183499 (Математическое моделирование услуг Интернет), страница 7

Рисунок 2.6 – Схема разделения частотных модуляций в телефонной линии

Как видно из рисунка, голосовые частоты (1) совершенно не задействованы в приеме/передаче данных, и используются исключительно для телефонной связи. Полоса частот приема данных (3) четко разграничена с передающей полосой (2). Таким образом, на каждой телефонной линии организуются три информационных канала - исходящий поток передачи данных, входящий поток передачи данных и канал обычной телефонной связи. Технология ADSL резервирует полосу частот шириной в 4 КГц для использования обычной телефонной связи или POTS - Plain Old Telephone Service (простая старая телефонная связь). Благодаря этому телефонный разговор реально можно вести одновременно приемом/передачей не снижая скорости пересылки данных. И при отключении электроэнергии телефонная связь никуда не исчезнет, как это бывает при использовании ISDN на выделенном канале, что, безусловно, является преимуществом ADSL.

Рисунок 2.7 – Схема организации связи по технологии ADSL.

Чтобы сделать цифровую высокоскоростную линию, к окончаниям «медной пары» подключаются специальные цифровые устройства (сплиттеры или микрофильтры) — один на АТС, другой в квартире абонента– которые обеспечивают одновременную работу в линии телефона и Интернета. Один выход станционного сплиттера подключен с АТС, а другой к мультиплексору (DSLAM), связанному с Интернетом. Абонентский сплиттер устанавливается у входа в квартиру, от него идут два провода — один к ADSL-модему, а другой ко всем телефонным розеткам. Более удобной для абонента является схема подключения с микрофильтрами, когда модем подключается к линии напрямую, а все телефоны, факсы и пр. аналоговые устройства подключаются к линии через микрофильтры (рис.2.7). Они используются также для повышения надежности телефонной связи. Микрофильтры эффективно разделяют аналоговые и цифровые составляющие связи между собой, не исключая при этом совместной одновременной работы на одной паре проводов.

Но что же происходит в линии? Вся полоса пропускания «медной пары» с помощью сплиттера (микрофильтра) делится на два диапазона: низкочастотный для телефонной связи и высокочастотный для передачи данных.

Высокочастотный диапазон разбивается на 247 отдельных каналов, каждый с пропускной способностью 4 кГц (рис.2.8). Если отвлечься от технических деталей, то это можно представить себе так, как будто между абонентом и зданием АТС проложено 247 независимых телефонных линий. Часть из них служит для приема входящего потока (от Интернета к абоненту), часть — для исходящего потока. Система управления построена так, что все-время идет мониторинг состояния каждого канала, и информация направляется в те из них, которые обладают наилучшими характеристиками.

Рисунок 2.8 – Разделение полосы пропускания на два диапазона.

Технология ADSL является асимметричной. Скорость входящего потока данных в разы больше, чем скорость исходящего потока данных, что логично, так как пользователь всегда больше информации закачивает, чем передает. И скорость передачи, и скорость приема у технологии ADSL значительно выше, чем у ее ближайшего конкурента ISDN. Почему? Казалось бы, что система ADSL работает не с дорогостоящими специальными кабелями, представляющими собой идеальные каналы для передачи данных, а с обычным телефонным кабелем. Но ADSL ухитряется создавать каналы высокоскоростной передачи данных по обычному телефонному кабелю, при этом показывая результаты более высокие, чем ISDN.

Высокая скорость приема/передачи достигается следующими технологическими приемами. Во-первых, передача в каждой из зон модуляции изображенных на рисунке 2 в свою очередь подразделяется еще на несколько частотных полос - так называемый метод разделения полосы пропускания, который позволяет передавать несколько сигналов по одной линии одновременно. Получается, что информация передается или принимается одновременно через несколько зон модуляции, которые называются несущими частотными полосами - метод, давно используемый в кабельном телевидении и позволяющий смотреть несколько каналов по одному кабелю при использовании специальных преобразователей. Этот процесс называют так же частотным уплотнением линии связи (Frequency Division Multiplexing - FDM). При использовании FDM диапазоны приема и передачи делятся на множество низкоскоростных каналов, которые в параллельном режиме обеспечивают прием/передачу данных.

Вторым способом ускорения пересылки данных, особенно при приеме/пересылке больших объемов однотипной информации является использование специальных аппаратно-реализованных алгоритмов сжатия с коррекцией ошибок. Высокоэффективные аппаратные кодеки позволяющие сжимать/разжимать большие массивы информации - вот один из секретов скоростей показываемых ADSL.

В-третьих, ADSL использует на порядок больший диапазон частот по сравнению с ISDN, что позволяет создавать значительно большее количество параллельных каналов передачи информации. Для технологии ISDN стандартным является диапазон частот 100 КГц, тогда как ADSL использует диапазон порядка 1,5 МГц. Разумеется, телефонные линии большой протяженности, особенно отечественные, ослабляют сигнал приема/передачи модулированный в таком высокочастотном диапазоне весьма значительно. Так на расстоянии в 5 километров, что является пределом для данной технологии, высокочастотный сигнал ослабляется на величину до 90 дБ, но при этом все еще продолжает уверенно приниматься аппаратурой ADSL, что требуется по спецификации. Это заставляет производителей оснащать ADSL модемы высококачественными аналого-цифровыми преобразователями и высокотехнологичными фильтрами, которые могли бы в той мешанине хаотических волн, которую принимает модем выловить цифровой сигнал. Аналоговая часть ADSL модема должна иметь большой динамический диапазон приема/передачи и низкий уровень шумов при работе. Все это несомненно сказывается на конечной стоимости ADSL модемов, но все равно, по сравнению с конкурентами затраты на аппаратную часть ADSL для конечных пользователей значительно ниже [26].

2.3.4 Оборудование, используемое при подключении ADSL

Чтобы реализовать технологию ADSL, провайдеру необходимо установить на Вашей АТС (автоматической телефонной станции) специальное оборудование — мультиплексор DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), а пользователю следует приобрести ADSL-модем и Splitter (разделитель, фильтрующий высокочастотный сигнал, который может создавать помехи на линии). После этого, все сигналы, идущие по абонентской телефонной линии, будут разделяться при помощи специальных фильтров-сплиттеров (Splitter) на обычную аналоговую речь и цифровые данные. На стороне телефонной станции аналоговый сигнал пойдет на PSTN-оборудование ATC, цифровой — на мультиплексор DSLAM, а затем — через АТМ-коммуникатор к Интернет-провайдеру. На стороне абонента к сплиттеру соответственно будет подключен с одной стороны аналоговый телефон, а с другой — ADSL-модем (рис.2.9).

Рисунок 2.9 – Схема подключения ADSL-модема у абонента (вид сзади).

На своей стороне провайдер также устанавливает ADSL-модем. В результате образуется три канала связи, как упоминалось ранее, посредством одной телефонной линии, а именно: скоростной канал передачи данных из сети в компьютер со скоростью до 8 мегабайт в секунду, обратный канал передачи данных из компьютера в сеть с невысокой скоростью, достигающей 1 мегабайта в секунду (свойство асимметричности), а также обычный канал телефонной связи, позволяющий осуществлять телефонные разговоры даже во время доступа в Интернет. Последнее свойство является следствием того, что обмен данными между ADSL-модемами идет на трех различных диапазонах частотной модуляции, при этом голосовые частоты остаются незадействованными. Свобода линий наряду с более высокой скоростью - главные достоинства ADSL по сравнению с коммутируемым доступом. Правда, необходимо учитывать, что конкретная скорость передачи данных все же находится в прямой зависимости от длины телефонной линии. Примерная скорость связи в зависимости от расстояния при сечении провода 0,4 мм приведена в таблице 2.2.

Таблица 2.2- Зависимость скорости передачи информации от расстояния.

Кроме этого, на скорости связи также отражается состояние и качество самой линии, а именно: сечение медного провода, наличие кабельных отводов и т.д. Характеристики линии ухудшаются с увеличением его длины и уменьшением сечения провода.

Несмотря на то, что технология ADSL использует в качестве каналов для передачи информации обычные телефонные линии, соединение с провайдером осуществляется при помощи специального ADSL-модема. Поэтому нужно помнить, что использование факс-модемов для любого ПК, ставшие уже традиционным, для этой цели категорически не подходят[30].

2.3.4.1 Разновидности ADSL-модемов

Глобально все существующие на рынке модели ADSL-модемов подразделяются на два больших класса продуктов, принципиально отличающихся друг от друга интерфейсом подключения. Среди всего многообразия устройств выделяют модемы, использующие для соединения с ПК шину USB или порт сетевой карты Ethernet. Однако, поскольку на этом их отличия друг от друга не заканчиваются, познакомимся с каждым классом отдельно.

USB-модемы изначально разрабатывались как решения, ориентированные в первую очередь на бюджетный сегмент рынка и массового потребителя. Отсюда - их очевидные достоинства и недостатки. Главным преимуществом подобных моделей, безусловно, является сравнительно низкая цена. Однако необходимо соотносить возможности приобретаемого продукта с задачами, которые ему предстоит решать.

USB-модемы не требуют внешнего источника питания: все, что необходимо для плодотворной работы, они получают через шину Universal Serial Bus. Это свойство, наряду с невысокой стоимостью, относится к плюсам данного класса модемов. Но есть у него и существенные минусы. Так, например, USB-модемы в большинстве своем являются упрощенными устройствами, которые, действуя по аналогии с так называемыми программными (или софтверными) факс-модемами, перекладывают ряд аппаратных функций на центральный процессор персонального компьютера.

Работа ADSL-модемов в связке с ПК через интерфейс USB требует установки специальных драйверов, что делает подобные модели сильно зависимыми от используемой операционной системы. Абсолютное большинство устройств данного класса проявляют стопроцентную работоспособность лишь в средах Windows 98/ME/2000/XP, а также в классической Mac OS. Однако при переходе на FreeBSD, Unix или Linux начинают сказываться проблемы совместимости и нехватка драйверов, осложняющие настройку и негативно отражающиеся на надежности функционирования USB-модемов. К недостаткам USB-модемов относится и тот факт, что для установки сессий PPPoE или PPPoA им зачастую требуется особое программное обеспечение (ПО), которое стоит денег и при этом способно становиться причиной появления различного рода ошибок, вроде переполнения памяти, исчерпания системных ресурсов в процессе работы и т.д.

Недостатки USB-модемов проявляются в различной степени у разных моделей. Однако это совсем не значит, что их не стоит рассматривать как альтернативу более дорогим решениям. В случае если вам хочется сэкономить на приобретаемом оборудовании, а также вас устраивает простейший функционал, подразумевающий единовременный выход в Интернет через ADSL лишь с одного (например, домашнего) ПК, USB-модемы в большинстве случаев справятся с поставленной задачей.

Ethernet-модемы (или LAN ADSL модемы) всегда обходятся существенно дороже, чем их USB-аналоги. Хотя бы просто потому, что для их подключения к компьютеру требуется наличие сетевой карты Ethernet, которую домашним пользователям, не нуждающимся в локальной сети, приходится покупать специально для данной цели. Тем не менее большинство специалистов в области телекоммуникаций склоняются к мнению, что несмотря на существенные затраты, именно Ethernet-модемы являются наиболее предпочтительным решением для осуществления выхода в Интернет посредством технологии ADSL.

Преимуществ в функционале у Ethernet-решений перед USB-модемами масса. Они способны работать в любой операционной системе и совсем не загружают ПК благодаря собственному встроенному процессору. Такие модемы зачастую сами по себе представляют маленький компьютер с собственной операционной средой и набором прикладного ПО вроде программного файервола. Некоторые модели обладают встроенным USB-портом и могут при необходимости "прикидываться" USB-модемами, будучи подключенными к ПК через соответствующий интерфейс. Однако ключевым отличием современных LAN ADSL - модемов от USB-решений является поддержка функций маршрутизатора и роутера. Наличие оных позволяет при помощи одного Ethernet-модема организовать доступ в Интернет с распределенным трафиком сразу для нескольких компьютеров в небольшой локальной сети. Таким образом, LAN ADSL - модемы подойдут не только домашним пользователям, которые являются счастливыми обладателями нескольких ПК, но и владельцам небольших офисов, чьи компьютеры необходимо оснастить недорогим и эффективным выходом в Глобальную информационную сеть. Кроме того, некоторые Ethernet-решения в зависимости от позиционирования могут оснащаться брандмауэром и даже коммутатором на несколько портов (от 4 и более).