DSLモデム

デジタル加入者線( DSL )モデムは、インターネットへの接続用のデジタル加入者線(DSL) サービス( DSL ブロードバンドとも呼ばれる)を提供する電話回線にコンピュータまたはルータを接続するために使用されるデバイスです。モデムは、イーサネット ポート、USB ポートを介して 1 台のコンピュータまたはルータに接続するか、コンピュータのPCI スロットにインストールされます。

より一般的なDSL ルーターは、 DSL モデムとルーターの機能を組み合わせたスタンドアロン デバイスであり、複数のイーサネットポートまたは統合ワイヤレス アクセス ポイントを介して複数のコンピューターを接続できます。住宅用ゲートウェイとも呼ばれるDSL ルーターは、通常、家庭または小規模オフィス ネットワークでの DSL サービスの接続と共有を管理します。

さまざまな DSL ルーターとモデムが、さまざまな DSL テクノロジー バリアント ( VDSL、SDSL、ADSL)をサポートしています。

DSL ルーターは、標準加入者電話回線に接続するためのRJ11ジャックを備えたボックスで構成されています。イーサネットケーブル用の RJ45 ジャックがいくつかあり、コンピューターやプリンターに接続してローカル ネットワークを構築できます。通常、USBジャックも備わっており、 USB ケーブル経由でコンピューターに接続して、イーサネット ポートのないコンピューターに接続できます。ワイヤレスDSL ルーターには、ワイヤレス アクセス ポイントとして機能するためのアンテナも備わっているため、コンピューターをルーターに接続してワイヤレス ネットワークを形成できます。電源は通常、壁コンセントの変圧器からコードで供給されます。

通常、DSL 通信リンクの各部の状態を示す一連の LED ステータス ライトがあります。

• 電源ランプ - モデムの電源がオンになっていて電力が供給されていることを示します
• イーサネット ライト - 通常、各イーサネット ジャックの上にはライトがあります。点灯 (または点滅) しているライトは、そのコンピューターまたはデバイスへのイーサネット リンクが機能していることを示します。
• DSL ライト - 点灯している場合は、モデムが市内電話交換機( DSLAM ) の機器との接続を確立し、電話回線を介した DSL リンクが機能していることを示します。ADSL2+ ボンディングをサポートする新しいモデムでは、回線ごとに 1 つのライトがあります^[1]
• インターネット ライト - 点灯している場合は、IP アドレスとDHCPプロトコルが初期化され、動作しており、システムがインターネットに接続されていることを示します。
• ワイヤレス ライト - (ワイヤレス DSL モデムのみ) ワイヤレス ネットワークが初期化され、動作していることを示します。

多くのルーターは、デバイスの構成とステータス レポート用に、ローカル ネットワークに内部 Web ページを提供しています。ほとんどの DSL ルーターは、インストール プログラムが入った CD または DVD が付属しており、顧客がインストールするように設計されています。このプログラムによって DSL サービスがアクティブ化されることもあります。ルーターの電源を入れると、ローカル ネットワークと DSL リンクが初期化されるまでに数分かかることがあります。初期化が完了するのは、通常、ステータス ライトが緑色に変わるときです。また、コンピューターの空き PCI カード スロットに差し込む PCI DSL モデムもあります。

公衆交換電話網は、交換局、幹線、増幅器、交換機のネットワークで、電話の通話をある電話から別の電話に伝送するもので、音声周波数信号を伝送するように設計されているため、帯域幅は3.4 kHz に制限されています。DSL 以前は、音声帯域モデムがその帯域幅内のオーディオ周波数を使用して電話網を介して情報を送信していたため、データ レートは約 56 kbit/s に制限されていました。ただし、電話機と市内交換局(電話交換機)を接続する銅線 (加入者ループと呼ばれます) は、実際には最大数MHzのはるかに広い周波数帯域を伝送できます。^[2]この容量は通常の電話サービスでは使用されていません。DSL はこれらのより高い周波数を使用して、通常の電話サービスに干渉することなく、DSL モデムと市内交換局の間でデジタル データを送信します。市内交換局では、データは顧客の電話回線とインターネット回線の間で直接転送されるため、DSL 信号は電話網自体を通過しません。接続を開始するために電話番号をダイヤルする必要はありません。モデムがオンのときは常に DSL 接続はオンになります。

DSLモデムと通信するローカル交換センターのデバイスは、デジタル加入者線アクセスマルチプレクサ（DSLAM）と呼ばれ、インターネットに直接接続されます。^[2] DSLサービスを提供するには、ローカル交換センターにこれらのデバイスを装備する必要があります。

ADSLでは、モデムとDSLAMは、周波数分割多重方式の一種である離散マルチトーン変調（DMT）と呼ばれるプロトコルを使用して通信します。^[2]モデムは、通常の電話サービスに干渉しないように、8 kHzを超える周波数のみを使用します。 8 kHzから約1 MHzまでの回線の帯域幅は、それぞれ4 kHz幅の247の個別のチャネルに分割されます。^[2]個別のキャリア信号が各チャネルで情報を運びます。したがって、システムは、同時に動作する247の個別のモデムのように動作します。着信デジタルデータのビットは分割され、チャネルを介して並列に送信されます。 各データストリームは、エラー訂正コードを使用して送信され、ノイズによる小さなビットエラーを受信側で訂正できるようにします。 ほとんどのチャネルは単方向で、DSLAMからモデムにダウンロードデータを運びますが、低周波数端の一部は双方向で、少量のアップロードトラフィックを運びます。モデムは各チャネルの伝送品質を常に監視しており、品質が著しく低下している場合は信号を他のチャネルに切り替えます。モデムは、最適な伝送速度を求めてチャネル間でデータを常に切り替えています。 ^[2]そのため、干渉や品質の悪い回線によって伝送が中断されることは通常ありませんが、モデムのデータ速度が低下するだけです。

たとえば、Web ページをダウンロードする場合、Web ページ データのパケットは、サーバーコンピューターから光ファイバーインターネット回線を経由して、近隣の電話交換機にある DSLAM に直接送られます。DSLAM では、パケットは最大 247 の並列データ ストリームに分割されます。各ストリームは個別の搬送信号に変調され、個別の周波数チャネルを経由して加入者の電話回線を経由して DSL モデムに送信されます。モデムは搬送波を復調し、各搬送信号からデータ ストリームを抽出し、エラー訂正を実行し、データを適切な順序で再度組み立てて、イーサネット回線経由でコンピューターに送信するか、無線 ( Wi-Fi ) ネットワークの場合は無線信号で送信します。

ほとんどの消費者向け DSL 回線は、非対称 DSL (ADSL) のいくつかの種類の 1 つを使用しています。^[2]「非対称」とは、回線の帯域幅の大部分がアップストリーム(アップロード) データよりもダウンストリーム(ダウンロード) データに割り当てられることを意味します。そのため、ほとんどのユーザーはアップロードするデータよりもダウンロードするデータ量の方がはるかに多いため、ダウンロード速度はアップロード速度よりも速くなります。電話回線はこのような高周波信号を伝送するようには設計されていないため、DSL は距離の影響を受けます。モデムが交換センターから離れるほど、電話線が長くなり、信号が弱くなり、モデムが達成できるデータ速度が低下します。交換センターに近い都市のユーザーは、最大 24 Mbit/s の高速サービスにアクセスできる場合があります。^[2] ADSL の距離制限は 18,000 フィート (5.5 km または 3.4 マイル) です。^{[2]ただし、電話会社によって電話回線に取り付けられた}負荷コイルやブリッジ タップなどの他のデバイスは信号をブロックし、特定の電話回線を DSL サービスから除外する場合があります。

DSL 信号が電話回線に入り、電話、留守番電話、ファックス、その他のデバイスに干渉するのを防ぐため、DSL モデムにはローパス フィルタが付属しており、同じ回線上のすべての音声帯域デバイスにつながる電話回線にこれを差し込む必要があります。フィルタは 4 kHz を超えるすべての周波数をブロックするため、DSL 信号はブロックしますが、音声周波数信号は通過させます。フィルタは DSL モデムにつながる電話回線に挿入しないでください。モデムと交換センター間の通信がブロックされるからです。

DSL モデムは、デジタル加入者線アクセス マルチプレクサ(DSLAM)に送信する高周波トーンを変調し、DSLAM から受信して復調します。DSL モデムは、 20 世紀後半に主流であった音声帯域モデムと基本的に同じ目的を果たしますが、重要な点で異なります。

• DSL モデムは、音声帯域モデムの少なくとも 10 ～ 20 倍の速度でデータを転送します。
• DSL は、電話回線上の通常の電話通話に干渉せず、接続を開始するために電話番号をダイヤルする必要がなく、常に「オン」になっています。音声バンド モデムは、接続を開始するために電話番号をダイヤルしますが、接続中は電話回線を通常の電話サービスに使用できません。
• DSL モデムの最も一般的な形式である DSL ルーターは、コンピューターの外部にあり、コンピューターのイーサネットポートまたはUSBポートに配線されます。一方、音声バンド モデムは通常、コンピューター自体の背面にあるPCI インターフェイススロットにインストールされる内部デバイスです。内部 DSL モデムはまれですが、入手可能です。
• Microsoft Windowsやその他のオペレーティング システムでは、音声帯域モデムはコンピュータのハードウェアの一部とみなされ、マウスやハード ディスクなどのコンピュータのハードウェアの他の部分と同様に、 Windows コントロール パネルから構成されます。一方、DSL ルーターは LAN (ローカル エリア ネットワーク) 内の別のノードとみなされます。DSL モデムを手動で構成したり、手動で操作したりする必要はほとんどありませんが、必要な場合はインターネット ブラウザーを使用してアクセスできます。ルーターには通常Web ページがあり、ルーターのマニュアルに記載されているIP アドレスをブラウザーのアドレス バーに入力してアクセスします。このページでは、ワイヤレス ネットワークのパスワードの変更やルーターのファイアウォールの調整など、さまざまな技術的な変更を行うことができます。
• USBで接続された外付け DSL モデムの場合、Microsoft Windowsやその他のオペレーティング システムは通常、これらをネットワーク インターフェイス コントローラーとして認識します。
• 内蔵 DSL モデムの場合、Microsoft Windowsやその他のオペレーティング システムでは、音声帯域モデムに提供されるものと同様のインターフェイスが提供されます。これは、将来、CPU 速度が上がるにつれて、内蔵 DSL モデムがより主流になる可能性があるという仮定に基づいています。
• DSL モデムは、主に 0～4 kHz の音声サービスに干渉しないように、25 kHz から 1 MHz を超える周波数を使用します (非対称デジタル加入者線を参照)。音声帯域モデムは、通常の電話と同じ周波数スペクトルを使用するため、音声サービスに干渉します。音声帯域モデムが使用している回線で電話をかけるのは通常不可能です。通常、1 本の電話回線で DSL と音声が伝送されるため、DSL フィルターを使用して 2 つの用途を分離します。
• DSL モデムのデータ速度は数百キロビット/秒から数メガビットまでさまざまですが、音声バンド モデムは名目上は56K モデムですが、実際には約 50 kbit/s に制限されています。
• DSL モデムは、有線接続されているDSLAMとのみデータを交換し、インターネットに接続します。一方、ほとんどの音声バンド モデムは、世界中のどこにでも直接ダイヤルできます。
• DSL モデムは特定のプロトコル向けに設計されており、同じ会社の別の回線でも動作しないことがあります。一方、ほとんどの音声帯域モデムは国際標準を使用しており、動作する標準を見つけるために「フォールバック」することができます。^{[引用が必要]}

これらの違いのほとんどは、DSL の高速性と、コンピュータがオンラインのときでも電話を使用できる機能以外、消費者にとってあまり関心のないものです。

技術の進歩により、複数のチップで提供される機能を1 つのチップに統合できるようになりました。統合レベルの向上は、他のコンピュータ ハードウェアと同様に DSL にもメリットをもたらしました。DSL モデムの動作には次のものが必要です。回路カードに何が搭載されているか、またどのように配置されているかは、技術の進歩により変化する可能性があります。

• 電源
• データ接続および電源回路（USB、イーサネット、PCI など）
• DSLデジタル データポンプ
• DSLアナログチップとラインドライバ
• マイクロコントローラ
• フィルター

DSL サービスへの接続以外にも、多くのモデムは住宅用ゲートウェイを形成する追加の統合機能を提供します。

• 802.11nまたは802.11acワイヤレス アクセス ポイント
• DNS（ドメインネームシステム）キャッシュ、インターネット上のDNSサーバーにクエリを実行するリレーまたはプロキシDNSキャッシュ
• 動的ホスト構成プロトコル(DHCP) サーバー
• 単一のIPv4アドレスを共有するためのネットワーク アドレス変換(NAT) を含むルーター機能。
• 内蔵スイッチ（通常4ポート）
• サービス品質（ユーザー間のデータフローの優先制御）を含むインターネット プロトコル経由の音声機能
• 仮想プライベートネットワークの終了

• ホームネットワーク
• 住宅用ゲートウェイ
• 登録ジャック

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