het simplex/half duplex is? Dat betekend sowieso dat er maar 1 'spreker' tegelijkertijd mag zijn. Binnen OFDM wordt de timing correct geregeld. En het is zelfs mogelijk om (delen van) kapotte packets te recoveren.

Met DVB-T is het bijvoorbeeld mogelijk om packets te ontvangen van meerdere masten op de zelfde frequentie. Door verschillende geografische posities tussen masten ^* ontvang je a.d.h.v. de positie de packets op andere timing/volgorde binnen. Soms met collisions, waar het van kan recoveren.

^{* En op DVB-T (UHF en hogere frequenties) speelt scattering (tegen o.a. gebouwen) ook een rol bij volgorde van binnenkomst van bytes.}