Спецвыпуск Xakep, номер #042

Краткий очерк о технологиях xDSL
Сейчас, по подсчетам специалистов, примерно у каждого десятого жителя нашей синюшной планеты есть доступ в интернет. Число пользователей растет, растет и мощь Сети. Трафик совсем не тот, что был раньше, в Сети проводятся конференции, онлайновые игры. Отсюда следует, что и пропускная способность канала должна быть велика. Диалап в этом случае себя не оправдывает, а вот технология DSL...

Мы постараемся кратко и по существу описать эту технологию. Объем, к сожалению, ограничен, поэтому никакого словоблудия и анекдотов про диалап ожидать не приходится – только сухой и безжалостный текст. Можно сказать, «апрельские тезисы» (с) Владимир Ильич отдыхают :).

Немного истории
Изначально словосочетание Digital Subscriber Line (DSL) появилось в конце 80-х. Именно тогда и возникла идея цифровой передачи данных с использованием обычной телефонной линии. Технология DSL (по-русски: цифровая абонентская линия) или, правильно говоря, xDSL (т.к. существует несколько ее разновидностей), помогает одновременно и увеличить скорость передачи данных, и использовать все те же старые телефонные линии.

Единственное, что объединяет разновидности DSL - это применение способов модуляции FDM. FDM – Frequency division multiplexing - переводится как частотное уплотнение. При его использовании передача сигналов происходит по одному тракту проходит путем разделения полосы пропускания на несколько каналов. Разные каналы занимают разные частоты.

А что там внутри?
Давай разберемся в принципе работы. Вообще, чтобы обзавестись дома такой прогрессивной штукой, нужно купить специальный модем, преобразующий цифровой сигнал в аналоговый и обратно (по обычным телефонным линиям передается аналоговый сигнал). В своей работе DSL использует диапазон частот намного шире, чем в обычной телефонной линии. Это и дает высокую скорость. Кроме того, его частоты не перекрывают частоты, на которых работают стационарные телефоны, поэтому одновременно возможна работа и телефонного аппарата, и DSL-модема. Кто в школе учил физику, меня поймет ;).

Как я уже говорил, все, что нужно для установки DSL - это два модема и телефонная линия. Один модем устанавливается у пользователя, другой - на телефонной станции провайдером. Настраивать ничего не нужно, модем сам все анализирует и производит настройку. Причем на это практически не уходит времени (всего около нескольких секунд). Эти модемы используют мощные алгоритмы цифровой обработки сигнала (DSP), вследствие чего осуществляется автоматическая коррекция линии.

ADSL и ADSL II
Asymmetric Digital Subscriber Line - асимметричная цифровая абонентская линия. Асимметричная она потому, что скорость передачи данных от провайдера к клиенту выше, чем обратная. Разработка ADSL началась в 90-x годах прошлого века. Первое внедрение этой разновидности произошло в Канаде и США уже в 1993 году, а в 1998 технология стала покорять и Европу. На сегодняшний день ADSL - самая популярная разновидность технологии xDSL.

Для повышения надежности соединения устанавливаются частотные фильтры. Эти частотные фильтры, с помощью технологии FDM, разделяют полосу пропускания на три части:

0-3,5 КГц – отводится на стандартный и цифровой телефонный канал.
30–138 КГц (низкоскоростной канал) – отводится на абонентские запросы. Примерно 16-640 Кбит/сек.
> 138 КГц (высокоскоростной канал) – передача данных от провайдера к клиенту. Примерно 1,5-8 Мбит/сек.
Кроме того, каждая из этих частей в свою очередь делится еще на несколько частотных полос. Вследствие чего появляется возможность передачи одновременно нескольких сигналов по одной линии.

Еще одним фактором ускорения передачи данных, конечно, является использование алгоритмов сжатия. Разумеется, чем больше расстояние между клиентом и провайдером, тем меньше скорость передачи.

Если подвести краткий итог сказанного, то получится, что все братья ADSL существенно быстрее момеда, а по сравнению со спутниковым и беспроводным доступом эта разновидность технологии обеспечивает более высокое качество передачи данных. Их отрицательных сторон можно отметить тот факт, что не все они в состоянии работать по медной паре (всем известной телефонной «хлорке»).

ADSL II – это усовершенствованный вариант ADSL. Он имеет ту же скорость передачи, но при этом потребляет меньше энергии.

ADSL G.Lite и CDSL
ADSL G.Lite – версия ADSL, но с более низкой скоростью передачи данных. Она позиционируется универсальной рабочей группой ADSL как дополнение к стандарту ANSI (не знаю, зачем им это понадобилось). G.Lite версия работает без разделительного фильтра, откуда и следует уменьшение скорости.

CDSL - Consumer Digital Subscriber Line – практически самая первая версия ADSL G.Lite, разработанная компанией Rockwell Semiconductor Systems.

RADSL
Rate Adaptive Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения. Эта разновидность технологии xDSL позволяет приспосабливаться к изменяющимся характеристикам абонентской линии. Дело в том, что скорость передачи данных при ADSL слишком зависит от внешних условий, взять хотя бы увеличение температуры кабеля – при этом скорость заметно снижается. В этом случае не избежать ручной настройки ADSL. А если это не только температура, но и ряд других факторов, то настройка превращается в трудоемкий процесс. Фактически, если xDSL-модем имеет функцию автоматической подстройки скорости соединения, он будет поддерживать RADSL.

Можно сказать, что RADSL «адаптируется» к изменению характеристик линии. А отсюда следует и снижение затрат на проверку и обслуживание линии. Это и есть основное преимущество RADSL над ADSL.

HDSL
High Speed Digital Subscriber Line – высокоскоростная цифровая абонентская линия. В начале 90-х годов развитие цифровой передачи данных привело к созданию HDSL. Сначала в США, а потом и в Европе были осуществлены первые варианты передачи. Эта разновидность, так же как и ADSL, получила широкое распространение. Она обеспечивает высокую скорость передачи данных, но, в отличие от ADSL, использует не одну медную пару, а две. Кстати, поначалу американцы опробовали этот вариант аж с тремя парами.

Но с появлением HDSL возник вопрос: как бы уменьшить число проводников при той же скорости? И вот, в 1996 г. появилась HDSL, работающая по одной паре. Но возникла следующая проблема: спектр сигнала HDSL частично перекрывался со спектром ADSL. Была поставлена задача развить технологию - нужно было сохранить рабочую дальность HDSL, надежность и устойчивость передачи, беспроблемную работу с другими разновидностями DSL и снижение затрат на обслуживание по сравнению с HDSL.

В результате напряженной умственной работы :), спустя некоторое время появилась HDSL2. За основу приняли систему несимметричного распределения спектральной плотности сигнала, использующую модуляцию PAM. Этот способ модуляции обеспечивает передачу трех бит информации и одного бита защиты от ошибок. Но самым главным фактором, повлиявшим на успех, была идея несимметричного распределения спектра - OPTIS. Она-то и послужила основой G.HDSL. Тесты показали, что помехи HDSL2 по отношению к ADSL значительно меньше помех HDSL на двух парах!

G.HDSL и SDSL
В феврале 2001 года был утвержден стандарт G.HDSL (G.911.2). Сейчас версией этого стандарта занимается www.etsi.org. Родителем нового стандарта стал HDSL2, получивший дальнейшее развитие.

В первую очередь был усовершенствован линейный код, вследствие чего G.HDSL стал занимать меньшую полосу частот, а значит, стал оказывать еще меньшее воздействие на ADSL. Разработчики поработали над тем, чтобы спектральная плотность нового стандарта идеально совмещалась с плотностью ADSL. При условии глубокого внедрения и широкого распространения xDSL эти свойства G.HDSL очень важны. Он поддерживает и высокоскоростную симметричную передачу данных, т.е. возможна сразу как передача голоса, так и удаленный доступ.

SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line - симметричная цифровая абонентская линия) - это вариант HDSL, отличие его лишь в том, что используется одна пара кабеля. Хочу заметить, что HDSL2 является одной из модификацией SDSL, впрочем, как и MSDSL (многоскоростная SDSL). Обе модификации имеют встроенный механизм адаптации скорости к внешним условиям.

VDSL
VDSL - Very High Speed Digital Subscriber Line (сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия). В поддержке этого стандарта участвовали такие мега-компании, как Alcatel, Ericsson и Nokia. Новый стандарт должен быть основан на ADSL с другим методом модуляции. Так и получилось - VDSL очень похож по своему строению на ADSL. Основные отличия:

возможность работы как в асимметричном, так и в симметричном режиме;
на порядок выше скорость - от 13 до 52 Мбит/сек (напомню, что у ADSL всего до 8).
Но, как и в случае с ADSL, огромную роль в скорости передачи данных играет расстояние, которое может варьироваться в пределах от 300 метров до полутора километров.

Логично предположить, что основные области ее применения – это видеоконференции и функция передачи большого количества телевизионных каналов (вскоре возможен переход всего телевидения на DSL).

Для получения столь высокой скорости мало одной медной пары. Одной не в смысле количества, а в смысле качества. Поэтому и приходится кое-где заменять медь оптоволокном, т.е. получается некая "смешанная" сеть. Называется это чудо FITL - Fiber In The Loop (оптическое волокно в абонентской линии) - технология (или, скорее, метод) увеличения пропускной способности канала путем введения оптоволокна. Существует несколько способов такого внедрения, вот некоторые из них:

FTTA (Fiber To The Apartment) - подведение оптоволокна к жилым домам.
FTTB (Fiber To The Building) - подведение оптоволокна к зданиям.
FTTC (Fiber To The Curb) - подведение оптоволокна к кабельным шкафам.
FTTO (Fiber To The Office) - подведение оптоволокна к офисам.
FTTOpt (Fiber To The Optimum) - подведение оптоволокна на оптимальное расстояние. Самый распространенный способ. Суть такова: оптоволокно проводится до тех точек, где скорость по абонентской линии удовлетворительная как для оператора, так и для пользователя.
FTTR (Fiber To The Remote) - подведение оптоволокна к мультиплексору/коммутатору.
Именно по причине использования "смешанной" сети, VDSL рассматривается как шаг в будущее. Она экономичная и скоростная. То, что последние сотни метров к абоненту заменяются абонентской линией, выгодно в экономическом плане. Дело в том, что как раз эти «последние метры» считаются самыми дорогими, т.к. индивидуальны для каждого.

Что делается…
Что же творится на рынке? ADSL распространяется среди обычных пользователей. Как говорится, довольствуемся тем, что есть, а больше вряд ли нужно рядовому юзеру. Другое дело - корпоративные сети. Тут нужна и голосовая передача, и удаленный доступ. Выход - G.SHDSL со своей "симметрией".

Мое личное мнение, DSL - просто очередной шаг к совершенствованию. Несмотря на то, что технология находится только на начальном этапе развития, все это вскоре будет забыто, и появится что-то новое, еще более скоростное, еще более защищенное и надежное. Да, может, и проживет DSL долгую жизнь (что очень вероятно), но нет ничего вечного. Возможно, именно ты осуществишь очередной шаг к тому, чтобы сделать нашу жизнь еще удобнее. Удачи!

Глоссарий
Мультиплексор - устройство, которое осуществляет выборку одного из нескольких входов и подключает его к своему выходу, в зависимости от состояния двоичного кода. Другими словами, мультиплексор - переключатель сигналов, управляемый двоичным кодом и имеющий несколько входов и один выход.
PAM (Pulse Amplitude Modulation) - представление непрерывного аналогового сигнала - например, голосового - через последовательность дискретных аналоговых значений. PAM является основой импульсного кодирования сигнала.
Модуляция - процесс преобразования данных в сигнал определенной частоты, предназначенный для передачи по абонентской линии, специальному кабелю или радиоволнам. Демодуляция – процесс, обратный модуляции.
Абонентская линия - пара медных проводов, идущих от ATC к телефону пользователя (на буржуйском – LL – Local Loop).
Цифровой сигнал – дискретный (прерывистый) сигнал, значение которого изменяется от минимального к максимальному без переходных состояний. Минимальному значению цифрового сигнала соответствует состояние "0", максимальному "1".
Аналоговый сигнал - непрерывный колебательный сигнал, характеризующийся такими понятиями, как частота и амплитуда.
OPTIS (Overlapped PAM Transmission with Interlocking Spectra) - способ комбинированной передачи данных, принятый в HDSL2. Основа способа: 16-уровневая модуляция. Спектры сигналов имеют различную ширину и частоту при одинаковой скорости передачи по любому направлению.
WWW
www.adsl.com - разработчики ADSL
www.etsi.org - подразделение внедрения xDSL
www.uawg.org - группа усовершенствования ADSL
www.remoteaccess.ru - очень интересный ресурс по DSL
Речь по DSL
"Передача голоса по DSL" - как звучит, а? VoDSL - Voice Digital Subscriber Line - система передачи голоса по DSL. Специальные Integrated Access Device (интегрированные устройства доступа) помогают передавать по линии как данные, так и голос. Они разделяют трафик, а затем мультиплексируют по высокоскоростной линии.

Все устройства IAD различаются по двум главным характеристикам: количество линий, с которыми может работать устройство (да-да, они могут работать и с 8, и с 16 линиями сразу), и разновидность технологии DSL. Например, для дома подойдет IAD-402 с поддержкой восьми ADSL-линий.

Частота обычной телефонной линии 300-3400 Гц.

Самый большой плюс ADSL - использование обычных телефонных линий.

В Японии DSL выбрали 9 млн. абонентов.

Ожидается VDSLPlus со скоростью передачи данных до 150 Мбит/сек.

В разработке VDSL участвовало 11 крупных компаний.