Modemy

Jeśli czytasz ten tekst, prawdopodobnie interesuje Cię zakup odpowiedniego modemu do typu Twojego połączenia - w zależności od tego jak chcesz się łączyć ze światem. Zaczniemy oryginalnie, czyli wyjaśnimy czym jest modem oraz wyjaśnimy kilka ciekawych kwestii z nim związanych.  Ale uwaga! Bo jeśli nie jesteś zaznajomiony z bitami, bajtami i kodami znaków ASCII, przeczytanie Jak działają bity i bajty, pomoże Ci uczynić ten artykuł bardziej zrozumiałym. Zacznijmy od krótkiego podsumowania tego, jak powstał i czym jes modem. Słowo „modem” jest skrótem od słów modulator-demodulator. Modem jest “zwykle” używany do przesyłania danych cyfrowych przez linię telefoniczną. Modem wysyłający moduluje dane na sygnał zgodny z linią telefoniczną, a modem odbiorczy demoduluje ten sygnał z powrotem na dane cyfrowe. Modemy bezprzewodowe konwertują dane cyfrowe na sygnały radiowe i z powrotem.

Modemy powstały w latach sześćdziesiątych XX wieku jako sposób na połączenie terminali z komputerami przez linie telefoniczne. Aby lepiej Ci to zobrazować posłużymy się typowym układem. W takiej konfiguracji terminal w zewnętrznym biurze lub sklepie mógłby „połączyć się” z dużym, centralnym komputerem. Lata sześćdziesiąte XX wieku były erą komputerów z podziałem czasu, więc firmy często kupowały czas na komputerze z obiektu z podziałem czasu i łączyły się z nim za pośrednictwem modemu 300 bitów na sekundę (bps). Terminal to po prostu klawiatura i ekran. W tamtych czasach bardzo popularny głupi terminal nazywał się DEC VT-100 i stał się standardem dnia (obecnie zapamiętany w emulatorach terminali na całym świecie). VT-100 może wyświetlać 25 wierszy po 80 znaków każdy. Gdy użytkownik wpisał znak na terminalu, modem wysłał kod ASCII znaku do komputera. Następnie komputer odesłał postać z powrotem do komputera, aby pojawiła się na ekranie.

Kiedy pod koniec lat 70-tych zaczęły pojawiać się komputery osobiste, popularnością stały się systemy tablic ogłoszeń (BBS). Osoba konfigurowała komputer z jednym lub dwoma modemami i jakimś oprogramowaniem BBS, a inne osoby dzwoniły, aby połączyć się z tablicą ogłoszeń. Użytkownicy uruchamiali emulatory terminali na swoich komputerach, aby emulować terminal. Ludzie dość długo dogadywali się przy 300 pb. Powodem, dla którego ta prędkość była znośna, było to, że 300 bps odpowiada około 30 znakom na sekundę, czyli o wiele więcej znaków na sekundę niż osoba może pisać lub czytać. Kiedy jednak ludzie zaczęli przesyłać duże programy i obrazy do i z systemów tablic ogłoszeń, 300 bps stało się nie do zniesienia. Prędkości modemu przeszły przez serię kroków w mniej więcej dwuletnich odstępach czasu.

- 300 punktów bazowych - od 1960 do 1983 lub więcej

- 1200 bps - popularność zyskała w 1984 i 1985 roku

- 2400 punktów bazowych

- 9600 bps - po raz pierwszy pojawił się pod koniec 1990 i na początku 1991 roku

- 19,2 kilobitów na sekundę (Kb/s)

- 28,8 Kb/s

- 33,6 Kb/s

- 56 Kbps - stał się standardem w 1998 roku

- ADSL, z teoretyczną maksymalną prędkością do 8 megabitów na sekundę (Mb/s) - popularność zyskała w 1999 r.

- Światłowody i technologia telefonii komórkowej (3G, 4G, 5G) - popularne do dziś.

Łącząc się z Internetem, można łączyć się za pomocą zwykłego modemu, połączenia z siecią lokalną w biurze, modemu kablowego lub cyfrowego łącza abonenckiego (DSL). DSL to bardzo szybkie łącze, które wykorzystuje te same przewody, co zwykła linia telefoniczna. Jakie są zalety DSL? Możesz pozostawić otwarte połączenie internetowe i nadal używać linii telefonicznej do połączeń głosowych. Szybkość jest znacznie wyższa niż w przypadku zwykłego modemu.  DSL niekoniecznie wymaga nowego okablowania, ponieważ może korzystać z linii telefonicznej, którą już masz. A dodatkowo, firma oferująca DSL zazwyczaj dostarcza modem w ramach instalacji. Ale połączenie DSL ma swoje wady. Na przykład połączenie DSL działa lepiej, gdy znajdujesz się bliżej centrali dostawcy. Im dalej od centrali, tym słabszy jest sygnał - dlatego firmy używają w różnych punktach tzw. wzmacniaczy sygnału. Połączenie jest szybsze do odbierania danych niż do wysyłania danych przez Internet. A poza tym, usługa nie wszędzie jest dostępna. W tekście wyjaśniamy, w jaki sposób połączenie DSL pozwala uzyskać więcej informacji za pośrednictwem standardowej linii telefonicznej - i umożliwia wykonywanie regularnych połączeń telefonicznych nawet będąc w trybie online.

Jeśli wiesz jak działają standardowe telefony stacjonarny, wiesz, że standardowa instalacja telefoniczna w Polsce składa się z pary miedzianych przewodów, które firma telefoniczna instaluje w Twoim domu. Przewody miedziane mają wystarczająco dużo miejsca do przenoszenia danych, a więc jest w stanie przenieść więcej informacji niż tylko rozmowy telefoniczne - są w stanie obsłużyć znacznie większą przepustowość lub zakres częstotliwości, niż jest to wymagane w przypadku głosu. DSL wykorzystuje tę „dodatkową pojemność” do przenoszenia informacji w przewodach bez zakłócania zdolności linii do prowadzenia rozmów. Cały plan opiera się na dopasowaniu poszczególnych częstotliwości do konkretnych zadań. Aby zrozumieć DSL, musisz najpierw wiedzieć kilka rzeczy o normalnej linii telefonicznej - takiej, którą specjaliści telefoniczni nazywają POTS, w przypadku zwykłej starej usługi telefonicznej. Jednym ze sposobów, w jaki POTS maksymalnie wykorzystuje przewody i sprzęt firmy telefonicznej, jest ograniczenie częstotliwości przenoszonych przez przełączniki, telefony i inny sprzęt. Głosy ludzkie, mówiące normalnym tonem konwersacji, mogą być przenoszone w zakresie częstotliwości od 0 do 3400 Hz (cykle na sekundę). Ten zakres częstotliwości jest niewielki. Na przykład porównaj to z zakresem większości głośników stereo, które obejmują od około 20 Hz do 20000 Hz. A same przewody mogą w większości przypadków obsługiwać częstotliwości do kilku milionów Hz.

Wykorzystanie tak małej części całkowitej przepustowości przewodu jest historyczne - pamiętajmy, że system telefoniczny, używa pary miedzianych przewodów w każdym niemal domu, od około wieku. Ograniczając częstotliwości przenoszone przez linie, system telefoniczny może upakować wiele przewodów na bardzo małej przestrzeni, nie martwiąc się o zakłócenia między liniami. Nowoczesny sprzęt, który wysyła dane cyfrowe zamiast analogowych, może bezpiecznie wykorzystywać znacznie więcej przepustowości linii telefonicznej. DSL właśnie to robi. Połączenie internetowe DSL jest jednym z wielu skutecznych narzędzi komunikacyjnych, które pozwalają pracownikom na kontakt z biurem. Istnieje coś takiego jak asymetryczny DSL - sygnały DSL nie mogą przechodzić przez kable światłowodowe. Większość użytkowników domowych i małych firm jest podłączonych do asymetrycznej linii DSL (ADSL). ADSL dzieli dostępne częstotliwości liniowo przy założeniu, że większość użytkowników Internetu przegląda lub pobiera znacznie więcej informacji niż wysyła lub przesyła. Przy tym założeniu, jeśli prędkość połączenia z internetem do użytkownika jest trzy do czterech razy większa niż w przypadku połączenia od użytkownika, który wysyła dane z powrotem do internetu - mimo wszystko to to użytkownik będzie widział najwięcej korzyści przez większość czasu.

Dokładne korzyści płynące z ADSL będą w dużym stopniu zależeć od tego, jak daleko znajdujesz się od centrali firmy świadczącej usługę ADSL. ADSL to technologia wrażliwa na odległość - wraz ze wzrostem długości połączenia spada jakość sygnału i zmniejsza się prędkość połączenia. Limit dla usługi ADSL wynosi około 5500 metrów, jednak ze względu na szybkość i jakość usług wielu dostawców ADSL nakłada niższe ograniczenia na odległości dla usługi. Na skrajnych limitach odległości klienci ADSL mogą widzieć prędkości znacznie poniżej obiecanych maksymalnych, podczas gdy klienci bliżej centrali mają szybsze połączenia i mogą zobaczyć wyjątkowo duże prędkości - takie, które większość znajdujących się dalej osób zobaczyła dopiero w  przyszłości. Technologia ADSL może zapewnić maksymalne prędkości pobierania (z Internetu do klienta) do 8 megabitów na sekundę (Mb/s) w odległości około 1820 metrów i przesyłania danych do 640 kilobitów na sekundę (Kb/s). W praktyce najlepsze obecnie oferowane prędkości to 1,5 Mb/s pobieranego, a prędkość pobierania waha się między 64 a 640 Kb/s. Pewne znaczące ulepszenia ADSL są dostępne w niektórych obszarach za pośrednictwem usług zwanych ASDL2 i ASDL2 +. Mało prawda? W porównaniu do dzisiejszych zwrotnych możliwości oferowanych nawet przez zwykłe smartfony z połączeniem 4G LTE (nie wspominając już o dostępie do sieci 5G) można powiedzieć, że ta technologia to relikt przeszłości. 

Możesz się zastanawiać - jeśli odległość jest ograniczeniem dla DSL, dlaczego nie jest również ograniczeniem dla głosowych połączeń telefonicznych? Odpowiedź tkwi w małych wzmacniaczach zwanych cewkami ładującymi, których firma telekomunikacyjna używa do wzmacniania sygnałów głosowych. Niestety, te cewki ładujące są niekompatybilne z sygnałami ADSL, więc cewka drgająca w pętli między telefonem a centralą firmy telefonicznej uniemożliwia odbieranie ADSL. Inne czynniki, które mogą uniemożliwić Ci otrzymywanie ADSL to przykładowo łączniki mostkowe. Są to przedłużenia między Tobą a centralą, które obejmują obsługę innych klientów. Chociaż nie zauważysz tych zaczepów mostkowych w normalnych usługach telefonicznych, mogą one spowodować przekroczenie całkowitej długości obwodu poza granice odległości dostawcy usług. W przypadku kabli światłowodowych sygnały ADSL nie mogą przejść przez konwersję z sygnału analogowego na cyfrowy i z powrotem na analogowy, która ma miejsce, gdy część obwodu telefonicznego przechodzi przez kable światłowodowe - dziś niezwykle popularne. Pozostaje jeszcze odległość, bo nawet jeśli wiesz, gdzie znajduje się Twoje centralne biuro (nie zdziw się, jeśli tego nie wiesz, bo firmy telefoniczne nie ogłaszają swoich lokalizacji), patrzenie na mapę nie wskazuje odległości, jaką musi pokonać sygnał do Twojego domu i biura. Przyjrzymy się teraz, jak sygnał jest podzielony i jakiego sprzętu używa się przy połączeniu DSL.

Istnieją dwa konkurujące ze sobą i niezgodne standardy ADSL. Oficjalnym standardem ANSI dla ADSL jest system zwany dyskretnym wielotonowym lub DMT. Według producentów sprzętu większość obecnie zainstalowanych urządzeń ADSL wykorzystuje DMT. Wcześniejszym i łatwiejszym do wdrożenia standardem był system beznośnikowej amplitudy / fazy (CAP), który był używany w wielu wczesnych instalacjach ADSL. CAP działa na zasadzie dzielenia sygnałów w linii telefonicznej na trzy różne pasma. 

Rozmowy głosowe są prowadzone w paśmie od 0 do 4 kHz (kiloherców), tak jak we wszystkich obwodach POTS. Kanał upstream (od użytkownika z powrotem do serwera) jest przenoszony w paśmie między 25 a 160 kHz. Kanał podrzędny (od serwera do użytkownika) zaczyna się od 240 KHz i dochodzi do punktu, który zmienia się w zależności od szeregu warunków (długość linii, szum na linii, liczba użytkowników w danej centrali telefonicznej), ale ma maksimum około 1,5 MHz (megaherc). System ten, z szeroko rozdzielonymi trzema kanałami, minimalizuje możliwość wystąpienia zakłóceń między kanałami na jednej linii lub między sygnałami na różnych liniach.

DMT również dzieli sygnały na oddzielne kanały, ale nie używa dwóch dość szerokich kanałów dla danych w górę i w dół. Zamiast tego DMT dzieli dane na 247 oddzielnych kanałów, każdy o szerokości 4 kHz. Jednym ze sposobów, aby sobie to wyobrazić - firma telefoniczna dzieli twoją linię miedzianą na 247 różnych linii 4 kHz, a następnie podłącza do każdej z nich modem. Otrzymujesz równowartość 247 modemów podłączonych do komputera od razu. Każdy kanał jest monitorowany i jeśli jakość jest gorsza, sygnał jest przenoszony do innego kanału. System ten nieustannie przesuwa sygnały między różnymi kanałami, wyszukując najlepsze kanały do ​​transmisji i odbioru. 

Ponadto niektóre z niższych kanałów (zaczynające się od około 8 kHz) są używane jako kanały dwukierunkowe do przesyłania informacji w górę i w dół. Monitorowanie i sortowanie informacji w kanałach dwukierunkowych oraz utrzymywanie jakości wszystkich 247 kanałów sprawia, że ​​wdrożenie DMT jest bardziej skomplikowane niż CAP, ale daje mu większą elastyczność w przypadku linii o różnej jakości. CAP i DMT są podobne pod jednym względem, który możesz zobaczyć jako użytkownik DSL. Jeśli masz zainstalowany ADSL, prawie na pewno otrzymałeś małe filtry do podłączenia do gniazd, które nie dostarczają sygnału do modemu ADSL. Filtry te są filtrami dolnoprzepustowymi - prostymi filtrami, które blokują wszystkie sygnały powyżej określonej częstotliwości. Ponieważ wszystkie rozmowy głosowe odbywają się poniżej 4 kHz, filtry dolnoprzepustowe (LP) są zbudowane tak, aby blokować wszystko powyżej 4 kHz, zapobiegając zakłócaniu sygnałów danych podczas standardowych połączeń telefonicznych.

Istnieje wiele odmian technologii DSL - wiele z nich w taki czy inny sposób rozwiązuje ograniczenia odległości DSL. Inne typy DSL obejmują:

DSL o bardzo dużej przepływności (VDSL) - jest, a w zasadzie było to kiedyś szybkie połączenie, ale działa tylko na niewielką odległość. Jest w stanie obsługiwać dostęp do Internetu, HDTV i usługi na żądanie z szybkością 52 Mb/s przy pobieraniu i 12 Mb/s przy wysyłaniu.

Symetryczne DSL (SDSL) - To połączenie, używane głównie przez małe firmy, nie pozwala na jednoczesne korzystanie z telefonu, ale prędkość odbierania i wysyłania danych jest taka sama.

DSL z adaptacją szybkości (RADSL) - jest to odmiana ADSL, ale modem może dostosować prędkość połączenia w zależności od długości i jakości linii.

ISDN DSL (IDSL) - jest to połączenie technologii Integrated Services Digital Network (ISDN) i technologii DSL. ISDN było rozwiązaniem dla Internetu dial-up - umożliwiło współdzielenie głosu, grafiki tekstowej, wideo i innych danych na jednej linii telefonicznej. Umożliwiło to jednoczesną rozmowę telefoniczną i korzystanie z internetu. IDSL jest szybsze niż połączenia ISDN, ale wolniejsze niż DSL. Może podróżować na dłuższych dystansach od 5 do 6 mil, więc jest to zwykle dobra opcja dla osób, które nie mogą uzyskać DSL w swojej okolicy.

Universal DLS (Uni -DSL) - Ta nowa technologia, opracowana przez firmę Texas Instruments, jest wstecznie kompatybilna ze wszystkimi istniejącymi wersjami DSL. Oferuje coś w rodzaju kompromisu między ASDL i VDSL - przy większych odległościach może osiągnąć prędkości ASDL, ale może zapewnić większe prędkości niż VDSL na krótszych dystansach. W niektórych lokalizacjach Uni-DSL może zapewnić czterokrotnie większą prędkość niż VDSL.

Przyjrzyjmy się teraz ciekawym alternatywom dla DSL. Jakie są inne opcje przy ograniczeniu odległości DSL i niższej dostępności? Istnieją dwie główne alternatywy dla DSL - kablowa i bezprzewodowa. Cable i DSL to dwaj najwięksi rywale w świecie łączy szerokopasmowych. Kabel nie jest ograniczony odległością, tak jak DSL. Kable docierają do większości okolic, a siła sygnału nie słabnie na dużych odległościach. DSL umożliwia jednoczesne korzystanie z telefonu i Internetu, natomiast kabel umożliwia jednoczesne oglądanie telewizji i surfowanie po Internecie.

 

Wiele firm kablowych zaczyna również oferować usługi w pakiecie z telewizją kablową, internetem i telefonem cyfrowym na jednym rachunku. Chociaż szybkości kabla i DSL są mniej więcej takie same, jedyną wadą kabla jest przepustowość - prędkość połączenia może spaść, jeśli zbyt wiele osób korzysta z usługi kablowej w tym samym czasie. Technologia, znana jako WiMax lub 802.16 łączyć zalety łączności szerokopasmowej i bezprzewodowej. WiMax zapewnia “szybki” bezprzewodowy internet na bardzo duże odległości i najprawdopodobniej zapewnia dostęp do dużych obszarów, takich jak miasta. Technologia WiMax jest jednak używana głównie w innych krajach (zwłaszcza w Ameryce, a najczęściej w USA).