Тема 2.8 Технологія xDSL.

План

1. Базові поняття технології.
2. Протоколи.
3. Обладнання.
4. Налаштування з’єднання.
5. ADSL

хDSL (англ. digital subscriber line, цифрова абонентська лінія) - сімейство технологій, що дозволяють значно підвищити пропускну здатність абонентської лінії телефонної мережі загального користування шляхом використання ефективних лінійних кодів і адаптивних методів корекції спотворень лінії на основі сучасних досягнень мікроелектроніки і методів цифрової обробки сигналу.

Технології хDSL з'явилися в середині 90-х років як альтернатива цифровому абонентському закінчення ISDN.

В абревіатурі xDSL символ «х» використовується для позначення першого символу в назві конкретної технології, а DSL позначає цифрову абонентську лінію DSL (англ. Digital Subscriber Line - цифрова абонентська лінія; також є інший варіант назви - Digital Subscriber Loop - цифровий абонентський шлейф). Технології хDSL дозволяють передавати дані зі швидкостями, значно перевищують ті швидкості, які доступні навіть найкращим аналоговим і цифровим модемам. Ці технології підтримують передачу голосу, високошвидкісну передачу даних і відеосигналів, створюючи при цьому значні переваги як для абонентів, так і для провайдерів. Багато технологій хDSL дозволяють суміщати високошвидкісну передачу даних і передачу голосу по одній і тій же мідній парі. Існуючі типи технологій хDSL розрізняються в основному за використовуваної формі модуляції та швидкості передачі даних.

Служби xDSL розроблялися для досягнення певних цілей: вони повинні працювати на існуючих телефонних лініях, вони не повинні заважати роботі різної апаратури абонента, такий як телефонний апарат, факс і т. д., швидкість роботи повинна бути вище теоретичного межі в 56Кбіт/сек., і нарешті, вони повинні забезпечувати постійне підключення. Широке поширення технологій хDSL повинно супроводжуватися певною перебудовою роботи постачальників послуг Інтернету та постачальників послуг телефонних мереж, так як їх обладнання тепер має працювати спільно. Можливий також варіант, коли альтернативний оператор зв'язку бере оптом в оренду велику кількість абонентських закінчень у традиційного місцевого оператора або ж орендує певну кількість модемів у DSLAM.

До основних типів xDSL належать ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL, PDSL, RADSL, SDSL, SHDSL, UADSL, VDSL. Всі ці технології забезпечують високошвидкісний цифровий доступ по абонентській телефонній лінії. Деякі технології xDSL є оригінальними розробками, інші є просто теоретичні моделі, в той час як треті вже стали широко розповсюдженими стандартами. Основною відмінністю даних технологій є методи модуляції, які використовуються для кодування даних.

Технології xDSL підтримують декілька варіантів кодування інформації:
2B1Q: Two-binary, one-quaternary, використовується для IDSL і HDSL
CAP: Carrierless Amplitude Phase Modulation - використовується для HDSL
DMT: Discrete multitone modulation, найбільш поширений метод, відомий також як OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing)

Досягнення технологій xDSL визначаються досягненнями техніки кодування, яка за рахунок застосування процесорів DSP (цифровий сигнальний процесор) змогла підвищити швидкість передачі даних при одночасному збільшенні відстані між модемом і обладнанням DSLAM.

Таблиця 2.8.1 Порівняльний аналіз технологій xDSL

Протоколи.

Обладнання хDSL використовується для віддаленого доступу і для нього характерне використання існуючих протоколів доступу на відстань, зокрема PPP,PPTP,PPPoE,L2TP, які дають можливість повноцінного доступу до відддалених систем.

Пригадаємо характеристики деяких із них:

PPPoE (англ. Point-to-point protocol over Ethernet) - мережевий протокол канального рівня передачі кадрів PPP через Ethernet. В основному використовується xDSL-сервісами. Надає додаткові можливості (аутентифікація, стиснення даних, шифрування).

PPPoE - це тунельний протокол, який дозволяє настроювати (або інкапсулювати) IP, або інші протоколи, які настроюються на PPP, через з'єднання Ethernet, але з програмними можливостями PPP з'єднань, і тому використовується для віртуальних «дзвінків» на сусідню Ethernet-машину і встановлює з'єднання точка-точка, яка використовується для транспортування IP-пакетів, що працює з можливостями PPP.

Це дозволяє застосовувати традиційне PPP-орієнтоване програмне забезпечення для установки з'єднання, яке використовує не послідовний канал, а пакетно-орієнтовану мережу (як Ethernet), щоб організувати класичне поєднання з логіном, паролем для Інтернет-з'єднань. Також, IP-адреса по інший бік з'єднання призначається тільки коли PPPoE з'єднання відкрито, дозволяючи динамічне перевикористання IP адрес.

PPPoE розроблений UUNET, Redback Networks і RouterWare. Протокол описаний в RFC 2516. Найбільш часто використовуваний протокол.

Переваги даного протоколу.

• IP-заголовки в Ethernet середовищі ігноруються. Тобто користувач може призначити IP-адресу своєї мережевої карти, але це не приведе до «обвалу» мережі (теоретично, при роботі з мережевим концентратором не повинно відбутися «обвалу» і при зміні користувачем MAC-адреси навіть на адресу сервера, а при роботі з мережевим комутатором все залежить від конструкції комутатора).
• Кожне з'єднання відокремлено від інших (працює в своєму каналі).
• Установки (IP-адреса, адреса шлюзу, адреси DNS серверів) можуть передаватися сервером.
• PPP з'єднання легко автентифікуються і обраховуються (наприклад, за допомогою RADIUS).
• PPP з'єднання можна шифрувати. Наприклад, при роботі з мережевим концентратором (коли на кожній мережевої карти може бути видно весь Ethernet-трафік) прочитати чужий IP-трафік досить важко.,

PPTP (англ. Point-to-Point Tunneling Protocol) - протокол тунельний типу точка-точка, що дозволяє комп'ютеру встановлювати захищене з'єднання з сервером за рахунок створення спеціального тунелю в стандартній, незахищеною мережі. PPTP поміщає (інкапсулює) кадри PPP в IP-пакети для передачі по глобальної IP-мережі, наприклад Інтернет. PPTP може також використовуватися для організації тунелю між двома локальними мережами. РРТР використовує додаткове TCP-з'єднання для обслуговування тунелю.

L2TP (англ. Layer 2 Tunneling Protocol - протокол тунельованого другого рівня) - в комп'ютерних мережах тунельний протокол, що використовується для підтримки віртуальних приватних мереж. Головне достоїнство L2TP полягає в тому, що цей протокол дозволяє створювати тунель не тільки в мережах IP, але і в таких, як ATM, X.25 і Frame Relay.

Незважаючи на те, що L2TP діє на зразок протоколу канального рівня моделі OSI, насправді він є протокол сеансового рівня і використовує зареєстрований UDP-порт 1701.

Обладнання.

Передача даних за технологією ADSL реалізується через звичайну аналогову телефонну лінію за допомогою абонентського пристрою - модема ADSL і мультиплексора доступу (англ. DSL Access Multiplexer, DSLAM), що знаходиться на тій АТС, до якої підключається телефонна лінія користувача, причому включається DSLAM до устаткування самої АТС . В результаті між ними виявляється канал без будь-яких притаманних телефонної мережі обмежень. DSLAM мультиплексируются безліч абонентських ліній DSL в одну високошвидкісну магістральну мережу.

Також вони можуть підключатися до мережі ATM по каналах PVC (постійний віртуальний канал, англ. Permanent Virtual Circuit) з провайдерами послуг Internet та іншими мережами.

Варто зауважити, що два ADSL-модему не зможуть з'єднатися один з одним, на відміну від звичайних dial-up-модемів.

DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) - мультиплексор доступу цифрової абонентської лінії xDSL. З боку мережі у нього WAN-порти, а з боку клієнта - xDSL-півкомплекти (модеми), до яких підключається абонентська лінія. На іншому кінці абонентської лінії у клієнта встановлено абонентський xDSL модем або IAD (Integrated Access Device - пристрій інтегрального доступу). Останнє використовується у випадках, коли по xDSL лінії реалізується одночасна передача даних і голосу в цифровому вигляді, тобто VoDSL (Voice over DSL).

Налаштування з’єднання.

Кожен ADSL порт DSLAM-а складається з двох роз'ємів: роз'єм Line і роз'єм Phone. До першого підключається лінія (фізичний провід) , що йде до абонента з АТС. До другого - відповідний порт АТС. Тобто DSLAM мультиплексують голосовий і ADSL сигнал в одну фізичну пару (використовується частотне розділення). На стороні абонента ставиться Splitter, який має три роз'єми: Phone, куди підключається телефонний апарат; Line, для підключення лінії, що приходить з АТС і modem - для підключення ADSL модему. ADSL модеми ніякий номер не набирають, тому що ADSL сигнал не проходить через АТС. Суть саме у використанні тільки мідного дроту від будівлі АТС до клієнта.

Для встановлення з’єднання виконується налаштування модему. Клієнт підключається до модему через мережевий адаптер Ethernet і аналогічний порт модему прямим кабелем. На комп’ютері клієнта виконується налаштування доступу до мережі, як до звичайної мережі, врахувавши при цьому , що модем може видавати динамічні адреси або їх можна присвоїти статично. Здебільшого використовуються адреси класу С діапазону 192.168.0.0-192.168.1.255.

Керування модемами виконується через веб інтерфейс або по тенет сесію.

ADSL

ADSL (англ. Asymmetric Digital Subscriber Line - асиметрична цифрова абонентська лінія) - модемна технологія, в якій доступна смуга пропускання каналу розподілена між вихідним і вхідним трафіком асиметрично. Так як у більшості користувачів обсяг вхідного трафіку значно перевищує обсяг вихідного, то швидкість вихідного трафіку значно нижче. Це обмеження стало незручним з поширенням пірінгових мереж і відеозв'язку.

Організація

Передача даних за технологією ADSL реалізується через звичайну аналогову телефонну лінію за допомогою абонентського пристрою - модема ADSL і мультиплексора доступу (англ. DSL Access Multiplexer, DSLAM), що знаходиться на тій АТС, до якої підключається телефонна лінія користувача, причому включається DSLAM до устаткування самої АТС . В результаті між ними виявляється канал без будь-яких притаманних телефонної мережі обмежень. DSLAM мультиплексируются безліч абонентських ліній DSL в одну високошвидкісну магістральну мережу.

Також вони можуть підключатися до мережі ATM по каналах PVC (постійний віртуальний канал, англ. Permanent Virtual Circuit) з провайдерами послуг Internet та іншими мережами.

Варто зауважити, що два ADSL-модему не зможуть з'єднатися один з одним, на відміну від звичайних dial-up-модемів

Принцип дії

Технологія ADSL являє собою варіант DSL, в якому доступна смуга пропускання каналу розподілена між вихідним і вхідним трафіком несиметрично - для більшості користувачів вхідний трафік значно більше істотний, ніж вихідний, тому надання для нього більшої частини смуги пропускання цілком виправдано (винятками з правила є пірингові мережі , відеодзвінки та електронна пошта, де обсяг і швидкість вихідного трафіку бувають важливими). Звичайна телефонна лінія використовує для передачі голосу смугу частот 0,3 ... 3,4 кГц. Щоб не заважати використанню телефонної мережі за її прямим призначенням, в ADSL нижня межа діапазону частот знаходиться на рівні 26 кГц. Верхня ж межа, виходячи з вимог до швидкості передачі даних і можливостей телефонного кабелю, становить 1,1 МГц. Ця смуга пропускання ділиться на дві частини - частоти від 26 кГц до 138 кГц відведені вихідному потоку даних, а частоти від 138 кГц до 1,1 МГц - вхідному. Смуга частот від 26 кГц до 1,1 МГц була вибрана не випадково. Починаючи з частоти 20кГц і вище, загасання має лінійну залежність від частоти.

Такий частотне поділ дозволяє розмовляти по телефону, не перериваючи обмін даними по тій же лінії. Зрозуміло, можливі ситуації, коли або високочастотний сигнал ADSL-модему негативно впливає на електроніку сучасного телефону, або телефон з-за будь-яких особливостей своєї схемотехніки вносить в лінію сторонній високочастотний шум або ж сильно змінює її АЧХ в області високих частот; для боротьби з цим у телефонну мережу безпосередньо в квартирі абонента встановлюється фільтр низьких частот (частотний роздільник, англ. Splitter), що пропускає до звичайних телефонів тільки низькочастотну складову сигналу і усуває можливий вплив телефонів на лінію. Такі фільтри не вимагають додаткового живлення, тому мовний канал залишається в строю при відключеній електричної мережі і у випадку несправності обладнання ADSL.

Передача до абонента ведеться на швидкостях до 8 Мбіт / с, хоча сьогодні існують пристрої, що передають дані зі швидкістю до 25 Мбіт / с (VDSL), проте в стандарті така швидкість не визначена. У системах ADSL під службову інформацію відведено 25% загальної швидкості, на відміну від ADSL2, де кількість службових бітів в кадрі може змінюватися від 5,12% до 25%. Максимальна швидкість лінії залежить від ряду факторів, таких як довжина лінії, перетин і питомий опір кабелю. Також істотний внесок у підвищення швидкості вносить той факт, що для ADSL лінії рекомендується вита пара (а не ТРП) причому екранована, а якщо це Багатопарний кабель, то і з дотриманням напрями і кроку скрутки.

Поділ переданих і прийнятих даних

При використанні ADSL дані передаються по загальній кручений парі в дуплексної формі. Для того, щоб розділити рухаючись і який приймає потік даних, існують два методи: частотне розділення каналів (англ. Frequency Division Multiplexing, FDM) і луна компенсація (англ. Echo Cancelation, EC)

Частотний поділ каналів

При використанні даного механізму низькошвидкісний канал переданих даних розташовується відразу після смуги частот, що використовується для передачі аналогової телефонії. Високошвидкісний канал прийнятих даних розташовується на більш високих частотах. Смуга частот залежить від числа біт, переданих одним сигналом.

Порівняння

Ехокомпенсаціі (EC) дозволяє поліпшити продуктивність на 2 дБ, проте є більш складною у реалізації.

Переваги EC ростуть при використанні більш високошвидкісних технологій, таких як ISDN або видеотелефония зі швидкістю 384 кБіт / с. У цих випадках FDM вимагає виділення під високошвидкісної канал прийнятих даних вищих частот, що призводить до збільшення загасання та скорочення максимального відстані передачі.

Поєднання двох каналів в одному частотному діапазоні, при використанні ЄС призводить до появи ефекту власного NEXT, який відсутній при використанні FDM. Стандарт ADSL передбачає взаємодію між різним обладнанням, використовує як механізм FDM, так і EC, вибір конкретного механізму визначається при встановленні з'єднання.

Таблиця 2.8.2 Стандарти ADSL

Існують різні реалізації стандарту Annex.

Стандарт ADSL Annex A описує ADSL для передачі високошвидкісних даних спільно з аналоговою телефонією (призначений для поєднання зі звичайним телефоном).

Рисунок 2.8.1 Частотний розподіл ADSL / POTS.

При роботі з аналоговою телефонною лінією ADSL-модем використовує канали починаючи з 6-го (частота 25.875 кГц). При цьому канали з 6 по 31 використовуються для передачі даних, а канали з 38 по 255 - для отримання даних. Annex A передбачає можливість роботи по протоколу G.lite, в цьому випадку для прийому використовуються тільки канали з 38 по 127.

Annex B

Стандарт ADSL Annex B описує ADSL для передачі високошвидкісних даних спільно з ISDN-телефонією або охоронною сигналізацією.

Рисунок 2.8.2 Схема частотного розподілу ADSL Annex B

Для роботи ADSL-модему Annex B спільно з охоронною сигналізацією необхідна підтримка цього режиму з боку провайдера або оператора, що надає послугу Інтернет. Дізнайтеся у вашого оператора про можливості підключення абонентів, на телефонних лініях яких встановлена ​​охоронно-пожежна сигналізація.

Відповідно до стандарту Annex B має таке частотний розподіл ADSL / ISDN:

Рисунок 2.8.3 Частотний розподіл ADSL Annex B

У разі використання ISDN-лінії (або лінії з встановленою охоронною сигналізацією) перші 27 каналів не можуть бути використані, оскільки їх займає сигнал ISDN. Тому ADSL Annex B використовує канали з 33 по 57 для передачі даних і канали з 63 по 255 - для прийому даних, що зробило можливим його застосування і на лініях POTS з охоронною сигналізацією.

Сплиттери для кожного з цих стандартів різні.

ITU G.992.5 Annex L (також називається READSL2 + (англ. Reach Extended ADSL2 + - «далекобійний» ADSL)) - стандарт, прийнятий Міжнародним союзом електрозв'язку (ITU), який розширює можливості базового ADSL шляхом подвоєння числа біт, які виходять. Швидкість передачі даних може досягати 24 Мбіт/с на отриманні потоку і 1 Мбіт/с на вихідному потоці залежно від віддаленості обладнання провайдера (DSLAM) від устаткування клієнта.