ADSL

섬네일|ADSL 연결을 설정하는 데 일반적으로 사용되는 게이트웨이
비대칭 디지털 가입자 회선(Asymmetric digital subscriber line, ADSL)은 디지털 가입자 회선(DSL) 기술의 한 종류로, 기존의 음성 대역 모뎀보다 구리 전화선을 통해 더 빠른 데이터 전송을 가능하게 하는 데이터 통신 기술이다. ADSL은 덜 보편적인 대칭형 디지털 가입자 회선(SDSL)과 다르다. ADSL에서는 대역폭과 비트레이트가 비대칭적이라고 하는데, 이는 사용자 측으로 향하는 방향(다운스트림)이 반대 방향(업스트림)보다 더 크다는 것을 의미한다. 제공업체들은 주로 인터넷에서 콘텐츠를 다운로드하는 용도의 인터넷 접속 서비스로 ADSL을 마케팅하며, 타인이 액세스하는 콘텐츠를 제공하는 서버 용도로는 마케팅하지 않는다.

 개요 
섬네일|2008년형 ADSL 필터/스플리터(왼쪽) 및 필터(오른쪽)
ADSL은 음성 전화 통화에 사용되는 대역 이상의 스펙트럼을 사용하여 작동한다. 흔히 스플리터라고 불리는 DSL 필터를 사용하면 주파수 대역이 분리되어, 하나의 전화선을 ADSL 서비스와 전화 통화에 동시에 사용할 수 있다. ADSL은 일반적으로 전화 교환기로부터 짧은 거리(라스트 마일), 보통 이내에만 설치되지만, 원래 가설된 선로 규격이 더 먼 분산을 허용하는 경우 를 초과하는 것으로 알려져 있다.

전화 교환기에서 회선은 일반적으로 DSLAM(digital subscriber line access multiplexer)에서 종단되며, 여기서 또 다른 주파수 스플리터가 기존 전화망을 위한 음성 대역 신호를 분리한다. ADSL에 의해 운반되는 데이터는 일반적으로 전화 회사의 데이터 네트워크를 통해 라우팅되어 최종적으로 일반적인 인터넷 프로토콜 네트워크에 도달한다.

ADSL이 많은 지역에서 가정용 사용자에게 제공되는 가장 흔한 유형인 데에는 기술적 이유와 마케팅적 이유가 모두 존재한다. 기술적인 측면에서는 사용자 측보다 (많은 로컬 루프의 전선들이 서로 인접해 있는) DSLAM 끝단에서 다른 회로로부터의 누화가 발생할 가능성이 더 높다. 따라서 업로드 신호는 로컬 루프의 가장 시끄러운 부분에서 가장 약한 반면, 다운로드 신호는 로컬 루프의 가장 시끄러운 부분에서 가장 강하다. 그러므로 DSLAM이 사용자 측 모뎀보다 더 높은 비트레이트로 전송하는 것이 기술적으로 타당하다. 일반적인 가정용 사용자가 실제로 더 높은 다운로드 속도를 선호하기 때문에, 전화 회사들은 필연적인 상황을 장점으로 활용하기로 선택했으며, 이것이 ADSL이다.

비대칭 연결의 마케팅적 이유는 첫째, 대부분의 인터넷 트래픽 사용자는 다운로드보다 업로드에 더 적은 데이터를 필요로 하기 때문이다. 예를 들어, 일반적인 웹 브라우징에서 사용자는 여러 웹사이트를 방문하고 웹페이지를 구성하는 데이터(이미지, 텍스트, 사운드 파일 등)를 다운로드해야 하지만, 업로드하는 데이터 양은 적다. 업로드되는 데이터는 다운로드된 데이터의 수신 확인용(매우 일반적인 TCP 연결에서)이나 사용자가 양식 등에 입력한 데이터뿐이기 때문이다. 이는 인터넷 서비스 제공업체가 웹사이트를 호스팅하여 다운로드만큼의 업로드 데이터가 필요한 상업적 사용자를 겨냥해 더 비싼 서비스를 제공할 정당성을 부여한다. 파일 공유 애플리케이션은 이 상황에서 명백한 예외다. 둘째, 백본 연결의 과부하를 피하려는 인터넷 서비스 제공업체들은 전통적으로 많은 업로드를 발생시키는 파일 공유와 같은 사용을 제한하려고 노력해 왔다.

 작동 
섬네일|DSL 시스템 온 칩
현재 대부분의 ADSL 통신은 전이중(full-duplex) 방식이다. 전이중 ADSL 통신은 일반적으로 주파수 분할 이중(FDD), 에코 캔슬링 이중(ECD), 또는 시분할 이중(TDD)을 통해 한 쌍의 전선에서 이루어진다. FDD는 업스트림 대역과 다운스트림 대역으로 불리는 두 개의 별개 주파수 대역을 사용한다. 업스트림 대역은 최종 사용자에서 전화국으로의 통신에 사용된다. 다운스트림 대역은 전화국에서 최종 사용자로의 통신에 사용된다.

섬네일|주파수 분할 다중화가 적용된 ADSL Annex A의 주파수 할당 계획. 빨간색 영역은 일반 음성 전화(PSTN)가 사용하는 주파수 범위이며, 녹색(업스트림)과 파란색(다운스트림) 영역은 ADSL용으로 사용된다.
일반적으로 보급된 POTS 기반 ADSL(Annex A)의 경우, 26.075 kHz에서 137.825 kHz 대역은 업스트림 통신에 사용되고, 138–1104 kHz는 다운스트림 통신에 사용된다. 통상적인 이산 멀티톤 변조(DMT) 방식 하에서, 이들 각각은 4.3125 kHz의 더 작은 주파수 채널로 더 세분화된다. 이러한 주파수 채널은 때때로 빈(bin)이라고 불린다. 전송 품질과 속도를 최적화하기 위한 초기 트레이닝 동안, ADSL 모뎀은 각 빈의 주파수에서 신호 대 잡음비를 결정하기 위해 각 빈을 테스트한다. 전화 교환기로부터의 거리, 케이블 특성, AM 라디오 방송국으로부터의 간섭, 그리고 모뎀 위치의 국부적 간섭 및 전기적 노이즈는 특정 주파수의 신호 대 잡음비에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 신호 대 잡음비가 감소된 주파수의 빈은 낮은 처리율로 사용되거나 전혀 사용되지 않는다. 이는 최대 링크 용량을 줄이지만 모뎀이 적절한 연결을 유지할 수 있게 한다. DSL 모뎀은 각 빈을 어떻게 활용할지에 대한 계획을 세우며, 이를 때때로 "빈당 비트(bits per bin)" 할당이라고 한다. 신호 대 잡음비(SNR)가 좋은 빈은 각 메인 클록 사이클에서 더 많은 수의 인코딩 가능한 값(더 많은 데이터 비트 전송과 동일) 중에서 선택된 신호를 전송하도록 선택된다. 가능성의 수는 수신기가 노이즈가 있는 상태에서 의도된 값을 잘못 디코딩할 정도로 커서는 안 된다. 노이즈가 심한 빈은 단 2비트(4가지 패턴 중 하나 선택)만 운반하거나, ADSL2+의 경우 빈당 1비트만 운반할 수 있으며, 노이즈가 매우 심한 빈은 전혀 사용되지 않는다. 빈에서 들리는 주파수 대비 노이즈 패턴이 변경되면, DSL 모뎀은 "비트스왑(bitswap)"이라는 프로세스를 통해 빈당 비트 할당을 변경할 수 있다. 여기서 노이즈가 심해진 빈은 더 적은 비트만 운반하게 되고 다른 채널이 더 높은 부하를 담당하도록 선택된다.

따라서 DSL 모뎀이 보고하는 데이터 전송 용량은 모든 빈의 빈당 비트 할당 합계에 의해 결정된다. 신호 대 잡음비가 높고 더 많은 빈이 사용될수록 전체 링크 용량이 높아지며, 신호 대 잡음비가 낮거나 적은 빈이 사용될수록 링크 용량이 낮아진다. 빈당 비트를 합산하여 도출된 총 최대 용량은 DSL 모뎀에 의해 보고되며 때때로 동기화 속도(sync rate)라고 불린다. 이는 항상 다소 오해의 소지가 있는데, 사용자 데이터 전송률을 위한 실제 최대 링크 용량은 프로토콜 오버헤드라고 불리는 추가 데이터가 전송되기 때문에 현저히 낮기 때문이다. PPPoA 연결의 경우 최대 약 84–87% 수준으로 감소하는 것이 일반적이다. 또한, 일부 ISP는 교환기 너머의 네트워크에서 최대 전송 속도를 추가로 제한하는 트래픽 정책을 가질 수 있으며, 인터넷상의 트래픽 혼잡, 서버의 과부하, 고객 컴퓨터의 느린 속도나 비효율성 등이 모두 도달 가능한 최대 속도 이하로 떨어지는 원인이 될 수 있다. 무선 액세스 포인트를 사용할 경우, 낮거나 불안정한 무선 신호 품질 역시 실제 속도의 저하나 변동을 일으킬 수 있다.

고정 속도 모드에서 동기화 속도는 운영자에 의해 미리 정의되며, DSL 모뎀은 각 빈에서 대략 동일한 오류율을 생성하는 빈당 비트 할당을 선택한다. 가변 속도 모드에서 빈당 비트는 허용 가능한 오류 위험 내에서 동기화 속도를 최대화하도록 선택된다. 이러한 선택은 보수적일 수 있는데, 모뎀이 가능한 것보다 빈당 더 적은 비트를 할당하여 연결 속도를 늦추는 선택을 하거나, 덜 보수적으로 더 많은 빈당 비트를 선택하여 향후 신호 대 잡음비가 악화될 경우 오류 위험이 커지는 선택을 할 수 있다. 향후 노이즈 증가에 대한 보호책으로 빈당 더 적은 비트를 사용하는 이러한 보수성은 신호 대 잡음비 마진 또는 SNR 마진으로 보고된다.

전화 교환기는 고객의 DSL 모뎀이 처음 연결될 때 권장 SNR 마진을 지시할 수 있으며, 모뎀은 이에 따라 빈당 비트 할당 계획을 세울 수 있다. 높은 SNR 마진은 최대 처리량 감소를 의미하지만 연결의 신뢰성과 안정성은 높아진다. 낮은 SNR 마진은 노이즈 수준이 너무 높아지지 않는 한 높은 속도를 의미한다. 그렇지 않으면 연결이 끊어지고 재협상(재동기화)해야 한다. ADSL2+는 이러한 상황을 더 잘 수용할 수 있으며, 통신 중단을 최소화하면서 전체 링크 용량의 변화를 수용할 수 있는 SRA(Seamless Rate Adaptation) 기능을 제공한다.

섬네일|right|ADSL 회선상의 모뎀 주파수 스펙트럼
공급업체들은 표준에 대한 독자적인 확장으로서 더 높은 주파수의 사용을 지원할 수 있다. 그러나 이를 위해서는 회선의 양쪽 끝에 공급업체가 제공한 일치하는 장비가 필요하며, 같은 묶음 내의 다른 회선에 영향을 미치는 누화 문제를 일으킬 가능성이 높다.

사용 가능한 채널 수와 ADSL 연결의 처리 용량 사이에는 직접적인 관계가 있다. 채널당 정확한 데이터 용량은 사용된 변조 방식에 따라 달라진다.

ADSL은 초기에 (VDSL과 유사하게) CAP와 DMT의 두 가지 버전으로 존재했다. CAP는 1996년까지 ADSL 구축의 사실상 표준이었으며, 당시 ADSL 설치의 90%에 적용되었다. 그러나 DMT가 최초의 ITU-T ADSL 표준인 G.992.1 및 G.992.2(각각 G.dmt 및 G.lite라고도 함)로 선택되었다. 따라서 모든 현대적 ADSL 설치는 DMT 변조 방식을 기반으로 한다.

 인터리빙 및 패스트패스 
ISP는 전화선의 버스트 노이즈 효과에 대응하기 위해 패킷의 인터리빙을 사용할 옵션이 있다. 인터리빙된 회선은 보통 8에서 64 사이의 깊이(depth)를 가지며, 이는 전송되기 전에 얼마나 많은 리드 솔로몬 코드워드가 축적되는지를 나타낸다. 이들이 모두 함께 전송될 수 있으므로, 순방향 오류 정정 코드를 더 탄력적으로 만들 수 있다. 인터리빙은 모든 패킷을 먼저 모아야(또는 빈 패킷으로 교체해야) 하고 전송하는 데 시간이 걸리기 때문에 레이턴시를 추가한다. 8프레임 인터리빙은 5ms의 왕복 시간을 추가하고, 64 깊이 인터리빙은 25ms를 추가한다. 다른 가능한 깊이는 16과 32가 있다.

"패스트패스(Fastpath)" 연결은 인터리빙 깊이가 1이며, 즉 한 번에 하나의 패킷이 전송된다. 이는 보통 10ms 정도의 낮은 레이턴시를 갖지만(인터리빙이 여기에 추가되므로 인터리빙된 경우보다 크지 않음), 노이즈 버스트가 전체 패킷을 파괴하여 전체 재전송을 요구할 수 있기 때문에 오류에 매우 취약하다. 큰 인터리빙 패킷에서의 이러한 버스트는 패킷의 일부만 가리게 되며, 패킷의 나머지 부분에 있는 오류 정정 정보로부터 복구될 수 있다. "패스트패스" 연결은 불량한 회선에서 매우 높은 레이턴시를 초래할 수 있는데, 각 패킷마다 여러 번의 재시도가 필요하기 때문이다.

 전송 프로토콜 
ADSL은 세 가지 "전송 프로토콜 특정 전송 수렴(TPS-TC)" 계층을 정의한다.
 Synchronous Digital Hierarchy(SDH) 프레임 전송을 허용하는 동기식 전송 모듈(STM)
 비동기 전송 방식(ATM)
 Packet Transfer Mode(ADSL2부터 시작, 아래 참조)
가정용 설치에서 널리 쓰이는 전송 프로토콜은 ATM이다. ATM 위에는 추가적인 프로토콜 계층의 여러 가능성이 있으며(그중 두 가지는 단순화되어 "PPPoA" 또는 "PPPoE"로 약칭됨), TCP/IP가 인터넷과의 연결을 제공한다.

 ADSL 표준 
섬네일|600px|left|일반적인 ADSL 표준 및 부속서(Annex)를 위한 주파수 계획. 

 같이 보기 
 DSL: 디지털 가입자 회선
 RADSL

 참조 

 외부 링크 

 The UNH-IOL DSL Knowledge Base (advanced tutorials) 
 Explanation of ADSL speed and stability factors 

분류:ITU-T 권고
분류:디지털 가입자 회선
분류:인터넷 용어
분류:비대칭