.jpg/1280px-ADSL_router_with_Wi-Fi_(802.11_b-g).jpg)
Асимметричная цифровая абонентская линия ( ADSL ) — это тип технологии цифровой абонентской линии (DSL), технологии передачи данных, которая обеспечивает более быструю передачу данных по медным телефонным линиям , чем может обеспечить обычный модем голосового диапазона . ADSL отличается от менее распространенной симметричной цифровой абонентской линии (SDSL). В ADSL полоса пропускания и скорость передачи данных считаются асимметричными, что означает большую скорость в направлении к помещению клиента ( нисходящий поток ), чем обратный ( восходящий поток ). Провайдеры обычно рекламируют ADSL как услугу доступа в Интернет , в первую очередь для загрузки контента из Интернета, но не для обслуживания контента, к которому получают доступ другие.
ADSL работает, используя спектр выше полосы, используемой для голосовых телефонных звонков . [1] С помощью фильтра DSL , часто называемого сплиттером , полосы частот изолируются, что позволяет использовать одну телефонную линию как для обслуживания ADSL, так и для телефонных звонков одновременно. ADSL обычно устанавливается только на короткие расстояния от телефонной станции ( последняя миля ), как правило, менее 4 километров (2,5 мили), [2] но известны случаи, когда расстояние превышало 8 километров (5 миль), если изначально проложенный калибр провода допускал дальнейшее [ требуется разъяснение ] распределение.
На телефонной станции линия обычно заканчивается на цифровом абонентском мультиплексоре доступа к линии (DSLAM), где другой частотный сплиттер отделяет сигнал голосового диапазона для обычной телефонной сети . Данные, передаваемые по ADSL, обычно маршрутизируются по сети передачи данных телефонной компании и в конечном итоге достигают обычной сети Интернет-протокола .
Существуют как технические, так и маркетинговые причины, по которым ADSL во многих местах является наиболее распространенным типом, предлагаемым домашним пользователям. С технической стороны, вероятно, будет больше перекрестных помех от других цепей на конце DSLAM (где провода от многих местных линий расположены близко друг к другу), чем в помещениях клиента. Таким образом, сигнал загрузки слабее всего в самой шумной части местной линии, в то время как сигнал загрузки сильнее всего в самой шумной части местной линии. Поэтому имеет технический смысл, чтобы DSLAM передавал с более высокой скоростью передачи, чем модем на стороне клиента. Поскольку типичный домашний пользователь на самом деле предпочитает более высокую скорость загрузки, телефонные компании решили сделать добродетель из необходимости, отсюда и ADSL.
Маркетинговые причины асимметричного соединения заключаются в том, что, во-первых, большинству пользователей интернет-трафика потребуется меньше данных для загрузки, чем для скачивания. Например, при обычном просмотре веб-страниц пользователь посетит несколько веб-сайтов и ему потребуется загрузить данные, которые включают веб-страницы с сайта, изображения, текст, звуковые файлы и т. д., но он загрузит только небольшой объем данных, поскольку единственные загруженные данные используются для проверки получения загруженных данных (в очень распространенных соединениях TCP ) или любых данных, введенных пользователем в формы и т. д. Это дает оправдание поставщикам интернет-услуг предлагать более дорогую услугу, нацеленную на коммерческих пользователей, которые размещают веб-сайты и которым, следовательно, нужна услуга, которая позволяет загружать столько же данных, сколько и скачивать. Приложения для обмена файлами являются очевидным исключением из этой ситуации. Во-вторых, поставщики интернет-услуг, стремясь избежать перегрузки своих магистральных соединений, традиционно пытались ограничить такие виды использования, как обмен файлами, которые генерируют много загрузок.
В настоящее время большинство коммуникаций ADSL являются полнодуплексными . Полнодуплексная связь ADSL обычно достигается по паре проводов с помощью дуплекса с частотным разделением (FDD), дуплекса с эхоподавлением (ECD) или дуплекса с временным разделением (TDD). FDD использует два отдельных диапазона частот, называемых восходящим и нисходящим. Восходящий диапазон используется для связи от конечного пользователя к центральному телефонному офису. Нисходящий диапазон используется для связи от центрального офиса к конечному пользователю.
При обычном развертывании ADSL через POTS (Приложение A) полоса от 26,075 кГц до 137,825 кГц используется для восходящей связи, в то время как 138–1104 кГц используется для нисходящей связи. В обычной схеме дискретной многотональной модуляции (DMT) каждый из них далее делится на меньшие частотные каналы по 4,3125 кГц. Эти частотные каналы иногда называют бинами . Во время первоначального обучения для оптимизации качества и скорости передачи модем ADSL тестирует каждый из бинов, чтобы определить отношение сигнал/шум на частоте каждого бина. Расстояние от телефонной станции , характеристики кабеля, помехи от радиостанций AM , а также локальные помехи и электрические шумы в месте расположения модема могут отрицательно влиять на отношение сигнал/шум на определенных частотах. Бины для частот, демонстрирующих сниженное отношение сигнал/шум, будут использоваться с более низкой пропускной способностью или вообще не будут использоваться; это снижает максимальную пропускную способность канала, но позволяет модему поддерживать адекватное соединение. Модем DSL составит план того, как использовать каждый из бинов, иногда называемый распределением «бит на бин». Те бины, которые имеют хорошее отношение сигнал/шум (SNR), будут выбраны для передачи сигналов, выбранных из большего числа возможных закодированных значений (этот диапазон возможностей соответствует большему количеству отправленных бит данных) в каждом основном тактовом цикле. Количество возможностей не должно быть настолько большим, чтобы приемник мог неправильно декодировать, какой из них был предназначен, в присутствии шума. Шумные бины могут потребоваться только для передачи всего двух бит, выбора только из одного из четырех возможных шаблонов или только одного бита на бин в случае ADSL2+, а очень шумные бины вообще не используются. Если характер шума в зависимости от частот, слышимых в бинах, изменится, модем DSL может изменить распределение битов на бин в процессе, называемом «битовой перестановкой», когда бинам, которые стали более шумными, требуется передавать меньше битов, а другим каналам будет назначена более высокая нагрузка.
Таким образом, пропускная способность передачи данных, которую сообщает DSL-модем, определяется общим количеством битов на бин всех объединенных бинов. Более высокие отношения сигнал/шум и большее количество используемых бинов дают более высокую общую пропускную способность канала, в то время как более низкие отношения сигнал/шум или меньшее количество используемых бинов дают низкую пропускную способность канала. Общая максимальная пропускная способность, полученная путем суммирования битов на бин, сообщается DSL-модемами и иногда называется скоростью синхронизации . Это всегда будет довольно обманчиво: истинная максимальная пропускная способность канала для скорости передачи пользовательских данных будет значительно ниже, поскольку передаются дополнительные данные, которые называются накладными расходами протокола , а сниженные показатели для соединений PPPoA около 84–87 процентов, самое большее, являются обычным явлением. Кроме того, некоторые интернет-провайдеры будут иметь политику трафика, которая ограничивает максимальную скорость передачи данных в сетях за пределами обмена, а перегрузка трафика в Интернете, большая нагрузка на серверы и медлительность или неэффективность компьютеров клиентов могут способствовать снижению ниже максимально достижимого уровня. При использовании беспроводной точки доступа низкое или нестабильное качество беспроводного сигнала также может привести к снижению или колебанию фактической скорости.
В режиме с фиксированной скоростью скорость синхронизации предопределена оператором, а модем DSL выбирает распределение бит на бин, которое обеспечивает приблизительно равную частоту ошибок в каждом бине. [4] В режиме с переменной скоростью бит на бин выбираются для максимизации частоты синхронизации с учетом допустимого риска ошибок. [4] Эти варианты могут быть либо консервативными, когда модем выбирает выделение меньшего количества бит на бин, чем он мог бы, что обеспечивает более медленное соединение, либо менее консервативными, когда выбирается большее количество бит на бин, в этом случае существует больший риск ошибки, если будущие отношения сигнал/шум ухудшатся до такой степени, что выбранные распределения бит на бин слишком высоки, чтобы справиться с большим существующим шумом. Этот консерватизм, включающий выбор использования меньшего количества бит на бин в качестве защиты от будущего увеличения шума, сообщается как запас отношения сигнал/шум или запас SNR .
Телефонная станция может указать предполагаемый запас SNR DSL-модему клиента при первоначальном подключении, и модем может составить свой план распределения битов на бин соответствующим образом. Высокий запас SNR будет означать снижение максимальной пропускной способности, но большую надежность и стабильность соединения. Низкий запас SNR будет означать высокую скорость, при условии, что уровень шума не увеличится слишком сильно; в противном случае соединение придется разорвать и повторно согласовать (повторно синхронизировать). ADSL2+ может лучше приспособиться к таким обстоятельствам, предлагая функцию, называемую бесшовной адаптацией скорости (SRA), которая может приспосабливаться к изменениям общей пропускной способности канала с меньшими перебоями в связи.
Поставщики могут поддерживать использование более высоких частот в качестве собственного расширения стандарта. Однако это требует согласования оборудования поставщика на обоих концах линии и, скорее всего, приведет к проблемам с перекрестными помехами, которые повлияют на другие линии в том же пучке.
Существует прямая связь между количеством доступных каналов и пропускной способностью соединения ADSL. Точная пропускная способность данных на канал зависит от используемого метода модуляции .
Первоначально ADSL существовал в двух версиях (похожих на VDSL ), а именно CAP и DMT. CAP был фактическим стандартом для развертываний ADSL вплоть до 1996 года, развернутым в 90 процентах установок ADSL в то время. Однако DMT был выбран для первых стандартов ITU-T ADSL, G.992.1 и G.992.2 (также называемых G.dmt и G.lite соответственно). Поэтому все современные установки ADSL основаны на схеме модуляции DMT.
Провайдеры интернет-услуг (но пользователи редко, за исключением Австралии, где это по умолчанию [5] ) имеют возможность использовать чередование пакетов для противодействия эффектам импульсного шума на телефонной линии. Чередующаяся линия имеет глубину, обычно от 8 до 64, которая описывает, сколько кодовых слов Рида-Соломона накапливается перед отправкой. Поскольку все они могут быть отправлены вместе, их коды прямой коррекции ошибок могут быть сделаны более устойчивыми. Чередование добавляет задержку , поскольку все пакеты должны быть сначала собраны (или заменены пустыми пакетами), и им, конечно, всем требуется время для передачи. 8-кадровое чередование добавляет 5 мс времени на передачу туда и обратно , в то время как 64-кадровое чередование добавляет 25 мс. Другие возможные глубины — 16 и 32.
Соединения "Fastpath" имеют глубину чередования 1, то есть за раз отправляется один пакет. Это имеет низкую задержку, обычно около 10 мс (чередование добавляет к ней, это не больше, чем чередование), но оно чрезвычайно подвержено ошибкам, так как любой всплеск шума может вывести весь пакет и, таким образом, потребовать его повторной передачи. Такой всплеск в большом чередующемся пакете очищает только часть пакета, его можно восстановить с помощью информации об исправлении ошибок в остальной части пакета. Соединение "fastpath" приведет к чрезвычайно высокой задержке на плохой линии, так как каждый пакет потребует много повторных попыток.
Развертывание ADSL на существующей телефонной линии обычной телефонной связи (POTS) представляет некоторые проблемы, поскольку DSL находится в диапазоне частот, который может неблагоприятно взаимодействовать с существующим оборудованием, подключенным к линии. Поэтому необходимо установить соответствующие частотные фильтры в помещениях клиента, чтобы избежать помех между DSL, голосовыми услугами и любыми другими подключениями к линии (например, сигнализацией о несанкционированном доступе). Это желательно для голосовой службы и необходимо для надежного подключения ADSL.
На заре DSL для установки требовалось, чтобы технический специалист посетил помещение. Рядом с точкой разграничения устанавливался сплиттер или микрофильтр , из которого устанавливалась выделенная линия передачи данных. Таким образом, сигнал DSL разделялся как можно ближе к центральному офису и не ослаблялся внутри помещений клиента. Однако эта процедура была дорогостоящей, а также вызывала проблемы с жалобами клиентов на необходимость ждать, пока технический специалист выполнит установку. Поэтому многие поставщики DSL начали предлагать вариант «самостоятельной установки», при котором поставщик предоставлял оборудование и инструкции клиенту. Вместо разделения сигнала DSL в точке разграничения сигнал DSL фильтруется на каждой телефонной розетке с помощью фильтра нижних частот для голоса и фильтра верхних частот для данных, обычно заключенных в так называемый микрофильтр . Этот микрофильтр может быть подключен конечным пользователем к любой телефонной розетке: он не требует какой-либо перемонтажа в помещениях клиента.
Обычно микрофильтры являются только фильтрами нижних частот, поэтому за их пределами могут проходить только низкие частоты (голосовые сигналы). В секции данных микрофильтр не используется, поскольку цифровые устройства, предназначенные для извлечения данных из сигнала DSL, сами отфильтровывают низкие частоты. Голосовые телефонные устройства будут улавливать весь спектр, поэтому высокие частоты, включая сигнал ADSL, будут «слышны» как шум в телефонных терминалах и будут влиять и часто ухудшать обслуживание в факсах, датафонах и модемах. С точки зрения устройств DSL, любое принятие их сигнала устройствами POTS означает, что происходит ухудшение сигнала DSL для устройств, и это основная причина, по которой требуются эти фильтры.
Побочным эффектом перехода к модели самостоятельной установки является то, что сигнал DSL может ухудшиться, особенно если к линии подключено более 5 устройств голосового диапазона (то есть, телефонов типа POTS). После того, как на линии включен DSL, сигнал DSL присутствует на всей телефонной проводке в здании, вызывая затухание и эхо. Способ обойти это — вернуться к исходной модели и установить один фильтр выше по потоку от всех телефонных розеток в здании, за исключением розетки, к которой будет подключен модем DSL. Поскольку это требует изменения проводки заказчиком и может не работать на некоторых домашних телефонных проводках, это делается редко. Обычно гораздо проще установить фильтры на каждой используемой телефонной розетке.
Сигналы DSL могут ухудшаться из-за старых телефонных линий, устройств защиты от перенапряжения, плохо спроектированных микрофильтров, повторяющихся электрических импульсных помех и длинных телефонных удлинителей. Телефонные удлинители обычно изготавливаются из многожильных медных проводников малого калибра, которые не поддерживают шумопонижающую парную скрутку. Такой кабель более восприимчив к электромагнитным помехам и имеет большее затухание, чем сплошные витые пары медных проводов, обычно подключенных к телефонным розеткам. Эти эффекты особенно значительны, когда телефонная линия клиента находится на расстоянии более 4 км от DSLAM на телефонной станции, что приводит к снижению уровня сигнала относительно любого локального шума и затухания. Это приведет к снижению скорости или сбоям соединения. У FTTx обычно нет проблем с перенапряжением, например, вызванных молнией .
ADSL определяет три уровня «конвергенции передачи, специфичной для протокола передачи (TPS-TC)»: [6]
В домашней установке преобладающим транспортным протоколом является ATM. Поверх ATM существует множество возможностей дополнительных уровней протоколов (два из них сокращенно обозначаются как « PPPoA » или « PPPoE »), при этом TCP / IP обеспечивает подключение к Интернету .
Медиа, связанные с ADSL на Wikimedia Commons