как работают вещи

Как работают вещи: статьи и обзоры

Главная | Форум | Как работают вещи | Знаки | Энциклопедия | Каталог сайтов | Карта | Статистика | Подписка





































Ух ты!
оказывается, Царскую водку не то что пить нельзя, а даже и подходить то близко к ней не стоит ... подробнее







Rambler's Top100




Как работают вещи: статьиКомпьютерыУстройство & периферия

Как работает xDSL модем


Юрий Кученко, 12 апреля 2005 г.

Начнем мы разговор с ответа на вопрос, который задают практически все, кто имеет определенное представление о системах передачи данных, но впервые сталкивается с xDSL: «Почему ADSL-соединение значительно быстрее по скорости моего модема, хотя использует ту же самую телефонную линию?»

Дело в том, что «медный провод», приходящий в квартиру, подключен к телефонной станции, которая настроена на обработку сигналов с частотой порядка 4 kHz, вполне достаточной для передачи голоса. Обычный модем просто подстраивается под возможности телефонной сети, а потому в лучшем случае не может иметь скорость обмена более 56 Kbps.

Однако технические возможности самой «медной пары» нередко гораздо шире, ее полоса пропускания превышает 1 MHz, и поэтому через нее зачастую (см. врезку о параметрах линии) оказывается возможным «гонять» данные на мегабитных скоростях. Определенные разновидности xDSL позволили побороть наиболее досадную (кроме низкой скорости соединения, конечно) издержку коммутируемого доступа – вечно «занятый» телефон.

Сразу успокоим и тех, кто привык искать в каждом новшестве подвох, – это отнюдь не «бесплатный сыр», услуга доступа обойдется дороже обычного dial-up, да и стоимость оборудования, несмотря на наметившееся снижение цен абонентских комплектов, еще не сравнилась со стоимостью внешнего аналогового модема. По сути, никакого чуда нет. На новую ступень развития удалось перейти благодаря технологиям, основанным на современных методах цифровой обработки сигналов, разработанных специально для витых пар проводов. Если при использовании стандартной аналоговой телефонной службы абонент набирает номер, который позволяет коммутационному оборудованию телефонной сети установить соединение с другим абонентом или модемом, и в случае обрыва связи для установки соединения абонент должен снова набрать номер, то соединение xDSL является постоянно включенным, непрерывно связывающим абонентское оборудование с мультиплексором доступа.

Ох уж эти линии

Использование существующих медных абонентских линий не только для предоставления традиционной телефонной связи в очень узкой, хотя и достаточной для вполне качественной передачи голоса полосе звуковых частот, но и для высокоскоростного обмена данными является одним из основных и очевидных преимуществ технологий xDSL. В то же время существующая кабельная телефонная сеть, мягко говоря, не является идеальной базой для развертывания высокоскоростных систем передачи. Способность витых пар медных проводов (так называемая «лапша» – прерогатива квартирной проводки), собранных в кабель, передавать информацию зависит от физических параметров этих проводов, в частности от сечения и длины телефонной линии. Чем меньше сечение проводов и чем длиннее линия, тем большее затухание претерпевает передаваемый по ней электрический сигнал. Затухание возрастает и с повышением его частоты. Предельную длину используемой линии определяет максимально допустимое затухание передаваемого сигнала. Гармонические искажения появляются в случае ограничения сигнала или его нелинейного преобразования. Так как сигналы с различными частотами передаются по телефонной линии с разной скоростью, возникают искажения, связанные с фазовой задержкой. В том случае если характеристический импеданс абонентской линии неравномерен по всей ее длине (что может произойти, например, вследствие использования вставок кабеля с проводами различного сечения и при разнообразных кабельных повреждениях), может произойти отражение передаваемого сигнала (так называемые потери на отражение), оказывающие отрицательное влияние на сложные схемы модуляции.

Но и это не все. Для предотвращения проникновения в линию помех от внешних источников, появления шумов и перекрестных помех «пара» должна иметь хорошую симметрию между проводами, а также между каждым из них и «землей». Плохая симметрия может вызвать не только искажения, но и шумы и перекрестные помехи. Причем проблемы последней группы становятся все более серьезными по мере увеличения частоты.

Линии подвержены шумам и помехам нескольких видов. К ним относят: «белый шум», перекрестные помехи на ближнем и дальнем конце линии, радиочастотные помехи и импульсные шумы.

«Белый шум» обычно становится проблемой, когда к телефонной линии подключено различное электронное оборудование, например кодеры-декодеры, мультиплексоры и т. п. Технические параметры такого оборудования должны быть такими, чтобы поддерживать отношение сигнал/шум в допустимых пределах. Перекрестные помехи появляются, когда сигналы, передаваемые по одной паре проводов, наводятся в соседней. Эта проблема становится важной при значительной скорости передачи данных, и особенно в том случае, когда по большому количеству абонентских линий в пределах одного кабеля организована высокоскоростная передача данных. Степень воздействия перекрестных помех на хDSL-систему зависит от качества кабеля, количества используемых в нем пар и частотного диапазона, в котором передается сигнал. И наконец, импульсные помехи, вносимые различными электромагнитными устройствами, например линиями питания, трансформаторами и т. п. Очевидно, что чем длиннее линия, тем в большей степени она подвергается воздействию помех. Причем опыт работы с dial-up на отечественных линиях подсказывает, что импульсные помехи могут привести к появлению проблем не только с высокоскоростной, но и с низкоскоростной передачей данных и телефонией.

В рамках статьи мы не имеем возможности все указанные факторы «разложить по полочкам», оценить степень их мешающего воздействия и прокомментировать результаты на примере аудита нескольких реальных линий. Кроме того, пользователь может никогда и не столкнуться с проблемами, связанными с качеством линии, – в большинстве случаев их решит оператор за время от получения заявки абонента до подтверждения им готовности предоставить услугу.

Так что же представляют собой технологии xDSL?

Пополняемое семейство технологий DSL (Digital Subscriber Line, цифровая абонентская линия) является достаточно новым и позволяет эффективно утилизировать полосу пропускания медных телефонных линий. Благодаря многообразию xDSL пользователь может выбрать для себя подходящий вариант по скорости приема/передачи данных – от 32 Kbps до более чем 50 Mbps. И в первую очередь выбор будет основываться на типе и количестве имеющихся у пользователя пар, их качестве и протяженности. При этом следует определиться с необходимостью одновременного использования и аналоговой телефонной связи, и цифровой высокоскоростной передачи данных по одним и тем же линиям, соединяющим телефонные станции с абонентами.

Попробуем классифицировать представителей данного семейства и определить, что из полезного для нас скрывается за «иксом» с точки зрения занимаемого технологией диапазона частот в кабеле и обеспечиваемого максимального расстояния.

На данный момент все многообразие устройств можно разделить на два класса: симметричные и несимметричные. Первые, как правило, требуются крупным компаниям для налаживания равноправного обмена. Например, SHDSL-оборудование изначально нацелено на решение задач, требующих высокой надежности передачи данных с гарантированным качеством обслуживания. Передачи симметричных потоков данных в обе стороны необходимы, например, при многоканальном голосовом обмене и для видеоконференц-связи. Вторые отражают суть работы с IT-технологиями мелких компаний, филиалов, удаленных офисов и частных пользователей – большая часть трафика загружается из Сети, от клиента зачастую исходят лишь запросы на получение информации и отсылаются квитанции-подтверждения. Поэтому вполне закономерно, что по числу подключенных клиентов ADSL стала наиболее востребованной и массовой технологией широкополосного удаленного доступа в мире.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line, асимметричная цифровая абонентская линия) является технологией, позволяющей превратить витую пару телефонных проводов в тракт высокоскоростной передачи данных.

Схема подключения по технологии ADSL довольно проста. На окончаниях действующей телефонной линии устанавливаются специальные устройства (сплиттеры) – на АТС и в офисе (квартире) абонента. На дальнем конце абонентского окончания должен располагаться так называемый мультиплексор доступа ADSL – DSLAM. Этот мультиплексор выделяет подканалы из общего и отправляет голосовой подканал на АТС, а высокоскоростные каналы данных – на маршрутизатор, подсоединенный к мультиплексору.

К абонентскому сплиттеру подключают обычный аналоговый телефон и клиентский ADSL-модем, который может выполнять функции маршрутизатора (router) или моста (bridge) между локальной сетью абонента и пограничным маршрутизатором провайдера.

Одно из главных преимуществ технологии ADSL по сравнению с аналоговыми модемами и протоколами ISDN HDSL и SHDSL – то, что поддержка голоса никак не отражается на параллельной передаче данных по двум быстрым каналам. Это связано с тем, что ADSL основана на принципах разделения частот, благодаря чему голосовой канал надежно отделяется от двух других каналов передачи данных.

Оборудование ADSL, размещенное на АТС, и абонентский ADSL-модем, подключаемые к обоим концам телефонной линии, образуют три группы каналов (три поддиапазона) передачи данных и телефонии: высокоскоростную из сети в компьютер (скорость – от 32 Kbps до 8 Mbps); скоростную из компьютера в сеть (скорость – от 32 Kbps до 1 Mbps) и простой канал телефонной связи, по которому передаются обычные телефонные разговоры.

В рамках первых двух групп для передачи данных используется устойчивая к узкополосным помехам и шумам технология DMT (см. выше), в соответствии с которой вся свободная от телефонии полоса (от 26 kHz до 1,1 MHz для базовой технологии и до 2,2 MHz для ADSL2+) делится на элементарные каналы шириной немногим более 4 kHz, и разные несущие одновременно переносят различные части передаваемых данных. Величина максимально достижимой скорости передачи/приема данных при этом, повторимся, зависит от длины и качества телефонной линии.

Алгоритмы, алгоритмы…

Основные положения метода модуляции DMT (Discrete Multi Tone) были сформулированы и запатентованы специалистами Amati Communications еще в начале 1990-х гг. С 1993 г. технология стандартизирована ANSI в качестве метода линейного кодирования для систем передачи данных. Сложности технической реализации этого метода на первоначальном этапе развития DSL-технологий ограничивали область его возможного применения. Однако на настоящий момент DMT является одной из основных схем модуляции для технологий ADSL и VDSL.

DМТ использует не одну, а группу частот несущих колебаний. Весь расчетный частотный диапазон линии делится на несколько участков шириной по 4,3125 kHz. Каждый из них используется для организации независимого канала передачи данных. На этапе проверки качества линии передатчик, исходя из уровня помех в частотном диапазоне участка, для каждого из этих каналов выбирает подходящую модуляционную схему. На «чистых» каналах с малым уровнем шумов могут быть использованы «продвинутые» методы модуляции с высоким уровнем, например QAM 64, на более зашумленных участках – попроще, типа QPSK. Такой принцип регулирования скорости обмена позволяет наиболее точно согласовывать параметры модулированного сигнала с параметрами линии, по которой он будет передаваться. При передаче данных информация распределяется между независимыми каналами пропорционально их пропускной способности, приемнику остается выполнить операцию демультиплексирования и восстановить исходный информационный поток.

Модемы и шлюзы доступа, первые впечатления

Базовые модели модемов, взятые нами в качестве «хардверной» иллюстрации к теме широкополосного доступа, оказались весьма схожими по основному набору реализуемых функций. Их главная задача – обеспечить организацию взаимодействия между оборудованием провайдера и внутренней сетью как в режиме моста, так и в режиме маршрутизатора. Их «старшие братья», несколько более продвинутые устройства тех же линеек, были собраны с той целью, чтобы продемонстрировать, как в рамках одной «коробочки» можно решить задачу не только «последней мили», но и «последних футов», – подключить к ним все многообразие типовых устройств с различными интерфейсами. Забегая вперед, следует признать, что и при апробации модемов на тестовой ADSL-линии с фиксированной полосой нисходящего/восходящего трафика (256/128 Kbps), выбранной нами среди предлагаемых тарифных планов, были получены практически одинаковые результаты по скорости и задержкам при доступе к различным серверам Сети. Этот факт позволяет лишний раз подчеркнуть: скорость доступа должна соответствовать задачам, решаемым с его помощью.

С точки зрения ADSL-параметров модемами как минимум обеспечивалась поддержка протоколов связи G.DMT (8/1 Mbps), G.Lite (1,5 Mbps/512 Kbps) и алгоритма автоматического согласования протокола и скорости в соответствии с G.Hs. Не очень отличались друг от друга и списки базовых установок ATM-параметров. Во внутренней LAN все модемы позволяли воспользоваться механизмами статической или динамической адресации подключаемых устройств.

Несколько больше различий обнаружилось в перечне настроек системы обеспечения безопасности. В данном случае «обязательная программа» включала в себя возможности по организации трансляции адресов/портов (NAT/PAT) и контроля за доступом на основе элементарных правил фильтрации трафика.

Для всех устройств предусмотрено как минимум два основных варианта администрирования: по HTTP-протоколу и с использованием Telnet. Отметим, что процесс конфигурирования с помощью Web-браузера представляется нам более легким из-за присутствия в меню пункта «мастер настроек», позволяющего пройти все основные этапы за несколько минут. Фактически со стороны телефонной линии потребовалось правильно выбрать режим работы (Router/Bridge), инкапсуляцию (PPPoE), значения VPI (Virtual Path Identifier, идентификатора виртуального пути) и VCI (Virtual Channel Identifier, идентификатора виртуального канала), определить требования к поддержке ATM QoS, указать мультиплексирование на базе LLC и для доступа к провайдеру без ошибок ввести записанные в договоре на услуги логин и пароль. Хотя, как это уже было замечено в одной из предыдущих статей, на данный момент в большинстве случаев пользователю не придется повторять наш путь – абонентское оборудование, как правило, настраивается провайдером, проверяется и выдается уже в готовом для подключения к линии виде. Поэтому нам остается лишь обратить внимание читателей на некоторые особенности представленных моделей и отметить наиболее яркие моменты их эксплуатации.

Кроме обеспечения защиты сетей SOHO-пользователей от атак из Интернета с помощью NAT, D-Link DSL-500T поддерживает VPN в режиме pass-through. Виртуальный сервер применяется для перенаправления сервисов на несколько серверов. Маршрутизатор может быть настроен таким образом, что отдельные FTP, Web и игровые серверы будут совместно использовать один, видимый извне, IP-адрес и в то же время останутся защищены. В ряде случаев, например для нужд электронной коммерции, понадобится перенаправить входящие пакеты из Сети на определенный сервер или рабочую станцию. Организовать этот процесс можно с помощью режима DMZ, который при грамотной настройке не снижает безопасность внутренней локальной сети. В отличие от собственно модема D-Link DSL-G604T дополнительно оснащен 4-портовым коммутатором и беспроводным интерфейсом стандарта 802.11g, для которого обеспечивается три метода организации безопасности беспроводной сети: WEP, 802.1X и WPA. Настройка устройства не вызвала проблем: так, входящие в состав меню пункты выполнены по стандартным для этого вендора логическим схемам, неоднократно описанным на страницах нашего журнала для маршрутизаторов и точек доступа.

Линейка ADSL-устройств под торговой маркой Dynamix начинается младшей и наиболее простой моделью Dynamix UM-A, позволяющей организовать доступ в Сеть как будучи подключенной по Ethernet к внутренней LAN, так и непосредственно к порту USB 1.1 компьютера. Работая с этим устройством, мы обратили внимание на достаточно оригинальное, сведенное в табличную форму представление информации о результатах анализа состояния модема и о прохождении диагностических тестов, причем рядом с каждой отметкой находился пункт вызова контекстной справки с рекомендациями по устранению возможных ошибок. В отличие от остальных рассмотренных нами устройств подробные данные журнала работы модема можно сохранить в виде текстового файла. Оригинальность логики администрирования проявилась и в достаточно нетривиальной ситуации: после всех настроек модемы настоятельно рекомендуется перегрузить, и если в моделях от D-Link и ZyXEL для этого существуют отдельные пункты меню, то в устройствах Dynamix без перезагрузки из режима, например, «мастера настроек» к пунктам расширенного меню перейти просто не удастся.

Хотя перед нами не ставилась задача отследить все многообразие линеек всех вендоров, присутствующих на ADSL-рынке Украины, нелишним будет отметить, что в линейке продуктов Dynamix недавно появился достаточно оригинальный продукт – ADSL-маршрутизатор DYNAMIX UM-A4/PL с 4-портовым коммутатором и поддержкой не требующей разрешения от органов радиочастотного надзора технологии передачи данных по сетям питания – PowerLine, позволяющей избежать прокладки дополнительных проводных коммуникаций, к примеру, во временном офисе.

Семейство устройств от ZyXEL было представлено моделью ADSL-to-LAN начального уровня ZyXEL OMNI ADSL LAN EE и решением класса «все в одном» – шлюзом ZyXEL P-662HW, ориентированным на создание базовой сетевой инфраструктуры офисов и филиалов компаний. Ввиду того что со стороны АТС у провайдера, как нам стало известно, установлен DSLAM от этого же производителя, мы невольно приняли работу OMNI ADSL LAN EE за образец, а остальные устройства стали сравнивать с ним, ожидая проявления «межвендорского антагонизма». К чести всех участников обзора, ни в одном из случаев подобного заметить не удалось, что является дополнительным подтверждением того, что разработчиками этих компаний соблюдались требования, изложенные в основных стандартах и рекомендациях на ADSL.

ZyXEL Prestige-662HW представляет собой сочетание модема ADSL2+ с 4-портовым коммутатором и беспроводной точкой доступа по IEEE 802.11g+; его особенность – усиленные функции безопасности. К ним, помимо привычных средств, следует отнести межсетевой экран с контролем состояния SPI (Stateful Packet Inspection), средства для организации VPN-туннелей (функции IPSec VPN, до 20 туннелей с возможностью ручного управления ключами/IKE, аппаратной поддержки DES/3DES/AES и механизмов аутентификации SHA-1/MD5 с аппаратным шифрованием данных по протоколам DES и 3DES). Вдобавок ко всему в микропрограмму интегрирован антивирусный фильтр с небольшой поисковой базой.

Модем поддерживает режим автоматической настройки на провайдера и локальную сеть (Zero Configuration). Кроме привычного способа настройки шлюза через LAN, получить доступ к устройству оказалось возможным через гнездо CON/AUX, причем в другом режиме переключателя с его помощью, по утверждению разработчика, можно организовать резервирование ADSL-соединения. При использовании «родных» беспроводных адаптеров ZyXEL G-360 EE и G-162 EE, работающих по протоколу 802.11g+, гарантируется взаимодействие на скоростях до 100 Mbps, с устройствами других вендоров – «обычные» 54/11 Mbps. Соединения защищаются по WEP/WPA с возможностью организации аутентификации в соответствии с IEEE 802.1x, RADIUS.

Интересно, что для подключения к широкополосному доступу помещений, подключенных к пульту вневедомственной охраны, ZyXEL выпускает модемы с расширением Annex B, допускающие беспрепятственную работу одновременно голосового, широкополосного цифрового доступа и охранного (или ISDN) каналов.

Выводы

Итак, принять решение о том, стоит ли доверять «телефонной меди», не такая уж сложная задача. C технологической точки зрения основными аргументами «за» для перехода на широкополосный хDSL- и, в частности, на ADSL-доступ станут следующие.

Во первых, возможность использования для ADSL уже существующей линии. После установки модемов ADSL вы получаете постоянное соединение, готовое к работе в любой момент.

И во-вторых, высокая скорость передачи данных. В ближайшие годы можно ожидать увеличения скорости нисходящего потока до 48–52 Mbps, а восходящего – до 3–4 Mbps. Уже сегодня базовая технология ADSL позволяет провайдерам предоставлять своим пользователям услуги, скорость передачи данных которых более чем в 100 раз превышает скорость аналогового модема. В отличие от кабельных цифровых сетей, в среде которых происходит разделение доступной полосы пропускания между всеми потребителями, технология ADSL предусматривает, что линия задействована только одним пользователем.

Помимо грядущего изменения функциональности персонального доступа в Сеть, спрос на broadband будут формировать и многочисленные онлайн-сервисы, количество которых за последний год увеличилось в несколько раз. Среди них прежде всего цифровое телевещание, Video-on-Demand, а также доступ к видеотекам с качественным контентом большого объема. Даже несмотря на неполную востребованность скоростей широкополосных соединений, которая наблюдается сегодня, спрос на хDSL-продукцию продолжает расти. И если пока для частных пользователей ее основное предназначение – копирование файлов с одного ПК на другой или обращение к игровым и медиасерверам провайдера, то с распространением бытовой техники новых поколений быстро появятся новые сферы применения. Рост продаж домашней аудио- и видеоэлектроники, способной воспроизводить контент в потоковом режиме, неизбежно ужесточит требования к пропускной способности сетевых соединений.

В итоге, по оценкам JupiterResearch, к 2009 г. подавляющему большинству пользователей домашних сетей будет необходима пропускная способность не менее чем 57 Mbps, а Yankee Group утверждает, что к 2008 г. объемы продаж сервисов, построенных на базе broadband, достигнут отметки 475 млрд долл. (itc.ua/19633). Интересно, какая же доля в этом будет принадлежать Украине?

Редакция благодарит представительства D-Link и ZyXEL, компанию «Вектор» за помощь в подготовке материала, а также компанию «Интер-Телеком» за предоставленный тестовый ADSL-доступ 256/128 Kbps


Источник: Еженедельник «Компьютерное Обозрение»







Смотри также:
Как устроен и работает модем
Принципы работы поисковой машины Рамблер
Как работает асинхронный спутниковый интернет
Как работает протокол IP
Как работает глаз
Как работает GPRS
Как работают каналы RSS
Как работает вебкамера
Как работает технология WiMax
Как работает WiMax модем


Loading...


Новые статьи на сайтах портала:
Как организм сжигает жир?
    Как работают вещи: статьиЧеловекОрганизм человека /
Как создали светящиеся растения?
    Как работают вещи: статьиТехнологииНовые технологии /
Как светится светлячок?
    Как работают вещи: статьиМир вокругЖивотный мир /
Как работает большой адронный коллайдер
    Как работают вещи: статьиТехнологииИсследование мира /
Как нестандартно использовать вилку?
    Как работают вещи: статьиТвой домСвоими руками /
Как вилка покорила мир?
    Происхождение знаковПроисхождение традицийЗастольные /
Как работает дополненная реальность?
    Как работают вещи: статьиТехнологииНовые технологии /


Новые комментарии:

  Гостевая книга:
PatrickSix : purchase at lowest price Sten...
PatrickSix : cheapest prices Altace in Can...
Статья Как работает зелёнка?:
VL : Зеленка лечит именно своим цве...
Статья Откуда взялась Лошадиная сила:
Noop-Noop : На самом деле Джеймс Уатт явля...
Статья Почему нельзя делить на ноль?:
Статья просто супер, как впрочем и содержание всего сайта : Спасибо!!!
Статья Почему в неделе 7 дней:
Йцук : А класно!!!
Статья Как работает банан:
банан : у меня нет клонов, и я не ябло...
Статья Как работает торрент:
Горький : Зачем бороться с пиратством? П...
Определение Дурак:
Георгий : ...durus,dura,durum-твёрдый,тв...





© 2008-2011 Всё, права защищены.
Интернет-журнал "как работают вещи"
Вопросы и предложения ждем по адресу ashestopalov@yandex.ru

Главная | Как работают вещи | Знаки | Энциклопедия
Каталог сайтов | Карта | Все статьи раздела | Статистика | Новости
Авторы | Авторам