Introdução

ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) é uma tecnologia para provimento de enlace de dados para assinantes de linhas telefônicas residenciais. Ao contrário da modems analógicos (ex: V.92), ADSL não está limitado à largura de banda de canal de voz (~ 4kHz). Com isso, podem-se obter taxas de dados muito superiores, dependendo da versão de ADSL em uso.

A tabela abaixo ilustra os vários padrões ADSL existentes e suas características.

Tabela de versões de ADSL e suas características.
Obtido em http://en.wikipedia.org/wiki/Asymmetric_digital_subscriber_line#ADSL_standards

Infraestrutura ADSL

ADSL consegue obter taxas de dados muito superiores às de modems analógicos (que chegavam no máximo a 56 kbps) porque na verdade não usa um canal de voz. A ideia é usar a fiação telefônica para estabelecer um enlace de dados entre o assinante residencial e a operadora, mas não a rede telefônica em si. Por isso que com ADSL pode-se ter o enlace de dados e falar ao telefone ao mesmo tempo. Para isso, na central onde chega a linha do assinante é feita uma separação entre o sinal de dados e o de voz: o de dados vai para uma rede de dados, e o de voz segue pela infraestrutura de telefonia. Em consequência, é necessário haver uma rede de dados separada da rede telefônica. As figuras a seguir ilustram um enlace ADSL para um assinante residencial, evidenciando os componentes da infraestrutura da rede dados.

Um enlace ADSL é feito usando a linha telefônica do assinante, na qual são multiplexados os sinais de voz e de dados

Os elementos que formam a infraestrutura ADSL em destaque: DSLAM, splitter, modem ADSL e rede de dados

Na infraestrutura ADSL, cabem destacar alguns elementos:

modem ADSL: equipamento responsável pela ponta do enlace do lado do assinante, fazendo os encapsulamentos das PDUs dos protocolos envolvidos nesse enlace, e a modulação do sinal digital resultante.
DSLAM (DSL Access Multiplexer): multiplexador de acesso ADSL, que recebe as linhas dos assinantes do lado da operadora. Esse componente faz a intermediação entre os assinantes e a rede de dados da operadora. Dentre suas atribuições, destacam-se a modulação do sinal das linhas dos assinantes, a limitação das taxas de downstream e upstream de acordo com o contratado pelos assinantes, e as conversões de protocolos de enlace (quando necessárias) para a rede da operadora. No entanto.
splitter: filtro que separa os sinais de voz e de dados. São usados tanto do lado do assinante quanto no DSLAM.
AC (concentrador de acesso): equipamento que concentra as pontas dos enlaces de dados dos assinantes no lado da rede da operadora.

A parte da infraestrutura ADSL dentro da rede de dados da operadora inclui equipamentos DSLAM (muitos deles), um ou mais AC e as redes de comunicação para interligá-los. Note-se que quem dá acesso de fato à Internet é o AC. A figura abaixo ilustra esses componentes.

O enlace de dados entre o equipamento do assinante e a rede da operadora pode ser feita de diferentes formas. Esse enlace é visto pelo assinante como seu enlace para a Internet - i.e. ele obtém seu endereço IP fornecido pela operadora. Os tipos de enlace de dados ADSL mais usados são:

PPPoE (PPP over Ethernet): cria um enlace ponto-a-ponto com protocolo PPP, cujos quadros são encapsulados em quadros Ethernet. Esta é a forma mais utilizada para assinantes residenciais.
PPPoA (PPP over ATM): cria um enlace ponto-a-ponto com protocolo PPP, cujos quadros são encapsulados em mensagens AAL5 da arquitetura ATM. Este tipo de enlace raramente é usado atualmentente.
EoA (Ethernet over ATM): cria um enlace Ethernet, cujos quadros são encapsulados em mensagens AAL5 da arquitetura ATM. Este tipo de enlace pode ser usado para estender redes Ethernet, ou em instalações privativas que usam ADSL (ex: rede de dados em um condomínio)

O enlace PPPoE funciona como se existisse um link ponto-a-ponto entre o roteador ADSL e um concentrador de acesso (AC). Quer dizer, parece que existe um fio ligando diretamente esses dois equipamentos, apesar de na realidade existir toda uma infraestrutura entre os dois. Isso pode ser visualizado na figura abaixo. Em cada ponta desse link PPPoE há um endereço IP usado pelos respectivos equipamentos.

Modo bridge: Uma outra forma de fazer o link ADSL

Em infraestruturas ADSL baseadas em PPPoE, usualmente o roteador ADSL estabelece o link PPPoE com o AC. Porém há outra forma de fazer esse enlace: deixar o roteador ADSL operando em modo bridge (ponte) e usar outro equipamento para fazer o enlace PPPoE. Em uma rede residencial, um computador pode fazer esse papel. Esse outro cenário ficaria como mostrado abaixo:

O uso de modo bridge tem algumas vantagens:

O endereço IP fornecido pelo provedor fica no equipamento interno usado para fazer o enlace PPPoE: isso possibilita um maior controle sobre as comunicações entre a rede interna e externa, pois roteadores ADSL costumam ser funcionalmente limitados (por isso são tão baratos !).
Aumenta a quantidade de comunicações simultâneas entre rede interna e Internet: isso é uma consequência de o equipamento interno poder ter maior capacidade computacional que o roteador ADSL. Em particular, roteadores ADSL suportam uma quantidade limitada de sessões NAT simultâneas, devido à pequena quantidade de memória RAM disponível (novamente, por isso são baratos ;-). Tal limitação não existe para um computador com Linux.
Aplicações P2P (dentre outras) podem funcionar melhor: se for usado um computador para fazer o enlace PPPoE, programas nele executados podem se comunicar mais facilmente com a Internet. Isso se dá porque as comunicações entre esse computador e a Internet não são modificadas por NAT - e NAT atrapalha alguns tipos de comunicação, tais como P2P e VoIP.

... e desvantagens:

O equipamento interno precisa ser capaz de criar enlaces PPPoE: se for usado um computador, ele deve ter um software capaz de estabelecer esse tipo de enlace. Esse software precisaria assim ser instalado e devidamente configurado.
O equipamento interno precisa estar sempre ligado: para que o link para a Internet esteja sempre ativado, o equipamento interno precisa também ser mantido ligado. Se for usado um computador, isso significa um gasto maior de energia (mas talvez não seja significativo).
O equipamento interno fica mais exposto à Internet: como esse equipamento está diretamente ligado à Internet, há uma chance maior que seja invadido debido a essa exposição. Portanto tal equipamento deve ser protegido, bloqueando tentativas de acesso externas (algo nem sempre fácil de fazer). O uso de softwares para firewall torna-se essencial.

Parâmetros de sinal em links ADSL

Como identificar problemas na Internet com SNR e line attenuation

Links ADSL possuem indicadores de qualidade de sinal, os quais têm relação com as taxas de bits que podem ser obtidas, além da taxa de erros e estabilidade do link.

SNR: a relação sinal-ruído, representada por esta sigla (do original em inglês: Signal to Noise Ratio) é expressada por um valor medido em dBs (decibéis) e, em linhas gerais, expressa a razão entre o seu sinal de linha com a quantidade de ruído existente. Quanto maior o valor de SNR, melhor.
Atenuação: a atenuação informa a perda de intensidade do sinal recebido pelo modem ADSL, e também é informada em dB. A atenuação depende da distância entre modem ADSL e DSLAM. Quanto menor o valor de atenuação, melhor.

TABELA ATENUAÇÃO: Valores típicos para Atenuação x Velocidade considerando a tecnologia ADSL (usar como referência e não como padrão)

Taxa de bits (Mbps)	Distância (m)	Atenuação máxima (dB)
24	200	entre 5 e 8
20	500	entre 10 e 13
15	1500	entre 19 e 23
10	1900	entre 25 e 27
5	2600	entre 29 e 33
2	3500	entre 34 e 39
1	4300	entre 43 e 54
0.6	5000	entre 55 e 61
0.3	5500	62

TABELA SNR

SNR Margin (dB)	Classificação
<= 5	ruim, impossível sincronia, quedas frequentes
entre 8 e 13	regular, sem problemas com sincronia do modem
entre 14 e 22	muito bom
entre 23db e 28	excelente
>= 29	raro

Espectro e modulação no ADSL

Obs: as figuras abaixo foram copiadas deste guia sobre modulação ADSL.

No ADSL, as taxas de dados downstream (operadora --> assinante) são significativamente maiores que as taxas upstream (sentido contrário). Como assinantes residenciais são majoritariamente consumidores de dados, a tecnologia foi projetada para fornecer uma vazão maior para downstream. Isso se encaixa em um modelo de rede em que provedores de conteúdo contratam das operadoras enlaces de grande capacidade (e caros !), e assinantes residenciais consomem esses dados pagando enlaces de baixo custo. A assimetria nas taxas de transmissão é obtida usando uma modulação denominada DMT (Discrete Multi Tone), que funciona de forma parecida com OFDM (i.e. uma forma de multiplexação por divisão de frequência).

A figura acima ilustra o espectro de frequência ADSL. Para ADSL versão 1, esse espectro é dividido em três partes:

0 a 4 kHz: canal de voz
25 a 138 Khz: canal upstream, composto por até 31 subportadoras de 4 kHz (subcanais, ou tons) moduladas com QAM.
142 a 1104 Khz: canal downstream, composto por até 255 subportadoras de 4 kHz moduladas com QAM.

Diferentes versões de ADSL apresentam variações em seus espectros. A tabela abaixo ilustra as frequências e quantidades de subportadoras dos diferentes padrões ADSL (BIN é sinônimo de subcanal ou tom):

Cada suportadora tem uma taxa de modulação de 4000 símbolos por segundo e pode transportar de 2 a 15 bits por intervalo de modulação, dependendo da qualidade de canal (medida pelo SNR). Se o canal estiver com SNR muito baixo, ele não é utilizado. Assim, a modulação ADSL é razoavelmente complexa, pois usa centenas de subportadoras QAM, cada uma podendo ter diferentes taxas de bit. A figura abaixo mostra um exemplo de quantidades de bits alocados para diferentes subcanais ADSL:

Existem muitos outros detalhes sobre a modulação ADSL, que pode ser lidas nos links indicados na aula de hoje.

ATIVIDADE

Realize as atividades descritas neste roteiro.

PJI11103: ADSL

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