Кіріспе
Телефон желілері арқылы цифрлық деректерді беруге қолданылатын технологиялар отбасы. Цифрлық абоненттік желі (DSL; бастапқыда – цифрлық абоненттік контур) – телефон желілері арқылы цифрлық деректерді беруге қолданылатын технологиялар отбасы. Телекоммуникация нарығында DSL термині көбінесе интернетке қолжетімділік үшін ең көп орнатылатын DSL технологиясы – асимметриялық цифрлық абоненттік желі (ADSL) деген мағынада түсініледі. ADSL-де деректерді беру жылдамдығы қызмет провайдеріне қарай (жоғары бағытта) төмендеу болады, сондықтан бұл қызмет асимметриялық деп аталады. Симметриялық цифрлық абоненттік желі (SDSL) қызметтерінде деректерді беру жылдамдығы жоғары және төмен бағыттарда тең болады. DSL қызметі бір телефон желісінде сымды телефон қызметімен бір уақытта ұсынылуы мүмкін, себебі DSL деректерді беру үшін жоғары жиілікті жолақтарды пайдаланады. Абоненттік құрылғыда DSL және телефон қызметі арасындағы қажетсіз әрекеттесуді болдырмау үшін әр телефонға DSL сүзгісі орнатылады. Тұтынушыларға арналған ADSL қызметтерінің деректер беру жылдамдығы әдетте 256 кбит/с-тан 25 Мбит/с-қа дейін, ал кейінгі VDSL+ технологиясы тұтынушыға (ағыстағы бағытта) 16 Мбит/с-тан 250 Мбит/с-қа дейін, ал жоғары бағытта 40 Мбит/с-қа дейін жеткізіледі. Нақты көрсеткіштер технологияға, желі жағдайына және қызмет деңгейіне байланысты өзгереді. Bell Labs зерттеушілері дәстүрлі мыс телефон желілерін пайдалана отырып, 1 Гбит/с-тан жоғары SDSL жылдамдығына қол жеткізді, бірақ мұндай жылдамдық әзірге соңғы тұтынушыларға қолжетімді емес.
Digital subscriber line (DSL; originally digital subscriber loop) is a family of technologies that are used to transmit digital data over telephone lines. In telecommunications marketing, the term DSL is widely understood to mean asymmetric digital subscriber line (ADSL), the most commonly installed DSL technology, for Internet access. In ADSL, the data throughput in the upstream direction (the direction to the service provider) is lower, hence the designation of asymmetric service. In symmetric digital subscriber line (SDSL) services, the downstream and upstream data rates are equal. DSL service can be delivered simultaneously with wired telephone service on the same telephone line since DSL uses higher frequency bands for data transmission. On the customer premises, a DSL filter is installed on each telephone to prevent undesirable interaction between DSL and telephone service. The bit rate of consumer ADSL services typically ranges from 256 kbit/s up to 25 Mbit/s, while the later VDSL+ technology delivers between 16 Mbit/s and 250 Mbit/s in the direction to the customer (downstream), with up to 40 Mbit/s upstream. The exact performance is depending on technology, line conditions, and service level implementation. Researchers at Bell Labs have reached SDSL speeds over 1 Gbit/s using traditional copper telephone lines, though such speeds have not been made available for the end customers yet.
Тарих
Бастапқыда, кәдімгі телефон желісін төмен жылдамдық шегінен (әдетте 9600 бит/с-тан төмен) асырып пайдалану мүмкін емес деп ойланған. 1950 жылдары, әдеттегі бұрмаланған жұп телефон кабелі студиялар арасында төрт мегагерц (МГц) теледидар сигналын жеткізді, бұл мұндай желілер секундына көптеген мегабит беруге мүмкіндік береді деген болжам жасалды. Ұлыбританиядағы бір мұндай тізбек Ньюкасл-апон-Тайндағы BBC студиясы мен Понтоп-Пайк хабар тарату станциясы арасында 16 шақырымдай болды. Дегенмен, бұл кабельдерде Гаусс шуынан басқа да кемшіліктер болды, бұл мұндай көрсеткіштердің практикалық қолданысқа ие болуына кедергі келтірді. 1980-ші жылдары кеңжолақты байланыс техникасының дамуы осы шекті едәуір кеңейтуге мүмкіндік берді. 1979 жылы телефон және деректер терминалдары үшін қолданыстағы телефон сымдарын пайдалануға патент берілді, олар цифрлық деректер тасымалдаушы жүйесі арқылы қашықтан компьютерге қосылған. Цифрлық абоненттік желі технологиясының туындауы 1984 жылы CCITT (қазіргі ITU T) ұсынған, кейіннен ISDN цифрлық абоненттік желісі (IDSL) ретінде қайта қолданылған Integrated Services Digital Network (ISDN) спецификациясы болды. Bellcore (қазіргі Telcordia Technologies) қызметкерлері телефон желілері мен клиенттер арасындағы дәстүрлі бұрмаланған жұптық кабельдер арқылы тасымалданатын қолданыстағы базалық диапазонды аналогты дауыс сигналынан жоғары жиіліктегі кеңжолақты цифрлық сигналдарды орналастыру арқылы асимметриялық цифрлық абоненттік желіні (ADSL) жасады. 1988 жылы AT&T Bell Labs компаниясы DSL негізгі тұжырымдамасына патент берді. Джозеф В. Лехлейдердің DSL-ге қосқан үлесі – асимметриялық орналасу симметриялық DSL-дің жолақтық өткізу қабілетінен екі еседен астам мүмкіндік беретіндігі туралы түсінігі болды. Бұл интернет-провайдерлерге тұтынушыларға тиімді қызмет көрсетуге мүмкіндік берді, олар үлкен көлемде деректерді жүктеу мүмкіндігінен көп пайда көрді, бірақ салыстырмалы көлемді жүктеу қажеттілігі болған жоқ. ADSL екі тасымалдау режимін қолдайды: жылдам канал және аралас канал. Жылдам канал мультимедияны ағынды тарату үшін артықшылықты, онда кездейсоқ біт түсіп кетуі қабылданады, бірақ кешігулерге төзе алмайды. Аралас канал файлдарды беру кезінде жақсы жұмыс істейді, онда жеткізілген деректер қатесіз болуы керек, бірақ қателік бар пакеттерді қайта жіберуден туындайтын кідіріс (уақыттық кешігу) қабылданады. Тұтынушыларға бағытталған ADSL базалық тарифтік интерфейс ISDN қызметтерін пайдалануға арналған қолданыстағы желілерде жұмыс істеуге арналған. Инженерлер жоғары жылдамдықты DSL құрылғыларын, мысалы, жоғары бит жылдамдығы бар цифрлық абоненттік желіні (HDSL) және симметриялық цифрлық абоненттік желіні (SDSL) стандартты мыс жұптық құрылғыларға қарағанда дәстүрлі Digital Signal 1 (DS1) қызметтерін ұсыну үшін жасады. Ескі ADSL стандарттары клиенттерге 8 Мбит/с жылдамдықпен қорғалмаған бұрмаланған жұптық мыс сым арқылы жеткізілді. Жаңа нұсқалар осы көрсеткіштерді жақсартты. Қашықтық ұлғайған сайын сымдарда қолданылатын жолақтық кеңдігі едәуір төмендейді, осылайша деректер жылдамдығы азаяды. Бірақ ADSL тізбегінің кеңейтушілері сигналды қайталай отырып, бұл қашықтықты ұлғайтады, бұл жергілікті алмасу операторына (LEC) кез келген қашықтықта DSL жылдамдығын жеткізуге мүмкіндік береді. 1990 жылдардың соңына дейін DSL үшін цифрлық сигнал процессорларының құны тым жоғары болды. DSL-дің барлық түрлері қазіргі кездегі бұрмаланған жұп сымдардың шектеулі мүмкіндіктерін жеңу үшін өте күрделі цифрлық сигнал өңдеу алгоритмдерін қолданады. Өте кең ауқымды интеграция (VLSI) технологиясының жетістіктеріне байланысты DSL енгізумен байланысты жабдықтардың құны айтарлықтай төмендеді. Екі негізгі жабдық – бір шетінде сандық абоненттік желіге қол жеткізу мультиплексі (DSLAM) және екінші шетінде DSL модемі. DSL қосылымын қолданыстағы кабель арқылы пайдалануға болады. Мұндай құрылғыларды орнату, тіпті жабдықтарды қоса алғанда, сол бағыт пен қашықтықта жаңа, жоғары жолақты оптикалық талшықты кабель орнатудан әлдеқайда арзан. Бұл ADSL және SDSL нұсқаларына қатысты. DSL және ұқсас технологиялардың коммерциялық табысы негізінен онжылдықтар бойы электроникада жасалған жетістіктерге байланысты, олар өнімділікті арттырып, шығындарды азайтты, тіпті жаңа кабельдер үшін (мыс немесе оптикалық талшықтар) жер астындағы шұңқырларды қазу қымбат болып қала береді. Бұл артықшылықтар ADSL-ді интернетке қол жеткізуді талап ететін клиенттер үшін телефон арқылы қоңырау шалудан гөрі жақсы ұсыныс етті, сонымен қатар дауыстық қоңырауларды деректік қосылыммен бір уақытта қабылдауға мүмкіндік берді. Телефон компаниялары да кабельдік компаниялардың бәсекесіне байланысты ADSL-ге көшуге қысым көрсетті, олар DOCSIS кабельдік модем технологиясын пайдаланып ұқсас жылдамдықтарға қол жеткізеді. Видео және файл алмасу сияқты жоғары жолақтық қолданбаларға деген сұраныс та ADSL технологиясының танымалдылығына үлкен үлес қосты. DSL үшін алғашқы сынақтар 1996 жылы жүргізілді. Алғашқы DSL қызметіне арналған желі қажет болды, бірақ АҚШ Федералдық коммуникация комиссиясы (FCC) қолданыстағы жергілікті алмасу операторларын (ILEC) бәсекелес DSL қызмет провайдерлеріне өз желілерін жалға беруге міндеттегеннен кейін, ортақ желілік DSL қол жетімді болды. Желілік элементтерді бөлген DSL ретінде де белгілі, бұл қызметтерді бөлгеннен кейін бір абонентке екі жеке қызметті екі жеке провайдерден алуға мүмкіндік береді. DSL қызмет провайдерінің жабдығы ILEC-тің жабдығымен бір алмасуда орналасқан, ол клиенттің бұрыннан бар дауыстық қызметін қамтамасыз етеді. Абоненттік тізбек ILEC ұсынған аппараттық құралдармен байланысу үшін қайта жайылды, ол DSL жиілігі мен POTS сигналдарын бір мыс жұбында біріктіреді. 1999 жылдан бастап, кейбір интернет-провайдерлер микрофильтрлерді ұсынды, олар үй ішінде орнатылды және ADSL жиіліктерін телефон қоңыраулары үшін қолданылатын POTS жиіліктерінен бөлу үшін сыртта орнатылған DSL сплиттерлерінің қызметін атқарды. Бұл фильтрлер DSL қызметін өздігінен орнату мүмкіндігін жасау және клиент пен провайдер арасындағы шекаралық нүктеде орнатылған ескі сыртқы DSL сплиттерлерін жою ниетінен туындады. 2012 жылға қарай, АҚШ-тағы кейбір операторлар ADSL жүйелерін алмастырып, талшықты желіге қосылған DSL қашықтық терминалдарын пайдалануды хабарлады.
Операция
Телефондар телефон станциясына жергілікті цикл арқылы қосылады, ол физикалық сымдар жұбынан тұрады. Жергілікті цикл бастапқыда негізгі арналуы – сөйлеуді беру, ол 300-3400 герц аудио жиілік диапазонын қамтиды (коммерциялық өткізу қабілеті). Алайда, алыс қашықтықтан берілетін желілер аналогтықтан цифрлық режимге ауысқанда, деректерді жергілікті цикл арқылы жіберу мүмкіндігі (дауыстық диапазоннан жоғары жиіліктерді пайдалану арқылы) қалыптасты, нәтижесінде DSL пайда болды. Телефон станциясын көптеген абоненттерге жалғайтын жергілікті цикл POTS-тің 3400 Гц жоғарғы шегінен әлдеқайда жоғары жиіліктерді тасымалдауға қабілетті. Циклдің ұзындығы мен сапасына байланысты жоғарғы шек ондаған мегагерцке жете алады. DSL жергілікті циклдің пайдаланылмаған өткізу қабілетін пайдаланады, жүйе конфигурациясына байланысты 10 және 100 кГц аралығында басталатын 4312,5 Гц ені бар арналарды құрайды. Арналардың бөлінуі жаңа арналар пайдасыз деп танылғанға дейін жоғарырақ жиіліктерде (ADSL үшін 1,1 МГц дейін) жалғасады. Әрбір арна POTS қосылысында аналогтық модем сияқты пайдалануға жарамдылығы бойынша бағаланады. Қол жетімді арналардың саны артаған сайын қол жетімді өткізу қабілеті де артады, сондықтан қашықтық пен желі сапасы маңызды факторлар болып табылады (DSL қолданатын жоғары жиіліктер қысқа қашықтықтарда ғана тарайды). Қолданылатын арналар жиынтығы алдын ала белгіленген қатынас бойынша жоғары және төмен ағынды трафик үшін екі түрлі жиілік диапазонына бөлінеді. Бұл бөлу кедергілерді азайтады. Арналар тобы құрылғаннан кейін жеке арналар әр бағыттағы виртуалды тізбектердің жұбына біріктіріледі. Аналогтық модемдер сияқты, DSL қабылдағыштары әр арнаның сапасын үнемі бақылап отырады және оларды пайдалануға жарамдылығына байланысты қызметке қосады немесе алып тастайды. Жоғары және төмен ағынды тізбектер орнатылғаннан кейін абонент Интернет-провайдер немесе корпоративтік MPLS желісі сияқты басқа желілік қызметтерге қосыла алады. DSL арқылы деректерді тасымалдаудың негізгі технологиясы жоғары жиілікті тасымалдаушы толқындардың модуляциясын, аналогтық сигнал беруді қолданады. DSL тізбегінің әр шетінде биттердің үлгілерін қарсы модемге беру үшін белгілі бір жоғары жиілікті импульстарға модуляциялайтын модем орналасқан. Алыстағы модемнен алынған сигналдар демодуляцияланып, компьютер, маршрутизатор, коммутатор сияқты интерфейсі бар құрылғыға цифрлық түрде берілетін тиісті бит үлгісін шығарады. Әдеттегі 300-3400 Гц аудио негіз жолында биттерді сигналдарға модуляциялайтын диал-ап модемдерден айырмашылығы, DSL модемдері 4000 Гц-тен 4 МГц-ке дейінгі жиіліктерді модуляциялайды. Бұл жиілік диапазонының бөлінуі DSL қызметі мен қарапайым ескі телефон қызметінің (POTS) бір кабельдерде, дауыс деңгейіндегі кабельдерде қатар өмір сүруіне мүмкіндік береді. Абоненттің тізбегінің соңында әр телефонға дауыстық жиіліктерді өткізу үшін желідегі DSL сүзгілері орнатылады, бірақ жоғары жиілікті сигналдарды сүзгілейді, әйтпесе олар шыбырттай естіледі. Сонымен қатар, телефондағы сызықтық емес элементтер дыбыстық интермодуляцияны тудыра алады және осы төмен өту сүзгілері болмаған жағдайда деректер модемінің жұмысына кедергі келтіре алады. DSL және RADSL модуляциялары дауыстық жиілік диапазонын қолданбайды, сондықтан жоғары өту сүзгілері DSL модемдерінің схемасына кіріктіріледі. DSL 3,4 кГц дауыс лимитінен жоғары жұмыс істейтіндіктен, ол жүктеу орамынан өте алмайды, ол шант сыйымдылығынан (жұпқа бұрылған екі сымның арасындағы сыйымдылық) болатын жоғалтуларға қарсы әрекет етуге арналған индукциялық орам. Жүктеу орамдары POTS желілерінде тұрақты аралықтарда орнатылады. Мұндай орамсыз белгілі бір қашықтықтан кейін дауыс қызметі қамтамасыз етілмейді. Сондықтан DSL қызметімен қамтамасыз етілетін кейбір аймақтар жүктеп беру катушкасының орналасуына байланысты жарамсыз болып табылады. Осыған байланысты телефон компаниялары мыс циклдерге жүк тиеуші катушкаларды алып тастауға тырысады, өйткені оларсыз жұмыс істей алады. Оларды қажет ететін ұзын желілерді көршіге немесе торапқа (FTTN) оптикалық кабельмен ауыстыруға болады. Тұрғын үйлер мен шағын кеңселер үшін DSL-ді іске асырудың көпшілігі POTS үшін төменгі жиілікті қалдырады, сондықтан (тиісті сүзгілер мен/немесе бөлгіштермен) қолданыстағы дауыс қызметі DSL қызметіне тәуелсіз жұмыс істеуді жалғастырады. Осылайша POTS негізделген байланыс, соның ішінде факс машиналары мен қоңыраумен қоңырау шалу модемдері, сымдарды DSL-мен бөлісе алады. Бір абоненттік желіде бір DSL модемі ғана қолданылуы мүмкін. DSL қосылысын бірнеше компьютерлермен бөлісудің стандартты тәсілі – DSL модемі мен клиенттік үй-жайдағы жергілікті Ethernet, қуат желісі немесе Wi-Fi желісі арасында қосылыс орнататын маршрутизаторды пайдалану. DSL-дің теориялық негіздері, көптеген коммуникациялық технологиялар сияқты, Клод Шеннонның 1948 жылғы "Коммуникацияның математикалық теориясы" атты мақаласына дейін жетеді. Әдетте, жоғары жылдамдықтағы берілістерге кеңірек жиілік диапазоны қажет, бірақ цифрлық сигналды өңдеу және цифрлық модуляция әдістеріндегі маңызды жаңалықтардың арқасында бит жылдамдығы мен символ жылдамдығы арасындағы және осылайша өткізу қабілеті арасындағы қатынас сызықты емес.
Ашық DSL
Naked DSL – бұл жергілікті желі арқылы тек DSL қызметтерін ұсыну тәсілі. Егер клиентке дәстүрлі телефондық дауыс қызметі қажет болмаса, бұл пайдалы, себебі дауыс қызметін DSL қызметтері арқылы (әдетте VoIP) немесе басқа желі (мысалы, ұялы телефон) арқылы алуға болады. АҚШ-та бұл жалпыға ортақ желі элементі (UNE) деп аталады; Австралияда – шартты емес жергілікті желі (ULL); Бельгияда – «тазартылмаған мыс», ал Ұлыбританияда – Бірыңғай тапсырыс GEA (SoGEA) деп белгілі. 2004 жылы АҚШ-та Qwest компаниясы ұсынғаннан кейін бұл қызмет қайтадан қолданысқа түсті, одан кейін Speakeasy да ұсынды. AT&T-нің SBC-мен, ал Verizon-ның MCI-мен біріккенінің нәтижесінде, осы телефон компаниялары тұтынушыларға Naked DSL қызметін ұсынуға міндетті болды.
Үлгілік құрылғы
Клиент тарапынан DSL модемі телефон желісіне қосылады. Телефон компаниясы желінің екінші ұшын DSLAM-ға жалғастырады, ол көптеген жеке DSL қосылымдарын бір құрылғыда шоғырландырады. DSLAM клиенттен тым алыс орналаса алмайды, себебі DSLAM мен пайдаланушының DSL модемі арасында сигнал әлсірейді. Көбінесе бірнеше тұрғын үйлер DSLAM-ға қосылады. Жоғарыдағы сурет қарапайым DSL қосылымының схемасы (көк түспен көрсетілген). Оң жағында телефон компаниясының телефон орталығында орналасқан DSLAM көрсетілген. Сол жағында клиенттік жабдықтар және қосымша маршрутизатор бейнеленген. Маршрутизатор компьютерлер мен басқа да желілік құрылғыларды қосатын жергілікті желіні басқарады. Клиент маршрутизатор және сымсыз қолжеткіштікті бірге қамтитын модемді таңдауға болады. Бұл опция (сызықталған дөңгелек ішінде) көбінесе қосылымды жеңілдетеді.
Ауыстыру жабдығы
Биржада сандық абоненттік желіге қол жеткізу мультиплексі (DSLAM) DSL тізбектерін аяқтап, оларды біріктіреді, содан кейін олар басқа желілік тасымалдауға жіберіледі. DSLAM барлық қосылымдарды тоқтатады және бастапқы сандық ақпаратты қалпына келтіреді. ADSL жағдайында, дауыс компоненті осы қадамда DSLAM-ға енгізілген сүзгі немесе бөлгіш арқылы, немесе оған дейін орнатылған арнайы сүзгі құрылғысы арқылы бөлінеді. Ауылдық аймақтарда телефон желілерінің қашықтығын арттыру үшін қолданылатын жүктеу катушкаларын DSL жұмыс істеуі үшін алып тастау қажет, себебі олар телефон кабельдері арқылы 4000 Гц жиіліктен жоғары жиіліктердің өтуіне мүмкіндік бермейді.
Клиенттің жабдықтары
Байланыстың клиенттік бөлігі DSL модемінен тұрады. Ол компьютерлер қолданатын цифрлық сигналдарды телефон желісіне жіберілетін белгілі бір жиілік диапазонындағы аналогтық кернеу сигналына түрлендіреді. DSL-дің кейбір түрлерінде (мысалы, HDSL) модем Ethernet немесе V.35 сияқты протоколдарды қолдана отырып, тікелей сериялық интерфейс арқылы компьютерге қосылады. Басқа жағдайларда (әсіресе ADSL), клиенттік жабдықтар маршрутизациялау, өрт қабырғасы немесе басқа да мақсаттық аппараттық және бағдарламалық құралдар сияқты жоғары деңгейлі функционалмен біріктірілуі мүмкін. Мұндай жағдайда жабдық шлюз деп аталады. Көптеген DSL технологияларына клиенттік үй-жайында DSL сигналын төмен жиілікті дауыс сигналынан бөлу үшін тиісті DSL сүзгілерін орнату қажет. Бөлу шекаралық нүктеде немесе клиенттік үй-жайындағы телефон розеткаларына орнатылған сүзгілер арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. DSL шлюзі сүзгіні біріктіріп, телефондарды шлюз арқылы қосуға мүмкіндік береді. Қазіргі заманғы DSL шлюздері көбінесе маршрутизациялау және басқа да функционалдықтарды біріктіреді. Жүйе іске қосылып, DSL қосылымын синхрондастырады, содан кейін DHCP немесе PPPoE сияқты протоколдарды пайдалана отырып, жергілікті желі мен қызмет провайдері арасындағы интернет IP қызметтерін және қосылысты орнатады.
Хаттамалар мен конфигурациялар
Көптеген DSL технологиялары бір желіде әртүрлі технологияларды бейімдеуге мүмкіндік беру үшін төменгі деңгейдегі биттік ағын қабатының үстінде Асинхронды беру режимі (ATM) қабатын іске асырады. DSL іске асырулары көпірленген немесе маршрутталған желілерді құруы мүмкін. Көпірленген конфигурацияда абоненттік компьютерлер тобы тиімді түрде бір субжеліге қосылады. Алғашқы іске асырулар абоненттік жабдыққа IP-адресті беру үшін DHCP-ны пайдаланды, ал аутентификация MAC-адресі немесе тағайындалған хост аты арқылы жүзеге асырылды. Кейінірек жасалған іске асырулар көбінесе пайдаланушы идентификаторы және пароль арқылы аутентификациялау үшін Point-to-Point Protocol (PPP) протоколын қолданады.