Современный мир не мыслим без Интернета и компьютерных сетей. Высокоскоростные каналы опутали мир паутиной - спутники, оптоволокно, кабели - нервы и кровеносные сосуды всемирной информационной сети. Гигантские скорости, гигантский трафик, высокие технологии… Но при этом многие годы высокоскоростные каналы со скоростью пересылки данных выше 1 мегабита в секунду оставались уделом провайдеров и крупных компаний.
Высокие технологии, разрабатываемые ведущими Hi-Tech компаниями для высокоскоростной передачи данных, оказались весьма дорогим удовольствием, обладая не только огромной стоимостью внедрения, но и высокой ценой владения. Рядовым пользователям для получения доступа в сеть Интернет пришлось довольствоваться обычными, весьма распространенными и дешевыми в работе Dial Up модемами предназначенных для использования на аналоговых телефонных линиях. Да и бизнес, особенно мелкий, не видел необходимости прокладывать выделенные каналы или проводить себе спутниковый Интернет - дорого и неэффективно. Что качать с высокими скоростями - новости, прайсы, документы, килобайтные драйвера? Свыше двух десятилетий Dial Up доступ правил "последней милей" - тем самым участком, по которому информация доставляется от провайдера к конечному пользователю. Телефонные линии, особенно российские, встали стеной на пути между пользователями и провайдерами, владеющими высокоскоростными каналами передачи данных. Вот и получалась несуразная картинка - между городами, странами и континентами гигантские объемы информации пересылались мгновенно, но на последнем километре, на последнем куске телефонного провода от провайдера к клиенту скорость падала на порядки и информация приходила к конечному пользователю неровными рваными порциями к тому же с постоянным дисконектом.
Долгое время возможности Dial Up модемов устраивали многих. Эта технология, разработанная на заре компьютерной эры для аналоговых телефонных линий, эволюционировала крайне медленно и неспешно - за последние 15 лет скорость пересылки данных возросла с 14400 Кбит/с всего лишь до 56000 Кбит/с. Долгие годы казалось, что данной скорости хватало практически на все - скачать HTML веб-страничку, текстовый документ, красивую картинку, заплатку к игре или программе или драйверы для новых устройств, размер которых на протяжении ряда лет не превышали нескольких сотен килобайт - все это не занимало много времени и не требовало высокоскоростных соединений. Но жизнь внесла свои коррективы.
Развитие современных компьютерных технологий помимо роста частоты центральных процессоров, революции в области ускорителей трехмерной графики и взрывообразного увеличения емкости накопителей информации, привело так же и к драматическому росту объемов пересылаемой информации. Компьютерная эволюция шедшая по принципу "больше, выше, быстрее", привела к тому, что программы и файлы увеличились до чудовищных размеров. Например, ставший ныне стандартом документ Word в десятки раз больше аналогичного TXT файла, повсеместное введение 32-битного цвета привело к увеличению размеров картинок и видеофайлов в разы, высокое качество звука, а за последнее время битрейт MP3 файлов со стандартных 128 Кбит/с поднялся до 192 Кбит/с, что так же заметно сказывается на размере. Да, в какой-то мере помогают значительно усовершенствованные за последнее время алгоритмы сжатия, но это все же не панацея. Размеры драйверов в последнее время возросли до гигантских размеров, например, Detonator FX от nVidia занимает порядка 10 мегабайт (при том, что два года назад они занимали всего лишь 2 мегабайта), а унифицированные драйвера для платформы nForce той же фирмы уже 25 мегабайт и эта тенденция захватывает все большее число производителей компьютерного железа. Но главная беда, заставляющая раскаляться Dial Up модемы, не давая им и минуты покоя - это программные заплаты или патчи исправляющие ошибки в программном обеспечении. Повсеместное внедрение средств быстрой разработки привело к массовому выпуску сырых, неоптимизированных программ. Да и зачем оптимизировать программу, если компьютерное железо все равно избыточно? Зачем заниматься бета - тестированием программы, если есть сеть Интернет - достаточно продать сырую программу, затем посмотреть список наиболее часто возникающих проблем и ошибок, которые пользователи сами составят при обращении в службу поддержки и затем выпустить патч, после него другой, третий и так до бесконечности. Поневоле с ностальгией вспоминаются времена, когда Интернет был уделом горстки избранных, и неизбалованные всемирной сетью программисты вылизывали свои программы до последнего байтика, зная, что после того как их продукт уйдет к конечному пользователю, то исправить уже ничего не удастся. Программы выходили значительно реже, зато работали как швейцарские часы. А ныне, уныло глядя на, например, четвертый (!) по счету патч Microsoft для Windows 2000 размером 175 мегабайт, понимаешь, что по Dial Up доступу эту глыбищу не слить и за неделю, да и во сколько же эта заплатка обойдется при почасовой оплате! А ведь есть еще Microsoft Office и десятки других программ, требующих исправления. А гигантские залежи музыки и видеофильмов в Интернете! Локоть хочется укусить при мысли обо всех этих сокровищах информационных технологий, которые диалапщикам практически не доступны.
Все эти невеселые размышления приводят к мысли, что Dial Up доступ к Интернету себя изжил и срочно требуется замена. Что же в состоянии заменить отживающие технологии? Сразу приходят на ум уже ставший классикой ISDN (Integrated Services Digital Network - интегрированные услуги цифровой сети связи) и относительно новый спутниковый Интернет. Приходят то они сразу, но после продолжительных размышлений оба отпадают. ISDN отпадает из-за высокой стоимости прокладки выделенного канала, неуместного в условиях квартиры и высоченной цены владения (абонентская плата + оплата за трафик). В принципе, этот вид доступа возможен при прокладке домовой сети, когда несколько пользователей вскладчину проводят себе высокоскоростной канал, а затем разводят его по многоквартирному дому через локальную сеть. Но как покажет дальнейший материал статьи, у ISDN появился мощный конкурент, сводящий на нет все достоинства этой технологии. Спутниковый Интернет, конечно, выглядит очень привлекательно, но имеются нюансы, причем не всегда приятные. Да, спутник захватывает большую зону поверхности Земли, но надо смотреть, виден ли спутник провайдера, предоставляющего данную услугу в вашем регионе и под каким углом он виден, от этого зависит, какого размера спутниковую тарелку вам придется ставить. Кроме того, спутниковый канал все же не очень быстр - лучшие из них обеспечиваю около 400 Кбит/с по направлению к пользователю, (это для рядовых пользователей, конечно, есть и более высокоскоростные варианты, но они на несколько порядков дороже). Пересылка же данных от пользователя к провайдеру осуществляется по телефону, таким образом, телефонная линия так же занята, как и при использовании Dialup модема. Спутниковые системы разных провайдеров имеют ряд общих недостатков, заключающихся в дороговизне используемого оборудования и сложности его установки и настройки. Кроме того, спутниковые провайдеры, мягко говоря, недостаточно надежны. На это есть причины как объективные (спутники не вечны, попадет телекоммуникационный спутник в плотные слои атмосферы, когда еще выведут замену на ту же орбиту), так с субъективные - вспомните фиаско спутникового Интернета НТВ+, который, получается, кинул тысячи своих пользователей, оставив их с бесполезными ресиверами.
Вот хорошо бы тот же ISDN, но безо всяких выделенных линий, а прямо на телефонном медном кабеле. Ведь абонентская телефонная линия - чем не кабель для сети. Да, качество ужасное, но можно же разработать новые технологии пересылки данных, перевести все в цифру, замодулировать все особым образом, скорректировать возникающие ошибки и получить в результате широкополосный цифровой канал. Вот и получается, что вся надежда на прогресс. И мечты и надежды оказались вовсе не бесплодными - свято место пусто не бывает, да и прогресс не стоит на месте - получили технологию, совмещающую в себе лучшие черты как Dial Up-модемов работающих на аналоговых телефонных линиях, так и высокоскоростных IDSN-модемов. Встречайте - технология ADSL.

ADSL - что это?

Начнем с названия: ADSL расшифровывается как Asymmetric Digital Subscriber Line (асимметричная цифровая абонентская линия). Этот стандарт, входит в целую группу технологий высокоскоростной передачи данных, под общим названием xDSL, где x - это буква, характеризующая скорость канала, а DSL - уже известное нам сокращение Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия. Впервые название DSL прозвучало в далеком 1989 году, именно тогда впервые возникла сама идея цифровых коммуникаций с использованием пары медных телефонных проводов вместо специализированных кабелей. Фантазия разработчиков этого стандарта явно хромает, поэтому названия технологий входящих в группу xDSL довольно однообразны, например HDSL (High data rate Digital Subscriber Line - высокоскоростная цифровая абонентская линия) или VDSL (Very high data rate Digital Subscriber Line - очень высокоскоростная цифровая абонентская линия). Все остальные технологии этой группы значительно быстрее ADSL, но при этом требуют использования специальных кабелей, в то время, как ADSL может работать на обычной медной паре, которая повсеместно применяется при прокладке телефонных сетей. Разработка технологии ADSL началась в начале 90-х годов. Уже в 1993 году был предложен первый стандарт данной технологии, который начал внедряться в телефонных сетях США и Канады, и с 1998 года технология ADSL пошла, что называется, в мир.
Вообще, хоронить медную абонентскую линию, состоящую их двух проводов нам мой взгляд еще преждевременно. Сечение у нее вполне достаточное, чтобы обеспечить прохождение цифровой информации на довольно значительные расстояния. Представьте только, сколько миллионов километров подобного провода проложено по всей Земле со времени появления первых телефонов! Да, ограничения по расстоянию никто не отменял, чем выше скорость передачи информации, тем на меньшее расстояние ее можно переслать, но проблема "последней мили" уже решена! Благодаря использованию на абонентской телефонной линии высоких технологий DSL, адаптированных к медной паре, эти миллионы километров аналоговых линий стало возможным использовать для организации экономически выгодной высокоскоростной передачи данных от провайдера, владеющего толстым цифровым каналом, к конечному пользователю. Провод, некогда предназначенный исключительно для обеспечения аналоговой телефонной связи, легким движение руки превращается в широкополосный цифровой канал, при этом сохраняя и свои первоначальные обязанности, так как владельцы ADSL модемов могут использовать абонентской линии для традиционной телефонной связи одновременно с пересылкой цифровой информации. Это достигается за счет того, что при использовании технологии ADSL на абонентской линии для организации высокоскоростной передачи данных, информация передается в виде цифровых сигналов со значительно более высокочастотной модуляцией, чем та, которая обычно используется для традиционной аналоговой телефонной связи, что значительно расширяет коммуникационные возможности существующих телефонных линий.

ADSL - как это все работает?

Как работает ADSL? За счет каких технологий ADSL позволяет превратить пару телефонных проводов в широкополосный канал передачи данных? Давайте поговорим об этом.
Для создания соединения ADSL требуются два ADSL модема - один у провайдера и еще один у конечного пользования. Между этими двумя модемами - обычный телефонный провод. Скорость соединения может варьироваться в зависимости от длины "последней мили" - чем дальше от провайдера, тем меньше максимальна скорость пересылки данных.

Обмен данными между ADSL модемами идет на трех резко разнесенных между собой частотных модуляциях.

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 - звучит как «старая добрая Англия»). Благодаря этому телефонный разговор реально можно вести одновременно с 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. Надо сказать, что подобный сервис был включен в самую первую спецификацию стандарта ADSL, являясь изначальной изюминкой этой технологии.
Для повышения надежности телефонной связи ставятся специальные фильтры, которые исключительно эффективно разделяют аналоговые и цифровые составляющие связи между собой, не исключая при этом совместной одновременной работы на одной паре проводов.
Технология ADSL является асимметричной, как и Dial Up модемы. Скорость входящего потока данных в разы больше выше, 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, которому до идеала, как до Луны пешком. Но ADSL ухитряется создавать каналы высокоскоростной передачи данных по обычному телефонному кабелю, при этом показывая результаты более высокие, чем ISDN со своей выделенной линией. Вот тут и выясняется, что инженеры Hi-Tech корпораций не зря едят свой хлеб.
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. Прием известный уже лет двадцать, но только сейчас мы видим его применение на практике для создания высокоскоростных цифровых магистралей. 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.
Как ни странно, но при рассмотрении метода разделения полосы пропускания на ум, в качестве аналогии приходит такой широко распространенный класс программ, как Download manager - в них для закачки файлов применяется метод разбиения их на части и одновременной закачки всех этих частей, что позволяет эффективнее использовать канал связи. Как видите, аналогия прямая и различается только реализацией, в случае ADSL мы имеем аппаратный вариант и не только для закачки, но и для пересылки 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 на лету 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.

Насколько быстра технология ASDL?

Все познается в сравнении, нельзя оценить скорость технологии, не сравнив ее с другими. Но перед этим необходимо учесть несколько особенностей ADSL.
Прежде всего, ADSL является асинхронной технологией, то есть скорость приема информации значительно выше, чем скорость передачи ее от пользователя. Поэтому необходимо учитывать две скорости передачи данных. Другой особенностью технологии ADSL является использование высокочастотной модуляции сигнала и использование нескольких более низкоскоростных каналов лежащих в общем поле частот приема и передачи для одновременной параллельной пересылки больших объемов данных. Соответственно, на "толщину" канала ADSL начинает оказывать влияние такой параметр, как расстояние от провайдера до конечного пользователя. Чем больше расстояние, тем больше наводок и сильнее затухание высокочастотного сигнала. Используемый спектр частот сужается, уменьшается максимальное количество параллельных каналов, соответственно падает и скорость. В таблице показано изменение пропускной способности каналов приема и передачи данных при изменении расстояния до провайдера.

Помимо расстояния на скорость передачи данных, сильно влияет качество телефонной линии, в частности сечение медного провода (чем больше, тем лучше) и наличие кабельных отводов. На наших телефонных сетях, традиционно плохого качества, с сечением проводов 0,5 кв. мм и вечно далеким провайдером, наиболее обычными скоростями соединения будут 128 Кбит/с - 1,5 Мбит/с для приема данных идущих к пользователю и 128 Кбит/с - 640 Кбит/с для отсылки данных от пользователя при расстояниях в переделах 5 километров. Впрочем, с улучшением телефонных линий будет и увеличиваться скорость ADSL.

Для сравнения рассмотрим другие технологии.

Dial Up модемы, как вы знаете, ограничены предельной скоростью приема данных в 56 Кбит/с, скорость, которую я, например, никогда не выдел на аналоговых модемах. Для пересылки данных их скорость составляет максимум 44 Кбит/с у модемов использующих протокол v.92, при условии, что провайдер так же поддерживает этот протокол. Обычная же скорость отсылки данных составляет 33,6 Кбит/с.
Максимальная скорость ISDN в двухканальном режиме составляет 128 Кбит/с , или как не трудно посчитать, по 64 Кбит/с на канал. Если пользователь звонит по ISDN-телефону, который обычно поставляется вместе с услугой ISDN, то скорость работы падает до 64 Кбит/с, так как один из каналов занимается. Отсылка данных осуществляется с теми же скоростями.
Кабельные модемы могут обеспечить скорость передачи данных от 500 Кбит/с до 10 Мбит/с. Такой перепад объясняется тем, что пропускная способность кабеля одновременно распределяется между всеми подключенными пользователями, находящимися в сети, поэтому, чем больше людей, тем уже канал для каждого из пользователей. При использовании же технологии ADSL вся пропускная способность канала принадлежит конечному пользователю, делая скорость соединения более стабильным по сравнению с кабельными модемами.
И наконец выделенные цифровые линии Е1 и Е3 могут показывать скорость передачи данных, в синхронном режиме 2 Мбит/с и 34 Мбит/с соответственно. Показатели очень хорошие, но цены на проводку и содержание данных линий заоблачные.

Глоссарий.

Абонентская линия. - пара медных проводов, идущих от ATC к телефону пользователя. Можно так же встретить ее англоязычное обозначение - LL (Local Loop). Ранее использовалась исключительно для ведения телефонных разговоров. С появлением Dial Up модемов долгое время служила основным каналом выхода в Internet, теперь используется для тех же целей технологией ADSL.
Аналоговый сигнал - непрерывный колебательный сигнал, характеризующийся такими понятиями как частота и амплитуда. Аналоговые сигналы с оговоренными частотами служат для управления телефонными соединениями, например сигнал "занято". Простой телефонный разговор является разновидностью аналогового сигнала с постоянно меняющимися параметрами частоты и амплитуды.
Цифровой сигнал - цифровой сигнала, в отличие от аналогового прерывистый (дискретный), значение сигнала изменяется от минимального к максимальному без переходных состояний. Минимальному значению цифрового сигнала соответствует состояние "0", максимальному "1". Таким образом при цифровой передаче информации используется двоичный код, наиболее распространенный в среде компьютеров. Цифровой сигнал в отличие от аналогового невозможно исказить даже в условиях сильных шумов и помех на линии. В худшем случае сигнал не дойдет до конечного пользователя, но система коррекции ошибок, которая присутствует в подавляющем большинстве цифровой аппаратуры связи, выявит отсутствующий бит и пошлет запрос на повторную пересылку испорченной порции информации.
Модуляция - процесс преобразования данных в сигнал определенной частоты, предназначенный для передачи по абонентской линии, по специальному кабелю или, для беспроводных систем, по радиоволнам. Процесс обратного преобразования модулированного сигнала называется демодуляцией.
Несущая частота - специальный высокочастотный сигнал определённой частоты, и амплитуды отделенная от других частот полосами молчания.
Кабельные модемы - модемы, использующие кабеля существующих сетей кабельного телевидения. Данные сети являются сетями коллективного пользования, то есть скорость передачи данных сильно зависит от количества пользователей одновременно находящихся в сети. Поэтому хотя максимальная скорость кабельных модемов и достигает 30 Мбит/с, на практике редко когда удается получить больше 1 Мбит/с.
P.P.S. Если какие-либо термины в статье вам будут непонятны, пишите, глоссарий будет расширен.