DSL-модем: устройство для подключения к интернету по телефонной линии.

Введение

Тип компьютерной сети: модем; сетевое оборудование.

DSL-модем – это устройство, используемое для подключения компьютера или маршрутизатора к телефонной линии, обеспечивающей доступ к услуге цифровой абонентской линии (DSL) для подключения к Интернету, часто называемой DSL-широкополосным доступом. Модем подключается к одному компьютеру или маршрутизатору через порт Ethernet, порт USB или устанавливается в слот PCI компьютера. Более распространенный DSL-маршрутизатор – это автономное устройство, объединяющее функции DSL-модема и маршрутизатора, и способное подключать несколько компьютеров через несколько портов Ethernet или встроенную беспроводную точку доступа. DSL-маршрутизатор, также называемый домашним шлюзом, обычно управляет подключением и совместным использованием DSL-услуги в домашней или небольшой офисной сети. Различные DSL-маршрутизаторы и модемы поддерживают различные варианты технологии DSL: VDSL, SDSL и ADSL.

Концепция DSL

Общественная коммутируемая телефонная сеть, состоящая из сети коммутационных центров, магистральных линий, усилителей и коммутаторов, которая обеспечивает передачу телефонных вызовов между телефонами, разработана для передачи сигналов звуковой частоты и, следовательно, ограничена полосой пропускания 3,4 кГц. До появления DSL голосовые модемы передавали информацию по телефонной сети, используя звуковые частоты в пределах этой полосы пропускания, что ограничивало их скорость передачи данных примерно до 56 кбит/с. Однако медные провода, соединяющие телефоны с местным коммутационным центром (телефонной станцией), называемые абонентской линией, фактически способны передавать гораздо более широкий диапазон частот – до нескольких мегагерц. Эта пропускная способность не используется при обычной телефонной связи. DSL использует эти более высокие частоты для передачи цифровых данных между DSL-модемом и местным коммутационным центром, не нарушая работу обычной телефонной связи. В местном коммутационном центре данные передаются напрямую между телефонной линией абонента и интернет-линиями, поэтому сигналы DSL не проходят через саму телефонную сеть. Для установления соединения не требуется набирать номер телефона; DSL-соединение постоянно активно, пока включен модем.

Передача данных

Устройство в локальном коммутационном центре, которое взаимодействует с DSL-модемом, называется мультиплексором доступа к цифровой абонентской линии (DSLAM), который подключен непосредственно к Интернету. Локальный коммутационный центр должен быть оснащен этими устройствами для предоставления услуги DSL. В ADSL модем и DSLAM общаются по протоколу, называемому дискретной мультитоновой модуляцией (DMT), являющемуся формой мультиплексирования с частотным разделением каналов. Модем использует только частоты выше 8 кГц, чтобы избежать помех для обычной телефонной связи. Пропускная способность линии в диапазоне от 8 кГц до примерно 1 МГц разделена на 247 отдельных каналов, каждый шириной 4 кГц. Отдельный несущий сигнал передает информацию в каждом канале. Таким образом, система функционирует как 247 отдельных модемов, работающих одновременно. Биты входящих цифровых данных разделяются и передаются параллельно по каналам. Каждый поток данных передается с использованием кода коррекции ошибок, что позволяет исправить незначительные битовые ошибки, вызванные шумом, на принимающей стороне. Большинство каналов однонаправленные, передавая данные для загрузки от DSLAM к модему, но некоторые на низких частотах двунаправленные, для передачи меньшего объема трафика для выгрузки. Модем постоянно контролирует качество передачи на каждом канале, и если оно слишком ухудшено, он перенаправляет сигнал на другие каналы. Модем постоянно перераспределяет данные между каналами, чтобы найти оптимальную скорость передачи. Таким образом, помехи или плохое качество линии обычно не прерывают передачу, а лишь снижают скорость передачи данных модема. Например, при загрузке веб-страницы пакеты данных веб-страницы передаются по оптоволоконным линиям Интернета от серверного компьютера непосредственно к DSLAM на местной телефонной станции. На DSLAM они разделяются на до 247 параллельных потоков данных. Каждый поток модулируется на отдельный несущий сигнал и передается через отдельный частотный канал по телефонной линии абонента к DSL-модему. Модем демодулирует несущий сигнал, извлекая поток данных из каждого сигнала, выполняет коррекцию ошибок, собирает данные обратно в правильном порядке и отправляет их на компьютер по линии Ethernet или, для беспроводной (Wi-Fi) сети, по радиосигналам.

The device at the local switching center which communicates with the DSL modem is called a Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSLAM), which is connected directly to the Internet. The local switching center must be equipped with these devices to offer DSL service. With ADSL, the modem and the DSLAM communicate by a protocol called discrete multitone modulation (DMT), which is a form of frequency division multiplexing. The modem only uses frequencies above 8 kHz, to avoid interfering with normal phone service. The bandwidth of the line between 8 kHz and about 1 MHz is divided into 247 separate channels, each 4 kHz wide. A separate carrier signal carries information in each channel. Thus the system acts like 247 separate modems operating simultaneously. The bits of the incoming digital data are split up and sent in parallel over the channels. Each data stream is sent using an error correcting code to allow minor bit errors due to noise to be corrected at the receiving end. Most of the channels are unidirectional, carrying download data from the DSLAM to the modem, but some on the low frequency end are bidirectional, to carry the smaller quantity of upload traffic. The modem constantly monitors the transmission quality on each channel, and if it is too impaired it will shift the signal to other channels. The modem is constantly shifting data between channels searching for the best transmission rates. Thus interference or poor quality lines will generally not interrupt transmission, but only cause the data rate of the modem to degrade. For example, when downloading a web page, the packets of web page data travel over optical fiber Internet lines from the server computer directly to the DSLAM at the neighborhood telephone exchange. At the DSLAM they are split into as many as 247 parallel data streams. Each is modulated onto a separate carrier signal and sent through a separate frequency channel over the subscriber's telephone line to the DSL modem. The modem demodulates the carrier, extracting the data stream from each carrier signal, performs error correction, puts the data together again in the proper order, and sends it to the computer over the Ethernet line, or for a wireless (Wi Fi) network by radio signals.

Скорость передачи данных и доступ

Большинство потребительских линий DSL используют один из нескольких вариантов асимметричной DSL (ADSL). "Асимметричный" означает, что большая часть полосы пропускания линии выделена для входящего (загружаемого) трафика, чем для исходящего (отправляемого) трафика, поэтому скорость загрузки выше, чем скорость отправки, поскольку большинство пользователей загружают значительно больше данных, чем отправляют. Поскольку телефонные линии изначально не были рассчитаны на передачу высокочастотных сигналов, DSL чувствителен к расстоянию. Чем дальше модем находится от центра коммутации, тем длиннее телефонные провода, тем слабее сигнал и тем ниже скорость передачи данных, которую может обеспечить модем. Пользователи в городах, расположенные вблизи центров коммутации, могут иметь доступ к более высокоскоростному обслуживанию, до 24 Мбит/с. Максимальное расстояние для ADSL составляет 18 000 футов (5,5 км или 3,4 мили). Однако другие устройства, установленные на телефонных линиях телефонной компанией, такие как индуктивные катушки и мостовые отводы, ослабляют сигнал и могут сделать конкретную телефонную линию непригодной для использования с DSL.

Фильтры

Чтобы предотвратить попадание сигнала DSL в телефонные линии к телефонам, автоответчикам, факсам и другим устройствам, где он может вызывать помехи, DSL-модемы комплектуются фильтрами нижних частот, которые необходимо подключать к телефонным линиям, идущим ко всем устройствам, работающим в голосовом диапазоне, на той же линии. Фильтр блокирует все частоты выше 4 кГц, тем самым блокируя сигнал DSL и пропуская сигналы голосовой частоты. Фильтр нельзя устанавливать на телефонную линию, подключенную к DSL-модему, так как это заблокирует связь между модемом и коммутационным центром.

Сравнение с голосовыми модемами

DSL-модем модулирует высокочастотные тоны для передачи в мультиплексор цифрового абонентского доступа (DSLAM) и принимает и демодулирует их от DSLAM. Он выполняет в основном ту же функцию, что и голосовой модем, который был широко распространен в конце 20-го века, но отличается от него важными аспектами. DSL-модемы передают данные со скоростью, как минимум в 10–20 раз превышающей скорость голосового модема. DSL не создает помех для обычных телефонных звонков по телефонной линии и не требует набора телефонного номера для установления соединения, он постоянно "включен". Голосовой модем набирает номер телефона для установления соединения, и пока он подключен, телефонная линия не может использоваться для обычной телефонной связи. DSL-маршрутизаторы, наиболее распространенная форма DSL-модема, подключаются к компьютеру внешне и соединяются с портом Ethernet или USB-портом компьютера, в то время как голосовые модемы обычно представляют собой внутренние устройства, устанавливаемые непосредственно в компьютер в слот интерфейса PCI на задней панели. Внутренние DSL-модемы встречаются редко, но доступны. Microsoft Windows и другие операционные системы рассматривают голосовые модемы как часть аппаратного обеспечения компьютера и, подобно другим компонентам аппаратного обеспечения, таким как мышь или жесткий диск, настраиваются через панель управления Windows. В отличие от этого, DSL-маршрутизаторы рассматриваются как отдельные узлы в локальной сети (LAN). DSL-модемы редко требуют ручной настройки или вмешательства, но при необходимости к ним можно получить доступ через веб-браузер. Маршрутизаторы обычно имеют веб-страницу, доступ к которой осуществляется путем ввода IP-адреса, указанного в руководстве к маршрутизатору, в адресную строку браузера, что позволяет вносить различные технические изменения, такие как изменение пароля беспроводной сети и настройка брандмауэра маршрутизатора. Для внешних DSL-модемов, подключенных через USB, Microsoft Windows и другие операционные системы обычно распознают их как контроллер сетевого интерфейса. Для внутренних DSL-модемов Microsoft Windows и другие операционные системы предоставляют интерфейсы, аналогичные тем, что предусмотрены для голосовых модемов. Это основано на предположении, что в будущем, с увеличением производительности процессоров, внутренние DSL-модемы могут стать более распространенными. DSL-модемы используют частоты от 25 кГц до выше 1 МГц (см. Асимметричная цифровая абонентская линия), чтобы не создавать помех для голосовой связи, которая в основном находится в диапазоне 0–4 кГц. Голосовые модемы используют тот же частотный спектр, что и обычные телефоны, и могут создавать помехи для голосовой связи – обычно невозможно совершить телефонный звонок по линии, используемой голосовым модемом. Поскольку по одной телефонной линии обычно передаются данные DSL и голосовая связь, для разделения этих двух видов использования применяются DSL-фильтры. Скорость передачи данных в DSL-модемах варьируется от сотен килобит в секунду до многих мегабит, в то время как голосовые модемы номинально являются модемами 56K и фактически ограничены примерно 50 кбит/с. DSL-модемы обмениваются данными только с DSLAM, к которой они подключены, которая, в свою очередь, соединяет их с Интернетом, в то время как большинство голосовых модемов могут осуществлять прямой набор номера в любую точку мира. DSL-модемы предназначены для определенных протоколов и иногда не будут работать на другой линии, даже от той же компании, в то время как большинство голосовых модемов используют международные стандарты и могут "откатываться" к поиску стандарта, который будет работать. Большинство этих различий не представляют большого интереса для потребителей, за исключением более высокой скорости DSL и возможности использовать телефон даже при подключенном к сети компьютере.

A DSL modem modulates high frequency tones for transmission to a digital subscriber line access multiplexer (DSLAM), and receives and demodulates them from the DSLAM. It serves fundamentally the same purpose as the voice band modem that was a mainstay in the late 20th century, but differs from it in important ways. DSL modems transfer data at a rate which is at least 10 to 20 times that of a voice band modem. DSL does not interfere with normal telephone calls on the telephone line, and does not require dialing a telephone number to initiate a connection, it is always "on". A voice band modem dials a telephone number to initiate a connection, and while it is connected the telephone line cannot be used for normal telephone service. DSL routers, the most common form of DSL modem, are external to the computer and wired to the computer's Ethernet port or its USB port, whereas voice band modems are usually internal devices installed in the computer itself in a PCI interface slot in the back. Internal DSL modems are rare but available. Microsoft Windows and other operating systems regard voice band modems as part of the hardware of the computer, and similarly to other parts of the computer's hardware such as the mouse or hard disk are configured through the Windows Control Panel. In contrast, DSL routers are regarded as separate nodes in the LAN (local area network). DSL modems rarely require manual configuration or attention, but when they do they can be accessed using the internet browser. Routers usually have a webpage, accessed by typing an IP address given in the router's manual into the browser's address bar, with which various technical changes can be made, such as changing the wireless network's password, and adjusting the router's firewall. For external DSL modems connected by USB, Microsoft Windows and other operating systems generally recognize these as a Network interface controller. For internal DSL modems, Microsoft Windows and other operating systems provide interfaces similar to those provided for voice band modems. This is based on the assumption that in the future, as CPU speeds increase, internal DSL modems may become more mainstream. DSL modems use frequencies from 25 kHz to above 1 MHz (see Asymmetric Digital Subscriber Line), in order not to interfere with voice service which is primarily 0–4 kHz. Voice band modems use the same frequency spectrum as ordinary telephones, and will interfere with voice service it is usually impossible to make a telephone call on a line which is being used by a voice band modem. Because a single phone line commonly carries DSL and voice, DSL filters are used to separate the two uses. DSL modems vary in data speed from hundreds of kilobits per second to many megabits, while voice band modems are nominally 56K modems and actually limited to approximately 50 kbit/s. DSL modems exchange data with only the DSLAM to which they are wired, which in turn connects them to the Internet, while most voice band modems can dial directly anywhere in the world. DSL modems are intended for particular protocols and sometimes won't work on another line even from the same company, while most voice band modems use international standards and can "fall back" to find a standard that will work. Most of these differences are of little interest to consumers, except the greater speed of DSL and the ability to use the telephone even when the computer is online.