DSL 的工作原理

DSL modem
DSL 调制解调器使用电话线进行高速互联网连接。
图片来源:十万个为什么 Shopper

当你连接到互联网时,你可能通过普通调制解调器、办公室的局域网连接、有线调制解调器数字用户线路 (DSL) 连接。DSL 是一种使用与普通电话线相同线路的超高速连接。以下是 DSL 的一些优点

  • 你可以保持互联网连接畅通,同时仍可使用电话线进行语音通话。
  • 速度比普通调制解调器快得多
  • DSL 不一定需要重新布线;它可以使用你现有的电话线。
  • 提供 DSL 服务的公司通常会提供调制解调器作为安装的一部分。

但也有缺点

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  • DSL 连接在离提供商中心局越近的地方效果越好。你离中心局越远,信号就越弱。
  • 该连接在接收数据方面比通过互联网发送数据更快。
  • 该服务并非在所有地方都可用。

在本文中,我们将解释 DSL 连接如何通过标准电话线传输更多信息,并让你在上网时也能进行普通电话通话。

电话线

如果你读过电话的工作原理,那么你就知道,美国标准的电话安装包括电话公司在你家安装的一对铜线。铜线有足够的空间承载比电话通话更多的信息——它们能够处理比语音所需更大的带宽(即频率范围)。DSL 利用这种“额外容量”在不干扰线路通话能力的情况下传输信息。整个方案基于将特定频率匹配到特定任务。

​要理解 DSL,你首先需要了解一些关于普通电话线的信息——电话专业人士称之为 POTS,即普通老式电话服务 (Plain Old Telephone Service)。POTS 充分利用电话公司线路和设备的方法之一是限制交换机、电话和其他设备将承载的频率。人类以正常会话语调说话的声音可以在 0 到 3,400 赫兹(每秒循环次数——参见电话的工作原理以获得精彩演示)的频率范围内传输。这个频率范围非常小。例如,将其与大多数立体声扬声器的范围进行比较,后者涵盖大约 20 赫兹到 20,000 赫兹。在大多数情况下,导线本身具有处理高达数百万赫兹频率的潜力。​

​线缆总带宽如此小部分的使用是历史原因——请记住,电话系统已经存在了大约一个世纪,每家每户都使用一对铜线。通过限制线路上承载的频率,电话系统可以在非常小的空间内封装大量线路,而无需担心线路之间的干扰。发送数字而不是模拟数据的现代设备可以安全地使用电话线的大部分容量。DSL 正是如此。

DSL 互联网连接是让员工与办公室保持联系的众多有效通信工具之一。

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非对称 DSL

DSL 信号无法通过光缆传输。
图片来源:Corning

大多数家庭和小型企业用户连接的是非对称 DSL (ADSL) 线路。ADSL 将线路中的可用频率进行划分,其假设是大多数互联网用户查看(即下载)的信息远多于他们发送(即上传)的信息。在此假设下,如果从互联网到用户的连接速度比从用户返回互联网的连接速度快三到四倍,那么用户在大多数情况下将获得最大的益处。

你从 ADSL 中获得的具体益处将很大程度上取决于你与提供 ADSL 服务的公司中心局的距离。ADSL 是一种距离敏感技术:随着连接长度的增加,信号质量会下降,连接速度也会降低。ADSL 服务的限制是18,000 英尺(5,460 米),但出于速度和服务质量的原因,许多 ADSL 提供商对服务的距离设置了更低的限制。在距离限制的极端情况下,ADSL 客户可能会看到远低于承诺最高速度的速度,而靠近中心局的客户则拥有更快的连接,未来可能会看到极高的速度。ADSL 技术在约 6,000 英尺(1,820 米)的距离上,可提供高达每秒 8 兆比特 (Mbps) 的最大下行(互联网到客户)速度,以及高达每秒 640 千比特 (Kbps) 的上行速度。实际上,目前广泛提供的最佳速度是 1.5 Mbps 下行,上行速度在 64 到 640 Kbps 之间。通过 ASDL2 和 ASDL2+ 服务,某些地区可以获得 ADSL 的巨大改进。ASDL2 将下行速度提高到 12 Mbps,上行速度提高到 1 Mbps;ASDL2+ 甚至更好——它将下行速度提高到 24 Mbps,上行速度提高到 3 Mbps。​

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你可能会想——如果距离是 DSL 的限制,为什么它对语音电话通话却不是限制呢?答案在于电话公司用来增强语音信号的小型放大器,称为加载线圈。不幸的是,这些加载线圈与 ADSL 信号不兼容,因此你的电话与电话公司中心局之间的环路中的语音线圈将使你无法接收 ADSL 服务。可能导致你无法接收 ADSL 的其他因素包括

  • 桥接抽头 - 这些是你和中心局之间的延伸,用于向其他客户提供服务。虽然在正常电话服务中你不会注意到这些桥接抽头,但它们可能会使电路的总长度超出服务提供商的距离限制。
  • 光缆 - 如果你的电话电路的一部分通过光缆传输,ADSL 信号就无法通过从模拟到数字再到模拟的转换。
  • 距离 - 即使你知道你家中心局的位置(如果你不知道也别惊讶——电话公司不会公布他们的位置),看地图并不能说明信号在你家和中心局之间必须传播的距离。

接下来,我们将探讨信号如何分离以及 DSL 使用哪些设备。

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信号分离

CAP 系统

ADSL 有两种相互竞争且不兼容的标准。ADSL 的官方 ANSI 标准是一种称为离散多音 (DMT) 的系统。根据设备制造商的说法,目前安装的大多数 ADSL 设备都使用 DMT。早期且更易于实施的标准是无载波幅相 (CAP) 系统,它在许多早期 ADSL 安装中使用。

CAP 通过将电话线上的信号划分为三个不同的频段来工作:语音对话在 0 到 4 KHz(千赫兹)频段中传输,所有 POTS 电路中都是如此。上行通道(从用户到服务器)在 25 到 160 KHz 之间的频段中传输。下行通道(从服务器到用户)始于 240 KHz,并向上延伸到根据多种条件(线路长度、线路噪声、特定电话公司交换机中的用户数量)而变化的某个点,但最大值约为 1.5 MHz(兆赫兹)。该系统将三个通道广泛分离,最大程度地减少了同一条线路上的通道之间或不同线路上的信号之间的干扰可能性。

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DMT 系统

DMT 也将信号划分为独立的通道,但它不使用两个相当宽的通道用于上行和下行数据。相反,DMT 将数据划分为 247 个独立的通道,每个通道宽 4 KHz。

一种理解方式是,想象电话公司将你的铜线分成 247 条不同的 4-KHz 线路,然后为每条线路连接一个调制解调器。你将获得相当于 247 个调制解调器同时连接到你的电脑。每个通道都受到监控,如果质量受损严重,信号就会转移到另一个通道。该系统不断在不同通道之间转移信号,寻找最佳的传输和接收通道。此外,一些较低的通道(从大约 8 KHz 开始)被用作双向通道,用于上行和下行信息。监控和整理双向通道上的信息,以及保持所有 247 个通道的质量,使得 DMT 比 CAP 更复杂,但在不同质量的线路上具有更大的灵活性。

滤波器

CAP 和 DMT 在某种程度上是相似的,作为 DSL 用户你可以发现这一点。

如果你安装了 ADSL,你几乎肯定会得到一些小型滤波器,用于连接到不向你的 ADSL 调制解调器提供信号的插座上。这些滤波器是低通滤波器——简单的滤波器,可以阻挡所有高于特定频率的信号。由于所有语音对话都在 4 KHz 以下进行,因此低通 (LP) 滤波器旨在阻挡所有高于 4 KHz 的信号,从而防止数据信号干扰标准电话通话。

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DSL 设备

ADSL 使用两部分设备,一个在客户端,另一个在互联网服务提供商、电话公司或其他 DSL 服务提供商处。在客户所在地有一个 DSL 收发器,它也可能提供其他服务。DSL 服务提供商有一个 DSL 接入多路复用器 (DSLAM) 来接收客户连接。

收发器

大多数住宅客户称他们的 DSL 收发器为“DSL 调制解调器”。电话公司或 ISP 的工程师称之为 ATU-R。无论它叫什么,它都是用户计算机或网络数据连接到 DSL 线路的节点。

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收发器可以通过多种方式连接到客户设备,尽管大多数住宅安装使用 USB 或 10 Base-T 以太网连接。虽然 ISP 和电话公司销售的大多数 ADSL 收发器只是简单的收发器,但企业使用的设备可能会在同一平台上结合网络路由器、网络交换机或其他网络设备。

DSLAM

接入提供商处的 DSLAM 是真正实现 DSL 的设备。DSLAM 接收来自许多客户的连接,并将它们聚合到单一的高容量互联网连接上。DSLAM 通常很灵活,能够在一个中心局支持多种类型的 DSL,并且在同一种 DSL 中支持不同种类的协议和调制——例如,包括 CAP 和 DMT。此外,DSLAM 还可以提供路由或为客户动态分配 IP 地址等附加功能。

DSLAM 是 ADSL 和有线调制解调器用户服务之间的主要区别之一。因为有线调制解调器用户通常共享一个贯穿整个社区的网络环路,所以在许多情况下,增加用户意味着降低性能。ADSL 提供从每个用户到 DSLAM 的专用连接,这意味着随着新用户的增加,用户不会看到性能下降——直到用户总数开始使单一高速互联网连接饱和。届时,服务提供商的升级可以为连接到 DSLAM 的所有用户提供额外的性能。

有关美国 ADSL 费率和可用性的信息,请访问宽带报告。该网站可以提供您所在地区的 ADSL 服务公司信息、其收费标准和客户满意度,并估算您与最近中心局的距离。

ADSL 并不是唯一的 DSL 类型,也不是获得高速互联网接入的唯一方式。接下来,我们将探讨 ADSL 的替代方案。

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ADSL 的替代方案

DSL 技术有多种变体——其中许多都以这样或那样的方式解决了 DSL 的距离限制。其他类型的 DSL 包括

  • 甚高速数字用户线路 (VDSL) - 这是一种快速连接,但只能在短距离内工作。它能够以 52 Mbps 下行和 12 Mbps 上行的速率处理互联网接入、高清电视和按需服务。
  • 对称 DSL (SDSL) - 这种连接主要由小型企业使用,它不允许你同时使用电话,但接收和发送数据的速度是相同的。
  • 速率自适应 DSL (RADSL) - 这是 ADSL 的一种变体,但调制解调器可以根据线路的长度和质量调整连接速度。
  • ISDN DSL (IDSL) - 这是综合业务数字网 (ISDN) 和 DSL 技术的组合。ISDN 是拨号互联网的解决方案——它允许语音、文本图形、视频和其他数据共享一条电话线。这使得同时打电话和使用互联网成为可能。IDSL 比 ISDN 连接快,但比 DSL 慢。它可以传输更远的距离,达到 5 到 6 英里,因此对于那些所在地区无法获得 DSL 的人来说,它通常是一个不错的选择。
  • 通用 DSL (Uni-DSL) - 这项由德州仪器开发的新兴技术,向后兼容所有现有版本的 DSL。它在 ASDL 和 VDSL 之间提供了一种折中方案——在较长距离上,它可以达到 ASDL 的速度,但在较短距离上,它可以提供比 VDSL 更高的速度。在某些地方,Uni-DSL 可以提供 VDSL 四倍的速度。

DSL 的替代方案

鉴于 DSL 的距离限制和较低的可用性,还有哪些其他选择?DSL 主要有两种替代方案——有线和无线。

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有线和 DSL 是宽带领域的两大竞争对手。有线不受 DSL 那样的距离限制——有线线路覆盖大多数社区,信号强度不会因长距离而减弱。虽然 DSL 允许你同时使用电话和互联网,但有线则允许用户同时观看电视和上网。许多有线电视公司也开始将有线电视、互联网和数字电话服务捆绑到一张账单中。尽管有线和 DSL 的速度大致相同,但有线的一个缺点是带宽——如果太多人同时使用有线服务,连接速度可能会变慢。

一项名为WiMax802.16的新技术,旨在结合宽带和无线的优势。WiMax 将在非常远的距离内提供高速无线互联网,并且很可能覆盖城市等大片区域。WiMax 技术将于 2008 年在美国大多数城市推出。

要了解更多关于 DSL 和其他主题的信息,请阅读下一页。

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常见问题

DSL 是什么意思?
DSL 是 Digital Subscriber Line(数字用户线路)的缩写。它是一种通过语音线路提供高速网络或互联网接入的技术。

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