Глава 10 : XDSL
Для организации широкополосного доступа необходимо организовать DSL (Digital Subscriber Line) – высокоскоростную цифровую линию до пользователя.
Так как АТС были уже связаны между собой при помощи цифровых каналов SDH (Е1, STM), то такой линией стала телефонная медная пара от АТС до каждого абонента.
По началу использовались голосовые модемы, название которых произошло от слов «модулятор-демодулятор», а данные передавались в частотном диапазоне голосовой связи (300 Гц - 3400 Гц) по телефонной сети поверх голоса.
Такие модемы состояли из микрофона и динамика, на которые помещалась телефонная трубка. При передаче данные преобразовывались в звук, а при приеме происходило обратное преобразование.
Впервые модем для персонального компьютера появился в 1979 году. Его производителем стала компания Hayes Microcomputer Products. Сам модем получил название Micromodem II, он предназначался для персонального компьютера Apple II и работал со скоростью 110/300 бит/сек, цена составляла 380 долларов.
В 1981 году этой же фирмой был выпущен модем Smartmodem 300 бит/сек, который имел систему команд, ставшую фактически стандартом того времени.
Время, шло, модемы становились быстрее, разработчики старались создать все новые и новые способы кодирования, которые позволяли восстанавливать утраченные данные.
300, 1200, 2400, 4800, 9600, 12000, 14400, 19200, 28800, 33600, 56000 bit/s – вот история развития этой технологии. Увеличение скорости передачи достигалось за счет расширения частотной полосы передачи, и фазовой модуляции. Восстановление данных в случае ошибок, производилось за счет решетчатого кодирования, которое позволяло восстановить до 40% потерянных данных.
К концу 90х годов был, достигнут теоретический предел скорости передачи данных в голосовом диапазоне, который составил 56 кбит/сек, протокол V.90. Увеличение скорости за счет расширения частотной полосы передачи было не возможно, так как сигнал в телефонной линии кодируется по технологии PDH как 8000Hz x 8bit.
Для развития этого направления необходимо использование цифровых сигналов и более высоких частот. Кроме того, использование линии ограничено участком абонент – АТС так как данные не смогут пройти через аппаратуру телефонных станций.
Однако, так как скорость существенно возрастала, DSL технология получила широкое распространение, несмотря на то, что приходилось ставить оборудование уплотнения на каждом узле, а к узлу подводить высокоскоростной канал Интернет.
xDSL
В следующие несколько лет появились десятки видов DSL, которые различались методом модуляции при кодировании данных. Со временем остались только три основных стандарта:
- SDSL - Simple Digital Subscriber Line - симметричная высокоскоростная цифровая абонентская линия, работающая по одной паре.
- ADSL (ADSL2) - Asymmetric Digital Subscriber Line - асимметричная цифровая абонентская линия.
- VDSL - Very High Speed Digital Subscriber Line - сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия.
Каждую из технологий мы рассмотрим отдельно.
ADSL
Североамериканская система, разработанная в середине 90х годов, которая изначально предназначалась для оказания услуги видео по запросу. Для видео предусматривалась кодировка MPEG.
Для обеспечения нужд потокового видео, наряду с несимметричной скоростью использовалась высоконадежная упреждающая коррекция ошибок. Такая коррекция приводила в ранних версиях ADSL к задержке сигнала в десять раз превышающего задержку в системах SDSL или HDSL и достигала 20 мсек.
Сегодня можно вспомнить около десяти видов 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+) и др.
Со временем эта технология была доведена практически до технического совершенства среди технологий проводной связи. Инженеры научились «выжимать» максимальную скорость даже на сложных линиях, но это тема отдельной статьи.
Однако, одной из главных практических особенностей ADSL, является асимметричность, с которой происходит передача данных.
Передача данных от сети к пользователю (так называемый «нисходящий» поток) происходит со скоростью от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с и 24 Мбит/с для ADSL2+ при частотах от 138 до 2208 кГц.
«Восходящий» поток данных в противоположном направлении имеет более низкую скорость от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с и частоты от 26 до 138 кГц.
Максимальным расстоянием, при котором связь остается устойчивой является расстояние в 5-6 км, а наибольшая скорость возможна на расстояниях до 3 км.
Среднестатистический конечный пользователь, как правило, отдает значительно меньший трафик, чем потребляет. Этот факт делает такую технологию удобной для организации массового доступа в Интернет.
Массовость услуги обуславливает различия в устройстве организации для оператора и абонента. У пользователя устанавливается обыкновенный модем, а на стороне провайдера - мультиплексор-маршрутизатор (DSLAM) на сотни портов.
На диаграмме показан принцип работы ADSL, позволяющий не мешая друг другу, работать по одной линии параллельно с телефоном.
Для разделения частот или ограничения «верхнего диапазона» перед телефонным аппаратом используют сплиттер – пассивное устройство, встроенное в ADSL-модем. Это делается для того, чтобы передача данных и голоса могла происходить одновременно. Полоса от 4 кГц до 25 кГц используется сплитером как переходная, а спектр частот ADSL обычно начинается с 25 кГц.
Однако есть причины, по которым связь между удаленными сегментами сетей Ethernet, организованная с помощью ADSL не всегда удобна:
- Так как передача данных ассиметрична, это неудобно для межсегментного равномерного трафика.
- Удобное для использования оборудование точка-точка или малопортовые DSLAM отсутствуют.
Несмотря на эти недостатки, ADSL остается недорогим вариантом услуги подключения к сети Интернет, которую предлагают фирмы, предоставляющие услуги телефонии. А так как зачастую других вариантов просто нет, приходится использовать доступный.
SDSL
Технология SDSL стала продолжением цепочки развития технологий ISDN-BA и высокоскоростной цифровой абонентской линии HDSL (High Speed Digital Subscriber Line).
Эксперименты с повышением тактовой частоты ISDN показали, что 4-уровневая модуляция PAM приводит к повышению на участке 3-5 км (практически вся зона обслуживания) скорости передачи данных до 800 Кбит/с.
Так как в США широко распространены потоки Т1, для них были разработаны устройства, которые работали по одной паре на скорости 784 Кбит/с, а по двум парам со скоростью 1,544 Мб/c.
Развитие технологий в этом направлении вызвало появление SDSL. Её симметричная скорость составляла 2,3 Мб/с и требовала амплитудно-импульсной модуляции 2B1Q, а для больших расстояний, амплитудно-фазовой модуляции без несущей, которая получила название CAP.
В основном, при использовании технологии SDSL, применяется одинаковое для обеих сторон канала оборудование, которое использовалось для построения связи точка-точка. Однако для организации корпоративных сетей были разработаны модули для многопортовых DSLAM. Но малая распространенность устройств SDSL не позволяла им конкурировать с устройствами ASDL по цене.
Вопреки расхожему мнению, SDSL может работать параллельно с телефоном, используя одну линию. Для нормальной совместной работы применяются сплиттеры. Их применение возможно при скоростях 700 Кб/с и более, тогда частоты SDSL и обычной телефонии разделены вполне достаточно. Такой подход делает технологию довольно перспективной.
На смену SDSL сегодня пришел стандарт ShDSL (Symmetric High bit-rate DSL). Единственным отличием этих стандартов является тип кодировки. В ShDSL применяется
TC-PAM, заменивший собой 2B1Q и CAP. Так же любой стандарт он имеет достоинства и недостатки. Дистанция его применения на 10-15 процентов больше, но частотное уплотнение на ShDSL не работает, поэтому приходится применять модемы с интегрированными портами IP-телефонии.
VDSL
Это самая современная технология, которая позволяет передавать данные со скоростью от 11 до 100 мБит/с (для VDSL2) с частотами 138…3750 5200…8500 кГц для «нисходящего» потока и скоростью от 1,5 до 2,3 Мбит/с и частотами 26…138 3750…5200 8500…12000 кГц для «восходящего» потока.
К достоинствам стандарта можно отнести высокую по сравнению с ADSL скорость передачи данных, простоту и низкую стоимость устройств. Относительным недостатком является небольшие расстояния передачи данных, которое не превышает 1.5 км и необходимость использовать новый кабель с хорошими волновыми свойствами. В последнее время появляются коммутаторы Ethenret – VDSL, в которых VDSL выполняет роль оптоволокна, а сам стандарт считается в своем роде удлинителем Ethernet.
Все чаще на смену ADSL приходит VDSL для этого в отдельный дом или микрорайон делают «выносы» с АТС. При этом VDSL можно запускать по новой или старой телефонной разводке.
Если использовать VDSL по обычным телефонным кабелям, то возникают серьезные ограничения. Так как SDSL ограничен сотнями кГц, а для VDSL используются частоты мегагерцового диапазона, то возможно возникновение взаимных наводок при использовании двух VDSL линий в одном кабеле. Это может привести к их полной неработоспособности.
Технологии развиваются и в ближайшее время возможно появление стандарта, который будет сочетать в себе достоинства всех рассмотренных нами технологий. И хотя для внедрения их на практике должно пройти некоторое время, предпосылки для их появления уже сформированы.
HomePNA
Данная технология развивалась по другому направлению. В отличие от xDSL, которые появились благодаря операторам связи и стали, в конечном счете, решать задачи «домашних» сетей, HomePNA изначально были разработаны для нужд бытового применения.
Эта технология возникла тогда, когда появилась необходимость связать единую сеть несколько компьютеров в двух – трех этажных американских коттеджах. Так как в таких зданиях уже присутствовала силовая и телефонная проводка, то для создания ЛВС было решено использовать именно последнюю.
Стандарт передачи данных по телефонным линиям HomePNA возник в 1998 году, как ответ на потребность рынка. Его автором стал альянс объединившихся в 1996 году производителей телекоммуникационного оборудования, который стал называться Home Phoneline Networking Alliance.
Теоретически это решение было очевидным.
HomePNA можно использовать и с телефонией и с xDSL в одной медной паре со сплиттером благодаря их частотам. В сетях HomePNA используется метод доступа к физической среде 802.3 CSMA/CD, а скорость стандарта 1.0 и 1.1 составляет 1 Мбит/c при частоте от 5,5МHz до 9.5МHz.
По сути HomePNA очень похожа на Ethernet с высокой помехоустойчивостью и действующей на большие расстояния. Добиться этого удалось благодаря методу модуляции MLCM, который включает в себя цепь, способную адаптироваться к помехам на линии и многократной кодировке одиночного битового импульса. Кроме того, имеется возможность передающей цепи в зависимости от условий работы изменять уровень сигнала.
К слову, такие же возможности есть у ADSL G.Lite и это очень удобно для массовых инсталляций.
Как правило, в домашней телефонной разводке используется топология "шина" и "дерево" и различные типы абонентских линий. Поэтому помехоустойчивость и доступная цена на сетевые адаптеры и бриджи (от $20 сетевая карта и $80-100 бридж) делал использование таких сетей выгодными.
Технология развивалась и вскоре появилась версия HomePNA 2.0. Новая версия позволяла передавать данные со скоростью 10Мбит/c и была совместима с версией 1.0 при использовании активного оборудования. Дополнительным плюсом стало использование восьмибитного метода кодирования символа и использование частотного диапазона от 2 до 30 MГц. Однако топология системы ограничивалась методом "точка-точка".
Вскоре технология заинтересовала операторов «последней мили» и для решения задач передачи данных в многоквартирном доме появились дальнобойные системы и многопортовые устройства HomePNA.
Но технолотии не удалось занять свою нишу в провайдинге. Работа устройств системы была не стабильной, а методов и способов контроля не существовало. Это привело к тому, что на территории России HomePNA не получила широкого распространения, а сама технология так и осталась решением для среднего американского коттеджа.
Даже выход новой версии стандарта HomePNA 3.0, который позволяет использовать скорости до 100 мегабит похоже не исправит положение. И хотя в некоторых частных случаях HomePNA может быть использовано, массовое применение на сегодня не целесообразно.
Прим. Редактора: Личный негативный и очень болезненный опыт (2000-2001г.г.) развития сети на базе HomePNA 1.0 и 2.0 закончился манибэками сотням пользователей, и полной заменой оборудования на Ethernet.
Cisco LRE
Почти одновременно с появлением HomePNA компания Cisco выпустила собственный стандарт, цель которого была покрыть нишу сетей для офисных зданий и кампусов. Этот стандарт получил название Cisco LRE (Long-Reach Ethernet) и его параметры были значительно выше xDSL и HomePNA. При этом Cisco LRE технически был подобен VDSL, а их аппаратура была совместима.
- 5 Мбит/с симметричный трафик, дальность до 1524 метров;
- 10 Мбит/с симметричный трафик, дальность до 1220 метров;
- 15 Мбит/с симметричный трафик, дальность до 1050 метров
Основой для создания многопортовых устройств стал Catalyst 2900XL. Это сразу позволило использовать на LRE портах преимущества стандартных функции серии QoS, VLAN. За основу абонентских Cisco 575 LRE тоже был взят ADSL-прототип.
Таким образом, в системе был реализован ряд мощных преимуществ, которые завоевали свою нишу, и система стала использоваться для построения сетей в кампусных и офисных зданиях. Даже сегодня современные системы VDSL во многом уступают уже устаревшему LRE.
Не обошлось и без недостатков, которые не позволили технологии стать массовой:
- Стоимость оборудования оказалась не конкурентно способной (стоимость порта достигала нескольких сотен долларов)
- Стоимость начальной инсталляции поднималась из-за отсутствия решения точка-точка при удобстве использования решения коммутатор – точка для развернутой сети.
- Низкая работоспособность при использовании в многопарных телефонных кабелях.
С учетом описанных недостатков, а так же факта появления недорогого VDSL не трудно понять, что для операторов Ethernet-сетей LRE-проект потерял всякую привлекательность. Использование мощной системы Catalyst 2900XL LRE целесообразно лишь при условии, что она может случайным образом достаться вам за небольшие деньги.