PRI ISDN (PRA ISDN)

Primary Rate Interface (или Primary Rate Access) использует первичную телефонную линию T1 или E1, о которой говорилось в начале предыдущей главы. К услугам потребителя 23 базовых канала на T1 (полезная нагрузка 1472 кбит/с) или 30 каналов на E1 (1920 кбит/с). Остальные каналы этих линий исполняют роль служебного D-канала. Некоторые конфигурации PRI ISDN вместо обычных B-каналов по 64 кбит/с используют H-каналы (High bit-rate), объединяющие пропускную способность от 6-ти до 30-ти обычных каналов. В силу высокой стоимости аренды первичной линии, мы не будем подробно рассматривать этот вид подключения.

B-ISDN

Broadband ISDN («широкополосная ISDN») мы так же упомянём лишь для полноты картины, потому что это название часто встречается в тематических статьях.

Что касается компоновки пересылаемых данных, B-ISDN использует ячейки ATM как универсальный формат для синхронных данных (телефонных разговоров) и асинхронных (файлов) — в точности как DSL и некоторые PRI ISDN. Однако в качестве транспортного канала B-ISDN может использовать полностью синхронную сеть (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) на основе оптических кабелей, в отличие от плезиохронных, то есть «почти синхронных», линий T1/E1 (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH), и так как все передающие и приёмные устройства SDH точно синхронизированы по атомным часам, удаётся достичь скоростей 155 Мбит/с и более. В сравнении с широкополосной ISDN, традиционную ISDN иногда называют узкополосной (N-ISDN).

Справедливости ради, стоит отметить, что технология Ethernet с применением оптического кабеля достигла той же скорости 10 Гбит/с, что и самые мощные каналы SDH. При этом оптический Ethernet значительно дешевле и практически напрямую сопрягается с локальными Ethernet-сетями, в то время как B-ISDN требует всё те же сетевые терминаторы и терминальные адаптеры.

Асимметричные DSL Группа технологий под общим названием Digital Subscriber Line (или Loop) — «цифровая абонентская линия» сокращённо именуемая xDSL, в большинстве своём имеет очень отдалённое отношение к «цифровой» передаче данных и к выделенным линиям. В основу технологии DSL положен тот факт, что телефонный провод от телефонной станции к абоненту способен нести сигналы не только в диапазоне частот 0–4 кГц, используемом для телефонной связи (POTS/ТФоП — «обычный телефон»), но и значительно выше — до 1, 2, 4 и даже 12 МГц. Для передачи информации можно использовать специальный аналоговый модем, отличающийся от обычного «аналогового» V.34/V.90 лишь частотным диапазоном и модуляцией (способом представления информации в виде набора синусоидальных сигналов). Расположив аппаратуру провайдера на АТС, можно обеспечить индивидуальное высокоскоростное подключение пользователей без необходимости создания дополнительной инфраструктуры. То есть для подключения достаточно уже имеющейся у абонента телефонной линии — арендовать дополнительную линию не требуется. Хотя телефонным компаниям выгоднее торговать дорогостоящими выделенными линиями, на рынке домашнего Интернета успех может иметь только максимально доступная технология. Существующие телефонные каналы максимально просты, неприхотливы, и в то же время очень надёжны: число поломок телефона, с которыми сталкивается абонент за всю свою жизнь, по пальцам пересчитать можно. Активное оборудование, за исключением промежуточных повторителей сигнала, располагается в охраняемых помещениях: на АТС и в квартире пользователя. Поэтому проблема хищения техники не стоит так остро, как в домовых сетях, а устранение неполадок требует минимум времени и усилий. Разумеется, есть и свои недостатки. Если отдельная пара телефонных проводов представляет собой неплохую среду передачи, то несколько десятков таких проводов, уложенных вместе в одном телефонном кабеле, создают сильные перекрёстные наводки, что снижает качество сигнала, а следовательно, и скорость передачи. На скорость влияет также то обстоятельство, что высокие частоты сильнее затухают с расстоянием, то есть номинальная скорость может быть достигнута только в непосредственной близости от АТС (до 500 м) или в пределах определённого расстояния, своего для каждой технологии. Высокочастотный сигнал может блокироваться различными фильтрами для увеличения дальности работы телефона, подавления помех и эха. Работа DSL может быть невозможной на спаренной телефонной линии, на одной линии вместе с охранной сигнализацией и другими специфическими устройствами. Несмотря на использование высоких частот, полной независимости между обычными телефонными сигналами и сигналами DSL не достигается. Для этого необходимы частотные разделители («сплиттеры»), которые из одного общего сигнала в линии выделяют низкие частоты и подают их только на телефонную аппаратуру, а высокие — только на DSL-модем. На стороне АТС разделители присутствуют всегда в составе оборудования доступа. Так как самостоятельная установка разделителя по силам не каждому абоненту, чтобы не прибегать к помощи монтёров, на стороне абонента можно обойтись и без разделителя, но это ограничит максимальную скорость (см. ADSL Lite). Сложность распространения технологий DSL проистекает из той же причины, что и лёгкость развёртывания — из необходимости аренды площадей телефонной станции. Во-первых, не так-то просто провайдеру договориться о самом факте установки своего оборудования на АТС — а оборудование должно стоять на всех станциях, абонентам которых планируется предоставлять доступ в Интернет. Во-вторых, стоимость аренды может быть столь высокой, что для окупаемости потребуется либо очень много обеспеченных клиентов, либо много очень обеспеченных. Поэтому производители точек доступа (DSLAM — мультиплексоров DSL) постоянно увеличивают концентрацию портов на один мультиплексор и разрабатывают технологии выноса части оборудования за пределы телефонной станции. Соединение DSL является постоянным, то есть устанавливается модемом сразу после включения и не разрывается. Однако, в зависимости от тарифной политики провайдера, соединение может принудительно сбрасываться, например, каждые 24 часа. ADSL Asymmetric DSL называется асимметричным потому, что скорость данных из Интернета к клиенту и от клиента в Интернет не одинаковая. Технически, это обусловлено тем, что повышение скорости совмещено с повышением мощности сигнала, а мощный сигнал от абонента к АТС приводит к возникновению дополнительных наводок. К тому же, одновременная передача данных в обоих направлениях (дуплекс) реализуется в DSL, как правило, с помощью частотного разделения: в одну сторону сигнал передаётся, например, на низких частотах, в другую — на высоких. Скорость передачи зависит от ширины частотного диапазона, выбранного для данного направления. Но раз ширина всего канала ограничена частотами 26 кГц снизу и 1,1 МГц сверху, приходится выбирать, в каком направлении скорость приоритетнее. Большинство пользователей лишь потребляет данные из Интернета, отправляя туда небольшие по размеру запросы. Соответственно, высокая скорость из Интернета к типичному клиенту (нисходящий поток сигналов) намного важнее, чем в обратном направлении (восходящий поток). Вот здесь асимметричное подключение и оказывается оптимальным вариантом. Да, возможно изменение скоростных соотношений в обратную сторону, чтобы абонент мог транслировать больше информации, чем получать, но это ведёт к ухудшению спектральной совместимости с традиционными подключениями в том же телефонном кабеле и увеличению наводок между линиями, а значит, к снижению скорости и дальности. В первых версиях ADSL использовалось два частотных канала: 30–138 кГц для передачи данных от клиента и 138–1104 кГц для приёма (рис. 1а). Рис. 1. Частотный спектр сигналов ADSL с различными видами кодирования Для кодирования сигналов применялась амплитудно-фазовая модуляция с подавленной несущей частотой (по-английски — Carrier-less Amplitude-Phase modulation), являющаяся разновидностью квадратурной модуляции — Quadrature Ampliture Modulation (QAM). После 2001 года эта технология не поддерживается в новом оборудовании доступа, но уже существующее оборудование вполне могло кое-где сохраниться. Не забудьте уточнить у провайдера, какой именно модем вам потребуется. В новом стандарте ITU-T G.992.1 для представления сигналов используется многоканальное кодирование — Discrete Multi-Tone, DMT (рис. 1б). Частотный диапазон разбивается на 256 каналов шириной по 4312,5 Гц, нижние семь из которых не используются, и ещё два являются служебными. В каждом канале постоянно анализируется качество сигнала, на основании чего выбирается информационная ёмкость этого канала (число бит, передаваемых за один такт) либо канал игнорируется, если он сильно зашумлён или ослаблен. За счёт того, что тактовая частота в каждом канале составляет всего 4 кГц, технология DMT нечувствительна к переотражениям сигнала, возникающим из-за неоднородности проводов. Для кодирования сигнала в каждом канале используется та же квадратурная модуляция QAM, что и прежде. Разница в том, что если для одноканальной модуляции (Single-Channel Modulation, SCM) скорость потока и ширина спектра выбирались для всего потока в целом, то в случае с DMT то же самое происходит для каждого канала в отдельности, а вместо аналогового шумоподавления используется преимущественно цифровое. Таким образом, в любой ситуации обеспечивается максимально возможная скорость. Обратите внимание: модем старается достичь высокой скорости, но никаких конкретных значений не гарантируется. Этим технология ADSL отличается от менее скоростных, но более предсказуемых видов DSL, например, HDSL. В идеальных условиях, задействовав все 256 каналов, можно получить скорость до 15,36 Мбит/с. В реальных условиях можно рассчитывать на скорость от 64 кбит/с до 8 Мбит/с по направлению к абоненту и 16–768 кбит/с от абонента. Скорость зависит от длины кабеля и его текущего состояния. Рассчитывать на высокую скорость можно на удалении до 1,5 км от АТС. Предельным расстоянием считается 5–6 км, где ухудшение качества сигнала настолько велико, что скорость скачивания будет 128–512 кбит/с. Но даже при высокой скорости на сравнительно небольшом расстоянии, время задержки данных на одном только участке между абонентом и АТС может составлять 15–30 мс — таковы издержки на обработку сигналов. Обычно DSL-модемы, называемые также CPE (Customer Premises Equipment — «абонентское оборудование»), выполняются в виде внешних устройств с интерфейсом USB или Ethernet, но бывают и в виде плат расширения (рис. 2). Рис. 2. Абонентские устройства ADSL внешнего и внутреннего исполнения Модели USB и PCI дешевле (от 30 долл.), но требуют подключения непосредственно к компьютеру, установки на этот компьютер драйверов для соответствующей операционной системы, настройки на данном компьютере. Ethernet-версии дороже (от 50 долл.), требуют наличия сетевой карты, но не зависят от используемых компьютеров: не нужны специфичные драйверы, все настройки хранятся в самом модеме, можно легко обеспечить Интернетом нескольких пользователей, просто подключив модем к небольшому коммутатору, а часто такой коммутатор уже встроен в модем. Считается, что модемы с интерфейсом Ethernet обеспечивают чуть меньшее время задержки: выигрыш может составить до 5 мс по сравнению с USB-версией. Для работы на линии с установленной охранной сигнализацией требуются специальные модемы с пометкой «Annex B», представляющие собой видоизменённые версии обычных «Annex A» моделей с разницей в цене 10–30 долл. Видоизменение это состоит в переносе частотного диапазона передачи на участок 173–276 кГц, что также обеспечило соместимость с ISDN. ADSL Lite Чтобы максимально упростить и удешевить процедуру подключения, стандарт ADSL предусматривает коммутацию пользовательского модема напрямую к линии, без частотного разделителя. Это избавляет от необходимости выезда квалифицированного специалиста на дом к заказчику. Стандарт ITU-T G.992.2, для краткости называемый G.Lite, вместо 256 каналов использует только нижние 128 (минус зарезервированные) и, из-за худшего соотношения сигнал-шум, вместо 15 бит за такт на каждом канале передаёт только 8 бит. Таким образом, максимальная скорость к абоненту в 4 раза ниже, а от него — в 2 раза. Впрочем, многим пользователям достаточно и этого: нисходящий поток 64–1536 кбит/с и 16–384 кбит/с восходящий. Зачастую серверы в Интернете не способны передавать данные даже на такой скорости. Отличительной особенностью G.Lite является снижение мощности передатчика и отказ от использования низкочастотных каналов при поднятии телефонной трубки, чтобы уменьшить вероятность возникновения помех для голосовой связи. В обычном ADSL этого просто-напросто не требуется, так как частоты телефона и модема полностью разделены сплиттером. Полноскоростные ADSL-модемы также поддерживают G.Lite. Встречаются и «G.Lite only» модемы, но, во-первых, они далеко не всегда дешевле, а во-вторых, если вы в последствии решите перейти на более скоростной тариф, может потребоваться покупка нового модема. Так что останавливать свой выбор на низкоскоростном модеме имеет смысл, только если провайдер предоставляет его бесплатно или на льготных условиях. Или если такой модем встроен в материнскую плату компьютера (ноутбука) — говорят, в недалёком будущем модемы G.Lite будут интегрироваться вместо привычных V.34/V.90. ADSL2 и ADSL2 Lite Стандарт ITU-T G.992.3 значительно расширяет возможности обычного ADSL. Благодаря тому, что за один такт в каждом канале может быть передано более 15 бит, скорость нисходящего потока может быть увеличена до 12 Мбит/с, восходящего — до 1,5 Мбит/с. Если телефонная линия не используется для разговоров, восходящий поток увеличивается на 256 кбит/с. Оптимизирована служебная информация, размер которой теперь меняется динамически, сокращая издержки в 8 раз. Улучшены механизмы адаптации под текущее состояние канала. На длинных линиях, где скорость невысока, увеличивается эффективность кодирования: при слабой зашумлённости можно передавать на 50 кбит/с больше при том же расстоянии или увеличить расстояние на 180 м при той же скорости. В специальном режиме RE-ADSL2 (Reach-Extended — «увеличенная дальность»), называемом также «Annex L», радиус действия составляет 8,5 км при скорости 384 кбит/с. Помимо этого, в ADSL2 предусмотрено управление питанием: снижение скорости при длительных простоях (возврат в обычный режим занимает не более 0,5 мс), спящий режим при отключении всех клиентских компьютеров (пробуждение, как и начало сеанса, требует менее 3 с вместо 10 с у ADSL). Появилась возможность объединения до 4-х телефонных линий для увеличения скорости до 40 Мбит/с. Усовершенствованы механизмы тестирования линии, как двусторонние, так и со стороны провайдера, что упрощает диагностику неисправностей. ADSL2 Lite, опять же, предназначен для работы без частотного разделителя. По сравнению с ADSL Lite, новая версия не прибавляет скорость, но даёт в руки пользователя все прочие усовершенствования ADSL2. Многие модели модемов, присутствующих в продаже, уже поддерживают ADSL2, поэтому нижняя граница ценового диапазона всё та же: 30–50 долл., в зависимости от интерфейса — USB (подешевле) или Ethernet (подороже). ADSL2+ и ADSL2++ За счёт расширения частотного спектра до 2,2 МГц (512 каналов), стандарт ITU-T G.992.5 (ADSL2+) увеличивает скорость передачи до 24 Мбит/с по направлению к клиенту на коротких линиях. Но после 2,0–2,5 км скорость резко падает, сравниваясь с ADSL и ADSL2. Соответственно, и предельное расстояние то же — около 5,5 км. Как было сказано выше, серьёзную проблему для ADSL представляют перекрёстные наводки в многожильном кабеле. ADSL2+ предусматривает возможность работы только на частотах 1,1–2,2 МГц, не пересекаясь с ADSL-сигналами. Разумеется, таким образом теряется и сверхвысокая скорость. Но зато в одном доме может быть вдвое больше клиентов, получающих доступ в Интернет на полной скорости обычного ADSL. В данный момент всё ещё в стадии разработки находится очередная версия стандарта — ADSL2++, известная также как ADSL4. Цифра «4» означает, что ширина частотного диапазона и скорость увеличатся примерно в 4 раза по сравнению с ADSL. То есть обладатели очень хороших телефонных линий (интересно, много ли у нас таких найдётся?), живущие недалеко от АТС, смогут получать информацию на скорости порядка 50 Мбит/с, а отдавать до 3 Мбит/с. Модемы ADSL2+ ещё сравнительно новы, и выбор устройств дешевле 100 долл. невелик. В розничной сети удалось найти несколько моделей маршрутизаторов со встроенным 4-портовым коммутатором Ethernet по цене от 80 долл. RADSL Rate-Adaptive DSL — это не самостоятельный тип подключения, а характеристика DSL-оборудования клиента и провайдера, свидетельствующая о способности модемов адаптивно задавать скорость обмена данными, вместо того, чтобы использовать фиксированное значение. Термин RADSL употребляется в контексте асимметричных DSL-подключений. Аналогом RADSL для симметричных подключений является MSDSL. VDSL Very high bit-rate DSL разработан на замену ADSL, как более скоростная и гибкая альтернатива для абонентов, проживающих в непосредственной близости от АТС: 300–1500 м. Скорость нисходящего потока на расстоянии до 300 м теоретически может достигать 45–52 Мбит/с, на 1000 м — 26 Мбит/с, на 1500 м — 13 Мбит/с, а ещё через 200 м — не более 1,5 Мбит/с. Такая ограниченность по расстоянию объясняется использованием более высоких частот (до 12 МГц), сигналы на которых очень быстро затухают по мере удаления и становятся слабее помех. Отсутствие буквы «A» в названии говорит о том, что технология предназначена не только для асимметричной связи, но и для двусторонней передачи с одинаковыми скоростями нисходящего и восходящего потоков. Но так как для дуплексирования используется частотное разделение потоков, общая пропускная способность канала просто делится поровну между потоками, то есть максимальная скорость в симметричном режиме — 25 Мбит/с, на расстоянии 1500 м — до 6,5 Мбит/с. Из всех видов DSL, технология VDSL по своим характеристикам наиболее приближена к Ethernet, который обеспечивает 10–100 Мбит/с в обе стороны на расстоянии до 100 м. Поэтому на основе VDSL разработаны различные решения «дальнобойного Ethernet»: V-thernet и 10Base-S, известный также как Long-Reach Ethernet. Стандарт IEEE 802.3ah «Ethernet на первой миле» (или на последней миле — кому как больше нравится) расставил все эти самодельные разработки по местам, отнеся их к Ethernet ближнего действия и назвав 10Pass-TS. Здесь «10» означает передачу до 10 Мбит/с в симметричном режиме на расстоянии 1200 м, «Pass» — сокр. от pass-band, то есть работа на одной линии вместе с другими видами связи, «T» — передача по медному проводу, «S» — сокр. от short-reach («ближняя дистанция»). В этом стандарте упразднены некоторые аспекты DSL, заложенные при проектировании данного семейства протоколов, но так и не получившие практического применения. В результате, сложность устройств снизилась, а по проводам побежали почти такие же блоки данных, что в обычной сети Ethernet. Появилась возможность чередовать передачу данных, для которых минимальное время задержки важнее полного отсутствия ошибок (голос, видео), с обычными данными, нуждающимися в высокой скорости и надёжности. Данные первого типа формируют так называемый «быстрый канал», задержка в котором может составлять всего 1 мс. Если «быстрый канал» не используется, «медленный канал» с обычными данными использует всю доступную пропускную способность. Как в своё время с ADSL, повторилась битва между сторонниками одноканального (SCM) и многоканального (DMT) кодирования — производителям очень нравится тянуть одеяло на себя. В итоге опять получается, что первые VDSL-продукты с одноканальной QAM-модуляцией начинают вытесняться продуктами с поддержкой DMT (стандарт ITU-T G.993.1), порождая несовместимость. Но наша радость была бы неполной, если бы различия заключались только в этом. Ещё есть несколько способов разбиения частотного диапазона между нисходящим и восходящим потоком (рис. 3). Рис. 3. Частотный спектр сигналов VDSL различных стандартов Используемое в технологии 10Base-S разбиение (рис. 3а) подходит как для асимметричного подключения, так и для симметричного с приоритетом нисходящего потока, потому что при снижении качества сигнала на высоких частотах пострадает только восходящий поток. Схема «A» стандарта G.993.1, адаптированная из документа ETSI Plan 997, выделяет 4 промежутка (рис. 3б). Такое разбиение тоже универсально и обеспечивает лучшие гарантии симметричности. В схеме «B» (ETSI Plan 998) похожая картина, только для нисходящего потока выделяется больший диапазон, сохраняя, впрочем, достаточно высокую скорость восходящего потока — именно то, что нужно большинству пользователей (рис. 3в). Примечательно в схеме «B» и то, что самый нижний диапазон, возможно, будет использоваться и в ADSL2++. Схема «C», известная также как схема «Fx» имеет плавающую граничную частоту, которая выбирается в соответствии с потребностями абонента: соотношение скоростей нисходящего и восходящего потоков может быть почти любым (рис. 3г). Многоканальное кодирование (DMT) в этом плане ещё гибче: полос может быть и три, и четыре, и пять, и шестиполосные устройства уже не за горами. В принципе, не так уж и важно, какую именно технологию выберет провайдер. Проблема в том, что если конкурирующие провайдеры станут использовать разные технологии, взаимные наводки в соседних жилах кабеля будут гораздо сильнее, чем при сохранении единообразия. Цены на VDSL-модемы начинаются от 90 долл. за модель с интерфейсом Ethernet. VDSL+ и VDSL2 Не успели производители прийти к единому мнению относительно первой версии стандарта, как уже на подходе новые разработки. VDSL+ использует четырехполосное кодирование в диапазоне до 12 МГц, что обеспечивает совместимость с существующими продуктами, построенными по той же схеме, и добавляет пятую полосу 12–30 МГц для нисходящего потока. На коротких дистанциях это позволяет достичь скоростей до 200 Мбит/с по направлению к клиенту. Проект стандарта VDSL2 пока ещё находится в зачаточном состоянии. Известно лишь, что в нём будет применяться многоканальное кодирование (DMT) и что базироваться он будет на принципах современной версии VDSL и ADSL2.