Dlaczego dial-up jest tak wolny?

Dlaczego w modemowym połączeniu internetowym prędkość jest ograniczona do 56 kb / s w porównaniu z szerokopasmowym połączeniem internetowym, które może przenosić 10 razy więcej niż połączenie przez tę samą linię telefoniczną?

Czy to dlatego, że ISP ogranicza dial-up do 56 kb / s? Czy dostawca usług internetowych zwiększa prędkość przy zamówieniu łącza szerokopasmowego?

Połączenia telefoniczne wykorzystują obwód głosowy do przesyłania danych, więc szerokość pasma jest ograniczona do przepustowości kanału głosowego, podczas gdy DSL używa osobnego zakresu częstotliwości dla danych, które są znacznie szersze niż szerokość pasma głosu (stąd termin Broadband). DSL używa rozdzielacza do oddzielania częstotliwości głosu i danych, dlatego oba mogą działać jednocześnie.

Zasadniczo linia telefoniczna jest ograniczona do 64 kb / s dla każdego kanału (kanał 8 kHz z modulacją PCM na 8 bitów na Hz, co daje 8 kHz x 8 bitów = 64 kbit / s). O ile nie zastosujesz innej modulacji ( na przykład QAM ) lub większej przepustowości (np. Kanał telefoniczny powyżej 8 kHz, na przykład do MHz), twoja zdolność transmisji będzie ograniczona do stosunku sygnału / szumu twojego kanału telefonicznego (niskie wartości S / N zmniejszy przepustowość 64 kbitów / s). Pozwól, że ci wyjaśnię:

Według twierdzenia Shannona – Hartleya :

Twierdzenie ustanawia pojemność kanału Shannona dla takiego łącza komunikacyjnego, ograniczoną do maksymalnej ilości bezbłędnych danych cyfrowych (to znaczy informacji), które mogą być przesyłane z określoną szerokością pasma w obecności zakłóceń szumowych, przy założeniu, że sygnał moc jest ograniczona, a proces szumu Gaussa charakteryzuje się znaną mocą lub gęstością widmową mocy.

Lub:

gdzie

C oznacza pojemność kanału w bitach na sekundę;
B jest przepustowością kanału w hercach (przepustowość pasma w przypadku sygnału modulowanego);
S jest całkowitą mocą odbieranego sygnału w paśmie (w przypadku sygnału modulowanego, często oznaczanego jako C, tj. Modulowaną nośną), mierzoną w watach lub woltach2;
N jest całkowitą mocą szumu lub zakłóceń w paśmie, mierzoną w watach lub woltach2; a
S / N oznacza stosunek sygnału do szumu (SNR) lub stosunek nośnej do szumu (CNR) sygnału komunikacyjnego do zakłóceń gaussowskich wyrażony jako liniowy stosunek mocy (nie jako logarytmiczny decybel).

Tak więc, aby zwiększyć przepustowość (w bitach / s) połączenia internetowego przez łącze telefoniczne, musisz:

1. Zwiększ szybkość sygnału / szumu.
2. Zwiększ przepustowość.

Łącze DSL wykorzystuje zarówno zwiększoną przepustowość (szerokopasmowy) kanał, jak i ulepszoną szybkość sygnału / szumu:

W przeciwieństwie do tradycyjnych modemów telefonicznych, które modulują bity na sygnały w paśmie podstawowym 300–3400 Hz (usługa głosowa), modemy DSL modulują częstotliwości od 4000 Hz do nawet 4 MHz. To oddzielenie pasma częstotliwości umożliwia współdziałanie usługi DSL i zwykłej starej usługi telefonicznej (POTS) w tym samym obiekcie z parą miedzi. Ogólnie rzecz biorąc, transmisje o wyższej przepływności wymagają szerszego pasma częstotliwości, chociaż stosunek przepływności do szerokości pasma nie jest liniowy ze względu na znaczące innowacje w cyfrowym przetwarzaniu sygnału i metodach cyfrowej modulacji.

Chociaż technologia DSL pozwala na znacznie wyższe prędkości transferu, ogranicza ona długość pętli lokalnej (odległość między modemem DSL do urządzeń końcowych DSL Telco) do zaledwie kilku mil, ponieważ jego sygnał wykorzystuje znacznie szerszy zakres częstotliwości i szybko się tłumi.

Normalne połączenie telefoniczne wykorzystuje wąski zakres częstotliwości, który ogranicza szerokość pasma do zaledwie 56 KB, jednak modem może znajdować się w odległości wielu mil od centrali telefonicznej. Co więcej, sygnały danych telefonicznych mogą bez problemu przemieszczać się po kilku analogowych lub cyfrowych sieciach telefonicznych, np. Możesz podłączyć jeden modem telefoniczny w Afryce do innego modemu w Kanadzie, podczas gdy sygnał DSL może przejechać tylko kilka kilometrów do centrali telefonicznej.

Jeszcze tylko trochę informacji na temat POTS (zwykły stary system telefoniczny) wymienionych w przyjętej odpowiedzi. Istnieje kilka bardzo szczegółowych specyfikacji dotyczących działania systemu telefonicznego, wiele przyczyn jest archaicznych, ale większość z nich jest nadal aktualna.

Spójrz na stare zdjęcie budynków mieszkalnych zaraz po tym, jak telefony stały się popularne - panoramę pokrywają linie telefoniczne, ponieważ każda linia była przeznaczona na jeden telefon (lub linię imprezową). Wkrótce wymyślili prosty, tani sposób na kompresję 24 linii na jednej cyfrowej linii T1. Linia ta była podstawą wielu amerykańskiej telekomunikacji przez dziesięciolecia. Jest on tak zaprojektowany, że można w nim wbudować bardzo prosty mechanizm repeatera, który pozwala kablom przemierzać ocean bez dodawania mocy, a ich bardzo łatwe do multipleksowania / demultipleksowania.

Linia T1, będąc cyfrową, ma bardzo specyficzną szerokość pasma, której nie można zmienić bez zmiany wewnętrznego formatu cyfrowego (co sprawia, że ​​nie jest już linią T1 i psuje WSZYSTKIE urządzenia, które ją obecnie obsługują). Po podziale na linie telefoniczne otrzymujesz część sygnału cyfrowego interpretowanego jako analogowy. Nie będziesz w stanie przekroczyć pierwotnej przepustowości cyfrowej - będziesz miał szczęście zbliżyć się do niej w pobliżu, biorąc pod uwagę konwersję na / z analogowego.

Uważaj się za szczęściarza, niektórzy z nas spędzili lata na dial-upie 110/300 bodów (i byliśmy szczęśliwi, że go mamy!) Właściwie to było naprawdę ekscytujące, gdy nasz BBS oparty na MUD został uaktualniony do 1200 i mogliśmy zobaczyć wyniki naszego ataku PRZED rozpoczęciem wpisywania następnego polecenia.

Wprowadzenie do tych stron Wikipedii daje odpowiedź:

• http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_subscriber_line
• http://en.wikipedia.org/wiki/Asymmetric_digital_subscriber_line

Zasadniczo technologia xDSL wykorzystuje dodatkowe zakresy częstotliwości, które zwykle nie są używane w przypadku głosu, czego używało połączenie dial-up 56K (i poniżej).

Odbywa się to za pomocą filtrów po obu stronach linii, aby podzielić zakresy częstotliwości między tradycyjny dźwięk i drugi zakres częstotliwości (wyższe częstotliwości) dla technologii ADSL. Z tego powodu wymaga to specjalnego sprzętu na centrali (być może dlatego, że użycie zakresu częstotliwości głosu nie rozprzestrzeni się na te same odległości).

EDYCJA: Należy pamiętać, że niektórzy dostawcy usług internetowych zawierają cyfrowy kabel / światłowód pod pojęciem „szerokopasmowy” (prawdopodobnie w celu uproszczenia, ze względów komercyjnych): w tym przypadku sygnał może być całkowicie cyfrowy. Zasięg i prędkość światłowodów będzie lepsza niż linii opartych na miedzi, które wykorzystują zakres częstotliwości głosu (używany w starym modemie), ale technologia jest zupełnie inna.

Połączenie telefoniczne jest wolniejsze, ponieważ zużywa znacznie mniej przepustowości niż DSL. Modem wykorzystuje tylko 4 kHz dostępnego spektrum, podczas gdy DSL może wykorzystywać do 4 MHz, czyli o 1000 więcej. DSL wykorzystuje również bardziej wyrafinowane techniki modulacji.

Oto odpowiedź, która nie wymaga dużej teorii informacji ani terminologii technicznej:

Urządzenia, zarówno telefony, jak i modemy, komunikują się przez linie telefoniczne, wysyłając prąd w dół linii. Informacje są kodowane przez zmianę poziomu energii elektrycznej w przewodzie. Na linii głosowej te zmieniające się poziomy odpowiadają odgłosom wydawanym przez mikrofon.

Wszystko, co komunikuje się na przewodzie, od telegrafu do kabla Ethernet 1 Gb / s, w końcu komunikuje się poprzez umieszczenie impulsów energii elektrycznej na przewodzie, który może wykryć drugi koniec.

Im więcej informacji chcesz wysłać przewodem, tym szybciej musisz zmieniać sygnały elektryczne. Kod Morse'a wymaga zaledwie kilku zmian na sekundę, rozmowa głosowa może wymagać zmiany sygnałów tysiące razy na sekundę, a szybki Ethernet może obejmować dziesiątki milionów zmian na sekundę.

Im więcej zmian na sekundę masz, tym trudniejszy musi być obwód między nimi, i tym lepiej muszą być ekranowane przewody, ponieważ różne przejściowe zakłócenia powodują więcej problemów z sygnałami o wyższej częstotliwości.

Kiedy system telefoniczny został pierwotnie zmontowany na przełomie XIX i XX wieku, pierwszym pytaniem było, jak dobrzy musimy być? Ustalono, że tak długo, jak jesteś w stanie obsłużyć co najmniej 6800 zmian na sekundę (sygnał do 3400 Hz), słyszalny będzie dźwięk, chociaż będzie on wydawał się nieco „stuntowany” - dlatego telefony nie nie brzmi tak jak zwykła rozmowa. To działało dobrze przez około sto lat.

Gdy komputery stały się popularne, ludzie zaczęli używać modemów, które wydawały dźwięki na linii, które odpowiadały zerom i zerom, ale dźwięki musiały odpowiadać zakresowi częstotliwości w ludzkim głosie, ograniczając je do kilku kilobitów / s. W miarę postępu rzeczy ostatecznie osiągnęły granicę tego, co może przesyłać linia telefoniczna; limit ten wynosi około 32 kb / s, ale szybko wprowadzono prosty hack, aby podbić go do 56 kb / s.

Mniej więcej w tym czasie ludzie zdali sobie również sprawę, że można użyć krótkiego kabla telefonicznego do wysyłania sygnałów o wyższej częstotliwości - do kilku mil, gdy wszystko działa poprawnie, ale z pewnością nie dziesiątek mil, które mógłby pokonać zwykły sygnał telefoniczny. Dysponując specjalnym sprzętem u operatora telefonicznego i modemem DSL u abonenta, mogliby wysyłać te specjalne sygnały wysokiej częstotliwości w dół „ostatniej mili” przez linie telefoniczne, które tak naprawdę nigdy nie były dla nich przeznaczone.

Połączenie telefoniczne jest powolne, ponieważ wszystkie przesyłane informacje muszą zostać przekonwertowane na dane audio, które można wysłać standardową linią telefoniczną. Czy mieszkasz w społeczności wiejskiej? Czy utknąłeś z modemem wolno-żółwowym, ponieważ nie ma w pobliżu kabla DSL lub szybkiego?

Wydaje mi się, że pamiętam, że pierwotny impuls do odejścia od połączenia telefonicznego polegał na tym, że FCC wyraźnie ograniczyło przepustowość POTS do 53 kb / s (co zostało później usunięte), więc nie było sensu używać więcej niż modemu 56k ... wtedy oczywiście, gdy telefon linie zostały zdigitalizowane i zmultipleksowane, a ty nie miałeś ścieżki z komutacją obwodów, straciłbyś wtedy zdolność wykonywania sztuczek modulacyjnych i próbkowania harmonicznych itp., aby uzyskać wyższą prędkość zegara wirtualnego.