ADSL - modemowa rewolucja

Zarówno modemy 56 kbps, jak i ISDN mają dla nas wciąż jeszcze charakter technicznych nowinek, wchodzących dopiero na rynek. Tymczasem na horyzoncie czai się technologia, która jest w stanie te nowinki rychło odstawić do lamusa, zanim jeszcze zdążą się upowszechnić. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line, czyli asymetryczna cyfrowa linia abonencka) pozwala na uzyskanie na zwykłej linii telefonicznej niewiarygodnych prędkości transmisji rzędu nawet... 8 Mbps! Jest to co prawda póki co możliwość raczej teoretyczna - technologia jest bardzo młoda i na razie na świecie ma dopiero charakter instalacji próbnych, na całkowicie komercyjne jej udostępnienie z pewnością jednak nie będziemy musieli zbyt długo czekać...

Jak wskazuje na to słowo "asymetryczna", prędkości transmisji w kierunku "do" i "od" użytkownika są tu - podobnie jak w przypadku modemów 56 kbps - nierówne: owe 8 Mbps odnosi się do przesyłania informacji z sieci do nas. W kierunku odwrotnym prędkość wynosi "tylko" 640 kbps, co i tak stanowi wielokrotnie więcej w porównaniu z najszybszymi dziś używanymi modemami. Rzecz jasna, asymetria ta w niczym nie przeszkadza typowemu indywidualnemu użytkownikowi Internetu, który zwykle pobiera z sieci o wiele więcej danych, niż sam wysyła (dla firm czy instytucji, w przypadku których ruch jest bardziej symetryczny, przeznaczone są inne technologie, takie jak HDSL czy SDSL, o których wspominam na końcu artykułu). Jak możliwe jest jednak uzyskanie tak wielkich prędkości, całkowicie nieprzystających do tego, co osiąga się obecnie?

Choć ADSL korzysta z tej samej linii telefonicznej, co normalny telefon, i z punktu widzenia użytkownika funkcjonalnie zastępuje zwykły modem, działa zupełnie inaczej. W istocie ADSL ma z siecią telefoniczną wspólny tylko jeden element: krótki odcinek kabla między abonentem a najbliższą centralą telefoniczną. Para modemów ADSL tworzy na tym odcinku de facto połączenie stałe, przez które przesyłane są dane. W centrali - jak to zobaczymy w dalszej części tekstu - dane te całkowicie opuszczają sieć telefoniczną i kierowane są odrębnym łączem bezpośrednio do providera Internetu.

Tradycyjny sposób przesyłania danych za pomocą zwykłych modemów polega na tym, że cyfrowy sygnał z komputera zamienia się w modemie na sygnał analogowy (czyli po prostu dźwięk), który przesyłany jest siecią telefoniczną do drugiego modemu w identyczny sposób, jak głos przy zwykłej rozmowie telefonicznej. Drugi modem zamienia ten sygnał z powrotem na postać cyfrową i przekazuje do drugiego komputera.

Ten sposób transmisji danych cyfrowych przez telefon wywodzi się ze starych sieci telefonicznych, budowanych jeszcze w oparciu o analogowe, elektromechaniczne centrale. Z nich również bierze swoje źródło obowiązująca do dziś szerokość pasma akustycznego przenoszonego przez instalacje telefoniczne - ok. 3,4 kHz. Jest to pasmo wystarczające dla zrozumienia mowy, natomiast jego niewielka szerokość upraszczała konstrukcję filtrów i wzmacniaczy, instalowanych w centralach i na liniach telefonicznych. Właśnie ta szerokość pasma wyznacza granicę szybkości transmisji, jakiej nie mogą przekroczyć "zwykłe" modemy - 33,6 kbps.

Technologia telefoniczna jednakże od czasów miedzianych kabli i mechanicznych central znacznie się zmieniła. We współczesnej telefonii z sygnałem analogowym mamy praktycznie do czynienia tylko na odcinku od abonenta do pierwszej centrali; w tej centrali sygnał zamieniany jest na postać cyfrową, i dalej wędruje przez sieć telefoniczną wyłącznie w tej postaci, aż do centrali, do której podłączony jest drugi rozmówca. Tam zamieniany jest z powrotem na postać analogową. Zauważmy, że w przypadku, gdy "rozmówcami" są modemy, następuje w tej sytuacji aż czterokrotna zamiana sygnału cyfrowego na analogowy i z powrotem (rys.1): w pierwszym modemie, w centrali, z którą jest połączony, w drugiej centrali i w drugim modemie. Każda taka zamiana wnosi ze sobą pewne zniekształcenia, powodujące spadek możliwej do osiągnięcia szybkości transmisji, a jest przecież zupełnie niepotrzebna - możnaby bowiem bezpośrednio przesłać sygnał cyfrowy! To właśnie (w bardzo dużym uproszczeniu) jest ISDN (rys.2) - w tej technologii siecią telefoniczną przesyła się bezpośrednio sygnał cyfrowy, od jednego komputera do drugiego. Jako że kanały transmisyjne przeznaczone dla pojedynczego połączenia telefonicznego mają przepustowość 64 kbps, taką też szybkość transmisji można osiągnąć; połączenie razem dwóch kanałów, którymi standardowo dysponuje abonent ISDN, daje 128 kbps.

Niejako "w pół drogi" między "zwykłymi" modemami, a ISDN, plasują się technologie 56 kbps. ISDN jest jednak nieco bardziej skomplikowaną sprawą, niż wynikałoby to z powyższego uproszczonego opisu; przystosowanie central do tego, aby w "przezroczysty" sposób przepuszczały sygnał cyfrowy, nie jest w większości przypadków łatwe ani tanie. Usługa ta wymaga poza tym zainstalowania u abonenta specjalnego wyposażenia zamiast normalnego telefonu - z tych wszystkich powodów jest mniej rozpowszechniona i droższa. Dlatego technologie modemów 56 kbps spotykają się z dużym zainteresowaniem.

W tym przypadku zamiana danych z postaci cyfrowej na analogową i z powrotem zachodzi tylko dwukrotnie (rys.3): tylko jedna strona połączenia bowiem (typowo jest to użytkownik Internetu) połączona jest z siecią telefoniczną za pomocą modemu i linii analogowej; druga strona (serwer dostępowy providera) przyłączona jest do centrali telefonicznej bezpośrednio łączem cyfrowym. Stąd większa niż dla tradycyjnych modemów - ale niższa niż w ISDN - szybkość transmisji.

Sam kabel telefoniczny, którym abonent przyłączony jest do centrali, ma jednak przepustowość znacznie większą nawet od owych 128 kbps uzyskiwanych w ISDN! Wszak podobne kable - tzw. skrętka - wykorzystywane są do budowy sieci LAN, gdzie przenoszą dane z prędkością 10 Mbps! Oczywiście kabel telefoniczny na ogół nie jest zainstalowany z taką precyzją, jak okablowanie sieci LAN; znacznie większa jest też jego długość, a co za tym idzie - tłumienie sygnału. O 10 Mbps nie ma więc co marzyć; jednak prędkości rzędu kilku megabitów na sekundę powinny dać się na przeciętnej linii telefonicznej uzyskać bez kłopotu.

Cóż jednak z tego, skoro transmitowanych z taką prędkością danych nie da się "przepchnąć" przez dalsze fragmenty sieci telefonicznej, pracujące ze znacznie niższą przepustowością... Jak jednak już wspomniałem na wstępie, wcale nie trzeba ich tamtędy "przepychać"! Do każdej centrali, oprócz łączy "klasycznej" sieci telefonicznej (określanej czasami skrótem POTS - Plain Old Telephone Service), doprowadzić należy dodatkowe łącze szybkiej sieci transmisji danych - np. w technologii ATM. W centrali telefonicznej następować będzie rozdzielenie danych przychodzących z linii abonenta (rys.4): "zwykłe" rozmowy telefoniczne przekazywane będą "klasycznymi" łączami do innych central, dane cyfrowe - od razu kierowane "w bok" do sieci ATM, i poprzez nią np. do routera dostępowego do Internetu... To "wyprowadzenie" transmisji danych poza obręb sieci telefonicznej jest jednym z dwu kluczowych elementów technologii ADSL: drugi to oczywiście specjalne modemy, umożliwiające pracę z tak wielkimi prędkościami.

W odróżnieniu od zwykłego modemu, modemy ADSL nie wykorzystują zakresu częstotliwości 0-4 kHz, stosowanego w klasycznej telefonii. Ich robocze pasmo znajduje się dużo wyżej - rozpoczyna się od 26 kHz (a więc już powyżej granicy częstotliwości akustycznych) i sięga granicy 1,1 MHz. Podzielone jest na dwa podzakresy: zakres od 26 do 272 kHz to tzw. upstream, wykorzystywany do przesyłania danych w kierunku od użytkownika do sieci; zakres 272 kHz - 1,1 MHz stanowi tzw. downstream, przeznaczony do transmisji w kierunku odwrotnym. Przy tak dużych częstotliwościach występują bardzo silne przesłuchy pomiędzy sąsiednimi parami przewodów w zbiorczym, wieloparowym kablu telefonicznym: okazuje się, że efekty owych przesłuchów są znacznie mniejsze, gdy sygnały przesyłane są w tym samym kierunku. Stąd właśnie wynika charakterystyczna dla ADSL asymetria transmisji w jedną i w drugą stronę. Trzeba też pamiętać, że sygnały o tak dużych częstotliwościach są przez kabel silnie tłumione: stąd też maksymalna przepustowość 8 Mbps może być osiągnięta tylko na krótkich liniach telefonicznych, nie przekraczających 2,7 km (od centrali do abonenta). Na linii o długości 5,5 km - co stanowi teoretyczny maksymalny zasięg ADSL - można uzyskać już tylko 2 Mbps.

Oba pasma upstream i downstream podzielone są na elementarne kanały o szerokości 4 kHz, czyli zbliżonej do pasma klasycznego modemu (upstream zawiera ich 32, downstream - 256). W każdym z tych kanałów transmisja danych odbywa się do pewnego stopnia niezależnie: każdy kanał ma własną częstotliwość nośną, która modulowana jest przesyłanym sygnałem, w każdym kanale osobno jest też negocjowana przez modemy optymalna prędkość transmisji (może ona być różna dla różnych zakresów częstotliwości, z uwagi na indywidualną charakterystykę częstotliwościową danej linii telefonicznej). W pewnym sensie można sobie zatem wyobrazić modem ADSL jako zespół wielu klasycznych modemów naraz, równocześnie obok siebie transmitujących dane. Rozwiązanie takie - w przeciwieństwie do zastosowania jednego szerokopasmowego kanału - daje większą odporność na zakłócenia: w przypadku występowania silnych zakłóceń w określonych pasmach częstotliwości, spowalniana (bądź nawet całkowicie wyłączana!) jest transmisja jedynie w kanałach odpowiadających tym częstotliwościom, pozostałe kanały natomiast pracują bez zmian. Sumaryczne spowolnienie transmisji jest zatem o wiele mniejsze, niż gdyby odnosiło się ono do całego, pojedynczego kanału.

Jako że modem ADSL nie używa pasma 0-4 kHz, równocześnie z transmisją danych możliwe jest całkowicie niezależne wykorzystywanie na tej samej linii telefonu (dla zwykłego modemu jest to oczywiście niemożliwe; w przypadku ISDN wymaga przeznaczenia na transmisję danych tylko jednego z dostępnych użytkownikowi dwu kanałów, czyli ograniczenia się do przepustowości 64 kbps). Modem ADSL i telefon przyłączone są do linii za pośrednictwem tzw. splittera - prostego filtru rozdzielającego pasmo częstotliwości odbieranego sygnału: sygnały o częstotliwościach poniżej 4 kHz trafiają do telefonu, powyżej - do modemu. Analogiczny splitter separuje sygnał na wejściu centrali, kierując niskie częstotliwości do jej części "telefonicznej", zaś wysokie - do przyłączonego na stałe do danej linii (!) modemu ADSL, a następnie do multipleksera (tzw. DSLAM), poprzez który modemy dołączone są do sieci transmisji danych.

Jak widać z powyższego opisu, dla skorzystania z ADSL nie wystarczy samo posiadanie modemu: niezbędne są odpowiednie działania ze strony operatora telekomunikacyjnego - doprowadzenie sieci transmisji danych do centrali oraz wyposażenie linii abonenckiej od strony tejże centrali w splitter i modem. Hamuje to w pewnym stopniu możliwości rozpowszechniania się nowej technologii, gdyż najpierw operatorzy telefoniczni muszą poczynić odpowiednie inwestycje. ADSL nie wyprze też całkowicie z użytku normalnych modemów ani ISDN: nie można bowiem przez ADSL, w przeciwieństwie do zwykłego modemu, połączyć się z dowolnym innym komputerem wyposażonym w analogiczny modem, lecz jedynie z siecią transmisji danych, do której przyłączona jest centrala, i dostępnymi w niej serwerami - jak już bowiem wiemy, w istocie ADSL jest połączeniem stałym z tą właśnie centralą. Wystarczy to rzecz jasna do zrealizowania dostępu do Internetu; jednak abonent ADSL będzie w wyborze providera Internetu dosyć ograniczony - analogicznie zresztą jak użytkownik posiadający dostęp do Internetu poprzez telewizję kablową. Ta ostatnia postrzegana jest zresztą jako główny potencjalny konkurent dla ADSL - jak również odwrotnie: przy szybkościach transmisji zapewnianych przez ADSL zupełnie realne jest wszak zrealizowanie w tej technologii transmisji obrazu telewizyjnego... Dopiero ADSL daje zatem szansę zrealizowania prawdziwie zintegrowanej sieci telekomunikacyjnej: łączącej w sobie transmisję dźwięku, obrazu i danych - coś co obiecywała, lecz czego nie była w stanie do końca zrealizować, z uwagi na zbyt małą prędkość transmisji, sieć ISDN.

Mówiąc o ADSL nie należy zapominać, że technologia ta jest jedną z większej "rodziny" pokrewnych metod szybkiej transmisji danych przez zwykłe linie telefoniczne, określanych wspólną nazwą xDSL. Protoplastą całej tej "rodziny" jest po prostu DSL (bez żadnego przedrostka) - Digital Subscriber Line, czyli inaczej... ISDN. Dokładnie rzecz biorąc, nazwą DSL określa się zwykle linie dzierżawione wykorzystujące identyczną technologię co ISDN (128 kbps), podczas gdy ta ostatnia nazwa zarezerwowana jest na ogół dla połączeń komutowanych. Kolejnym rozwiązaniem jest HDSL (High data-rate DSL) - technologia pozwalająca uzyskać prędkość transmisji (w obie strony) 1,5 Mbps (w USA) lub 2 Mbps (w Europie), z wykorzystaniem do tego celu odpowiednio dwóch lub trzech linii telefonicznych jednocześnie. Rozwiązanie to jest do dzisiaj jeszcze często stosowane do realizacji szybkich łączy dzierżawionych, chociaż istnieje już jego nowszy wariant, SDSL (Single line DSL), zapewniający uzyskanie podobnych parametrów na pojedynczej linii i do tego umożliwiający równocześnie przesyłanie głosu przy użyciu normalnego telefonu (analogicznie jak w ADSL). Wreszcie, obok ADSL, najmłodszym członkiem "rodziny" xDSL jest VDSL (Very high data-rate DSL; określana także czasem jako VADSL lub BDSL) - będąca jeszcze w stadium eksperymentu technologia, wywodząca się z ADSL, ale zapewniająca uzyskiwanie jeszcze wyższych prędkości transmisji: od 12,9 nawet do 52,8 Mbps, niestety na bardzo krótkich odcinkach linii telefonicznej - od 1500 do nawet (w przypadku maksymalnej prędkości) tylko 300 metrów. Podobnie jak ADSL, technologia ta charakteryzuje się asymetrią prędkości przesyłania danych w jedną i w drugą stronę (pozostałe technologie mają charakter symetryczny).

Jak widać, wiele jeszcze da się "wycisnąć" ze zwykłego miedzianego kabla telefonicznego. Zaś użytkownicy Internetu bez wątpienia z niecierpliwością oczekiwać będą upowszechnienia usługi ADSL; oznaczać to będzie przecież całkowicie nową, rewolucyjną jakość w możliwościach wykorzystania Sieci.

Więcej informacji na temat ADSL, a także odnośniki do zasobów sieciowych poświęconych tej tematyce, znaleźć można na witrynie ADSL Forum - organizacji utworzonej dla promocji technologii ADSL: http://www.adsl.com/.

Powrót do wykazu artykułów o Internecie

Statystyka