filtro adsl
Caratteristiche generali
All'interno della famiglia di tecnologie DSL, ADSL è caratterizzata dalla larghezza di banda asimmetrica:[5] da 640 kbit/s a diverse decine di Mbit/s in download e da 128kbit/s a 1 Mbit/s in upload. Questa asimmetria si adatta al traffico generato dall'utenza residenziale[6].
Gli accessi a internet ADSL o equivalenti vengono considerati "banda larga" (o broadband), e hanno ormai soppiantato quasi totalmente sia i modem tradizionali analogici di tipo dial-up, che consentono velocità massime di 56 kbit/s in download e 48 kbit/s in upload (standard V.92), sia le linee ISDN che arrivano fino a 128 kbit/s (utilizzando doppio canale a 64 kbit/s) simmetrici.
Il doppino telefonico in rame era stato progettato, e viene tuttora usato, per la comunicazione in voce, che utilizza frequenze tra 300 e 3.400 hertz, perché questa banda viene considerata come limite minimo per l'intelligibilità della voce umana (ed era generabile nativamente dalla "storica" capsula telefonica a granuli di carbone), ma ha in realtà una banda passante di alcuni MHz. Per sfruttare tutta la banda effettivamente disponibile, vengono attualmente utilizzate tecniche di Multiplazione a divisione di frequenza per separare il segnale vocale (sotto i 4 kHz) dal traffico dati (sopra i 25,875 kHz), e il traffico dati in upload da quello in download.
Sin dai primi anni sessanta lo stesso principio è stato utilizzato per la filodiffusione, il cui segnale audio (20 - 15.000 Hz modulato AM), utilizza frequenze portanti crescenti per ciascun canale, fino ai 350 kHz.
Il collegamento ADSL è terminato da un modem ADSL a casa dell'utente (spesso incorporato in un router ma anche interno nel computer), e da un DSLAM nella centrale telefonica: essi hanno sostanzialmente le stesse funzioni lavorando in maniera duale in una stessa trasmissione dati dalla centrale all'utente o dall'utente verso la centrale.
La separazione tra il segnale vocale e quello dati viene effettuato tramite appositi filtri denominati "splitter" posizionati presso il domicilio dell'utenza e nella centrale telefonica. La parte a bassa frequenza del segnale, cioè la fonia, viene inviata rispettivamente ai telefoni e ai commutatori telefonici preesistenti, preservando il servizio telefonico; la parte in alta frequenza, cioè la parte dati, ai DSLAM o al modem/router a casa dell'utente.
Un altro vantaggio della tecnologia ADSL è la separazione delle bande dedicate al download e agli upload, a differenza ad esempio del collegamento mediante protocollo V.90 che essendo molto vicino al limite teorico di un canale telefonico non permette un sistema duplex alla massima velocità.
Aspetti tecnici
Modulazione
La banda del canale trasmissivo viene suddivisa in vari sottocanali (detti "frequency bin") spaziati tra loro di 4,3125 kHz. I canali tra 25,875 kHz e 138 kHz vengono usati per i canali di upload, mentre quelli dai 138 kHz ai 1,1 MHz (2,2 MHz per ADSL 2+) per i canali in download.La modulazione utilizzata è di tipo OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing): i canali vengono utilizzati in parallelo, e sono modulati con un codice in modo da minimizzare l'interferenza tra loro. Questa architettura permette di sfruttare al meglio canali trasmissivi "problematici" ovvero soggetti a disturbi sotto forma di rumore e interferenza, adattando la modulazione alle caratteristiche dei singoli canali e scartando i canali inutilizzabili. Questa adattabilità è necessaria perché vengono utilizzate linee di trasmissione con caratteristiche eterogenee e soggette a varie forme di interferenza come ad esempio la diafonia da crosstalk. La velocità di connessione non è dunque costante e dipende dallo stato del canale di comunicazione oltre che dalla multiplazione statistica a domanda delle risorse trasmissive di rete disponibili al variare del numero di utenti connessi.
Sincronizzazione
Ciascun canale, in base alla sua qualità (attenuazione, rapporto segnale/rumore), può essere utilizzato a diverse frequenze di bit utilizzando costellazioni più o meno ampie di simboli.Al momento di stabilire la connessione, il modem ADSL e il DSLAM analizzano la qualità della linea su ciascun canale e decidono come utilizzare ciascun canale ("bits-per-bin allocation"). Questa operazione è detta "sincronizzazione" del modem e può richiedere anche alcune decine di secondi. Durante questa fase normalmente il led "link" del modem lampeggia e diventa fisso quando la sincronizzazione è stata ottenuta.
Nella scelta della costellazione da usare per ciascun canale viene scelto un compromesso tra velocità di trasmissione e affidabilità: utilizzando una costellazione più ampia, cioè a maggior numero di simboli, si ottiene infatti una velocità maggiore, ma aumenta al contempo il rischio di disconnessione in caso di peggioramento della qualità della linea.
La somma delle capacità negoziate su ciascun canale è la velocità di connessione riportata dal modem.
I modem sono normalmente in grado di adattarsi al mutare delle condizioni della linea "spostando" bit tra canali ("bit swapping"), ma se le condizioni della linea peggiorano troppo questa misura non è più sufficiente e avviene una disconnessione.
Protocolli utilizzati
Sopra il collegamento di livello trasmissione così stabilito, deve essere utilizzata una pila di protocolli piuttosto complessa per supportare IP che è la seguente (in ordine a partire dal basso):- Sul collegamento tra il modem e il DSLAM, e dal DSLAM al server di accesso, viene creato un circuito virtuale ATM.
- Per selezionare il protocollo trasportato in ATM, è necessario usare un metodo di incapsulamento, VC-MUX o LLC.
- nel circuito virtuale viene trasportato PPPoA oppure PPPoE.
- nel circuito PPP, viene finalmente trasportato IP.
Standard ADSL
| Standard | Nome comune | Velocità massima in downstream |
Velocità massima in upstream |
|---|---|---|---|
| ANSI T1.413-1998 Issue 2 | ADSL | 8 Mbit/s | 1 Mbit/s |
| ITU G.992.1 | ADSL (G.dmt) | 8 Mbit/s | 1 Mbit/s |
| ITU G.992.1 Annex A | ADSL over POTS | 10 Mbit/s | 1 Mbit/s |
| ITU G.992.1 Annex B | ADSL over ISDN | 10 Mbit/s | 1 Mbit/s |
| ITU G.992.1 Annex C | |||
| ITU G.992.2 | ADSL Lite (G.lite) | 1.5 Mbit/s | 0,5 Mbit/s |
| ITU G.992.3 | ADSL2 (G.bis) | 12 Mbit/s | 1 Mbit/s |
| ITU G.992.3 Annex J | ADSL2 | 12 Mbit/s | 3,5 Mbit/s |
| ITU G.992.3 Annex L | RE-ADSL2 | 6 Mbit/s | 1,2 Mbit/s |
| ITU G.992.3 Annex M | |||
| ITU G.992.4 | ADSL2 (G.bis.lite) | 12 Mbit/s | 1 Mbit/s |
| ITU G.992.4 Annex J | ADSL2 | 12 Mbit/s | 3,5 Mbit/s |
| ITU G.992.4 Annex L | RE-ADSL2 | 6 Mbit/s | 1,2 Mbit/s |
| ITU G.992.5 | ADSL2+ | 24 Mbit/s | 1 Mbit/s |
| ITU G.992.5 Annex L | RE-ADSL2+ | 24 Mbit/s | 1 Mbit/s |
| ITU G.992.5 Annex M | ADSL2+M | 24 Mbit/s | 3,5 Mbit/s |
Una nuova tecnologia, Dynamic Spectrum Management, promette di elevare la banda del tradizionale doppino telefonico dagli attuali 25 Mbit/s a 250 Mbit/s, grazie a modelli matematici più avanzati di correzione del segnale, e a una modulazione intelligente della potenza elettrica trasmissiva fra le varie bande.
In questo modo si riuscirebbero a eliminare gran parte delle interferenze generate dalla distanza di trasmissione e dal mezzo metallico. La tecnologia è brevettata da John Papandriopoulos, PhD all'Università di Melbourne, Australia, e necessita di alcuni anni per divenire commerciale.
ADSL e VDSL2
Una ADSL, in quanto asimmetrica (cioè velocità di upload diverse da quelle di download) è adatta ad esempio al download via web, streaming audio/video, ecc. Sono invece penalizzate le applicazioni per la comunicazione di fonia (è infatti il caso del VoIP ) e la condivisione dati (file sharing in reti P2P) a causa della generale bassa velocità di upload cioè di trasmissione attualmente (2007) offerta dai vari gestori.In Francia[7] dal 2005, e in Germania[8] è stata introdotta la tecnologia VDSL2 che fornisce una velocità simmetrica di 50 Mbit/s sia in download sia in upload.
ADSL con IP statico e privacy
Le connessioni ADSL pongono un problema di privacy, se l'indirizzo IP è configurato staticamente. In questi casi, poiché l'IP assegnato all'utenza è lo stesso a ogni connessione, risulta facile identificare il traffico dati generato dalla navigazione di questi utenti e associarlo a quello relativo alle sessioni precedenti. Il numero telefonico e il nominativo del titolare della linea utilizzata nella connessione restano dati protetti (disponibili solo su richiesta della magistratura), ma l'indirizzo IP viene registrato nei file di log di qualunque sito visitato ed è trasmesso continuamente durante qualsiasi tipo di trasferimento dati. Anche nel caso in cui si scelga di non fare mai uso esplicito di nome e cognome le informazioni raccolte possono essere aggregate in base all'indirizzo IP per risalire a informazioni di carattere personale. L'uso di programmi, come Tor o Privoxy, e di trucchi per rendere anonima la connessione può aiutare a rendere più difficile la tracciatura; tuttavia il provider che fornisce il servizio di connettività ha sempre potenziale accesso a tutte le operazioni effettuate. Fatto, quest'ultimo, altrettanto valido per le tradizionali connessioni dial-up PSTN.Installazione
L'attivazione del servizio ADSL lato utente richiede l'applicazione ai dispositivi "standard" (prese di telefoni, fax e modem analogici) di un opportuno filtro (o splitter) ADSL, che fa sì che a tali apparati arrivino soltanto le frequenze relative al servizio telefonico di base, bloccando a monte quelle per la trasmissione dati, che altrimenti possono generare disturbi e fruscii. Attualmente (2007) i produttori di modem e router hanno la tendenza a installare un filtro passa-alto ad alto grado (5º o superiore) direttamente dentro il modem, così facendo tutti gli eventuali rumori o disturbi causati dal modem nella gamma delle frequenze telefoniche (0 – 4.000 Hz) vengono eliminati a monte, evitando che si diffondano nel sistema telefonico classico permettendo, in alcuni casi, di poter escludere i filtri applicati a ogni singola presa telefonica presente nell'abitazione.
ADSL e linee ISDN
Si noti che su una linea ISDN, negli stati come l'Italia, dove è applicato lo standard ITU G.992.1 Annex A, non può essere aggiunta l'ADSL, perché ci sarebbero delle frequenze in comune. In questi casi viene aggiunta una nuova linea telefonica che però non è collegata al servizio di fonia standard. In Germania e in Svizzera, dove lo sviluppo di ISDN era molto elevato, si è invece preferito chiedere ai costruttori di apparati di sviluppare versioni localizzate che lasciassero libere le frequenze usate da ISDN, come previsto dallo standard ITU G.992.1 Annex B. Inoltre l'ISDN ha la differenza, rispetto all'ADSL, di digitalizzare anche chiamate telefoniche oltre al flusso dati che però è significativamente inferiore a quello dell'ADSL.Attualmente (2007) in Italia le velocità stanno aumentando e le offerte da 4, 6 e più Mbit/s sono comuni, ma stanno diventando sempre più frequenti le offerte ADSL 2+, a 12, 20 e 24 Mbit/s. La velocità media è a volte sotto il picco teorico perché la banda tra il DSLAM e la rete IP è frazionata fra molti utenti. Come accade per l'ADSL2 a 20 Mbit/s, soltanto chi abita in vicinanza della centrale telefonica potrà godere di questa velocità. Il segnale decade rapidamente e a 5 km di distanza la velocità di download non supera i 640 kbit/s.
Il problema dei MUX e dei DSLAM
Teoricamente metà della banda disponibile su un singolo doppino può essere dedicata al segnale analogico che serve 700 utenze telefoniche; l'altra metà per utenze ADSL. Il numero di utenze servibili dipende dal "taglio" di banda richiesto.Talvolta la centrale telefonica risulta coperta da ADSL, ma ad alcuni numeri di telefono della centrale non è attivabile la banda larga perché i rispettivi doppini sono collegati a un MUX.
Il MUX infatti alza la bassa frequenza delle chiamate vocali fino alle alte frequenze del segnale ADSL. In questo modo la banda destinata all'ADSL viene utilizzata per il traffico voce di altre 700 utenze telefoniche risparmiando un secondo doppino che altrimenti sarebbe necessario per servire altre 700 utenze telefoniche. I MUX quindi dimezzano la quantità di doppini necessari, ma utilizzano frequenze necessarie al funzionamento dell'ADSL limitando dunque la velocità massima del collegamento dati in Internet a soli 56 kbit/s della linea telefonica (128 se si ha una linea ISDN).
Se la centrale telefonica è servita da ADSL (ossia ha un DSLAM), o è a pochi chilometri da un'altra servita da ADSL, il problema può essere risolto senza un onere eccessivo. Viene tolto il MUX in modo da liberare la banda del doppino da riservare all'ADSL e questo doppino viene collegato a un DSLAM. Così viene realizzata la copertura di 700 utenze, ma ovviamente le altre 700 che utilizzavano la banda ADSL per le chiamate vocali tramite MUX restano senza linea telefonica. Per evitare ciò è necessario dunque stendere un nuovo doppino fra la centrale telefonica e il punto di terminazione dei doppini delle utenze. Questo processo è quindi necessario per ogni doppino che era collegato al MUX.
Dunque, se non si riceve il segnale ADSL sono possibili essenzialmente 2 casi:
- centrale con DSLAM (coperta da ADSL) e doppino "sfortunato" collegato a MUX;
- centrale senza DSLAM (con o senza MUX): è il caso più probabile e frequente.
GLi UCR sono apparati ancora più vecchi, che funzionano sempre con multiplexing a divisione di frequenza.
I mux di nuova generazione sono in grado di supportare l'ADSL mentre per i modelli MD48 e MPX1 sono stati ideati i MiniCab detti in gergo "zainetti" che permettono a un massimo di 48 utenze servite da MUX di usufruire di ADSL e supportano la tecnologia ADSL2+ anche se al momento quest'ultima non è funzionante poiché vi sono problemi di surriscaldamento. Questi zainetti sono stati installati in via sperimentale in alcune delle zone provviste di MUX delle grandi città. Si prevede che presto questi zainetti verranno installati in tutte le zone "muxate" di tutti i comuni italiani e le utenze servite saranno tutte quelle sotto MUX.
Dall'estate 2008 vi sono anche i mini-dslam per armadio (le caratteristiche sono simili ai minidslam per centrale) ufficialmente utilizzati dal monopolista per gli apparati UCR, collegati in rame alla centrale, e si pensa che siano utilizzabili anche per i MUX ASS poiché sono anch'essi collegati in rame. Sfortunatamente le pianificazioni per questi apparati vanno molto a rilento.
Mini-DSLAM
Il Mini-DSLAM è una soluzione progettuale che può fornire una velocità di connessione massima di 640 kbit/s per utenza telefonica collegata, per un numero che varia da 64 a 128 utenze per apparecchio installato.In una centrale telefonica, tipicamente sono installati alcuni DSLAM adsl chiamati "Mini" non tanto per la dimensione ma per la banda che possono erogare all'utenza.
La soluzione è adottata per le centrali telefoniche che non sono collegate in fibra ottica, ma su doppino.
Nelle stesse centrali, potrebbe essere installato un DSLAM, come quelli di una normale ADSL, con la stessa banda passante, dove un ponte radio collega la centrale telefonica alla rete, in assenza di fibra ottica.
Il Mini-DSLAM è scelto quindi sia per ragioni tecniche sia economiche, per avere un'installazione ADSL meno onerosa, al prezzo di una velocità di connessione molto più bassa.
La velocità di connessione effettiva commerciale è stata fissata a 640 kbit/s senza possibilità di crescita a causa della scarsa banda di backhauling. Per ottenere un upgrade della banda, è necessario affiancare il mini-DSLAM con un altro dslam ATM o Ethernet su Gigabit Ethernet che successivamente viene installato in sede alla centrale telefonica se viene finanziata la fibra necessaria alla rete di dorsale.
Nella configurazione base andata per la maggiore dal 2007 (anno di introduzione di questa ADSL ridotta) lo standard g.shdsl.bis[9], è stato utile per il backhauling di centrali con Mini-DSLAM, per ottenere una banda simmetrica a fasci di 2 Mbit/s cadauno. In genere si collegavano 4 fasci per un totale di banda di backhauling di 8 Megabit/s.
Compatibilità del Mini-DSLAM con tecnologie DSL
Le linee collegate a Mini-DSLAM possono essere servite con tecnologia HDSL, se nell'armadio ripartilinee sono disponibili quattro coppie (doppini) in rame inutilizzati. All'armadio ripartilinee sono collegati tutti i doppini della rete locale, è l'apparato più vicino alle utenze telefoniche, e si trova accanto ai MUX/UCR, se presenti.Dove è installato il Mini-DSLAM, non è invece disponibile la connessione SHDSL, a meno che si trovi una coppia in rame libera. SHDSL è una tecnologia proprietaria, che richiederebbe l'installazione di un Mini-DSLAM differente e dedicato.
Allo stesso modo, la tecnologia Symmetric Digital Subscriber Line (SDSL) richiede l'installazione di un hardware proprietario, di un fornitore differente e non compatibile con quello dei Mini-DSLAM.
Quindi, se vi sono coppie di rame libere, è possibile attivare HSDL, SHDSL e/o SDSL. Ogni coppia in rame trasporta un flusso dati fino a 2,3 Megabits e può essere usata per HDSL, SHDSL, SDSL, ADSL o ISDN. Per SHDSL basta una coppia libera, mentre per HDSL, che viaggia a 8 Mbit/s, servono 4 coppie libere.
La coppie di rame libere permettono di aggirare l'ostacolo legato a vecchi apparati di rete. Eventuali hardware proprietari (modem, etc.), incompatibili con questi apparati di rete, vengono installati direttamente presso l'utente, e in centrale telefonica.
Il problema della fibra ottica
Per la copertura a banda larga di un territorio oltre al DSLAM è necessario in genere anche la presenza della fibra ottica a partire dalla prima centrale telefonica (Stadio di Linea) verso lo Stadio di Gruppo Urbano per raccogliere su di sé le bande larghe dei vari doppini entranti dal lato utente. A ogni modo gli Stadi di linea della rete telefonica risultano molto spesso già cablati in fibra verso lo Stadio di Gruppo Urbano lasciando quindi il problema della copertura ADSL come un fatto unicamente dovuto alla mancanza delle opportune apparecchiature in centrale (DSLAM e MUX di cui sopra) e alla distanza effettiva dell'utenza finale dalla centrale stessa. I costi eventuali di posa della fibra così come quelli degli apparati possono essere tali che l'investimento non produca un adeguato ritorno economico per l'operatore se il numero di utenti da servire su un territorio è basso.Se si vuole aumentare la banda larga a disposizione dell'utente fino alle centinaia di Mbit/s e oltre come previsto ad esempio per le future Next Generation Networking è auspicabile la presenza della fibra ottica anche nella rete di accesso come peraltro garantiscono Fastweb, Telecom e Vodafone in alcune città d'Italia.
Fibra ottica o ponte radio
Se la centrale telefonica non è servita da fibra ottica, il ponte radio è una soluzione per fornire banda larga, senza penalizzare le prestazioni.Gli operatori telefonici tratta adottano ponti radio PDH/SDH o IP, che prevede parabole simili a quelle satellitari, con un diametro che può variare dai 60 cm, per tratte di pochi chilometri, ai 120 cm, per tratte molto lunghe.
I ponti radio usano frequenze a 24 GHz su licenze dal Ministero delle Comunicazioni. La frequenza è tale che non risente di fenomeni atmosferici ovvero disturbi di radiopropagazione.
La qualità del servizio è in genere molto buona, nonostante il segnale subisca un'attenuazione con la distanza, e in presenza di ostacoli fisici in traiettoria ottica. Il segnale degrada rapidamente a 5 km di distanza dalla parabola.
Utilizzo
ADSL viene usato per la connessione a Internet sul cosiddetto "ultimo miglio", ovvero il tratto di doppino telefonico tra il domicilio dell'utente e la centrale telefonica. Questo tratto di doppino è normalmente dedicato a una sola utenza, anche se per gran parte si trova in cavi multicoppia insieme ad altri doppini.Uno dei punti di forza delle tecnologie ADSL è la possibilità di usufruirne senza dover cambiare i cavi telefonici esistenti. Questo risultato è ottenuto al costo di una certa complessità tecnologica: le capacità fisiche della linea trasmissiva vengono sfruttate al limite, e ben oltre l'utilizzo per cui le linee stesse erano state progettate. Di conseguenza le prestazioni ottenibili dipendono fortemente dalla distanza dalla centrale, dalla qualità dei cavi, dalla presenza di eventuali disturbi elettromagnetici lungo la linea (interferenze da diafonia).
La scelta di dedicare una banda maggiore al downstream piuttosto che all'upstream risiede essenzialmente nel fatto che il DSLAM costituisca il punto più rumoroso del local loop, in esso è il segnale in upstream ad avere la minore intensità, ponendo quindi un vincolo in termini di SNR, tuttavia, generalmente, l'utente residenziale ha maggior bisogno di banda in download dalla rete piuttosto che per trasmettere dati verso di esse, al contrario gli utenti business devono ricorrere alle più costose linee dedicate.
Aspetti commerciali
I DSLAM installati nelle centrali telefoniche modulano il segnale sul doppino in rame, e hanno un costo di circa 15.000 euro a centrale telefonica per la copertura del servizio.Nonostante le nuove linee ADSL 2+, in Italia circa 10 milioni di persone non hanno la possibilità di accedere a una ADSL 20 Mbit/s, perché la copertura adsl non serve ancora molte località. Si potrebbero, per ovviare ai problemi di copertura della linea, per esempio, sfruttare alternative come l'extended adsl o il wi-fi (vedasi digital divide).
La banda minima garantita (MCR) è a discrezione del provider. Teoricamente ADSL non ha una velocità minima, massima e un throughput medio, ma un solo parametro di velocità: nei contratti è infatti indicata una sola velocità, che propriamente è detta velocità di punta (Peak Cell Rate, PCR). Gli operatori mettono a disposizione dell'utente un canale con date caratteristiche, quali PCR e MCR. Eventuali rallentamenti possono essere dovuti a diversi fattori, tra cui congestione del nodo ATM oppure problemi di banda del nodo (server) remoto a cui si inoltrano le richieste. Alcuni operatori effettuano overbooking: la somma dei singoli MCR delle connessioni supera l'MCR del nodo di attestazione. Questo significa che potrebbero verificarsi delle congestioni a causa dell'elevato traffico generato contemporaneamente dagli utenti.
Tipicamente, i contratti ADSL non garantiscono la continuità del servizio. In caso di interruzioni dovute a cortocircuiti, allagamenti o atti vandalici nelle centrali telefoniche, danneggiamento dei cablaggi durante cantieri di lavoro, l'utente con tariffa flat è tenuto dal contratto a pagare anche per i mesi in cui l'ADSL non è più disponibile sulla sua linea.
La legge sul servizio universale impone di garantire il servizio voce e una banda minima di 30 kbit/s per le connessioni Internet. Le linee ADSL di Telecom o le linee di altri operatori attestate in wholesale Telecom hanno una banda minima garantita di 10 kbit/s, che è quella richiesta per il traffico voce, e non garantisce nemmeno un collegamento Internet in connessione analogica.
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