Цифровая абонентская линия ( DSL ; первоначально цифровая абонентская линия ) — это семейство технологий, которые используются для передачи цифровых данных по телефонным линиям . В телекоммуникационном маркетинге термин DSL широко понимается как означающий асимметричную цифровую абонентскую линию (ADSL), наиболее часто используемую технологию DSL для доступа в Интернет .
Услуга DSL может предоставляться одновременно с услугой проводной телефонной связи по одной и той же телефонной линии, поскольку DSL использует для передачи данных более высокие полосы частот . На территории клиента фильтр DSL на каждой розетке, не поддерживающей DSL, блокирует любые высокочастотные помехи, обеспечивая одновременное использование услуг голосовой связи и DSL.
Скорость передачи потребительских услуг DSL обычно колеблется от 256 кбит/с до более 100 Мбит/с в направлении к клиенту ( нисходящий поток ), в зависимости от технологии DSL, условий линии и реализации уровня обслуживания. Достигнута скорость передачи данных 1 Гбит/с . [1]
В ADSL пропускная способность данных в восходящем направлении (направление к поставщику услуг) ниже, отсюда и обозначение асимметричного сервиса. В услугах симметричной цифровой абонентской линии (SDSL) скорости передачи данных в нисходящем и восходящем направлении равны. Исследователи из Bell Labs достигли скорости более 1 Гбит/с для услуг симметричного широкополосного доступа с использованием традиционных медных телефонных линий, хотя такие скорости еще нигде не применялись. [2] [3]
Первоначально считалось, что невозможно использовать обычную телефонную линию за пределами низких скоростей (обычно ниже 9600 бит/с). В 1950-х годах по обычному телефонному кабелю витой пары между студиями часто передавались [ неоднозначные ] телевизионные сигналы в четыре мегагерца (МГц), что позволяет предположить, что такие линии позволят передавать много мегабит в секунду. Одна такая цепь в Соединенном Королевстве протянулась примерно на 10 миль (16 км) между студией BBC в Ньюкасл-апон-Тайн и передающей станцией Понтоп Пайк . Однако эти кабели имели и другие недостатки, помимо гауссова шума , что не позволяло использовать такие скорости в полевых условиях. В 1980-е годы были разработаны методы широкополосной связи, которые позволили значительно расширить лимит. В 1979 году был подан патент на использование существующих телефонных проводов как для телефонов, так и для терминалов передачи данных, которые были подключены к удаленному компьютеру через систему цифрового носителя данных. [4]
Мотивацией для технологии цифровых абонентских линий послужила спецификация цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN), предложенная в 1984 году CCITT (ныне ITU-T ) как часть Рекомендации I.120, которая позже повторно использовалась как цифровая абонентская линия ISDN (IDSL). Сотрудники Bellcore (ныне Telcordia Technologies ) разработали асимметричную цифровую абонентскую линию (ADSL), разместив широкополосные цифровые сигналы на частотах выше существующего аналогового голосового сигнала основной полосы частот , передаваемого по обычной витой паре между телефонными станциями и клиентами. [5] В 1988 году компания AT&T Bell Labs подала патент на базовую концепцию DSL. [6]
Вкладом Джозефа В. Лехлайдера в развитие DSL стало его понимание того, что асимметричная схема обеспечивает более чем удвоенную пропускную способность по сравнению с симметричной DSL. [7] Это позволило интернет-провайдерам предлагать эффективные услуги потребителям, которые получали большую выгоду от возможности загружать большие объемы данных, но редко нуждались в загрузке сопоставимых объемов. ADSL поддерживает два режима транспорта: быстрый канал и чередующийся канал . Быстрый канал предпочтителен для потоковой передачи мультимедиа , где случайные выпадения битов допустимы, но задержки в меньшей степени. Канал с чередованием лучше подходит для передачи файлов, где доставленные данные должны быть безошибочными, но задержка (задержка по времени), вызванная повторной передачей пакетов, содержащих ошибки, является приемлемой.
Ориентированный на потребителя ADSL был разработан для работы на существующих линиях, уже подготовленных для услуг ISDN с базовым интерфейсом . Инженеры разработали высокоскоростные средства DSL, такие как высокоскоростная цифровая абонентская линия (HDSL) и симметричная цифровая абонентская линия (SDSL), для предоставления традиционных услуг цифрового сигнала 1 (DS1) по стандартным медным парам.
Старые стандарты ADSL обеспечивали клиенту скорость 8 Мбит/с на расстоянии около 2 км (1,2 мили) по неэкранированной витой паре. Новые варианты улучшили эти показатели. Расстояния более 2 км (1,2 мили) значительно уменьшают используемую полосу пропускания проводов, тем самым снижая скорость передачи данных. Но удлинители шлейфа ADSL увеличивают эти расстояния, повторяя сигнал, позволяя местному оператору связи (LEC) доставлять скорости DSL на любое расстояние. [8]
До конца 1990-х годов стоимость процессоров цифровых сигналов для DSL была непомерно высокой. Во всех типах DSL используются очень сложные алгоритмы цифровой обработки сигналов , позволяющие преодолеть присущие ограничения существующих проводов витой пары . Благодаря развитию технологии сверхкрупномасштабной интеграции (СБИС) стоимость оборудования, связанного с развертыванием DSL, значительно снизилась. Двумя основными частями оборудования являются мультиплексор доступа к цифровой абонентской линии (DSLAM) на одном конце и модем DSL на другом конце.
Соединение DSL может быть развернуто по существующему кабелю. Такое развертывание, даже включая оборудование, обходится намного дешевле, чем прокладка нового оптоволоконного кабеля с высокой пропускной способностью по тому же маршруту и расстоянию. Это справедливо как для разновидностей ADSL, так и для SDSL. Коммерческий успех DSL и подобных технологий во многом отражает достижения в области электроники, достигнутые за последние десятилетия, которые позволили повысить производительность и снизить затраты, хотя рытье траншей в земле для новых кабелей (медных или оптоволоконных) остается дорогостоящим.
Эти преимущества сделали ADSL лучшим предложением для клиентов, которым требуется доступ в Интернет , чем платный коммутируемый доступ, а также позволяли принимать голосовые вызовы одновременно с подключением для передачи данных. Телефонные компании также были вынуждены перейти на ADSL из-за конкуренции со стороны кабельных компаний, которые используют технологию кабельных модемов DOCSIS для достижения аналогичных скоростей. Спрос на приложения с высокой пропускной способностью, такие как обмен видео и файлами, также способствовал популярности технологии ADSL.
Ранняя услуга DSL требовала выделенного сухого контура , но когда Федеральная комиссия по связи США (FCC) потребовала от действующих операторов местной телефонной связи (ILEC) сдавать свои линии в аренду конкурирующим поставщикам услуг DSL, стала доступна DSL с общей линией. Это разделение услуг , также известное как DSL через несвязанный сетевой элемент , позволяет одному абоненту получать две отдельные услуги от двух отдельных провайдеров по одной кабельной паре. Оборудование поставщика услуг DSL расположено на той же телефонной станции , что и оборудование ILEC, предоставляющего уже существующие голосовые услуги клиенту. Абонентская цепь перемонтируется для взаимодействия с оборудованием, поставляемым ILEC, которое объединяет частоту DSL и сигналы POTS по одной медной паре.
К 2012 году некоторые операторы связи в США сообщили, что удаленные терминалы DSL с оптоволоконной связью заменяют старые системы ADSL. [9]
Телефоны подключаются к телефонной станции через местную петлю , которая представляет собой физическую пару проводов. Первоначально локальная линия предназначалась в основном для передачи речи, охватывая диапазон звуковых частот от 300 до 3400 герц ( коммерческая полоса пропускания ). Однако по мере того, как междугородные магистрали постепенно переводились с аналогового режима на цифровой, идея возможности передачи данных через местную линию (с использованием частот выше голосового диапазона) получила распространение, что в конечном итоге привело к DSL.
Местная линия , соединяющая телефонную станцию с большинством абонентов, способна передавать частоты, значительно превышающие верхний предел POTS в 3400 Гц . В зависимости от длины и качества шлейфа верхний предел может составлять десятки мегагерц. DSL использует эту неиспользуемую полосу пропускания локальной линии, создавая каналы шириной 4312,5 Гц, начиная с 10 до 100 кГц, в зависимости от конфигурации системы. Распределение каналов продолжается на более высоких частотах (до 1,1 МГц для ADSL) до тех пор, пока новые каналы не будут признаны непригодными для использования. Каждый канал оценивается на предмет удобства использования почти так же, как аналоговый модем при соединении POTS. Чем больше пригодных для использования каналов, тем больше доступная полоса пропускания, поэтому большое значение имеют расстояние и качество линии (более высокие частоты, используемые DSL, передаются только на короткие расстояния).
Затем пул используемых каналов разделяется на два разных диапазона частот для восходящего и нисходящего трафика на основе предварительно настроенного соотношения. Такое разделение уменьшает помехи. После создания групп каналов отдельные каналы объединяются в пару виртуальных каналов, по одному в каждом направлении. Подобно аналоговым модемам, трансиверы DSL постоянно контролируют качество каждого канала и добавляют или удаляют их из обслуживания в зависимости от того, можно ли их использовать. После установления восходящих и нисходящих каналов абонент может подключиться к такой службе, как поставщик услуг Интернета , или к другим сетевым службам, например к корпоративной сети MPLS .
Базовая технология передачи данных по объектам DSL использует модуляцию высокочастотных несущих волн , то есть передачу аналогового сигнала. Цепь DSL на каждом конце заканчивается модемом , который модулирует наборы битов в определенные высокочастотные импульсы для передачи на противоположный модем. Сигналы, полученные от модема на дальнем конце, демодулируются для получения соответствующей битовой комбинации, которую модем передает в цифровой форме на свое сопряженное оборудование, такое как компьютер, маршрутизатор, коммутатор и т. д.
В отличие от традиционных модемов коммутируемого доступа, которые модулируют биты в сигналы в основной полосе аудиосигнала 300–3400 Гц, модемы DSL модулируют частоты от 4000 Гц до 4 МГц. Такое разделение полос частот позволяет службам DSL и старой телефонной связи (POTS) сосуществовать по одним и тем же кабелям. На стороне абонента на каждом телефоне установлены встроенные фильтры DSL, которые пропускают голосовые частоты, но фильтруют высокочастотные сигналы, которые в противном случае были бы слышны как шипение. Кроме того, в противном случае нелинейные элементы в телефоне могут создавать звуковую интермодуляцию и ухудшать работу модема передачи данных при отсутствии этих фильтров нижних частот . Модуляции DSL и RADSL не используют полосу тональных частот, поэтому в схему модемов DSL включены фильтры верхних частот, которые отфильтровывают голосовые частоты.
Поскольку DSL работает выше предела голосовой связи 3,4 кГц, он не может проходить через нагрузочную катушку , которая представляет собой индуктивную катушку, предназначенную для противодействия потерям, вызванным шунтирующей емкостью (емкостью между двумя проводами витой пары). Нагрузочные катушки обычно устанавливаются через равные промежутки времени на линиях POTS. Без таких катушек голосовая служба не может поддерживаться на определенном расстоянии. Таким образом, некоторые районы, находящиеся в зоне действия услуги DSL, лишаются права на получение услуги из-за размещения нагрузочной катушки. По этой причине телефонные компании стараются отказаться от нагрузочных катушек на медных шлейфах, которые могут работать без них. Более длинные линии, требующие их, можно заменить оптоволоконными линиями до соседства или узла ( FTTN ).
Большинство реализаций DSL в жилых домах и небольших офисах резервируют низкие частоты для POTS, так что (с соответствующими фильтрами и/или сплиттерами) существующая голосовая служба продолжает работать независимо от службы DSL. Таким образом, связь на основе POTS, включая факсы и модемы коммутируемого доступа , может использовать те же провода, что и DSL. Одновременно абонентскую линию может использовать только один DSL-модем . Стандартный способ разрешить нескольким компьютерам совместно использовать соединение DSL использует маршрутизатор , который устанавливает соединение между модемом DSL и локальной сетью Ethernet , Powerline или Wi-Fi на территории клиента.
Теоретические основы DSL, как и большей части коммуникационных технологий, можно проследить до основополагающей статьи Клода Шеннона 1948 года « Математическая теория связи ». Как правило, передача с более высокой скоростью передачи данных требует более широкой полосы частот, хотя отношение скорости передачи данных к скорости передачи символов и, следовательно, к полосе пропускания не является линейным из-за значительных инноваций в цифровой обработке сигналов и методах цифровой модуляции .
Голый DSL — это способ предоставления только услуг DSL по локальной сети . Это полезно, когда клиенту не нужна традиционная голосовая услуга телефонии , поскольку голосовая услуга принимается либо поверх услуг DSL (обычно VoIP ), либо через другую сеть (например, мобильную телефонию ). В США его также часто называют несвязанным сетевым элементом (UNE); в Австралии это известно как безусловная местная линия (ULL); [10] в Бельгии она известна как «необработанная медь», а в Великобритании — как GEA единого заказа (SoGEA). [11]
Он начал возвращаться в Соединенные Штаты в 2004 году, когда его начала предлагать компания Qwest , за которой последовал Speakeasy . В результате слияния AT&T с SBC [12] и слияния Verizon с MCI [13] эти телефонные компании обязаны предлагать потребителям голый DSL.
На стороне клиента модем DSL подключается к телефонной линии. Телефонная компания подключает другой конец линии к DSLAM , который концентрирует большое количество отдельных соединений DSL в одном блоке. DSLAM не может быть расположен слишком далеко от клиента из-за затухания между DSLAM и модемом DSL пользователя. Обычно к одному DSLAM подключаются несколько жилых домов.
На рисунке выше представлена схема простого DSL-соединения (синим цветом). Справа показан DSLAM, находящийся на телефонной станции телефонной компании. Слева показано оборудование в помещении клиента с дополнительным маршрутизатором. Маршрутизатор управляет локальной сетью , которая соединяет ПК и другие локальные устройства. Клиент может выбрать модем, который содержит как маршрутизатор, так и беспроводной доступ. Этот вариант (внутри пунктирного кружка) часто упрощает подключение.
На бирже мультиплексор доступа к цифровой абонентской линии (DSLAM) завершает каналы DSL и объединяет их, где они передаются другим сетевым транспортным средствам. DSLAM разрывает все соединения и восстанавливает исходную цифровую информацию. В случае ADSL голосовая составляющая также отделяется на этом этапе либо с помощью фильтра или сплиттера, встроенного в DSLAM, либо с помощью специализированного фильтрующего оборудования, установленного перед ним. [14]
Клиентская часть соединения состоит из модема DSL . Он преобразует данные между цифровыми сигналами, используемыми компьютерами, и аналоговым сигналом напряжения подходящего диапазона частот, который затем подается на телефонную линию.
В некоторых вариантах DSL (например, HDSL ) модем подключается напрямую к компьютеру через последовательный интерфейс, используя такие протоколы, как Ethernet или V.35 . В других случаях (особенно ADSL) клиентское оборудование обычно интегрируется с функциями более высокого уровня, такими как маршрутизация, межсетевой экран или другое аппаратное и программное обеспечение, специфичное для приложения. В этом случае оборудование называется шлюзом.
Большинство технологий DSL требуют установки соответствующих фильтров DSL в помещении клиента для отделения сигнала DSL от низкочастотного речевого сигнала. Разделение может происходить либо в точке разграничения , либо с помощью фильтров, установленных на телефонных розетках внутри помещений абонента. Шлюз DSL может интегрировать фильтр и разрешить телефонам подключаться через шлюз.
Современные шлюзы DSL часто объединяют маршрутизацию и другие функции. Система загружается, синхронизирует соединение DSL и, наконец, устанавливает IP-сервисы Интернета и соединение между локальной сетью и поставщиком услуг, используя такие протоколы, как DHCP или PPPoE .
Многие технологии DSL реализуют уровень асинхронного режима передачи (ATM) поверх уровня битового потока низкого уровня , чтобы обеспечить адаптацию ряда различных технологий по одному и тому же каналу.
Реализации DSL могут создавать мостовые или маршрутизируемые сети. В мостовой конфигурации группа абонентских компьютеров эффективно подключается к одной подсети . Самые ранние реализации использовали DHCP для предоставления IP-адреса абонентскому оборудованию с аутентификацией через MAC-адрес или назначенное имя хоста . Более поздние реализации часто используют протокол «точка-точка» (PPP) для аутентификации с использованием идентификатора пользователя и пароля.
Способы передачи различаются в зависимости от рынка, региона, оператора связи и оборудования.
Технологии DSL (иногда называемые xDSL ) включают:
Ограничения длины линии от телефонной станции до абонента налагают серьезные ограничения на скорость передачи данных. Такие технологии, как VDSL, обеспечивают очень высокоскоростную связь с малым радиусом действия. VDSL используется как метод предоставления услуг Triple Play (обычно реализуемых в сетевых архитектурах от оптоволокна до ограничения ).
Terabit DSL - это технология, которая предлагает использовать пространство между диэлектриками (изоляторами) на медных витых парах телефонных кабелей в качестве волноводов для сигналов 300 ГГц, которые могут обеспечивать скорость до 1 терабит в секунду на расстояниях до 100 метров, 100 гигабит в секунду на 300 метров и 10 гигабит в секунду на 500 метров. [25] [26] Первый эксперимент по этому вопросу был проведен с медными линиями, которые были параллельны друг другу, а не скручены, внутри металлической трубы, предназначенной для имитации металлической брони в больших телефонных кабелях. [27] [28]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )