Mit ADSL wird eine Anschlusstechnik von Breitbandanschlüssen für Endkonsumenten bezeichnet. Dabei steht die Abkürzung für Asymmetric Digital Subscriber Line. Maßgabe für die von 1991 – 1995 stattfindende Entwicklung von ADSL war die Vorgabe über vorhandene Telefonleitungen (Kupferdoppelader) zu funktionieren und keine Beeinträchtigung der Telefonie zu gewährleisten. Gleichzeitig sollten die Bandbreitenbedürfnisse der Kunden befriedigt werden, die zumeist eine höhere Empfangs- als Sendedatenrate benötigten.
Arbeitsweise von ADSL
ADSL kann sowohl an analogen (POTS) und digitalen (ISDN) Telefonanschlüssen als auch an entbündelten Datenanschlüssen verwendet werden. Dabei haben sich die Entwickler bei analogen und digitalen Anschlüssen die hohen und damit ungenutzten Frequenzbereiche für ADSL zunutze gemacht.
Problematisch an der Technik ist die steigende Leitungsdämpfung, die in Relation zur Entfernung der Vermittlungsstelle zunimmt. Dadurch werden verfügbare Datenraten und die Abdeckung mit ADSL geografisch begrenzt. Gerade ländliche Regionen sind daher oft unterversorgt oder überhaupt nicht angeschlossen und müssen so auf andere Breitbandtechniken ausweichen. Outdoor-DSLAMs stellen zwar Abhilfe dar, werden jedoch durch die höheren Kosten pro Port selten eingesetzt.
Um die oberen verlustbehafteten Frequenzen von POTS und ISDN nutzbar zu machen, wird DMT (Discrete Multiton Modulation) eingesetzt, welches einen Hauptbestandteil neben Frequenzmultiplexverfahren und Fouriertransformation in der ADSL-Technik darstellt. Ein ADSL-Modem enthält daher immer einen DMT-Modulator/Demodulator und einen digitalen Signalprozessor, um die Fouriertransformationen der einzelnen Frequenzen zu berechnen. Damit sich beide Nutzungsarten der Telefonleitung nicht behindern, kommt sowohl beim Hauptverteiler als auch beim Endanwender eine Frequenzweiche (Splitter) zum Einsatz. Dadurch wird bei der ADSL-Nutzung kein Sprachkanal belegt.
Im Gegensatz zu einem Internetzugang mittels Telefonmodem kann an einem POTS-Anschluss gleichzeitig telefoniert und das Internet genutzt werden. Bei dem in Deutschland eingesetzten ADSL-over-ISDN (Annex-B) Verfahren verläuft die Datenübertragung mit 4 MHz breiten Bändern und einer Symbolrate von 4 KiBd. Die Bänder bewegen sich in einem Frequenzbereich von 275-1104 kHz im Downstream und 138- 275 kHz im Upstream. Um die schlechte Leitungsqualität der für solche Übertragungsraten nicht gedachten Telefonleitungen auszugleichen, wird beim Synchronisierungsvorgang vom DSL-Modem zur Vermittlungsstelle die Qualität der Leitung ausgemessen. Befindet sich die Dämpfung in einem grenzwertigen Bereich oder sind starke Reflexionen vorhanden, werden einzelne Bänder ausgeblendet.
Um die immer stärker wachsende Nachfrage nach Bandbreite zu befriedigen, wurde die ADSL2+-Norm eingeführt. Diese geht mit einer Ausdehnung des verwendeten Frequenzbereichs bis 2,2 MHz einher. Dadurch können bei kurzen Anschlussleitungen deutlich höhere Übertragungsraten erreicht werden. Rein nach Spezifikation können Geschwindigkeiten von 25 Mbit/s im Downstream und 3,5 25 Mbit/s im Upstream erreicht werden. Allerdings können in Deutschland durch die verwendete Annex-B-Technik (schwache Datenübertragungsleistung, da nur die oberen freien Kanäle genutzt werden) maximal 16 Mbit/s im Downstream und 1.125 Kbit/s im Upstream von den ADSL-Anbietern angeboten werden.
ADSL an POTS- und ISDN-Anschlüssen
Im Normalfall wird ADSL an analogen und reinen Datenanschlüssen nach ADSL-over-POTS-Normen aufgeschaltet, wohingegen an ISDN-Anschlüssen ADSL-over-ISDN (Annex-B) eingesetzt wird. Außer zwischen der Signalisierung und den verwendeten Frequenzbändern bestehen kaum Unterschiede.
In Deutschland wird als weltweite Besonderheit mehrheitlich der Annex-B-Standard eingesetzt. Dies bot den Anbietern den Vorteil, nur eine Technik vorzuhalten und so Kosten einzudämmen. Des Weiteren kann der Endanwender ohne einen Austausch seiner vorhandenen Infrastruktur zwischen Analog-, ISDN- und reinem Datenanschluss wechseln. Als Nachteil stellen sich aber die schlechte Verfügbarkeit/Qualität von ADSL an langen Anschlussleitungen und eine eingeschränkte Datenrate dar. Der Grund hierfür liegt am Aussparen der unteren Frequenzen im Bereich von 26- 138 kHz, welche deutlich dämpfungsärmer sind und daher eine höhere Reichweite haben und im Gegensatz zu Annex-B von Annex-A/J/M genutzt werden.
Synchronisation
Bevor Daten über die ADSL-Leitung übertragen werden können, muss eine Verbindung aufgebaut werden. Bei diesem Vorgang findet eine Verständigung zwischen dem ADSL-Modem auf Endanwenderseite und dem DSLAM in der Vermittlungsstelle des Anbieters statt. Dabei werden wichtige Parameter wie die Übertragungskapazität der DMT-Frequenzbänder gemessen, die Up- und Downstreamraten werden gemäß der im Vertrag festgelegten Geschwindigkeiten ausgehandelt und auf die einzelnen Träger verteilt. Nach Abschluss der Verbindungsherstellung wird die ADSL-Verbindung bis zum Abbruch (z. B. durch die bei vielen Providern beliebte 24-stündige Zwangstrennung) synchronisiert. Bei der Einigung der Übertragungsraten zwischen dem Modem und DSLAM in der Vermittlungsstelle werden zwei Verfahren unterschieden.
Bei der fixen Aushandlung wird vom DSLAM eine feste Übertragungsrate, sowohl im Up- als auch im Downstream, festgelegt. Kann die vorgegebene Geschwindigkeit nicht erreicht werden, z. B. durch Störeinflüsse, wird der Synchronisierungsversuch abgebrochen. Daher ist für den sicheren und stabilen Betrieb von Anschlüssen mit fixer Ratenschaltung eine hohe Störabstands-Sicherheitsmarge von Nöten, welche in einer deutlich niedrigeren angebotenen Datenrate resultiert. Durch diesen Nachteil werden sowohl national als auch international von den meisten Anbietern nur noch ratenadaptive Schaltungen eingesetzt. Lediglich bei DSL-Anschlüssen bis zu 6 Mbit/s findet diese noch Anwendung.
Im Gegensatz zur fixen Aushandlung wird bei der ratenadaptiven Synchronisierung ein Korridor oder eine maximale Übertragungsrate vorgegeben. Gelingt kein Synchronisierungsvorgang mit der vom DSLAM mitgeteilten maximalen Datenübertragungsrate, wird ein neuer Versuch, mit der aus dem Leitungstest resultierenden möglichen Übertragungsrate, gestartet. Daher kann sich ein ratenadaptiver ADSL-Anschluss den Leitungsbedingungen anpassen und so auch bei kurzzeitigen Störeinflüssen synchronisieren. Allerdings auf Kosten der Übertragungsgeschwindigkeit. Nachteilig kann sich bei ratenadaptiven ADSL-Anschlüssen auch die verwendete Hardware auswirken. An langen Anschlüssen kann die Qualität des eingesetzten Modems maßgeblich über die Datenübertragungsrate und Stabilität der Verbindung entscheiden.
Die in der ADSL2+-Spezifikation implementierte Seamless Rate Adaption kann zusätzlich bei bestehender Verbindung die Übertragungsrate und Kanalnutzung an die momentane Leitungsqualität anpassen. Dabei wird die Synchronisierung aufrechterhalten und die Parameter müssen nicht erneut mit der Vermittlungsstelle ausgehandelt werden. Dies wird durch die Trennung von festen Zuordnungen zwischen Bandbreite, Modulation und Framing erreicht.
Protokollverwendung
Für den Aufbau einer Verbindung in das Internet sind weitere Protokolle nötig. ADSL definiert dabei drei TPS-TC-Protokolle (Transmission protocol-specific transmission convergence). Bei Privatkunden kommt dabei das ATM-Protokoll (Asynchronous Transfer Mode) zum Einsatz. Dabei kann ATM als unterste Schicht betrachtet werden, auf die weitere Schichten (Protokolllayer) aufgesetzt werden können. In Deutschland wird dabei als zweiter Layer das auf PPP basierende PPPoE für ADSL verwendet. Erst das PPPoE-Protokoll ermöglicht die Authentifizierung des Nutzers und die Realisierung von Zeittarifen.
Technisch sind ADSL-Verbindungen Standleitungen und daher immer verfügbar. PPPoE stellt innerhalb dieser Standleitungen eine virtuelle Wählverbindung her und ermöglicht so die eindeutige Identifizierung des Nutzers und seine Berechtigungen über die Nutzung des Zugangs. In der vierten Protokollschicht finden dann TCP/IP und andere wichtige Protokolle Anwendung.
Interleaving
Gerade bei langen Anschlüssen entstehen Übertragungsfehler, welche die eigentlich übertragene Information zerstören. Um diesen Fehlern entgegenzuwirken, wird von einigen Anbietern Interleaving eingesetzt. Dabei werden die Datenpakete nicht in der ursprünglichen Reihenfolge gesendet, sondern verschachtelt. Durch diese Vorgehensweise erhöht sich die Zeit zur Versendung eines Paketes. Als weitere Nebenwirkung erhöht sich die Latenz der Datenverbindung, da die Pakete nicht in der ursprünglichen Reihenfolge beim Nutzer ankommen, sondern verschränkt.
Für die meisten Anwender hat Interleaving meist keine fühlbaren Nachteile. Sind allerdings Echtzeitanwendungen wie z. B. Onlinegames und Börsenanwendungen im Einsatz, kann Interleaving einen Nachteil bedeuten. Der Kunde kann jedoch mit der kostenpflichtigen FastPath-Option eine Abschaltung des Interleaving beim Anbieter in Auftrag geben.
Zusammenfassung
ADSL, kurz für Asymmetric Digital Subscriber Line, ist eine Breitbandanschlusstechnik für Endkunden, die ursprünglich entwickelt wurde, um über bestehende Telefonleitungen zu funktionieren und die Telefonie nicht zu beeinträchtigen. Diese Technik nutzt ungenutzte Frequenzbereiche an analogen und digitalen Telefonanschlüssen und wird mittels DMT (Discrete Multiton Modulation) sowie Frequenzmultiplexverfahren optimiert. Hauptproblem ist die Leitungsdämpfung mit zunehmender Entfernung zur Vermittlungsstelle, wodurch ländliche Regionen oft unterversorgt sind.
Die ADSL2+-Norm wurde eingeführt, um die wachsende Nachfrage nach höherer Bandbreite zu erfüllen und ermöglicht theoretisch Geschwindigkeiten von bis zu 25 Mbit/s im Downstream. In Deutschland ist die ADSL-over-ISDN (Annex-B) Technik dominant, bei der die Datenübertragung spezifische Frequenzbereiche nutzt und bietet eine Maximalgeschwindigkeit von 16 Mbit/s im Downstream.
Bevor Daten übertragen werden können, erfolgt eine Synchronisation zwischen dem ADSL-Modem und dem DSLAM des Anbieters. Diese kann entweder fix oder ratenadaptiv sein, wobei letztere flexibler und anpassungsfähiger ist. Schließlich werden zusätzliche Protokolle, wie das ATM-Protokoll und das PPPoE-Protokoll, für den Internetzugang verwendet. Um Übertragungsfehler, insbesondere bei langen Anschlüssen, zu reduzieren, wird oft Interleaving eingesetzt, das Datenpakete verschachtelt sendet, was die Latenzzeit erhöhen kann.
Häufige Fragen und Antworten
Was ist ADSL?
ADSL steht für Asymmetric Digital Subscriber Line und bezeichnet eine Breitbandanschlusstechnik für Endkunden. Dabei wird über vorhandene Telefonleitungen eine asymmetrische Datenübertragung ermöglicht, bei der die Download-Geschwindigkeit höher ist als die Upload-Geschwindigkeit. ADSL wurde entwickelt, um die Bandbreitenbedürfnisse der Kunden zu erfüllen und gleichzeitig die Telefonie nicht zu beeinträchtigen.
Wie funktioniert ADSL?
ADSL nutzt ungenutzte Frequenzbereiche an analogen oder digitalen Telefonanschlüssen, um Daten zu übertragen. Dabei kommt die Discrete Multiton Modulation (DMT) zum Einsatz, um die verschiedenen Frequenzen zu verwalten. Durch Frequenzmultiplexverfahren und Fouriertransformation werden die Daten auf die einzelnen Frequenzen aufgeteilt und übertragen. Zur Trennung von Telefonie und Datenübertragung wird ein Splitter eingesetzt. Dabei werden die oberen verlustbehafteten Frequenzen genutzt, um die Bandbreite für den Datenverkehr zu erhöhen.
Welche Protokolle werden bei ADSL verwendet?
Bei ADSL werden verschiedene Protokolle verwendet, um eine Verbindung zum Internet herzustellen. Als unterste Schicht wird das Asynchronous Transfer Mode (ATM) Protokoll genutzt, auf das weitere Protokolle aufgesetzt werden können. In Deutschland wird meist das PPPoE (Point-to-Point Protocol over Ethernet) Protokoll eingesetzt, das die Authentifizierung des Nutzers ermöglicht. In der vierten Protokollschicht kommen TCP/IP und andere wichtige Protokolle zum Einsatz.
Was ist der Unterschied zwischen ADSL und ADSL2+?
ADSL2+ ist eine Weiterentwicklung von ADSL und ermöglicht höhere Übertragungsraten. Während ADSL theoretisch Geschwindigkeiten von bis zu 8 Mbit/s im Downstream erreichen kann, kann ADSL2+ theoretisch Geschwindigkeiten von bis zu 24 Mbit/s im Downstream erreichen. ADSL2+ erweitert den Frequenzbereich, der für die Datenübertragung genutzt wird, und ermöglicht damit höhere Geschwindigkeiten. Allerdings sind die tatsächlich verfügbaren Geschwindigkeiten von den jeweiligen Anbietern und den technischen Gegebenheiten vor Ort abhängig.