ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line

Appunti interessanti sulla storia e la tecnologia ADSL

Il termine ADSL (acronimo dell'inglese Asymmetric Digital Subscriber Line) indica una classe di tecnologie di livello fisico utilizzate per l'accesso ad Internet ad alta velocità su doppino telefonico, mirate al mercato residenziale ed alle piccole-medie aziende.

All'interno della famiglia di tecnologie DSL, ADSL è caratterizzata dalla larghezza di banda asimmetrica: da 640 kb/s a diverse decine di Mb/s in download e da 128kb/s a 1 Mb/s in upload. Questa asimmetria si adatta al traffico generato dall'utenza residenziale, ma ha anche ragioni tecniche e commerciali.

Gli accessi ad internet ADSL o equivalenti vengono considerati "banda larga" o broadband), e hanno ormai soppiantato quasi totalmente i modem tradizionali di tipo dial-up, che consentono velocità massime di 56 kb/s in download e 48 kb/s in upload (standard V.92), e le linee ISDN che arrivano fino a 128 kb/s (utilizzando doppio canale a 64 kb/s) simmetrici.

Storia 

In Italia la tecnologia ADSL è in uso dal 1° gennaio 2000, quando la Galactica lanciò a Milano «Power Internet»  a 640K kb/s. Dal 26 gennaio 2000 anche Tin.it fece altrettanto per 25 città italiane

Descrizione

ADSL viene usato 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 ad 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, e senza dover usare linee separate per i dati e per le comunicazioni voce. 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 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.

Il doppino telefonico in rame era stato progettato, e viene tradizionalmente usato, per la comunicazione in voce, che utilizza frequenze fino a 4000 Hertz, ma ha in realtà una banda passante di alcuni MHz. Per sfruttare la banda passante disponibile, vengono utilizzate tecniche di Multiplazione a divisione di frequenza per separare il segnale vocale (sotto i 4KHz) dal traffico dati (sopra i 25.875 kHz), e il traffico in upload da quello in download.

Nei primi anni settanta lo stesso principio era stato utilizzato per la filodiffusione, il cui segnale viene inviato usando le frequenze fino ai 450 kHz.

Il collegamento ADSL è terminato da un modem ADSL a casa dell'utente (spesso incorporato in un router), e da un DSLAM nella centrale telefonica.

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 viene inviata rispettivamente ai telefoni ed ai commutatori telefonici preesistenti, preservando il servizio telefonico; la parte in alta frequenza ai DSLAM.

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.

Installazione

L'attivazione del servizio ADSL 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 (5° o superiore) direttamente dentro il modem, così facendo tutti gli eventuali rumori o disturbi causati dal modem nella gamma delle frequenze telefoniche (0 - 4000 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.

Un filtro analogo deve essere installato presso la centrale telefonica.

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 la 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 ed 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.

Attualmente (2007) in Italia le velocità stanno aumentando e le offerte da 4, 6 e più megabit sono comuni, ma stanno diventando sempre più frequenti le offerte ADSL 2+, a 12, 20 e 24 megabit. 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 megabit, 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/sec.

Aspetti tecnici

modulazione

La banda del canale trasmissivo viene divisa in canali (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, 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.

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 ed 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 si ottiene una velocità maggiore, ma aumenta 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 dai modem.

I modem sono normalmente in grado di adattarsi al mutare delle condizioni della linea "spostando" bit tra canali ("bit swapping"). Se le condizioni della linea peggiorano troppo, questa misura non è più sufficiente, ed 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.

• 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

Aspetti commerciali

I DSLAM installati nelle centrali telefoniche modulano il segnale sul doppino in rame, ed 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 ad una ADSL(1) 20 megabit, 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 fanno 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 corti circuiti, 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 kb/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 kb/s, che è quella richiesta per il traffico voce, e non garantisce nemmeno un collegamento Internet in connessione analogica.

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, etc; sono invece penalizzate le applicazioni per la comunicazione (è infatti il caso del VOIP ) e la condivisione a causa della generale bassa velocità di upload attualmente (2007) offerta dai vari gestori.

In Francia (vedi [1]) dal 2005, e in Germania (v. [2]) è stata introdotta la tecnologia VDSL2 che fornisce una velocità simmetrica di 50 megabit/sec sia in download che in upload.

Il problema dei MUX e dei DSLAM

Come detto, metà della banda disponibile su un singolo doppino è 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 ad 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/sec 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 riservata all'ADSL e questo doppino viene collegato ad 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 tirare 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:

I Mux sono di tipo MD48 (più vecchi) e MPX1(più recenti); vi è inoltre un terzo tipo MUX ASS che a differenza dei primi due serve meno utenze mediamente 30-60, ed è collegato alla centrale tramite rame e non tramite fibra a differenza degli MD48 e MPX1. Il MUX ASS dovrebbero essere di marca Telettra, una azienda italiana che oggi non c'è più.

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 ad 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.

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 verso lo Stadio di Gruppo per raccogliere su di sè le bande larghe dei vari doppini entranti dal lato utente. I costi di posa della fibra possono essere tali che l'investimento non produca un adeguato ritorno economico per l'operatore se il numero di utente da servire su un territorio è basso.

Mini-DSLAM

Il Mini-DSLAM è una soluzione economica che può fornire una velocità di connessione massima di 640 Kbit/secondo per utenza telefonica collegata, per un numero che varia da 50 a 100 utenze per apparecchio installato.

In una centrale telefonica, tipicamente sono installati da uno a due Mini-DSLAM.

La soluzione è adottata per aumentare la banda delle 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 che economiche, per avere un'installazione ADSL meno onerosa, al prezzo di una velocità di connessione molto più bassa.

In alcuni casi, per la sua economicità rispetto al DSLAM, è addirittura utilizzato anche in centrali telefoniche, che sono collegate con fibra ottica alla rete.

La velocità di connessione non può essere aumentata oltre i 640 kbit/sec, se non in casi particolari ancora allo studio. Per ottenere un upgrade della banda, è necessario rimuovere il mini-DSLAM dalla centrale telefonica.

Esiste lo standard g.shdsl.bis, utile per il backhauling di centrali con Mini-DSLAM, per ottenere una banda in download intorno ai 2 mega.

Il Mini-DSLAM viene a creare una rete non scalabile e una nuova forma di digital divide.

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 Megabyte, e può essere usata per HDSL, SHDSL, SDSL, ADSL o ISDN. Per SHDSL basta una coppia libera, mentre per HDSL, che viaggia a 8 Mega, 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.

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 Gigahertz su licenze dal Ministero delle Comunicazioni. La frequenza è tale che non risente di fenomeni atmosferici.

La qualità del servizio è in genere molto buona, perché il segnale subisce 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.

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 ad 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.

Limitazioni d'uso

Alcuni operatori forniscono il modem ADSL in comodato d'uso ai propri clienti. Talora, il modem presenta blocchi hardware e software che impediscono di collegare il modem a dispositivi diversi da un PC ovvero che non hanno installato un programma dello stesso operatore telefonico.

La limitazione serve a impedire che più utenti possano condividere la stessa connessione ADSL, via cavo o via wireless. Il modem quindi non ha più di un'uscita USB o Ethernet, non può essere collegato a un router, hub o switch esterni. Non è attivabile una connessione wi-fi. Il blocco impedisce anche di usare la connessione con operatori diversi da quelli che hanno fornito il modem in comodato.

Viene meno un controllo completo del computer, perché i privilegi di amministratore e le relative password per cambiare la configurazione del modem sono note solamente ai tecnici dell'assistenza dell'operatore telefonico.

Se si tenta di sbloccare il modem, il cliente perde i diritti legati alla garanzia del produttore e alla teleassistenza dell'operatore telefonico.

Altre limitazioni riguardano restrizioni per il P2P, la chiusura di alcune porte che servono a questi tipi di connessioni, l'impossibilità di farsi attivare vecchi piani tariffari con lo stesso operatore. Per cui l'operatore può imporre una fidelizzazione del cliente, un dato piano tariffario, escludere determinati impieghi della connessione Internet.

Standard ADSL

Lo standard non-Annex ADSL2 e ADSL2+ supporta una ulteriore larghezza di banda di 256 kbit/s in upstream se viene usata normalmente per chiamate vocali POTS.

Una nuova tecnologia, Dynamic Spectrum Management, promette di elevare la banda del tradizionale doppino telefonico dagli attuali 25 Mbit/s a 250, 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 Papandriopolous, PhD all'Università di Melbourne, Australia, e necessita di alcuni anni per divenire commerciale.

ADSL solo dati

Le normative AGCOM prevedono l'obbligo per Telecom di fornire all'ingrosso, e per i singoli operatori di avere un piano tariffario per un servizio ADSL solo dati. In questo caso, il cliente può avere due operatori per la stessa linea, uno per le chiamate dal telefono fisso, e un altro per la connessione ADSL. Può anche optare per avere una linea esclusivamente ADSL, senza il servizio di telefonia, e, in alternativa, utilizzare il Voice Over IP. L'operatore di riferimento richiede un canone variabile da 10 a 12 euro (IVA esclusa) per le linee solo dati ADSL.

Fonte: http://it.wikipedia.org/wiki/Pagina_principale

Allegati:

ADSL Speed Test Software	251 kB
ADSLSpeedTest_Guida.pdf	333 kB