, но ни к чему лишние расходы, альтернативой ADSL и VDSL является группа технологий HDSL, а вместо традиционного модема они могут подключаться к провайдеру через цифровую телефонную сеть ISDN.

Симметричные DSL

Прежде чем приступить к рассмотрению протоколов симметричного доступа по абонентской телефонной линии (DSL), необходимо вернуться к их истокам, чтобы лучше понять причины возникновения и пути развития.

Начиная с 60-х годов прошлого века для предоставления многоканальной телефонной связи в США стали использовать линии T1 («среда передачи 1-го уровня»). Одна такая линия совмещает в себе 24 разделенных во времени телефонных канала в оцифрованной форме, по 64 кбит/с каждый. Вместе со служебными сигналами канальная скорость T1 составляет 1544 кбит/с (разумеется, полезная пропускная способность несколько ниже). Европейские телефонисты позже внедрили аналогичные системы CEPT-1 (ITU-T G.703), которые по аналогии с T1 называют E1. В них уже 32 канала и сокращена служебная информация, поэтому скорость 2048 кбит/с используется более рационально. Как несколько базовых каналов могут объединяться в T1/E1, так и несколько T-линий могут объединяться в линии более высокого уровня: канальная скорость американских T5 составляет 400 Мбит/с, европейских E5 и японских J5 — 565 Мбит/с.

Аренда выделенных линий обходится дорого: абонентская плата раза в полтора выше, чем за то же число обычных телефонных каналов, т. е. приблизительно в 40 раз дороже, чем та же самая пара проводов с одним каналом. Да и радиус охвата у них небольшой: до 1800 м без использования повторителей. Поэтому создание доступной технологии, которая позволяла бы предоставлять высокую скорость на длинных линиях, было лишь делом времени. Так как основным предназначением по-прежнему являлась передача телефонных разговоров и другие бизнес-приложения реального времени, к новой разработке предъявлялись требования минимальной задержки сигнала и гарантированной пропускной способности в обоих направлениях. Использование обычного телефона на одной линии с высококачественным многоканальным подключением не предусматривалось.

Из-за вечной неразберихи с терминами в этой области симметричные DSL-подключения иногда называют SDSL — в противовес ADSL, олицетворяющему асимметричные подключения. Но все же основное значение аббревиатур SDSL и ADSL — конкретные разновидности DSL-подключений, а не их семейства.

Цены на абонентское оборудование отдельно для каждого типа симметричных DSL мы перечислять не будем, потому что все модели начального уровня сто/ят примерно одинаково (150—250 долл.) и за редким исключением выполнены в виде шлюза или моста между HDSL и Ethernet. Как правило, гораздо дороже обходится само подключение — от 500 долл. и выше.

HDSL — экономичная замена для T1

High bit-rate DSL (стандарт ITU-T G.991.1), созданный в начале 90-х как альтернатива дорогостоящим T1, был первым видом DSL. Собственно, отсюда и пошло название Digital Subscriber Line: HDSL — это эквивалент высокоскоростной цифровой линии T1 на базе обычной абонентской линии. Первые версии HDSL использовали две пары проводов, по каждой из которых данные передавались на скорости 784 кбит/с (рис. 1, а). Благодаря более эффективному, чем в T1, четырехпозиционному кодированию 2B1Q (как в ISDN) диапазон частот сузился до 0—392 кГц, поэтому допустимое расстояние при передаче увеличилось до 3,5 км при сечении проводов 0,4 мм. Таким же образом поток E1 передавался с помощью трех пар (рис. 1, б), затем скорость в каждой паре повысили до 1168 кбит/с, что позволило обойтись двумя парами, но сократило дистанцию до 2,5 км (рис. 1, в).

Рис.1. Разновидности HDSL

SDSL — однопарное подключение

Естественно, следующим шагом стало создание варианта HDSL, работающего по одной паре проводов. В свойственной им манере производители стали предлагать свои «единственно правильные» решения, несовместимые с продуктами конкурентов. Несмотря на то что консенсуса разработчики так и не достигли и единого стандарта не существует, оборудование этого семейства получило общее название SDSL (Single-pair DSL). Основной недостаток SDSL — спектральная несовместимость с ADSL, которая осложняет комбинирование этих двух видов подключения в одном телефонном кабеле.

MSDSL — установка скорости в зависимости от состояния канала

Multi-rate SDSL, как и прочие SDSL-продукты, предназначен для передачи данных по одной паре, но с возможностью выбора скорости из восьми вариантов от 64 до 2048 кбит/с. MSDSL использует CAP-модуляцию. За один такт может передаваться до 9 бит вместо 2 бит у 2B1Q, что сужает требуемый частотный диапазон до 10—175 кГц. Радиус действия такой системы по проводам диаметра 0,5 мм варьируется от 4,5 км при работе на полной скорости до 8,9 км при минимальной скорости.

Как и SDSL, протокол MSDSL не является общепринятым стандартом.

HDSL2 — спектрально-безопасное подключение по одной паре

Эту технологию можно рассматривать как расширение HDSL, позволяющее передавать поток T1 по одной паре на расстояние, не меньшее, чем у HDSL, и чтобы при этом не возникало помех для других видов DSL.

Идя проторенной дорогой, разработчики не стали использовать CAP-модуляцию, а лишь модифицировали кодирование 2B1Q, увеличив символьную емкость до 4 бит, из которых 1 бит служит для защиты от ошибок. Для ослабления эха и перекрестных наводок, а также для получения узкого диапазона частот была применена смешанная схема передачи, сочетающая лучшие свойства частотного совмещения и разделения (рис. 2). При такой схеме на участке до 200 кГц входящий и исходящий потоки передаются примерно с одинаковой мощностью сигнала, между 200 и 250 кГц сигнал от абонента значительно мощнее, а выше 250 кГц присутствует практически только сигнал от провайдера.

Рис. 2. Частотный спектр сигналов HDSL2

Стандарт HDSL2 был принят национальным органом США (ANSI), но не ратифицирован международным союзом по электросвязи (ITU) — вскоре вместо него был одобрен более прогрессивный SHDSL.

SHDSL развивает принципы, заложенные в MSDSL и HDSL2

Для SHDSL (стандарт ITU-T G.991.2) достаточно одной пары проводов, а за счет использования двух пар желающие могут удвоить пропускную способность. Стало возможным устанавливать скорость соединения, отличную от максимальной, как по заказу, так и в зависимости от состояния линии. Это позволяет увеличить радиус действия с 2 км при скорости 2320 кбит/с (полезная нагрузка 2304 кбит/с) до 6 км при скорости 192 кбит/с. Сигнал кодируется так же, как в HDSL2, что снижает влияние на соседние линии.

Как уже отмечалось выше, симметричные DSL-подключения в первую очередь предназначены для передачи голоса. Каждая пара проводов, работающая на максимальной скорости, гарантирует передачу 36 стандартных телефонных каналов со временем задержки не более 0,5 мс. Сравните с подключением ADSL, у которого исходящий поток хоть и позволяет вместить десяток каналов, но задержка минимум в 30 раз выше и никак не регламентируется. Конечно, минимизация задержки трафика желательна для любых данных, а не только для голоса. Поэтому в SHDSL появилась возможность выбора низкоуровневого служебного протокола исходя из потребностей клиента. Нечто похожее было позже сделано для VDSL, который оптимизировался для передачи Ethernet- и интернет-трафика. Подробнее об этом мы поговорим при рассмотрении E-SHDSL.

Названия SHDSL и SDSL часто используют как синонимы, но это разные технологии. Ключевым моментом SHDSL является стандартизация и сопряжение с другими DSL-соединениями в том же кабеле, тогда как SDSL — всего лишь общее название несовместимых друг с другом продуктов. Впрочем, на практике и с SHDSL не все гладко: некоторые производители предлагают сравнительно дешевое оборудование, которое реализует стандартный протокол не полностью, а лишь частично.

E-SHDSL — усовершенствованный SHDSL

Enhanced SHDSL, описанный в стандарте G.991.2.bis, использует тот же метод кодирования сигналов, но вместо 15 возможных состояний их уже 16 или 32. Плюс к этому увеличена символьная скорость (число отдельных сигналов в единицу времени). Фактически пропускная способность может удвоиться или даже утроиться — до 3840 кбит/с при 16-позиционном кодировании и до 5696 кбит/с при 32-позиционном. На расстояниях до 3 км оба метода проявляют примерно одинаковую живучесть, а до 1 км эффективнее, конечно, высокоскоростной вариант.

Какой детектив обходится без погони? Какая статья о DSL, претендующая на глубину раскрытия темы, не начинается с упоминания ATM? Чтобы не перегружать вас техническими подробностями, мы оставили этот рассказ для самых любознательных читателей, так сказать, на десерт. Технология ATM (передача в асинхронном режиме) предназначалась на роль единого стандарта сетевого взаимодействия, который должен был прийти на смену всем существующим протоколам нижнего уровня: физического, канального, сетевого. Для передачи нескольких потоков по одному каналу (мультиплексирования) и сокращения времени задержки каждые 48 байт данных упаковываются в так называемую ячейку, пятибайтовый заголовок которой содержит все необходимые сведения для пересылки с учетом срочности данных. Идея, может, и неплохая, но ATM-решения обходились в копеечку и, главное, не могли самостоятельно обеспечить совместимость с огромным парком уже существующих систем — для этого им требовался все тот же межсетевой протокол (IP), от которого они и должны были, по замыслу создателей, избавиться. Изобретенная телефонистами и не снискавшая особого одобрения инженеров компьютерных сетей, технология ATM так и не проникла на потребительский рынок в своем исконном обличье. Однако каждый из нескольких десятков миллионов произведенных DSL-модемов несет в себе ее частичку. Изначально предполагалось, что услуги DSL будут мультисервисными, т.е. используемыми не столько для выхода в Интернет, который в то время всерьез не воспринимался, сколько для цифровой телефонной связи и передачи высококачественного видео. Для мультиплексирования всех этих потоков в одном абонентском подключении был выбран принцип ATM. Сейчас уже всем ясно, что конечному пользователю гораздо интереснее иметь выход в Интернет с помощью Ethernet-подобной технологии, чем городить огород со сложными узкоспециализированными протоколами. Поэтому для VDSL и SHDSL стало возможным выбирать способ группировки данных, отличный от ATM. Среди таких способов, в частности, почти прозрачная пересылка кадров Ethernet.

В стандарте «Ethernet на первой миле» интерфейс 10Pass-TS, основанный на VDSL, предлагается для высокоскоростного доступа при небольших расстояниях (до 1,5 км), в то время как 2Base-TL, основанный на SHDSL, выступает в роли симметричного канала большого радиуса действия. Даже на расстоянии 5—6 км SHDSL обеспечивает устойчивую связь с гарантированной симметричной полосой пропускания, а в непосредственной близости от АТС скорость E-SHDSL может достигать 5,7 Мбит/с в каждой паре. Допускается объединение до 32 пар с сохранением минимального времени задержки 2—4 мс. При этом между парами может быть четырехкратное различие по скорости, а обрыв одной из них приведет всего лишь к снижению пропускной способности, но не к потере связи. Слово «Base» в названии 2Base-TL подчеркивает, что в отличие от 10Pass-TS технология SHDSL монопольно использует линию, не работая параллельно с обычным телефоном.

IDSL превращает старое ISDN-оборудование в современное

IDSL — это способ предоставления услуг DSL с использованием имеющейся аппаратуры ISDN, отличающийся от прочих видов DSL-подключений низкими скоростями. Более подробно технология IDSL будет рассмотрена ниже.

ISDN — цифровая телефонная сеть

Название Integrated Services Digital Network можно трактовать двояко. С одной стороны, это «цифровая сеть комплексных услуг», значительно расширяющая функциональность телефонной связи по сравнению с обычным телефоном. С другой стороны, это «цифровая сеть интегрального обслуживания» с гарантированной пропускной способностью между абонентами и минимальной задержкой сигнала в отличие от применяемого в Интернете дифференциального обслуживания, основанного на приоритизации (дифференциации) трафика.

Работа в цифровой телефонной сети похожа на пользование обычным телефоном, с той лишь разницей, что голосовые данные оцифровываются в 64-кбит/с поток еще на стороне абонента и в неизменной форме доходят до адресата. Соответственно для передачи цифровых данных нужен не сложный модем, а просто некий адаптер цифровой сети. (Вот только цены на эти «просто адаптеры» такие, что иногда дешевле купить несколько модемов.) Набор номера тоже производится цифровым способом, поэтому дозвон до провайдера и установление соединения занимает пару секунд.

BRI ISDN (BRA ISDN) как вариант начального уровня

Basic Rate Interface (или Basic Rate Access) описан в стандартах ITU-T G.961, I.430 и Q.931. По обычной двухжильной линии абоненту предоставляются два полнодуплексных канала данных с базовой скоростью 64 кбит/с, называемые каналами типа Bearer («носильщик») или просто B-каналами. Эти логические каналы могут быть как независимыми друг от друга, так и объединенными для получения большей скорости, если аппаратура поддерживает технологию BOND («пропускная способность по требованию») или операционная система способна работать с многосвязными соединениями (Multilink PPP). Например, по одному каналу вы выходите в Интернет, а второй в этот момент используете для телефонных звонков или соединяетесь с провайдером по обоим каналам. В любом случае каждый из них тарифицируется отдельно. Поэтому имеет смысл основную часть времени задействовать один канал и устанавливать второе соединение, только если трафик долго находится на пределе пропускной способности.

Служебный канал Delta (D-канал), отвечающий за сообщения вроде «набор номера» или «отсоединение», имеет скорость 16-кбит/с, и эта информация передается вперемешку с полезными данными. Прибавив к этому издержки на синхронизирующий заголовок и контрольную сумму, получим канальную скорость 192 кбит/с. Линейное кодирование 2B1Q, используемое в США, представляет каждые два бита как один четырехпозиционный символ, поэтому ширина спектра сигнала составляет 96 кГц. В европейских странах применяется код 4B3T, представляющий каждые четыре бита как три трехпозиционных символа, для чего требуется полоса шириной 144 кГц.

Максимальная длина линии для варианта 4B3T составляет от 4 км при диаметре сечения провода 0,4 мм до 8 км при диаметре 0,6 мм. Более толстые провода могут обеспечить связь на удалении до нескольких десятков километров.

Рис. 3. Виды интерфейсов ISDN

В целях упрощения устройств ISDN и одновременной работы нескольких аппаратов на одной абонентской линии функциональность распределяется между несколькими уровнями взаимодействия, которые соединяются посредством специальных интерфейсов (рис. 3). Однопарный U-интерфейс приходит с телефонной станции в квартиру или офис абонента в виде обычной телефонной проводки. Традиционно он преобразовывался в двухпарный T-интерфейс сетевым терминатором NT1, который выдавался оператором и обозначал границу его ответственности. Телефонные аппараты и другие ISDN-устройства (терминальное оборудование типа TE1) подключались через S-интерфейс к терминатору NT2, являвшемуся собственностью абонента. Сейчас NT1 и NT2 часто объединяются в одно устройство с S/T-интерфейсом и приобретаются абонентом самостоятельно.

Рис. 4. Терминальный адаптер и сетевой терминатор

Для подключения к сети ISDN компьютера, который не является ISDN-устройством (терминальное оборудование типа TE2), вам потребуется терминальный адаптер TA - своеобразный ISDN-модем в виде платы расширения или внешнего аппарата (рис. 4). При выборе внешнего адаптера с интерфейсом RS-232 убедитесь, что и адаптер, и COM-порт вашего компьютера поддерживают скорость обмена не ниже 230 кбит/с, иначе пропускная способность будет ограничиваться участком адаптер-компьютер. Стоимость внешних моделей с интерфейсом USB начинается с 50 долл. Терминаторы можно найти по цене от 70 долл. Существуют и комбинированные устройства TA+NT1, но в пределах 200 долл. выбор небогат, да и универсальность в этом случае меньше. Несмотря на схожесть разъемов такие комбинированные устройства нельзя подключать к другим терминаторам во избежание выхода последних из строя.

DSL ISDN (IDSL) — старая песня на новый лад

Изначально термин «цифровая абонентская линия» (DSL) применялся именно к линиям BRI ISDN: в отличие от того, что сейчас принято называть DSL, это действительно линия с «цифровым» способом передачи, и к тому же не совмещенная с обычным телефоном. Затем появилась технология «высокоскоростной абонентской линии» (HDSL), и толкование термина постепенно начало изменяться. Со временем под технологией DSL стали понимать подключение абонентской линии напрямую к мультиплексору интернет-провайдера, располагающемуся на телефонной станции, в то время как ISDN предполагала дозвон до провайдера через телефонную сеть (рис. 5). Однако поначалу оборудование HDSL и ADSL было очень дорогим, да и существующий парк ISDN-устройств хотелось пристроить. Так появилась технология IDSL, использующая оборудование ISDN для подключения по схеме DSL в ее современном понимании. Как обычно, инженерная мысль была выражена в разных формах. Первые версии IDSL просто использовали оба канала данных для получения скорости 128 кбит/с. Последующие разработки задействовали канал сигнализации, и полезная скорость достигла 144 кбит/с ценой отказа от функций ISDN-телефона.

Рис. 5. Точка присутствия провайдера в случае традиционного BRI ISDN (вверху) и DSL ISDN (внизу)

Самая дешевая модель на 144 кбит/с, которую удалось найти в продаже, стоит около 350 долл. Ценовой диапазон моделей на 128 кбит/с начинается от 120 долл.

Может показаться, что IDSL не сулит никаких выгод частному пользователю, если сравнивать с ADSL Lite. Нет, IDSL — это не дорогая игрушка с низкой скоростью. Прежде всего это технология с гораздо меньшей задержкой сигнала и гарантированной пропускной способностью, симметричной в обоих направлениях, что очень важно для интернет-телефонии, видеоконференций и компьютерных игр. К тому же максимальная удаленность от телефонной станции превышает возможности ADSL и нет проблем с «перенасыщением кабеля», когда наводки от ADSL в соседних парах проводов мешают друг другу.

PRI ISDN (PRA ISDN) для среднего и крупного бизнеса

Primary Rate Interface (или Primary Rate Access) использует первичную телефонную линию T1 или E1, о которой говорилось выше. К услугам потребителя 23 базовых канала на T1 (полезная нагрузка 1472 кбит/с) или 30 каналов на E1 (1920 кбит/с). Остальные каналы этих линий исполняют роль служебного D-канала. Некоторые конфигурации PRI ISDN вместо обычных B-каналов по 64 кбит/с используют H-каналы (High bit-rate), объединяющие пропускную способность от шести до 30 обычных. В силу высокой стоимости аренды первичной линии мы не будем подробно рассматривать этот вид подключения.

B-ISDN — сверхскоростная магистраль

Broadband ISDN («широкополосную ISDN») мы также упомянем лишь для полноты картины, потому что это название часто встречается в тематических статьях.

Что касается компоновки пересылаемых данных, B-ISDN использует ячейки ATM как универсальный формат для синхронных данных (телефонных разговоров) и асинхронных (файлов) — в точности как xDSL и некоторые PRI ISDN. Однако в качестве транспортного канала B-ISDN может использовать полностью синхронную сеть (SDH) на основе оптических кабелей в отличие от плезиохронных, т.е. «почти синхронных» линий T1/E1 (PDH), и так как все передающие и приемные устройства SDH точно синхронизированы по атомным часам, удается достичь скоростей 155 Мбит/с и более. В отличие от широкополосной ISDN традиционную ISDN иногда называют узкополосной (N-ISDN).

Стоит отметить, что технология Ethernet с применением оптического кабеля достигла той же скорости 10 Гбит/с, что и самые мощные каналы SDH. При этом оптический Ethernet значительно дешевле и практически напрямую сопрягается с локальными Ethernet-сетями, в то время как B-ISDN требует использования все тех же сетевых терминаторов и терминальных адаптеров.

После сравнения характеристик решений HDSL и ISDN, их ценового уровня и ширины спектра предложений от операторов связи напрашиваются выводы о слабой развитости обоих типов услуг. Но если HDSL шагает в ногу со временем, предлагая все больше возможностей при меньших затратах, ISDN, видимо, так и пройдет мимо нас стороной: для телефона чересчур дорого, для Интернета слишком медленно.

ОБ АВТОРЕ

Антон Самсонов — эксперт тестовой лаборатории «Мира ПК», e-mail: pcw@zx.pp.ru.

1413