Цифровая абонентская линия ( DSL ; первоначально цифровая абонентская линия ) — это семейство технологий, которые используются для передачи цифровых данных по телефонным линиям . [1] В маркетинге телекоммуникаций термин DSL широко понимается как асимметричная цифровая абонентская линия (ADSL), наиболее часто устанавливаемая технология DSL для доступа в Интернет .
В ADSL пропускная способность в восходящем направлении (направлении к поставщику услуг) ниже, отсюда и обозначение асимметричной услуги. В симметричных услугах цифровой абонентской линии (SDSL) скорости передачи данных в нисходящем и восходящем направлениях равны.
Услуга DSL может предоставляться одновременно с проводной телефонной услугой по той же телефонной линии, поскольку DSL использует более высокие диапазоны частот для передачи данных. На территории клиента на каждом телефоне устанавливается фильтр DSL для предотвращения нежелательного взаимодействия между DSL и телефонной услугой.
Скорость передачи данных потребительских услуг ADSL обычно варьируется от 256 кбит/с до 25 Мбит/с, в то время как более поздняя технология VDSL+ обеспечивает скорость от 16 Мбит/с до 250 Мбит/с в направлении к клиенту ( нисходящий поток ), с до 40 Мбит/с восходящий поток. Точная производительность зависит от технологии, состояния линии и реализации уровня обслуживания. Исследователи из Bell Labs достигли скорости SDSL более 1 Гбит/с , используя традиционные медные телефонные линии, хотя такие скорости пока не доступны для конечных пользователей. [2] [3] [4]
Первоначально считалось, что обычные телефонные линии могут использоваться только на умеренных скоростях, обычно менее 9600 бит в секунду. В 1950-х годах обычный телефонный кабель с витой парой часто передавал телевизионные сигналы частотой 4 МГц между студиями, что предполагало, что такие линии позволят передавать много мегабит в секунду. Одна такая линия в Соединенном Королевстве проходила примерно в 10 милях (16 км) между студиями BBC в Ньюкасл-апон-Тайн и передающей станцией Понтоп-Пайк . Однако эти кабели имели и другие недостатки, помимо гауссовского шума , что не позволяло таким скоростям стать практичными в полевых условиях. В 1980-х годах появились технологии широкополосной связи, которые позволили значительно расширить этот предел. В 1979 году был подан патент на использование существующих телефонных проводов как для телефонов, так и для терминалов данных, которые были подключены к удаленному компьютеру через цифровую систему передачи данных. [5]
Мотивацией для технологии цифровой абонентской линии была спецификация цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN), предложенная в 1984 году CCITT (теперь ITU-T ) как часть Рекомендации I.120, позже повторно использованная как цифровая абонентская линия ISDN (IDSL). Сотрудники Bellcore (теперь Telcordia Technologies ) разработали асимметричную цифровую абонентскую линию (ADSL), размещая широкополосные цифровые сигналы на частотах выше существующего аналогового голосового сигнала основной полосы , передаваемого по обычному кабелю с витой парой между телефонными станциями и клиентами. [6] Патент был подан AT&T Bell Labs на базовую концепцию DSL в 1988 году. [7]
Вклад Джозефа В. Лехлейдера в DSL состоял в его понимании того, что асимметричное расположение предлагало более чем вдвое большую пропускную способность симметричного DSL. [8] 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 потокового мультимедиа , где случайные потери битов приемлемы, но задержки меньше. Чередующийся канал лучше подходит для передачи файлов, где доставленные данные должны быть безошибочными, но задержка (временная задержка), вызванная повторной передачей пакетов, содержащих ошибки, приемлема.
Ориентированный на потребителя ADSL был разработан для работы на существующих линиях, уже подготовленных для услуг ISDN с базовым интерфейсом скорости . Инженеры разработали высокоскоростные DSL-устройства, 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 доставляли 8 Мбит/с клиенту на расстояние около 2 км (1,2 мили) неэкранированной витой медной пары. Более новые варианты улучшили эти скорости. Расстояния более 2 км (1,2 мили) значительно уменьшают полосу пропускания, используемую на проводах, тем самым снижая скорость передачи данных. Но расширители цикла ADSL увеличивают эти расстояния, повторяя сигнал, позволяя местному оператору связи (LEC) доставлять скорости DSL на любое расстояние. [9]
До конца 1990-х годов стоимость цифровых сигнальных процессоров для DSL была непомерно высокой. Все типы DSL используют очень сложные алгоритмы цифровой обработки сигналов для преодоления присущих ограничениям существующих витых пар проводов. Благодаря достижениям технологии сверхбольшой интеграции (VLSI) 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.
Можно установить DSL-подключение по существующему кабелю. Такое развертывание, даже включая оборудование, намного дешевле, чем установка нового оптоволоконного кабеля с высокой пропускной способностью по тому же маршруту и на то же расстояние. Это справедливо как для вариантов ADSL, так и SDSL. Коммерческий успех DSL и подобных технологий в значительной степени отражает достижения в области электроники за десятилетия, которые повысили производительность и снизили затраты, даже несмотря на то, что 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 лимитный коммутируемый доступ, а также позволяя принимать голосовые вызовы одновременно с передачей данных. Телефонные компании также находились под давлением перехода на ADSL из-за конкуренции со стороны кабельных компаний, которые используют технологию кабельного модема DOCSIS для достижения схожих скоростей. Спрос на приложения с высокой пропускной способностью, такие как видео и обмен файлами, также способствовал популярности технологии ADSL. Некоторые из первых полевых испытаний DSL были проведены в 1996 году. [10]
Ранняя услуга DSL требовала выделенного сухого контура , но когда Федеральная комиссия по связи США (FCC) потребовала от действующих местных операторов связи (ILEC) сдавать свои линии в аренду конкурирующим поставщикам услуг DSL, стала доступна общая линия DSL. Также известная как DSL через несвязанный сетевой элемент , эта связка услуг позволяет одному абоненту получать две отдельные услуги от двух отдельных поставщиков по одной паре кабелей. Оборудование поставщика услуг DSL размещается на той же телефонной станции , что и ILEC, предоставляющий уже существующую голосовую услугу клиента. Цепь абонента перемонтирована для взаимодействия с оборудованием, поставляемым ILEC, которое объединяет частоту DSL и сигналы POTS по одной медной паре.
С 1999 года некоторые интернет-провайдеры предлагают микрофильтры. Эти устройства устанавливаются в помещениях и выполняют ту же функцию, что и сплиттеры DSL, которые устанавливаются на улице: они разделяют частоты, необходимые для телефонных звонков ADSL и POTS. [11] [12] Эти фильтры возникли из желания сделать возможной самостоятельную установку службы DSL и исключить ранние наружные сплиттеры DSL, которые устанавливались в точке разграничения между клиентом и интернет-провайдером или рядом с ней. [13]
К 2012 году некоторые операторы в Соединенных Штатах сообщили, что удаленные терминалы DSL с оптоволоконным транзитом заменяют старые системы ADSL. [14]
Телефоны подключаются к телефонной станции через местную линию связи , которая представляет собой физическую пару проводов. Местная линия связи изначально предназначалась в основном для передачи речи, охватывая диапазон звуковых частот от 300 до 3400 Гц ( коммерческая полоса пропускания ). Однако, поскольку междугородние линии связи постепенно переводились с аналогового на цифровой режим работы, идея возможности передачи данных через местную линию связи (используя частоты выше голосового диапазона) укрепилась, что в конечном итоге привело к появлению DSL.
Местная линия, соединяющая телефонную станцию с большинством абонентов, способна переносить частоты, значительно превышающие верхний предел POTS в 3400 Гц . В зависимости от длины и качества линии верхний предел может составлять десятки мегагерц. DSL использует эту неиспользуемую полосу пропускания местной линии, создавая каналы шириной 4312,5 Гц, начинающиеся между 10 и 100 кГц, в зависимости от того, как настроена система. 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 пригодность к использованию примерно так же, как аналоговый модем при подключении POTS. Больше используемых каналов равнозначно большей доступной полосе пропускания, поэтому расстояние и качество линии являются факторами (более высокие частоты, используемые DSL, передаются только на короткие расстояния).
Затем пул используемых каналов делится на два различных диапазона частот для восходящего и нисходящего трафика на основе предварительно настроенного соотношения. Такое разделение снижает помехи. После того, как группы каналов установлены, отдельные каналы связываются в пару виртуальных цепей, по одной в каждом направлении. Как и аналоговые модемы, трансиверы DSL постоянно отслеживают качество каждого канала и добавляют или удаляют их из обслуживания в зависимости от того, пригодны ли они для использования. После того, как восходящие и нисходящие цепи установлены, абонент может подключиться к услуге, например, к поставщику интернет-услуг или другим сетевым службам, например, к корпоративной сети MPLS .
Базовая технология передачи данных через DSL-оборудование использует модуляцию высокочастотных несущих волн , аналоговую передачу сигнала. Цепь DSL заканчивается на каждом конце модемом, который модулирует шаблоны битов в определенные высокочастотные импульсы для передачи на противоположный модем. Сигналы, полученные от дальнего модема, демодулируются для получения соответствующего шаблона битов, который модем передает в цифровой форме на свое сопряженное оборудование, такое как компьютер, маршрутизатор, коммутатор и т. д.
В отличие от традиционных модемов dial-up, которые модулируют биты в сигналы в звуковой полосе 300–3400 Гц, модемы DSL модулируют частоты от 4000 Гц до 4 МГц. Такое разделение частотных диапазонов позволяет сосуществовать услугам DSL и обычной телефонной связи (POTS) на одних и тех же кабелях, известных как кабели голосового класса. [15] На конце цепи абонента на каждом телефоне установлены встроенные фильтры DSL для пропускания голосовых частот, но фильтруют высокочастотные сигналы, которые в противном случае были бы слышны как шипение. Кроме того, нелинейные элементы в телефоне в противном случае могли бы генерировать слышимую интермодуляцию и могут ухудшить работу модема данных при отсутствии этих фильтров нижних частот . Модуляции DSL и RADSL не используют полосу голосовых частот, поэтому в схему модемов DSL встроены фильтры верхних частот, которые отфильтровывают голосовые частоты.
Поскольку DSL работает выше голосового предела 3,4 кГц, он не может проходить через загрузочную катушку , которая является индуктивной катушкой, предназначенной для противодействия потерям, вызванным шунтирующей емкостью (емкостью между двумя проводами витой пары). Загрузочные катушки обычно устанавливаются с регулярными интервалами в линиях POTS. Голосовая связь не может поддерживаться на расстоянии, превышающем определенное расстояние, без таких катушек. Поэтому некоторые области, которые находятся в пределах досягаемости для обслуживания DSL, не допускаются из-за размещения загрузочной катушки. Из-за этого телефонные компании стремятся удалить загрузочные катушки на медных петлях, которые могут работать без них. Более длинные линии, для которых они требуются, можно заменить оптоволокном до района или узла ( FTTN ).
Большинство реализаций DSL для жилых домов и небольших офисов резервируют низкие частоты для POTS, так что (с подходящими фильтрами и/или сплиттерами) существующая голосовая служба продолжает работать независимо от службы DSL. Таким образом, связь на основе POTS, включая факсимильные аппараты и модемы коммутируемого доступа , может совместно использовать провода с DSL. Только один модем DSL может использовать абонентскую линию одновременно. Стандартный способ разрешить нескольким компьютерам совместно использовать соединение DSL использует маршрутизатор , который устанавливает соединение между модемом DSL и локальной сетью Ethernet , электросетью или сетью Wi-Fi на территории клиента.
Теоретические основы DSL, как и многие другие коммуникационные технологии, можно проследить до основополагающей работы Клода Шеннона 1948 года « Математическая теория связи ». Как правило, для передачи данных с более высокой скоростью требуется более широкая полоса 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 .
Naked DSL — это способ предоставления только услуг DSL по локальной линии . Он полезен, когда клиенту не нужна традиционная телефонная голосовая услуга, поскольку голосовая услуга принимается либо поверх услуг DSL (обычно VoIP ), либо через другую сеть (например, мобильная телефония ). В Соединенных Штатах его также обычно называют несвязанным сетевым элементом (UNE); в Австралии он известен как некондиционированная локальная линия (ULL); [16] в Бельгии он известен как «сырая медь», а в Великобритании он известен как Single Order GEA (SoGEA). [17]
Он начал возвращаться в Соединенные Штаты в 2004 году, когда Qwest начал предлагать его, а затем Speakeasy . В результате слияния AT&T с SBC [18] и слияния Verizon с MCI [19] эти телефонные компании обязаны предлагать потребителям чистый DSL.
На стороне клиента DSL-модем подключается к телефонной линии. Телефонная компания подключает другой конец линии к DSLAM , который концентрирует большое количество отдельных DSL-подключений в одном блоке. DSLAM не может быть расположен слишком далеко от клиента из-за затухания между DSLAM и DSL-модемом пользователя. Обычно несколько жилых кварталов подключаются к одному DSLAM.
На рисунке выше представлена схема простого DSL-подключения (синего цвета). 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 пузыря) часто упрощает подключение.
На станции мультиплексор доступа к цифровой абонентской линии (DSLAM) завершает цепи DSL и объединяет их, где они передаются другим сетевым транспортным средствам. DSLAM завершает все соединения и восстанавливает исходную цифровую информацию. В случае ADSL голосовой компонент также отделяется на этом этапе либо фильтром или сплиттером, встроенным в DSLAM, либо специализированным фильтрующим оборудованием, установленным перед ним. [20] Нагрузочные катушки в телефонных линиях, используемые для расширения их диапазона в сельской местности, должны быть удалены, чтобы DSL могла работать, поскольку они пропускают только частоты до 4000 Гц по телефонным кабелям. [21] [22] [23]
Клиентская часть соединения состоит из DSL-модема . Он преобразует данные между цифровыми сигналами, используемыми компьютерами, и аналоговым сигналом напряжения подходящего частотного диапазона, 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) обычно оборудование клиента интегрируется с функциональностью более высокого уровня, такой как маршрутизация, межсетевой экран или другое специализированное аппаратное и программное обеспечение. В этом случае оборудование называется шлюзом.
Большинство технологий DSL требуют установки соответствующих фильтров DSL в помещениях клиента для отделения сигнала DSL от низкочастотного голосового сигнала. Разделение может происходить либо в точке разграничения , либо с помощью фильтров, установленных на телефонных розетках внутри помещений клиента. Шлюз DSL может интегрировать фильтр и разрешить телефонам подключаться через шлюз.
Современные шлюзы DSL часто интегрируют маршрутизацию и другие функции. Система загружается, синхронизирует соединение DSL и, наконец, устанавливает интернет-услуги IP 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 низкоуровневого потока битов , что позволяет адаптировать ряд различных технологий по одному и тому же каналу.
Реализации DSL могут создавать мостовые или маршрутизируемые сети. В мостовой конфигурации группа компьютеров абонентов эффективно подключается в одну подсеть . 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 идентификатором пользователя и паролем.
Методы передачи данных различаются в зависимости от рынка, региона, оператора и оборудования.
Технологии DSL (иногда их объединяют как xDSL ) включают в себя:
Ограничения длины линии от телефонной станции до абонента накладывают жесткие ограничения на скорость передачи данных. Такие технологии, как VDSL, обеспечивают очень высокоскоростные, но короткие каналы связи. VDSL используется как метод доставки услуг Triple Play (обычно реализуется в сетевых архитектурах «волокно-проводка» ).
Terabit DSL — это технология, которая предлагает использовать пространство между диэлектриками (изоляторами) на медных витых парах в телефонных кабелях в качестве волноводов для сигналов 300 ГГц, которые могут обеспечивать скорость до 1 терабита в секунду на расстоянии до 100 метров, 100 гигабит в секунду на расстоянии 300 метров и 10 гигабит в секунду на расстоянии 500 метров. [35] [36] Первый эксперимент для этого был проведен с медными линиями, которые были параллельны друг другу и не скручены, внутри металлической трубы, предназначенной для имитации металлической брони в больших телефонных кабелях . [37] [38]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )