Вопрос широкополосного доступа – по сути сводится к организации высокоскоростной цифровой линии до пользователя (далее – DSL, Digital Subscriber Line). Исторически, первыми на эту роль претендовали телефонные коммуникации, которые технически представляют собой отдельную медную пару от АТС до каждого абонента. Связь между АТС к началу “комьютерной” эры уже строилась при помощи цифровых каналов SDH (Е1, STM).
Длительное время было принято передавать данные по телефонной сети “поверх” голоса, в частотном диапазоне голосовой связи (300 Гц – 3400 Гц), с помощью голосовых “модемов” (от слов модулятор-демодулятор). Т.е. данные преобразовывались в звук и воспроизводились в линию, с обратным преобразованием на принимающей стороне.
Первым модемом для персональных компьютеров стало устройство компании Hayes Microcomputer Products, которая в 1979 году выпустила Micromodem II для персонального компьютера Apple II.
Следующие 20 лет технологии совершенствовались, но уже в конце 90-х годов был достигнут теоретический предел скорости передачи данных – 56 кбит/сек, протокол V.90. Более в голосовом диапазоне достичь невозможно.
Дальнейшее развитие возможно только при использовании более высоких частот и цифровых сигналов. При этом данные не смогут пройти через аппаратуру телефонных станций, и линия может быть использован только на участке абонент – АТС (или на обычной выделенной медной паре). Это заметно снижает возможности применения DSL, так как нужно поставить оборудование уплотнения на каждом узле, и подвести к нему выскоскоростной канал интернет. Но преимущества в скорости оказались слишком велики, и технология начала бурно развиваться.
Буквально за несколько лет было разработано несколько десятков видов DSL, отличающихся методами модуляции, используемых для кодирования данных. На сегодня можно выделить следующие основные стандарты:
- ADSL (ADSL2) – Asymmetric Digital Subscriber Line. Асимметричная цифровая абонентская линия.
- SDSL – Simple Digital Subscriber Line. Симметричная высокоскоростная цифровая абонентская линия, работающая по одной паре.
- VDSL – Very High Speed Digital Subscriber Line. Сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия.
Рассмотрим подробнее каждую из технологий.
ADSL
Система была разработана в Северной Америке в середине 90-х годов. В то время считалось, что будет широко востребована услуга видео по запросу (причем в кодировке MPEG) для которой, собственно, ADSL и создавалась. Кроме несимметричной скорости под нужды потокового видео использовалась высоконадежная упреждающая коррекция ошибок. Из-за этого многие системы ADSL (особенно ранние версии) при передаче данных имеют большую задержку (до 20 мсек, что почти в 10 раз больше чем у систем SDSL или HDSL).
Известно более десятка разновидностей ADSL – ANSI T1.413-1998 (Issue 2 ADSL), ITU G.992.1 (G.DMT), ITU G.992.2 (G.Lite), ITU G.992.3/4 (ADSL2), ITU G.992.3/4 Annex L (RE-ADSL2), ITU G.992.5 (ADSL2+), ITU G.992.5 Annex L (RE-ADSL2+)…
Но все же главным практическим признаком ADSL является асимметричность передачи данных. От сети к пользователю скорость значительно выше (“нисходящий” поток от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с и 24 Мбит/с для ADSL2+, частоты 138…2208 кГц), чем в противоположном направлении (“восходящий” поток данных от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с, частоты 26…138 кГц). Наибольшая скорость достигается на расстоянии до 3 км, а максимальное расстояние для устойчивой связи на минимальной скорости около 5-6 км.
Конечный пользователь обычно потребляет значительно больший трафик, чем отдает, поэтому данная технология весьма удобна для организации доступа в сеть Интернет. Так как это считается массовой услугой, устройства организации канала для оператора и абонента резко отличаются. На стороне провайдера устанавливается сложный многопортовый (сотни портов) мультиплексор-маршрутизатор (DSLAM), а на стороне пользователя – простейший модем.
Нужно отметить, что большим достоинством ADSL является возможность работы по одной линии параллельно с телефоном (и не мешая друг другу). Принцип хорошо демонстрирует следующая диаграмма:
Частоты ADSL.
Для того, что бы телефон и ADSL не мешали друг другу на одной линии используют сплиттер (POTS Splitter) – пассивное устройство (обычно встроенное в ADSL-модем), которое разделяет частоты (либо ограничивает “верхний диапазон” перед телефонным аппаратом). Спектр частот ADSL обычно начинается с 25 кГц, поэтому полоса от 4 кГц до 25 кГц используется сплиттером в качестве переходной полосы.
С другой стороны, что ADSL не слишком удобна для организации связи между удаленными сегментами сетей Ethernet по следующим причинам:
- По сути отсутствует подходящее оборудование (точка-точка или малопортовые DSLAM);
- Асимметричность передачи данных неудобна для равномерного межсегментного трафика;
Тем не менее, ADSL широко используется телефонными монополистами в качестве недорогой услуги подключения к сети Интернет, поэтому часто у “домашних” и корпоративных сетей просто нет выхода. Приходится использовать то, что доступно, а не то, что удобно.
SDSL
Эта технология фактически явилась развитием HDSL (High Speed Digital Subscriber Line, высокоскоростная цифровая абонентская линия), который в свою очередь берет свое начало от стандарта ISDN-BA. Когда разработчики DSL пытались повысить тактовую частоту ISDN, оказалось, что даже простая 4-уровневая модуляция PAM позволяет работать на скоростях до 800 Кбит/с практически во всей зоне обслуживания телефонного оператора (3-5 км).
Были разработаны устройства, работающие по одной паре на скорости 784 Кбит/с, и 1,544 Мб/c по двум парам (скорость 1,5Мб важна для передачи распространенных с США потоков Т1). Дальнейшее развитие привело к появлению SDSL (симметричная скорость 2,3 Мб/с), для которой рекомендованы амплитудно-импульсная модуляция 2B1Q и более “дальнобойная” амплитудно-фазовая модуляция без несущей (CAP).
Технологий SDSL часто применяется для связи точка-точка, используемое оборудование обычно одинаково для обоих сторон канала. Но встречаются и варианты модулей для многопортовых DSLAM, специально для организации корпоративных сетей. Из-за в порядки меньшей популярности стоимость устройств SDSL заметно больше, чем ASDL.
Часто считается, что SDSL не может функционировать на одной линии параллельно с телефоном. Но это не совсем верно. При скоростях более 700 Кб/с частоты SDSL и обычной телефонии разделены вполне достаточно для использования сплитеров для нормальной совместной работы. Это заметно расширяет возможности применения данной технологии.
Последнее время SDSL все чаще заменяется ShDSL (Symmetric High bit-rate DSL), который отличается только типом кодировки (TC-PAM в отличии от 2B1Q или CAP). Этот стандарт на 10-15% более “дальнобойный”, чем SDSL, но имеет и свой недостаток. Частотное уплотнение на ShDSL не работает, поэтому не редко модемы выпускаются со встроенными портами IP-телефонии.
VDSL
Технология VDSL является наиболее современной и “быстрой” технологией xDSL. Скорость передачи данных “нисходящего” потока составляет от 11 до 100 мБит/с (для VDSL2), (138…3750 5200…8500 кГц), “восходящего” – в пределах от 1,5 до 2,3 Мбит/с (26…138 3750…5200 8500…12000 кГц).
VDSL можно рассматривать как высокоскоростной ADSL, рассчитанный на небольшие расстояния (до 1,0-1,5 км.) и, желательно, новые кабеля с хорошими волновыми свойствами. Устройства просты, весьма недороги, и получают последнее время все большее распространение на небольших кампусных сетях. Он позиционируется скорее как удлинитель Ethernet, появляются комбинированные коммутаторы Ethenret – VDSL, в которых последний играет ту же роль, которую обычно предназначали оптоволокну.
Более того, VDSL последнее время часто используют для замены ADSL, для этого с АТС делают “выносы” в микрорайон или даже отдельный многоквартирный дом, и запускают VDSL по старой или вновь построенной телефонной разводке.
Использование VDSL по обычным телефонным кабелям возможно, но с серьезными ограничениями. Для этой технологии используются частоты мегагерцового диапазона, на который ТПП не рассчитан (у SDSL предел в сотни кГц). Поэтому две VDSL линии в одном кабеле вполне могут не работать из-за взаимных наводок.
В перспективе можно ожидать появление единого стандарта, сочетающего достоинства всех рассмотренных технологий. Предпосылки к этому уже есть сейчас, но все же практическое внедрение – дело будущего.