Асимметричные и симметричные линии DSL.

Лучшие из технологий позволяют решать проблемы с помощью имеющегося оборудования. Там, где это возможно, следует переходить на цифровые абонентские линии (Digital Subscriber Line, DSL).

Технология DSL позволяет связывать помещение пользователя с центральным узлом (Central Office, CO) провайдера услуг по уже существующим медным телефонным линиям. Если линии удовлетворяют установленным требованиям, то с помощью модемов DSL скорость передачи можно увеличить с упомянутых 56,6 Кбит/с до 1,54 Мбит/с и более. Однако основной недостаток линий DSL заключается в том, что возможность их использования во многом зависит от расстояния до узла провайдера услуг.

DSL — это не одна технология на все случаи жизни, она имеет множество разновидностей (см. врезку «Главные фигуры в большом семействе»), хотя некоторые из них могут быть недоступны в данной конкретной местности. Варианты DSL обычно соответствуют одной из двух основных схем, хотя и могут отличаться конкретными характеристиками. Две основные модели — асимметричная (Asymmetric DSL, ADSL) и симметричная (Symmetric DSL, SDSL) цифровая абонентская линии — выделились на ранних этапах развития технологии. В асимметричной модели предпочтение отдается потоку данных в прямом направлении (от провайдера к абоненту), а в симметричной скорость потока в обоих направлениях одинакова.

Частные пользователи предпочитают ADSL, тогда как организации — SDSL. Каждая из систем имеет свои преимущества и ограничения, корни которых — в различном подходе к симметрии.

ОБ АСИММЕТРИИ

Технология ADSL активно проникает на рынок высокоскоростных соединений для частных пользователей, где она конкурирует с кабельными модемами. Полностью удовлетворяя аппетиты домашних пользователей в их «прогулках» по WWW, ADSL обеспечивает скорость передачи данных от 384 Кбит/с до 7,1 Мбит/с в основном направлении и от 128 Кбит/с до 1,54 Мбит/с — в обратном.

Асимметричная модель хорошо соответствует манере работы в Internet: в прямом направлении передаются большие объемы мультимедиа и текстов, тогда как в обратном направлении уровень трафика незначителен. Затраты на ADSL в США обычно составляют от 40 до 200 долларов в месяц, в зависимости от предполагаемой скорости передачи данных и гарантий на уровень сервиса. Услуги на базе кабельного модема зачастую обходятся дешевле, около 40 долларов в месяц, но при этом линии используются клиентами коллективно, в отличие от выделенной DSL.

Рисунок 1. По асимметричной цифровой абонентской линии данные передаются на частотах от 26 до 1100 кГц, при этом тот же медный кабель может передать аналоговый речевой сигнал в диапазоне от 0 до 3,4 кГц. Симметричная DSL (SDSL) занимает весь частотный диапазон линии для передачи данных и не совместима с аналоговыми речевыми сигналами.

Несущая линия способна поддерживать ADSL наряду с аналоговым речевым сигналом благодаря выделению для цифровых сигналов частот за пределами спектра частот для передачи обычных телефонных сигналов (см. Рисунок 1), для чего необходима установка делителя. Для отделения телефонных частот на нижнем краю звукового спектра от более высоких частот сигналов ADSL делитель использует фильтр низких частот. Доступная ADSL полоса остается в неприкосновенности независимо от того, используются ли аналоговые частоты. Для поддержки максимальных скоростей ADSL делители должны быть установлены и в помещении пользователя, и на центральном узле; питания они не требуют и, следовательно, не будут препятствовать «жизненно важному» речевому сервису в случае потери питания.

Определение скорости ADSL скорее искусство, чем наука, хотя их снижение происходит через достаточно предсказуемые интервалы. Провайдеры предоставляют наилучшее возможное обслуживание, причем результаты сильно зависят от расстояния до центрального узла. Обычно «наилучшее возможное» означает, что провайдеры гарантируют пропускную способность на уровне 50%. Затухание и такие помехи, как перекрестные наводки, становятся существенными на линиях протяженностью свыше 3 км, а на расстояниях более 5,5 км они могут сделать линии непригодными для передачи данных.

На расстояниях до 3,5 км от центрального узла скорости ADSL могут достигать 7,1 Мбит/с в прямом направлении потока и 1,5 Мбит/с — в направлении от абонента к CO. Однако редактор DSL Reports Ник Браак считает, что верхний предел на практике недостижим. Браак заявляет: «Фактически скорость в 7,1 Мбит/с невозможно получить, даже в лабораторных условиях». При расстояниях свыше 3,5 км скорость ADSL уменьшается до 1,5 Мбит/с в прямом направлении и до 384 Кбит/с — от абонента к CO; по мере приближения длины абонентской линии к 5,5 км скорость падает еще значительнее — до 384 Кбит/с в прямом направлении потока и до 128 Кбит/с — в обратном.

Сервисные контракты на услуги ADSL могут содержать пункт об отказе пользователя от подключения домашних сетей или серверов Web. Однако сама по себе технология DSL не препятствует подключению домашних локальных сетей. Например, даже если провайдер предоставляет клиенту единственный IP-адрес, с помощью преобразования сетевых адресов Network Address Translation (NAT) несколько пользователей могут совместно использовать этот единственный IP-адрес.

Одного DSL-соединения достаточно для дома, где имеется множество компьютеров. Некоторые модемы DSL имеют встроенный концентратор DSL, а также специализированные устройства, так называемые «резидентные шлюзы», которые действуют как мосты между Internet и домашними сетями.

В ADSL используется две схемы модуляции ADSL: Discrete Multitone (DMT) и Carrierless Amplitude and Phase (CAP).

DMT предусматривает разбиение спектра доступных частот на 256 каналов в диапазоне от 26 до 1100 кГц, по 4,3125 кГц каждый (см. Рисунок 1).

ПОДКЛЮЧЕНИЕ МЕДНОЙ ЛИНИИ К ATU-R

Итак, у нас есть центральный узел, медный кабель с витыми парами и удаленный участок. Что к чему подключать?

На объекте заказчика устанавливается так называемое удаленное передающее устройство (ADSL Transmission Unit-Remote, ATU-R). Первоначально относящееся только к ADSL, теперь понятие «ATU-R» обозначает удаленное устройство для любого сервиса DSL. Кроме обеспечения функциональности модема DSL некоторые ATU-R могут выполнять функции моста, маршрутизации и временного мультиплексирования (TDM). На другой стороне меднокабельной линии, на центральном узле, находится блок ADSL Transmission Unit-Central Office (ATU-C), координирующий канал со стороны CO.

Провайдер DSL мультиплексирует множество абонентских линий DSL в одну высокоскоростную магистральную сеть с помощью мультиплексора доступа (DSL Access Multiplexer, DSLAM). Находясь на центральном узле, DSLAM объединяет трафик данных с нескольких линий DSL и подает в магистраль провайдера услуг, а магистраль уже доставляет его всем адресатам в сети. Обычно DSLAM подключается к сети ATM по каналам PVC с провайдерами услуг Internet и другими сетями.

G.LITE: ADSL БЕЗ ДЕЛИТЕЛЯ

Модифицированный вариант ADSL, известный как G.lite, устраняет необходимость устанавливать делитель в помещении заказчика.

Пропускная способность G.lite существенно ниже скоростей ADSL, хотя она и многократно превышает пресловутые 56,6 Кбит/с. Пропускная способность оказывается ниже в результате потенциально возрастающих помех, причем дополнительные помехи вносит удаленное управление. (О видах помех, ухудшающих передачу данных, читайте в разделе «Внесем ясность».)

Используя DTM, тот же метод модуляции, что и в ADSL, G.lite поддерживает максимальные скорости в 1,5 Мбит/с в прямом направлении и 384 Кбит/с — в обратном.

Рекомендации ITU G.992.1, известные также как G.dmt, были впервые опубликованы в 1999 г., вместе с G992.2, или G.lite. На рынке оборудование G.lite появилось в 1999 г. и стоило дешевле ADSL, главным образом, из-за того, что техникам провайдера не требовалось выезжать к заказчику для инсталляции и устранения сбоев. Провайдерам услуг трудно обосновать затраты в сотни долларов на одно стационарное соединение с абонентской платой в 49 долларов, поэтому любая снижающая затраты модификация встречается рынком с чрезвычайным энтузиазмом.

DSL ДЛЯ БИЗНЕСА

Предприятия имеют совершенно иные потребности, нежели домашние пользователи, поэтому симметричная линия SDSL становится естественным выбором для офисных приложений.

Корпоративная пропускная способность для потока данных в обратном направлении может быстро исчерпаться из-за интенсивного трафика сервера Web и пересылки сотрудниками больших объемов PDF, презентаций PowerPoint и других документов. Исходящий трафик может равняться входящему или даже превышать его. Обеспечивая в обоих направлениях скорости порядка 1,5 Мбит/с в Северной Америке и 2,048 Мбит/с в Европе, линии ADSL напоминают соединения T-1/E-1, доминирующий архитектурный компонент корпоративных сетей во всем мире.

Если линия ADSL использует незанятые частоты и не вступает в конфликт с аналоговыми голосовыми частотами, то SDSL занимает весь доступный спектр. В SDSL совместимость с передачей речи принесена в жертву дуплексной передаче данных. Нет делителя, нет аналоговых речевых сигналов — нет ничего, кроме данных.

Как жизнеспособная альтернатива потоку T-1/E-1, линия SDSL привлекла внимание альтернативных операторов местной связи (Competitive Local Exchange Carriers, CLEC) в качестве средства предоставления дополнительных услуг. Вообще, услуги SDSL обычно распространяют CLEC, однако ILEC обычно используют HDSL для реализации сервиса T-1. При оптимальных условиях SDSL может соперничать с T-1/ E-1 по скорости передачи данных и имеет втрое большие скорости, чем ISDN (128 Кбит/с) на максимальных расстояниях. На Рисунке 2 показана зависимость скоростей от расстояния в случае SDSL: чем больше расстояние, тем меньше скорости; кроме того, параметры варьируются в зависимости от поставщика оборудования.

SDSL использует адаптированную схему модуляции 2 Binary, 1 Quaternary (2B1Q), заимствованную у ISDN BRI. Каждая пара двоичных цифр представляет собой один четырехзначный символ; два бита пересылаются за один герц.

Линии SDSL лучше соответствуют потребностям организаций, чем ADSL — потребностям резидентных пользователей. Если провайдеры услуг на базе кабельных модемов соблазняют частных пользователей более низкими, чем в случае ADSL, ценами, то SDSL предлагает те же скорости передачи, что и T-1/E-1, причем за существенно меньшие деньги. Стандартный диапазон цен на T-1 — от 500 долларов до 1500 долларов, в зависимости от расстояния, а на эквивалентный диапазон SDSL — от 170 долларов до 450 долларов. Чем ниже стоимость услуг SDSL, тем меньше гарантированная скорость передачи данных.

ВНЕСЕМ ЯСНОСТЬ

На качество сигнала влияет множество меняющихся факторов, причем многие из них не являются исключительными для DSL. Однако некоторые в прошлом облегчавшие нашу жизнь в коммутируемых сетях устройства сегодня препятствуют применению цифровых абонентских линий.

Перекрестные наводки. Излучаемая сходящимися в центральном узле провайдера услуг пучками проводов электрическая энергия порождает помехи, известные как переходное затухание на ближнем конце (Near-End Crosstalk, NEXT). Когда сигналы переходят между каналами различных кабелей, емкость линии падает. «Ближний конец» означает, что помехи идут от соседней пары кабелей на том же участке.

Разделение линий DSL и T-1/E-1 значительно уменьшает негативное влияние перекрестных помех, но нет никакой гарантии, что провайдер услуг решит применить именно такой принцип реализации.

NEXT имеет двойника — переходное затухание на дальнем конце (Far-End Crosstalk, FEXT), источник которых находится в другой паре кабелей, на дальнем конце линии. Что касается DSL, степень влияния на такие линии FEXT существенно ниже, чем NEXT.

Погонное затухание. Интенсивность сигнала падает по мере его распространения по медному кабелю, особенно это характерно для сигналов при высоких скоростях передачи данных и высоких частотах. Это налагает очень существенное ограничение на применение DSL на больших расстояниях.

Низкоомная проводка способна минимизировать затухание сигнала, но любой конкретный провайдер может посчитать требуемые затраты неоправданными. Толстые провода имеют меньшее сопротивление, чем тонкие, но они дороже. Наиболее популярны кабели калибра 24 (приблизительно 0,5 мм) и 26 (около 0,4 мм); меньшее затухание у калибра 24 обусловливает его применение на больших расстояниях.

Нагрузочные индукторы. Во времена, когда общественные коммутируемые телефонные сети (PSTN) передавали только голосовые вызовы, катушки индуктивности способствовали увеличению протяженности телефонных линий — весьма похвальная цель. Сегодня проблема состоит в том, что они отрицательно влияют на функционирование DSL.

То обстоятельство, что для улучшения передачи частот в голосовом диапазоне нагрузочные индукторы обрезают частоты свыше 3,4 кГц, делает их взаимно несовместимыми с DSL. Потенциальные абоненты DSL не смогут получить сервис DSL, пока катушки индуктивности остаются на участках медного кабеля.

Шунтированные ответвления. Если телефонная компания не собирается полностью отключать неиспользуемый участок проводки, она сокращает его, устанавливая шунтированный отвод. Такая практика никого особенно не беспокоила, пока не начался быстрый рост спроса на DSL. Шунты сильно влияют на пригодность линии для поддержки DSL, зачастую их нужно просто удалить, чтобы линия связи для DSL могла быть квалифицирована для использования.

Эхоподавление. Эхоподавитель допускает передачу сигнала одновременно только в одном направлении. Устройства блокируют потенциальные эхосигналы, но делают двусторонние коммуникации невозможными. Для отключения эхоподавителя модемы могут посылать ответный сигнал в 2,1 кГц в начале соединения.

Волоконно-оптический кабель. Ограничения на расстояние и шумовые помехи — не единственная ловушка на пути внедрения DSL. Если на абонентской линии используется оптоволокно, то такой маршрут для DSL непригоден. Волоконная оптика поддерживает цифровую передачу, но линии DSL разрабатывались в расчете исключительно на аналоговую медную проводку. Местные линии связи в будущем будут строиться на базе гибридного подхода «волокно/витая пара», с небольшими медными участками до ближайшего волоконного узла.

НАЛОЖЕНИЕ РЕЧИ

Каждому хотелось бы снизить расходы на местную (и, косвенно, дальнюю) передачу речи с помощью Voice over DSL (VoDSL). ADSL поддерживает аналоговые голосовые частоты за счет передачи цифровых данных на более высоких частотах, однако VoDSL следует альтернативным курсом. VoDSL преобразует речь из аналогового в цифровой формат и передает ее как часть своей цифровой нагрузки.

И ADSL, и SDSL поддерживают VoDSL, но G.lite считается для такой задачи непригодным.

ЖИЗНЬ С DSL

Цифровая абонентская линия DSL не дает гарантии того, что, как только вы выйдете в Internet, ваша просьба будет мгновенно удовлетворена: DSL просто является решением «последней мили», привлекательным вариантом для высокоскоростного доступа в Internet. Поступив по DSL на центральный узел, трафик обычно оказывается в чьей-либо еще сети и, следовательно, становится уязвим для всех проблем с трафиком и узких мест, присущих конкретному провайдеру услуг.

Умудренный опытом пользователь предпочтет иметь резерв с автоматическим переключением в виде стандартной коммутируемой технологии V.90 или ISDN, если это возможно, даже тогда, когда он получит наконец сервис DSL. Линии DSL могут периодически оказываться неработоспособными.

Выбор, основанный исключительно на цене, может в итоге обернуться разочарованием. Чем ниже месячная плата, тем менее доступен будет сервис.

Еще один важный момент, касающийся DSL, как и любого другого канала связи, — безопасность. В отличие от кабельных модемов, пользователи DSL получают выделенные соединения, на функционирование которых не влияет активность других пользователей. Соседи не занимают одновременно с вами те же линии, как в случае с кабельными модемами, что, безусловно, плюс в смысле безопасности. Однако обе технологии могут подвергнуться риску вторжения и атак по типу «отказ в обслуживании» из-за постоянных соединений и фиксированных IP-адресов.

Если бы системы передачи данных могли когда-нибудь превратиться в живые организмы, то медная «витая пара» была бы наиболее живучей из них. «Последняя миля» — это большой и растущий рынок, особенно чувствительный к приемлемым по цене технологиям с высокой поддерживаемой пропускной способностью.

Бесплатный, неограниченный, широкополосный доступ для всех невозможен в нашей жизни, но если вы собираетесь приобрести услуги DSL, то идете в правильном направлении.

С Робом Кирби можно связаться по адресу: rkirby@cmp.com.


Главные фигуры в большом семействе

Другие разновидности цифровой абонентской линии (Digital Subscriber Line, DSL) — это High Bit Rate DSL (HDSL), ISDN DSL (IDSL) и Very High Bit Rate DSL (VDSL).

HDSL. Первая симметричная разновидность DSL, HDSL, появилась в начале 1990-х г. как альтернатива линиям T-1/E-1. Ее основное преимущество — в отсутствии повторителей сигналов. Как и SDSL, она имеет максимальную скорость 1,5 Мбит/с, но дальность передачи не превышает 4,5 км, и к тому же HDSL требуется две кабельные пары по сравнению с одной для SDSL.

IDSL. Гибридная технология DSL и ISDN; IDSL не использует телефонную сеть, а опирается на сеть передачи данных. В IDSL применяется тот же метод кодировки данных, что и в ISDN. IDSK обеспечивает пропускную способность до 144 Кбит/с — на 16 Кбит/с больше, чем ISDN сама по себе.

VDSL. Асимметричная технология, аналогичная ADSL; VDSL поддерживает скорости от 13 до 52 Мбит/с в прямом направлении и от 1,5 до 2,3 Мбит/с — в обратном. В настоящее время она находится на экспериментальной стадии разработки; ее недостаток — принимающая сторона должна находиться на расстоянии от 300 м до 1,5 км от центрального узла или другой точки доступа.

Удаленность от центрального узлаМаксимальная скорость передачи
до 3 км 1,5 Мбит/с
от 3,4 до 3,7 км 1 Мбит/с
от 4 до 4,65 км 784 Кбит/с
от 5 до 5,5 км 416 Кбит/с
Источник: DSL.net

Рисунок 2. Скорость SDSL зависит от расстояния до центрального узла, а также от поставщика оборудования. Линии SDSL предоставляются с фиксированной скоростью передачи данных, тогда как линии ADSL могут динамически адаптироваться к условиям линии связи.


Ресурсы Internet

Превосходный источник информации по цифровым абонентским линиям с обзорами провайдеров услуг DSL можно найти по адресу: http://www.dslreports.com. Раздел, целиком посвященный использованию DSL в бизнесе, должен был появиться в августе 2000 г.

На узле xDSL Resource Web можно найти исчерпывающий список часто задаваемых вопросов по каждому виду DSL, методам модуляции, взаимовлиянию с местными линиями связи. См. http://www.xdslresource.com/xDSLFAQ.shtml.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями