Amikor két olyan számítógép között kell kapcsolatot teremteni, amelyek ugyanahhoz a céghez vagy szervezethez tartoznak, és elég közel vannak egymáshoz, akkor a legegyszerűbb megoldás az, ha a két gépet egy vezetékkel közvetlenül összekötjük. Így működnek a lokális hálózatok. Ha viszont a távolságok már nagyok, több gépről van szó, vagy a vezetékeknek közutakat, közterületeket kellene keresztezniük, akkor a magánvezetékek lefektetése szinte megfizethetetlenül drága. Ráadásul, a legtöbb országban tilos magánvezetékeket köztulajdonban levő területet keresztezve vagy az alatt vezetni. Következésképpen a hálózattervezők kénytelenek igénybe venni a már meglevő távközlési eszközöket.
Ezeket az eszközöket – kiváltképp a nyilvános kapcsolt telefonhálózatot (Public Switched Telephone Network, PSTN) – rendszerint korábban tervezték teljesen más célra, mégpedig emberi beszéd többé-kevésbé felismerhető módon történő továbbítására. Ezeknek a távközlési eszközöknek a számítógépek közötti kommunikáció szempontjából nincs lényeges szerepe. Hogy érzékeltessük a probléma nagyságrendjét, tételezzük fel, hogy egy olcsó kommersz kábel fut a két számítógép között, amely 1 G/s-os vagy gyorsabb adatátvitelre képes. Ezzel ellentétben egy tipikus ADSL, a telefonmodem gyors alternatívája, körülbelül 1 M/s-os sebességre képes. A különbség a kettő között akkora, mint egy repülőgépes utazás és egy kellemes kószálás sebessége között.
Bizonyos esetekben a távbeszélőrendszer annyira összefonódik a (nagy távolságú) számítógép-hálózatokkal, hogy érdemes egy kis időt szentelni a bemutatásukra. A korlátozó tényezőt nem a telefonhálózatban lévő trönkök és kapcsológépek jelentik, hanem az „utolsó néhány kilométer”, amelyen keresztül az ügyfél a hálózathoz csatlakozik. Ez a helyzet változik, ahogy az üvegszálas és digitális technikákat fokozatosan bevezetik a hálózat szélén, de ez idő- és pénzigényes folyamat. A hosszú várakozás során azok a számítógéprendszer-tervezők, akik legalább három nagyságrenddel jobb teljesítményű rendszerekkel szoktak dolgozni, időt és fáradságot nem kíméltek, hogy kitalálják, hogyan lehetne hatékonyabban használni a telefonhálózatot.
A következő szakaszokban bemutatjuk a telefonhálózatot és annak működését. A telefonrendszer belső működésével kapcsolatos további információért lásd Bellamy [2000] munkáját.
Amikor Alexander Graham Bell 1876-ban feltalálta a telefont (éppen pár órával vetélytársa, Elisha Gray előtt), már óriási szükség volt a találmányára. Kezdetben az üzletet csak a párosával árusított telefonkészülékek jelentették. A készülékek közötti vezeték kihúzása a felhasználó feladata volt. Ha egy telefontulajdonos n számú másik telefontulajdonossal akart beszélni, akkor mind az n házhoz külön vezetéket kellett kihúznia. Egy év múlva a városokat vadul behálózták a háztetők és a fák között kifeszített vezetékek. Hamarosan nyilvánvalóvá vált, hogy a 2.29.(a) ábrán bemutatott modell, amelyben minden egyes telefon az összes többi telefonnal össze van kötve, nem fog működni.
2.29. ábra - Különböző távbeszélőrendszer-topológiák. (a) Teljesen összekapcsolt hálózat. (b) Központosított kapcsoló. (c) Kétszintű hierarchia
Bell felismerte ezt a problémát, és megalapította a Bell Telefontársaságot, amely 1878-ban létrehozta az első telefonközpontot (a connecticuti New Havenben). A társaság minden ügyfél házához vagy irodájához kihúzott egy vezetéket. Telefonálás előtt az ügyfélnek meg kellett forgatnia egy kart a készüléken. Ennek hatására a telefontársaság központjában megszólalt egy csengő, ami a telefonkezelőnek jelzett. Ezt követően a kezelő egy kapcsolókábel (jumper cable) segítségével manuálisan összekötötte a hívó és a hívott fél vezetékét. Egy ilyen kezdetleges távbeszélőrendszer modelljét láthatjuk a 2.29.(b) ábrán.
Rövid időn belül mindenfelé megjelentek a Bell System kapcsolóközpontjai (switching office). Az emberek hamarosan már városok közötti távolsági hívásokat akartak lebonyolítani, így a telefontársaságnak össze kellett kapcsolnia a kapcsolóközpontokat is. A korábbi probléma azonban újra előkerült; a kapcsolóközpontok között kihúzott vezetékek hamarosan teljesen kezelhetetlenné váltak, ezért egy másodszintű kapcsolóközpontot kellett kialakítani. Kis idő múlva már több másodszintű kapcsolóközpontra volt szükség, ahogy ez a 2.29.(c) ábrán is látható. Végül is a távbeszélőrendszer hierarchiája ötszintű lett.
1890-re a távbeszélőrendszer három fő része már mind a helyén volt: (1) a kapcsolóközpontok, (2) az ügyfelek és a kapcsolóközpontok közti vezetékek (amelyek ma már kiegyenlített, szigetelt sodrott érpárok, szemben a régi egyvezetékes, földben záródó áramkörökkel), valamint (3) a telefonközpontok közötti nagy távolságú összeköttetések. A távbeszélőrendszerről rövid történeti áttekintést kaphatunk Hawley [1991] művében.
Bár azóta mindhárom területen történtek fejlesztések, a Bell System eredeti hálózata lényegében érintetlen maradt az elmúlt 100 év során. A most következő leírás nagyon leegyszerűsített, de ennek ellenére megragadja a lényeget. Minden telefonból két rézvezeték indul ki, amelyek egyenesen a telefontársaság legközelebbi helyi központjába (local central office) vagy más néven végközpontjába (end office) futnak be. Ez a távolság a városokban rövidebb, a ritkán lakott területeken hosszabb, de mindkét esetben általában 1 és 10 km között van. Csak az Egyesült Államokban körülbelül 22 000 helyi központ van. Azt a kéteres vezetéket, amely az egyes felhasználók telefonkészülékei és a helyi központ között halad, előfizetői szakasznak vagy előfizetői huroknak (local loop) hívják. Ha a világon levő összes előfizetői hurkot egymáshoz kötnénk, az így kapott vezeték ezerszer elérne a Holdig és vissza.
Volt idő, amikor az AT&T vagyonának 80%-át tették ki az előfizetői hurkok rézvezetékei. Akkoriban tulajdonképpen az AT&T volt a világ legnagyobb „rézbányája”. Szerencsére ez a tény nem volt túl ismert a befektetői világban. Ugyanis, ha ezt megtudta volna valamelyik cégbefektető, akkor az megvette volna az AT&T-t, felszámolta volna a telefonszolgáltatást, kiszedte volna a vezetékeket a földből, és gyors haszon reményében eladta volna azokat egy színesfém-feldolgozónak.
Ha egy adott helyi központhoz kapcsolódó állomásról olyan állomást hívunk, amelyik ugyanahhoz a helyi központhoz kapcsolódik, akkor a kapcsolás során a két előfizetői hurok között közvetlen elektromos kapcsolat jön létre a helyi központon belül. Ez a kapcsolat a hívás ideje alatt végig fennmarad.
Ha viszont a hívott fél készüléke egy másik helyi központhoz kapcsolódik, akkor az előző módszer nem használható. Minden helyi központ kapcsolatban áll egy vagy több közeli ún. távhívóközponttal (toll office), amit tandemközpontnak (tandem office) is hívnak, ha ugyanazon a körzeten belül helyezkedik el, mint a helyi központ. A helyi és a távhívóközpont közötti vonalakat helyközi trönköknek (toll connecting trunk) hívják. A különböző kapcsolóközpontok száma és topológiája az országos telefonhálózat sűrűségétől függően országonként változik.
Amennyiben a hívó és a hívott fél helyi központja ugyanahhoz a távhívóközponthoz csatlakozik a helyközi trönkön keresztül (ami az egymáshoz közeli helységek közötti távolsági hívásoknál gyakran megesik), akkor az összeköttetés a távhívóközponton belül jön létre. A 2.29.(c) ábrán egy olyan telefonhálózatot láthatunk, amely csak telefonkészülékeket (kis pontok), helyi központokat (nagy pontok) és távhívóközpontokat (négyszögek) tartalmazza.
Ha a hívó és a hívott fél nem ugyanahhoz a távhívóközponthoz tartozik, akkor a kapcsolási hierarchiában egy még magasabb szinten jön létre az összeköttetés. A távhívóközpontok elsődleges, körzeti és regionális kapcsolóközpontokból álló hálózaton keresztül, nagy sávszélességű központközi trönkök (intertoll trunk vagy interoffice trunk) segítségével kapcsolódnak egymáshoz. Az AT&T 1984-es feldarabolása előtt az USA távbeszélőrendszere hierarchikus útválasztást használt, egy útvonal megtalálásához feljebb kellett lépni a hierarchián egy közösen használt kapcsolóközpontig. Ezt azután egy rugalmasabb, nem hierarchikus útválasztás váltotta fel. A 2.30 ábra bemutatja egy nagy távolságú összeköttetés lehetséges útvonalát.
A távközlésben igen sokféle átviteli közeget használnak. A modern irodaépületekkel szemben, amelyekben általában 5-ös kategóriájú (Cat 5) vezetékeket használtak, az előfizetői hurkok többségében 3-as kategóriájú (Cat 3) sodrott érpárból állnak, az üvegszálak csak éppen kezdenek megjelenni. A kapcsolóközpontok között koaxiális kábeleket, mikrohullámú összeköttetést, leggyakrabban pedig optikai kábeleket használnak.
A múltban a telefonrendszer teljes egészében analóg volt, és a tényleges beszédjelet villamos feszültségjel formájában továbbította a forrástól a célig. Az üvegszálak, a digitális elektronika és a számítógépek megjelenése óta az összes trönk és kapcsoló digitális lett, így az előfizetői hurok maradt a rendszer utolsó analóg továbbítású része. A digitális átvitel azért előnyös, mert így egy nagy távolságot áthidaló hívásban nem szükséges nagy pontossággal olyan analóg hullámformákat visszaállítani, amelyek már sok erősítőn keresztülhaladtak. Elég, ha helyesen meg tudjuk különböztetni az 1-est a 0-tól. Ez a tulajdonság a digitális átvitelt megbízhatóbbá teszi az analógnál. A digitális rendszer mindezen felül olcsóbb is és könnyebben karbantartható.
Összefoglalva, a telefonrendszer három fő összetevőből épül fel:
előfizetői hurkok (a házakhoz és az irodákhoz menő analóg sodrott érpárok),
trönkök (a kapcsolóközpontokat összekötő digitális üvegszálak),
kapcsolóközpontok (ahol a hívásokat átteszik az egyik trönkről a másikra).
Mielőtt visszatérnénk ennek a három összetevőnek a részletes vizsgálatához, egy kis kitérőt teszünk a telefonok politikai vonatkozásainak területére. Az előfizetői hurkok biztosítják mindenki számára a rendszer elérését, így kritikus darabjai a rendszernek. Sajnos ezek egyben a rendszer leggyengébb láncszemei is. A nagy távolságokat áthidaló trönkökkel kapcsolatban a legfőbb kérdés az, hogy hogyan fogjuk össze a sok hívást, amelyet azután ugyanazon a szálon továbbítunk. Ezt a feladatot multiplexelésnek (multiplexing) nevezik, és ennek megvalósítására FDM-et és TDM-et használnak. Végül pedig a kapcsolásnak két alapvetően különböző módja van, amelyeket szintén tanulmányozni fogunk.
1984 előtt évtizedekig a Bell System látta el mind a helyi, mind a nagy távolságú szolgáltatásokat az Egyesült Államok legnagyobb részén. Az 1970-es években az amerikai kormány kezdte úgy érezni, hogy a Bell System utódja, az AT&T jogtalan monopóliumra tör, ezért pert indított ellene, és a feldarabolását kezdeményezte. A kormány megnyerte a pert, és 1984. január 1-jétől az AT&T-t több vállalatra felosztották. Létrejött az AT&T Long Lines, megalakult 23 Bell Üzemeltető Vállalat (Bell Operating Company, BOC) és még néhány kisebb cég. A 23 BOC több regionális BOC-ba (RBOC) tömörült a gazdaságosabb üzemeltetés érdekében. Az Egyesült Államok távközlési rendszerének jellege egy bírósági ítélet (nem pedig a törvényhozás döntése) következtében pillanatok alatt megváltozott.
A vagyonátadás pontos részleteit az ún. MFJ- (Modified Final Judgement – módosított végső ítélet) dokumentum tartalmazza, ami egy oximoron[13] – ha az ítélet módosítható, akkor nyilvánvalóan nem a végső. Mindenesetre ez az ítélet versenyhelyzetet teremtett, javult a szolgáltatások minősége, az árak mind az egyéni felhasználók, mind a cégek számára csökkentek. A helyi szolgáltatás ára azonban növekedett, mivel a távolsági hívásokból származó keresztfinanszírozások eltávolításra kerültek, és a helyi szolgáltatásnak önfenntartónak kell lennie. Sok más országban is azt fontolgatják, hogy versenyhelyzetet teremtenek a távbeszélőrendszerek területén.
A tanulmányunkhoz közvetlenül az tartozik, hogy az új versengő keretrendszer egy kulcsfontosságú technikai képességgel bővítette a telefonhálózat architektúráját. Hogy világos legyen, ki mit tehet, az Egyesült Államok területét 164 helyi körzetre (Local Access and Transport Areas, LATA) osztották fel. A LATA nagyjából akkora terület, mint amennyit egy körzetszám lefed. Minden helyi körzeten belül van általában egy helyi szolgáltató (Local Exchange Carrier, LEC), amely a helyi körzeten belül a hagyományos beszédátviteli szolgáltatáson belül monopóliummal rendelkezik. A legfontosabb helyi szolgáltatók a Bell Üzemeltető Vállalatok, de van olyan helyi körzet, amelyben a helyi szolgáltatóként üzemelő 1500 telefontársaságból is van egy-kettő.
A helyi körzetek közötti összes forgalom lebonyolítását a közvetítő szolgáltatók (IntereXchange Carriers, IXC) végzik. Kezdetben az AT&T Long Lines volt az egyetlen jelentős közvetítő szolgáltató, de ma már a Verizon és a Sprint a két legtőkeerősebb versenytárs ezen a területen. Az AT&T feldarabolásakor az egyik cél az volt, hogy egyenlő feltételeket biztosítson valamennyi közvetítő szolgáltatónak a vonalak minőségét, a tarifákat és telefonszámok hosszát illetően. A rendszer felépítését a 2.31. ábra szemlélteti. Az ábrán három helyi körzetet láthatunk, mindhárom több helyi központtal rendelkezik. A 2-es és 3-as helyi körzetben a tandemközpontok hierarchikusan épülnek egymásra (ezek a helyi körzeten belüli távhívóközpontok).
2.31. ábra - A helyi körzetek, a helyi szolgáltatók és a közvetítő szolgáltatók közötti kapcsolat. A körök helyi szolgáltatók telefonközpontjait jelölik. A hatszögek a közvetítő szolgáltatókat jelölik
Ha egy közvetítő szolgáltató (IXT) valamelyik helyi körzetből (LATA) szeretne hívásokat kezdeményezni, akkor egy POP (Point of Presence – szolgáltatási pont) kapcsolóközpontot kell kiépítenie. Minden közvetítő szolgáltatót és valamennyi helyi központot össze kell kötnie egy helyi szolgáltatónak (LEC). Ez vagy közvetlenül történik, mint az 1-es, 3-as helyi körzetben, vagy közvetve, mint a 2-es helyi körzetben. Ráadásul az összes közvetítő szolgáltató esetén a felépített kapcsolatnak mind technikailag, mind pénzügyileg azonos paraméterekkel kell rendelkeznie. Ily módon egy előfizető mondjuk az 1-es helyi körzetben tetszőlegesen megválaszthatja, hogy melyik közvetítő szolgáltatót használja, amikor egy 3-as helyi körzetbeli előfizetőt akar felhívni.
Az MFJ-dokumentum azt is tartalmazta, hogy a közvetítő szolgáltatóknak tilos a helyi telefonszolgáltatásban, a helyi szolgáltatóknak pedig a helyi körzetek közötti telefonszolgáltatásban részt venni. Ugyanakkor bármilyen más üzleti tevékenységet (például rántott csirkét forgalmazó étteremhálózat üzemeltetése) egyaránt végezhettek. 1984-re a kép teljesen letisztult. Szerencsére azonban a technika fejlődése túllépett a jogon. Sem a kábeltelevízióról, sem a mobiltelefonról nem szólt a dokumentum. Ahogy a kábeltelevíziózás fejlődött, és a mobiltelefon-rendszer népszerűsége robbanásszerűen nőtt, mind a helyi, mind a közvetítő szolgáltatók elkezdték felvásárolni a kábeltévés és a mobiltelefon-hálózatok üzemeltetőit, vagy egyszerűen csak egyesültek azokkal.
1995-ben az amerikai törvényhozás felismerte, hogy a különböző szolgáltatások szétválasztása tovább már nem tartható fenn, ezért rendeletet adott ki arról, hogy a kábeltévé-társaságok, a helyi telefontársaságok, a nagy távolságú szolgáltatók és a mobiltelefon-hálózatok üzemeltetői részt vehetnek egymás üzleti vállalkozásaiban. Az volt az elképzelés, hogy minden cégnek legyen lehetősége egy olyan integrált szolgáltatáscsomagot nyújtani az ügyfeleinek, amely tartalmazza a kábeltévét, a telefont és egyéb informatikai szolgáltatásokat. Cél volt még az is, hogy a különböző cégek árban és a szolgáltatások minőségében egymással versenyezzenek. A rendeletet 1996 februárjában iktatták törvénybe. Ennek eredményeképpen néhány Bell-üzemeltető (BOC) közvetítő szolgáltatóvá (IXC) vált, míg néhány másik vállalat, például a kábeltévé-üzemeltetők, a helyi telefonbeszélgetések piacán kezdtek versenyezni a helyi szolgáltatókkal (LEC).
Az 1966-os törvény egyik érdekes tulajdonsága az a kitétel, hogy a helyi szolgáltatóknak helyi számhordozhatóságot kell biztosítaniuk. Ez azt jelenti, hogy az előfizetők anélkül válthatnak szolgáltatót, hogy a kapcsolási számukat is meg kellene változtatniuk. A mobiltelefonszámok hordozhatósága (a rögzített és mobilvonalak között) követte ezt a trendet 2003-ban. Ez a rendelkezés nagy akadályt hárít el az előfizetők útjából, és sokkal hajlamosabbá teszi őket helyi szolgáltatójuk lecserélésére. Ennek eredményeképpen az amerikai telekommunikációban nagyobb versenyhelyzet alakult ki, és ezt a példát néhány más ország is elkezdte követni. A többi ország azonban megvárja, hogy egy ilyen kísérlet hogyan sül el Amerikában, mielőtt a módszert a saját területén is alkalmazná. Ha jól működik, akkor ugyanazt kell tenni máshol is, ha pedig rosszul, akkor valami mást kell megpróbálni.
Itt az ideje, hogy belekezdjünk a telefonrendszer működésének részletes tárgyalásába. A tárgyalást kezdjük azzal a résszel, ami a legtöbb olvasónak ismerős: a kéteres előfizetői hurokkal, amely a telefontársaság helyi központját és a magánházakat köti össze. Az előfizetői hurkot „utolsó kilométer”-ként is emlegetik annak ellenére, hogy hossza akár több kilométer is lehet. Az előfizetői hurok több mint 100 évig analóg jelzésrendszert használt, és ez az elkövetkező néhány évben még valószínűleg így is marad, mivel a digitális rendszerre való átállás drága.
Sok erőfeszítést szenteltek annak, hogy a már telepített réz előfizetői hurkokon minél több adatot tudjanak átküldeni. A telefonmodemek digitális adatokat küldenek a számítógépek között azon a keskeny csatornán keresztül, amelyet a telefonhálózat biztosít a hanghíváshoz. Ezeket régebben széleskörűen használták, de mostanra nagyrészt felváltották az olyan széles sávú technikák, mint amilyen például az ADSL, amely újrahasznosítja az előfizetői hurkot digitális adatok küldésére az ügyféltől a helyi központig, ahol az adatokat kiszedik és továbbítják az internet irányába. A modemeknek és az ADSL-nek egyaránt kezelnie kell a régi előfizetői hurkok korlátait: a viszonylag kis sávszélességet, a jelek csillapítását és torzulását, valamint az elektromos zajra való érzékenységet, mint amilyen zaj például az áthallás.
Bizonyos helyeken az előfizetői hurkot modernizálták az üvegszál kihúzásával az otthonokig (vagy azok közelébe). Az üvegszál a jövő technológiája. Ezek a telepítések támogatják a számítógép-hálózatokat a legelejétől kezdve olyan előfizetői hurokkal, amely elegendő sávszélességet biztosít az adatszolgáltatásokhoz. A korlátozó tényező nem az előfizetői hurok fizikai kialakítása, hanem az, hogy az emberek mit fognak kifizetni.
Ebben a részben az előfizetői hurkot fogjuk tanulmányozni, a régit és újat egyaránt. Itt foglalkozunk telefonmodemekkel, az ADSL-lel, valamint az üvegszálas kialakítással.
Ahhoz, hogy biteket lehessen átküldeni az előfizetői hurkon, vagy más erre szolgáló fizikai csatornán, a biteket analóg jellé kell alakítani, amelyek átvihetők a csatornán. Ezt az átalakítást az előző fejezetben tárgyalt digitális modulációs módszerekkel valósítják meg. A csatorna másik végén az analóg jelet visszaalakítják bitté.
Azt a készüléket, amely egy digitális bitsorozatot átalakít egy, a biteket ábrázoló analóg jelsorozattá, modemnek hívják, amely szó a modulátor és a demodulátor szavakból képzett rövidítés. Különböző típusú modemek léteznek: telefonmodemek, DSL-modemek, kábelmodemek, vezeték nélküli modemek stb. A modem beépíthető számítógépbe (amely telefonmodemek esetén általános) vagy külön dobozba (amely DSL- és kábelmodemek esetén általános). Logikailag a modem a (digitális) számítógép és az (analóg) telefonrendszer közé kerül, ahogy azt a 2.32. ábra mutatja.
2.32. ábra - Analóg és digitális átvitel használata két számítógép közötti hívás során. Az átalakításokat a modemek és a kodekek végzik
A telefonmodemeket arra használják, hogy biteket küldjenek a két számítógép között a beszédátvitelre szánt telefonvonalon, a beszéd helyett, amely általában kitölti a vonalat. A fő nehézség ennek végrehajtásában az, hogy a beszédátvitelre szánt vonal 3100 Hz-re van korlátozva, amely a beszéd átvitelére elegendő. Ez a sávszélesség azonban majdnem négy nagyságrenddel kisebb, mint az Ethernet vagy 802.11 (Wi-Fi) által használt sávszélesség. Nem meglepő módon a telefonmodemek adatsebessége szintén négy nagyságrenddel kisebb, mint az Ethernet vagy a 802.11 hálózat adatsebessége.
Nézzük a számokat, hogy kiderüljön, miért ez a helyzet. A Nyquist-tétel azt mondja ki, hogy még egy tökéletes 3000 Hz-es vonalon (a telefonvonal határozottan nem ilyen) sincs értelme 6000 baudnál gyorsabban küldeni mintát. A gyakorlatban a legtöbb modem 2400 szimbólum/s vagy 2400 baud sebességgel küld, és arra összpontosít, hogy minél több bitet tudjon egy szimbólumba sűríteni, miközben a forgalmat egyszerre engedélyezi mindkét irányba (különböző technikákat használva a különböző irányokhoz).
A legegyszerűbb 2400 b/s-os modem 0 voltot használ a logikai 0, és 1 voltot a logikai 1 ábrázolására, 1 bitet szimbólumonként. Egy lépéssel feljebb négy különböző szimbólumot tud használni, mint a QPSK négy fázisában, így 2 bit/szimbólum esetén 4800 b/s-os adatsebesség érhető el.
A nagyobb sebességek a technika fejlődésével váltak elérhetővé. A nagyobb sebesség nagyobb mintahalmazt vagy konstellációt igényel. Sok szimbólumnál már kis mennyiségű zaj is az észlelt amplitudóban vagy fázisban hibát okozhat. A hibalehetőség csökkentése érdekében, a nagyobb sebességű modemek szabványai a minták egy részét hibajavításra használják. Ezeket a sémákat TCM-nek (Trellis Code Modulation – Trellis-kódmoduláció) hívják [Ungerback, 1987].
A V.32 modemszabvány 32 csillagképpontot használ 4 adatbit átviteléhez és 1 ellenőrzőbitet, így 2400 baud mellett 9600 b/s-os adatsebességet ér el hibajavítással. A 9600 b/s után a következő lépés a 14 400 b/s. Ez a V.32 bis szabvány, amelyik 6 adatbitet, illetve 1 paritásbitet visz át szimbólumonként 2400 baud jelsebességgel. Ez után következik a V.34, amely 28 800 b/s-on üzemel és 12 adatbitet továbbít szimbólumonként 2400 bauddal. A csillagkép itt 1000 pontot tartalmaz. Az utolsó modemtípus ebben a sorozatban a V.34 bis, amely 14 adatbitet használ szimbólumonként 2400 baudos jelsebesség mellett, így 33 600 b/s-ot ér el.
Miért állunk meg itt? Annak oka, hogy a szabványos modemek megállnak 33 600 b/s-os sebességnél az, hogy a telefonrendszer Shannon-korlátja körülbelül 35 kb/s, az előfizetői hurok átlagos hossza és e vonalak minősége alapján. Ennél nagyobb sebesség megsértené a fizika törvényeit (termodinamika).
Egyféleképp azonban változtatható a helyzet. A telefontársaság helyi központjában az adatokat digitális formátumra alakítják át a telefonhálózaton való átküldéshez (a telefonhálózat gerinchálózati része már régen át lett alakítva analógról digitálisra). A 35 kb/s-os korlát arra az esetre vonatkozik, ahol két előfizetői hurok van, a telefonvonal mindkét végén egy-egy. Ezek közül mindegyik zajt ad a jelhez. Ha meg tudnánk szabadulni az egyik előfizetői huroktól, akkor növelni lehetne a jel/zaj arányt, és a maximális adatsebesség megduplázható lenne.
Ezzel a megoldással működnek az 56 kb/s-os modemek. Egyik végen jellemzően egy internetszolgáltató található, amely kiváló minőségű digitális adatfolyamot kap a legközelebbi helyi központtól. Így, ha a kommunikáció egyik végén a jel kiváló minőségű, ahogy ez mostanság a legtöbb internetszolgáltató esetén fennáll, a maximum adatsebesség akár 70 kb/s lehet. A két otthoni felhasználó között, akik modemmel és analóg vonallal rendelkeznek, a maximális adatsebesség továbbra is 33,6 kb/s.
Annak oka, hogy 56 kb/s-os modemet használnak (a 70 kb/s-os modem helyett), a Nyquist-tételre vezethető vissza. A telefoncsatorna a telefonrendszeren belül digitális mintákat visz át. Minden telefoncsatorna 400 Hz széles, ha a védősávot is számítjuk. Ennek visszaalakításához szükséges minták száma másodpercenként 8000. A mintánkénti bitek száma az Egyesült Államokban 8, amelyek közül egyet vezérlési célokra használnak, így 56 000 b/s jut a felhasználói adatoknak. Európában mind a 8 bit a felhasználók rendelkezésére áll, így itt 64 000 b/s-os modemeket is lehetne használni, de az 56 000-es sebességet választották annak érdekében, hogy nemzetközi egyetértés legyen a szabványban.
A végeredmény a V.90 és a V.92 modemszabvány. Ezek feltöltésre (a felhasználótól az internetszolgáltató felé) 33,6 illetve 46 kb/s-os sebességű csatornát biztosítnak, letöltésre pedig (az internetszolgáltatótól a felhasználó felé) 56 kb/s-osat. Az aszimmetria oka, hogy általában több adat érkezik az internetszolgáltatótól a felhasználóhoz, mint a másik irányba. Ez azt is jelenti, hogy a korlátozott sávszélességből több foglalható le a letöltésre annak érdekében, hogy megnöveljék az esélyt a tényleges 56 kb/s-os működésre.
Amikor a telefonos ipar végre eljutott az 56 kb/s-ig, elégedetten megveregette a saját vállát a jól végzett munkáért. Mindeközben a kábeltévéipar 10 Mb/s-os sebességet kínált a megosztott kábeleken, és a műholdas cégek már az 50 Mb/s feletti ajánlataikat tervezték. Ahogyan az internet-hozzáférés az üzletmenetük egyre fontosabb elemévé vált, a telefontársaságok (LEC-k) kezdték észrevenni, hogy versenyképesebb termékre van szükségük. A válaszlépésük az volt, hogy új, digitális szolgáltatásokat ajánlottak az előfizetői hurkon keresztül.
Eredetileg több, egymást átfedő nagy sebességű ajánlat is volt, amelyek közül mindegyik egy xDSL (Digital Subscriber Line – digitális előfizetői vonal) alakú nevet kapott, az x helyén különböző betűkkel. A hétköznapi telefonvonalnál nagyobb sávszélességű szolgáltatásokat néha széles sávúnak (broadband) is nevezik, bár ez a szóhasználat inkább reklámfogás, mint műszaki koncepció. Később szót ejtünk arról, amelyik a szolgáltatások közül a legnépszerűbb lett, és ez az aszimmetrikus DSL, az ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line – aszimmetrikus digitális előfizetői vonal). A DSL és xDSL kifejezést is használni fogjuk.
A modemek ilyen mértékű lassúságának az az oka, hogy a telefonokat emberi beszéd átvitelére találták fel, és az egész rendszert gondosan erre a célra optimalizálták. Az adatok mindig is mostohagyerekek voltak. Azon a ponton, ahol az egyes előfizetői hurkok befutnak a helyi központba, a vezetékek egy szűrőn mennek keresztül, ami elnyomja a 300 Hz alatti és a 3400 Hz feletti frekvenciákat. A vágás nem éles (a 300 Hz és a 3400 Hz a –3 dB-es pontok helye), így a sávszélességet általában 4000 Hz-nek adják meg, annak ellenére, hogy a –3 dB-es pontok távolsága csak 3100 Hz. Az adatoknak is ez a keskeny sáv áll rendelkezésére.
Az xDSL-t működtető trükk az, hogy amikor a felhasználó előfizet rá, akkor bejövő vonalát egy olyan, másfajta kapcsolóra kötik át, amelyen nincs rajta ez a szűrő, és így kihasználhatóvá teszik az előfizetői hurok teljes kapacitását. Ezután a korlátozó tényező már nem a szűrő által mesterségesen meghatározott 3100 Hz széles sáv, hanem az előfizetői hurok fizikai törvények által meghatározott sávszélessége.
Sajnos az előfizetői hurok kapacitása nagyon gyorsan csökken a helyi központtól való távolsággal, mivel a jel egyre nagyobb mértékben csillapodik a vezeték mentén. Ez a sodrott érpár vastagságától és általános minőségétől is függ. Az elérhető sávszélességet a távolság függvényében a 2.33. ábrán ábrázoltuk. Az ábra grafikonja azt feltételezi, hogy az összes többi tényező optimális (új vezetékek, szerény vastagságú kötegek stb.).
2.33. ábra - A DSL-en keresztül 3-as kategóriájú UTP-vel elérhető adatsebesség a távolság függvényében
Az ábra következményei nagy fejtörést okoznak a telefontársaságoknak. Amikor kiválasztják, hogy mekkora sebességet ajánljanak, akkor egyben azt is meghatározzák, hogy a helyi központok mekkora sugarú környezetében tudják nyújtani a szolgáltatást. Ez azt jelenti, hogy amikor egy túl távoli ügyfél akar előfizetni a szolgáltatásra, akkor lehet, hogy azt mondják neki az ügyfélszolgálaton, hogy „Köszönjük szépen az érdeklődését, de 100 méterrel messzebb lakik a legközelebbi helyi központtól, mint ahol még megkaphatná a szolgáltatást. Közelebb tudna költözni?” Minél kisebbre választják meg a sebességet, annál nagyobb ez a sugár, és így több ügyfelet tudnak kiszolgálni. De minél kisebb a sebesség, annál kevésbé vonzó a szolgáltatás, és így kevesen lesznek, akik hajlandók fizetni érte. Ez az a pont, ahol az üzleti és a műszaki dolgok találkoznak.
Az összes xDSL-szolgáltatást bizonyos célok szem előtt tartásával tervezték. Először is, a szolgáltatásoknak működniük kell a már létező 3-as kategóriájú sodrott érpáros előfizetői hurkokon. Másodszor, a változások nem érinthetik az ügyfelek korábban vásárolt telefon- és faxkészülékeit. Harmadszor, sokkal gyorsabbnak kell lenniük 56 kb/s-nál. Negyedszer, folyamatos szolgáltatást kell nyújtaniuk rögzített havidíjjal, de percdíj nélkül.
Ezen műszaki célok kielégítéséhez az előfizetői hurkon rendelkezésre álló körülbelül 1,1 MHz-es sávszélességet 256 független csatornára osztották fel, amelyek közül mindegyik 4312,5 Hz széles. Ezt a felosztást a 2.34. ábra mutatja. Az előző szakaszban tárgyalt OFDM-sémát használják arra, hogy adatokat küldjenek át ezeken a csatornákon keresztül, habár ADSL-környezetben gyakran hívják ezt DMT-nek (Discrete MultiTone – diszkrét többtónusú). A 0-s csatornát használják a POTS-hoz (Plain Old Telephone Service – egyszerű régi telefonszolgáltatás). Az 1–5. csatornát nem használják a hang és adatjelek egymással való interferenciájának megakadályozása érdekében. A fennmaradó 250 csatornából egyet a feltöltési, egyet pedig a letöltési forgalom vezérlésére tartanak fenn. A többi a felhasználói adatoké.
Elméletben az összes fennmaradó csatornát lehetne használni egyetlen duplex adatfolyamként, de a nem kívánt felharmonikusok, az áthallás és más okok miatt a gyakorlati rendszerek jóval az elméleti határ alatt maradnak. A szolgáltatótól függ a feltöltési és a letöltési forgalom által használt csatornák számának meghatározása. A két irány 50-50%-os keveréke műszakilag lehetséges, de a legtöbb szolgáltató a sávszélesség 80-90% körüli részét a letöltési forgalomnak tartja fenn, mivel a legtöbb felhasználó több adatot tölt le, mint amennyit fel. Ez a választás vezetett az „A” betűhöz az ADSL-ben. Gyakori az a megosztás, hogy 32 csatornát jelölnek ki a feltöltéshez, és a többi a letöltésé. A sávszélesség növelésének érdekében lehetséges a legfelső feltöltési csatornák közül néhány kétirányúsítása is, de ehhez az optimalizáláshoz külön visszhangtörlő áramkörök beépítése szükséges.
A nemzetközi ADSL-szabványt (G.dmt néven) 1999-ben fogadták el. Ez akár 8 Mb/s-os letöltési és 1 Mb/s-os feltöltési sebességet is megenged. Ezt felváltotta egy második generáció 2002-ben, amelyet ADSL2-nek hívnak. Ennek számos továbbfejlesztése akár 12 Mb/s-os letöltési, és 1 Mb/s-os feltöltési sebességet is lehetővé tett. Jelenleg az ADSL2+ van érvényben, amely megduplázza a letöltési sebességet 24 Mb/s-ra azáltal, hogy kétszeresére növeli a sávszélességet, és így 2,2 MHz-et használ a sodrott érpáron.
Az itt megadott számok azonban a legjobb lehetséges sebességet mutatják jó vonalak esetén, amelyek közel (1-2 km-re) vannak a helyi központhoz. Néhány vonal támogatja ezt a sebességet, és néhány szolgáltató kínálja ezt a sávszélességet. Jellemzően a szolgáltatók 1 Mb/s letöltési és 256 kb/s feltöltési (alapszolgáltatás), 4 Mb/s-os letöltési és 1 Mb/s-os feltöltési (tökéletesített szolgáltatás), illetve 8 Mb/s-os letöltési és 4 Mb/s-os feltöltési (kiemelt szolgáltatás) sebességet kínálnak.
Minden csatornán belül a QAM-moduláció kerül felhasználásra nagyjából 4000 szimbólum/s sebességgel. Minden csatornán állandóan figyelik a vonal minőségét, és hozzáigazítják az adatsebességet nagyobb vagy kisebb csillagképre-váltással, mint ahogy az a 2.23. ábrán látható. Így a különböző csatornák adatsebessége eltérő lehet. Akár 15 bit/szimbólum is küldhető a csatornán nagy jel/zaj viszony (SNR) esetén, illetve 2, 1 vagy 0 bit/szimbólum kis jel/zaj viszony mellett a szabványtól függően.
A 2.35. ábrán egy tipikus ADSL-elrendezés látható. Ebben a megoldásban a telefontársaság technikusának egy NID-t (Network Interface Device – hálózati interfészeszköz) kell telepítenie az előfizető épületébe. Ez a kis műanyag doboz jelzi azt a pontot, ahol a telefontársaság tulajdona véget ér, és ahol a felhasználó tulajdona kezdődik. A NID-hez közel (vagy néha abba beleépítve) van egy frekvenciavágó (splitter), ami egy analóg szűrő, amely a beszédjel által használt 0–4000 Hz-es tartományt választja le az adatokról. A beszédjelet a hagyományos telefonokhoz és faxokhoz irányítják, az adatjeleket pedig egy ADSL-modemhez, amely digitális jelfeldolgozást használ az OFDM megvalósításához. Mivel a legtöbb ADSL-modem külső egység, a számítógéppel nagy sebességű összeköttetésének kell lennie. Ezt általában Ethernettel, USB-kábellel vagy 802.11 segítésével történik.
A vezeték másik végén, a helyi központ oldalán egy hasonló frekvenciavágót helyeznek el. Itt a jelből kiszűrik a beszédjelet, és a hagyományos kapcsolóközponthoz irányítják. A jel 26 kHz feletti részét egy újfajta eszközhöz irányítják, amelyet DSLAM-nek (DSL Access Multiplexer – DSL hozzáférési multiplexer) neveztek el. Ez az eszköz egy ugyanolyan digitális jelfeldolgozót tartalmaz, mint az ADSL-modem. Miután a digitális jelből visszaállították a bitfolyamot, csomagokra bontják, amelyeket ezután az internetszolgáltató felé továbbítanak.
Az ADSL- és a beszédrendszer ilyen teljes szétválasztása viszonylag könnyűvé teszi az ADSL telepítését a telefontársaságok számára. Csupán arra van szükség, hogy vegyenek egy DSLAM-et és egy frekvenciavágót (splittert), azután pedig a frekvenciavágóra rákössék az ADSL-előfizetőket. Más nagy sávszélességű rendszerek (például az ISDN) telepítése a már meglevő kapcsolóeszközök sokkal nagyobb mértékű megváltoztatásával jár.
A 2.35. ábra elrendezésének egyik hátránya, hogy egy NID-et és egy frekvenciavágót kell elhelyezni a felhasználó épületében. Ezeknek a telepítését csak a telefontársaság egyik technikusa képes elvégezni, és ez jelentős többletköltséget jelent (mivel a technikust el kell juttatni az előfizető házához). Ezért egy másik, frekvenciavágó nélküli rendszert is szabványosítottak (a nem hivatalos neve G.lite). Ez megegyezik a 2.35. ábrán látható elrendezéssel, de a frekvenciavágó nélkül. A rendelkezésre álló telefonvonalat ez a megoldás minden változtatás nélkül használja. Az egyetlen különbség az, hogy egy mikroszűrőt tettek minden telefondugóba, a telefon vagy az ADSL-modem, illetve a vezeték közé. A telefon mikroszűrője egy olyan aluláteresztő-szűrő, amely a 3400 Hz feletti frekvenciákat szűri ki, az ADSL-modem mikroszűrője pedig egy olyan felüláteresztő-szűrő, amely a 26 kHz alatti frekvenciákat szűri ki. Ez a rendszer azonban nem annyira megbízható, mint a frekvenciavágóval felszerelt, így a G.lite-ot csak 1,5 Mb/s-os sebességig lehet használni (a frekvenciavágós ADSL 8 Mb/s-ával szemben). Az ADSL-lel kapcsolatos további információt Starr [2003] munkája tartalmaz.
A telepített réz előfizetői hurkok korlátozzák az ADSL- és a telefonmodemek teljesítőképességét. Ahhoz, hogy ezek gyorsabb és jobb hálózati szolgáltatásokat nyújtsanak, a távközlési társaságok, amikor csak lehet, üvegszál telepítésével frissítik az előfizetői hurkokat egészen a lakásokig vagy irodákig vezető teljes útvonalon. Ennek eredményét FttH-nak (Fiber to the Home – üvegszál a lakásig) nevezik. Az FttH-technika már rendelkezésre áll egy ideje, de a telepítése csak 2005-ben kezdődött, amikor a DSL-t vagy kábelt használó előfizetők körében megjelent a nagy sebességű internet iránti igény, mert filmeket akartak letölteni. Az USA-ban lévő házak körülbelül 4%-a csatlakozik az FttH-hoz akár 100 Mb/s-os internet-hozzáférési sebességgel.
Az „FttX”-nek számos változata létezik (ahol X a pincét, az elosztót vagy a környéket jelenti). Ezek azt mutatják, hogy az üvegszál telepítése a ház közelébe ért. Ebben az esetben a réz (sodrott érpár vagy koaxiális kábel) már elég nagy sebességet biztosít az utolsó néhány méteren. Az, hogy az üvegszálat mennyire viszik közel a házakhoz, gazdasági döntés, a várt bevétel és a költség közötti egyensúly mérlegelésével. Minden esetre az eredmény az, hogy az üvegszál átlépte a hagyományos „utolsó kilométer” határt. Az FttH-val részletesebben is foglalkozunk.
Ahogy korábban a rézvezetékek, az üvegszálas előfizetői hurok is passzív. Ez azt jelenti, hogy nincs szükség elektromos berendezésre a jelek erősítéséhez vagy egyéb módon történő feldolgozásához. Az üvegszál egyszerűen jelet szállít a lakás és a helyi központ között. Ez csökkenti a költséget és javítja a megbízhatóságot.
Általában a házaktól jövő üvegszálakat egyesítik, így körülbelül 100 házanként csak egy üvegszál éri el a helyi központot. Letöltési irányban az optikai frekvenciavágó felosztja a helyi központtól érkező jelet, így az eléri az összes házat. A biztonság érdekében titkosítás szükséges, ha csak egy háznak szabad dekódolnia a jelet. Feltöltési irányban az optikai egyesítő összefésüli a házaktól érkező jeleket egyetlen jellé, amelyet a helyi központ megkap.
Ezt az architektúrát PON-nak (Passive Optical Network – passzív optikai hálózat) hívják, és a 2.36. ábra mutatja be. Általános, hogy az összes háznál egyetlen hullámhosszt osztanak meg a letöltéshez, illetve egy másikat a feltöltéshez. A hatalmas sávszélességű és kis csillapítású üvegszál még frekvenciavágás esetén is azt jelenti, hogy a PON nagy sebességet tud biztosítani a felhasználók számára, akár 20 km-es távolságig. A tényleges adatsebesség és más részletek a PON típusától függenek. Általánosan kétfélét használnak: a GPON-t (Gigabit-capable PON – gigabitre felkészített PON) a távközlésből származik, így ezt az ITU-szabvány adja meg, illetve az EPON-t (Ethernet PON – Ethernet-alapú PON) – ez inkább összhangban van a hálózat világával, így ezt az IEEE-szabvány adja meg. Mindkettő gigabites sebességgel működik és különböző szolgáltatások forgalmát szállítja, mint amilyen például az internet-, video- és beszédforgalom. A GPON például 2,4 Gb/s letöltés, illetve 1,2 vagy 2,4 Gp/s feltöltési sebességet biztosít.
Néhány protokoll szükséges az üvegszál kapacitásának megosztásához a különböző házak közötti helyi központban. A letöltési irány egyszerű. A helyi központ mindegyik háznak üzenetet tud küldeni, tetszőleges sorrendben. A feltöltési irányban azonban a különböző házaktól jövő üzenetek nem küldhetők egyszerre, mert akkor a különböző jelek összeütköznek. A házak nem hallják egymás adását, ezért nem tudnak figyelni átvitel előtt. A megoldás az, hogy a házban lévő eszköz időszeletet kér, majd a helyi központban lévő berendezés időszeletet biztosít számára. Ahhoz, hogy ez működjön, rendelkezésre áll egy sorrendező folyamat a házak adási idejének beállításához, így a helyi központban vett összes jel szinkronizált lesz. A kialakítás a kábelmodemekéhez hasonló, amelyről a fejezet későbbi részében lesz szó. A PON-ok jövőjével kapcsolatos további információt Grobe és Elbers [2008] munkája tartalmaz.
A telefonhálózatban lévő trönkök nem csak sokkal gyorsabbak, mint az előfizetői hurkok, hanem két további szempontból is különböznek. A telefonhálózat központi része digitális információt visz át, nem analóg információt, azaz bitet, és nem hangot. Ez szükségessé teszi a helyi központban a digitális formátumra való átalakítást a nagy távolságú trönkökön való átvitel érdekében. A trönkök egyidejűleg több ezer, vagy akár több millió hívást visznek át. Ez a megosztás a gazdaságosság szempontjából fontos, mivel két kapcsolóközpont között a nagy sávszélességű trönk és a kis sávszélességű trönk telepítésének és fenntartásának költsége lényegében megegyezik. Ez a TDM- és FDM-multiplexelés különböző változataival érhető el
Alább részletesen megvizsgáljuk a hangjelek digitalizálásának módját, mivel így azok átvihetők a telefonhálózaton. Ezután megnézzük, hogy a TDM hogyan használható bitek trönkökön történő átvitelére, az üvegszálas átvitelhez használt TDM-rendszert is beleértve (SONET). Ezután az üvegszálas átvitelre alkalmazott FDM következik, amelyet hullámhosszosztásos multiplexelésnek hívnak.
A telefonhálózat telepítésének korai fázisában a hálózat magja a hanghívásokat analóg információként kezelte. Sok éven keresztül FDM-technikákat használtak a 4000 Hz-es hangcsatornák (3100 Hz-es felhasználói sávszélesség és védősávok) egyre nagyobb egységekbe történő multiplexeléséhez. Például a 60 kHz és 108 kHz közötti frekvenciasávba eső 12 csatornát csoportnak (group) nevezik. Öt ilyen csoport (tehát 60 hangcsatorna) egyesítését főcsoportnak (supergroup) hívják, és így tovább. Ezeket az FDM-módszereket még mindig használják a rézvezetékeken és a mikrohullámú csatornákon. Az FDM azonban analóg áramköröket igényel, és a számítógép tevékenységével sem összeegyeztethető. Ezzel szemben a TDM teljes egészében kezelhető digitális elektronikával, ezért sokkal jobban elterjedt az elmúlt években. Mivel a TDM csak digitális adatok továbbításához használható és az előfizetői hurkok analóg jeleket állítanak elő, szükség van egy analóg/digitális átalakításra a helyi központban, ahová az egyes előfizetői hurkok beérkeznek, hogy nyalábolásra kerüljenek a kimenő trönkökre.
Az analóg jeleket a helyi központban egy kodek (kódoló-dekódoló) nevű eszköz digitalizálja. A kodek 8000 mintát vesz másodpercenként (125 
s/minta), mivel Nyquist tételének értelmében ennyi kell ahhoz, hogy minden információt kinyerjünk egy 4 kHz-es sávszélességű telefoncsatornából. Kisebb mintavételezési sebesség mellett információt veszítenénk, nagyobb sebességgel pedig nem tudnánk ennél több információt kinyerni a csatornából. A jel amplitúdójából vett minden mintát 8 bites számmá kvantálja.
Ezt a megoldást PCM-nek (Pulse Code Modulation – impulzuskód-moduláció) nevezték el. A PCM alkotja a modern telefonhálózatok lelkét. Ennek következtében a telefonrendszerben előforduló szinte minden időköz 125 
s-nak a többszöröse. A beszédátvitelre szánt telefonhívások normál tömörítetlen adatsebessége 8 bit 125 
s-os időközönként, vagyis 64 kb/s.
A vonal másik végén az analóg jel visszaállítására kerül sor a kvantált mintákat időben visszajátszva (és kisimítva). Ez nem lesz teljesen ugyanaz, mint az eredeti analóg jel volt, még abban az esetben sem, ha a Nyquist-törvény szerint történt is a mintavételezés, mivel a minták kvantálva vannak. A kvantálásból származó hiba csökkentése érdekében a kvantálási szinteket egyenlőtlenül osztják fel. Logaritmikus skálát használnak, amely több bitet biztosít a kisebb amplitúdójú, mint a nagy amplitúdójú jeleknek. Ily módon a hiba a jel amplitúdójával arányos.
Kétféle kvantálást használnak széles körben:
s-törvényt Észak-Amerikában és Japánban, míg az A-törvényt Európában és a világ többi részén. Mindkét változatot az ITU G.711 szabványa határozza meg. A folyamat egyenértékű megközelítéseként képzeljük el, hogy a jel dinamikus tartományát (vagy a legnagyobb és legkisebb lehetséges értékek közötti arányt) előbb tömörítik a(z) (egyenletes) kvantálás előtt, majd kiterjesztik az analóg jel újbóli létrehozásakor. Emiatt ezt kompandálásnak (összenyomás-kiterjesztés) hívják. A mintákat digitalizálás után is lehet tömöríteni, így ezek 64 kb/s-nál kisebb sebességet igényelnek. Ezt a témakört azonban meghagyjuk akkorra, amikor majd az olyan audioalkalmazásokat vizsgáljuk, mint például az IP-n keresztül történő hangátvitel.
A TDM PCM-en alapul, és arra használják, hogy több hanghívást vigyen át a trönkökön, minden hívásból 125 
s-onként vett minta küldésével. Amikor a digitális átvitel már kezdett megvalósítható megoldásnak látszani, az ITU (akkor még CCITT) nem tudott megegyezésre jutni egy nemzetközi PCM-szabványról. Ennek következtében manapság sok, egymással inkompatibilis megoldást használnak a világ különböző országaiban.
Az Észak-Amerikában és Japánban használatos megoldás, a T1-vivő a 2.37. ábrán látható. (Műszakilag helyesen a formátumot DS1-nek és a vivőt T1-nek hívják, de az iparban széleskörűen elterjedt hagyományt követve ezt a finom megkülönböztetést itt sem tesszük meg.) A T1-vivő 24 beszédcsatornát továbbít egybenyalábolva. Mind a 24 csatorna 8-8 bitet tud a kimeneti folyamba beszúrni.
A keret 24 × 8 = 192 bitből, plusz egy vezérlési célra használt bitből áll, tehát 193 bitet kell továbbítani 125 
s-onként. Ez tulajdonképpen végeredményben 1,544 Mb/s-os adatsebességet jelent, amelyből 8 kb/s-ot jelzésre használnak. A 193. bitet keretszinkronizálásra és jelzésre használják. Az egyik változatban a 193. bitet 24 keretből álló csoportban használják, amelyet kiterjesztett szuperkeretnek (extended superframe) hívnak. 6 bit (a 4., 8., 12., 16., 20. és 24. pozíción) az alábbi váltakozó bitmintát kapja: 001011. . . A vevő normális körülmények között folyamatosan ellenőrzi ezt a bitmintát, és így győződik meg arról, hogy nem esett-e ki a szinkronból. Ha kiesik a szinkronból, akkor ezt a mintát keresi és hitelesíti a hibaellenőrző kódot az újraszinkronizálódás érdekében. A fennmaradó 12 bit vezérlőinformációként kerül felhasználásra a hálózat működtetéséhez és fenntartásához, mint amilyen például a távoli végről jövő teljesítményjelentés.
A T1 formátumnak számos változata van. A korábbi változatok sávon belül (in-band) küldtek jelzési információt, ami azt jelenti, hogy ez az adattal egy csatornában kerül elküldésre, néhány adatbit felhasználásával. Ez a kialakítás a csatornához kapcsolódó jelzés (channel associated signaling) egyik formája, mivel minden csatorna saját jelzési alcsatornával rendelkezik. Egyik elrendezésben minden csatornán a 8-bites minta legkisebb helyi értékű bitje felhasználásra kerül, minden hatodik keretben. Ennek beszédes neve van: elrabolt-bit jelzés (robbed-bit signaling). Ennek alapötlete az, hogy néhány „elrabolt” bit nem számít hanghívás esetén. Senki nem fogja hallani a különbséget.
Adatok esetén azonban más a helyzet. Rossz bitek kézbesítése finoman szólva sem hasznos. Ha a T1 régebbi változatai adatokat vittek át, akkor a 8-ból csak 7 bit volt használható, vagyis az adatsebesség 56 kb/s volt mind a 24 csatornán. Ehelyett a T1 újabb változatai üres csatornákat biztosítanak, amelyeken az összes bit adatküldésre használható. Az üres csatornák olyan csatornák, amelyeket a T1-vonalat bérlő vállalatok használni akarnak, amikor adatokat küldenek át a telefonhálózaton hangminták helyett. A hanghívások jelzése sávon kívül (out-of-band) történik, ami azt jelenti, hogy különálló csatorna kerül felhasználásra, nem az adatcsatorna. A jelzés gyakran közös csatornás jelzéssel (common-channel signaling) történik, amelyben osztott jelzési csatorna található. Erre a célra a 24 csatorna közül az egyik használható.
Észak-Amerika és Japán kivételével a világon szinte mindenütt a 2,048 Mb/s-os E1-vivőt használják a T1 helyett. Az E1-vivő az alapnak tekintett 125 
s-os keretben 32 darab 8 bites mintát továbbít. Ebből 30 csatorna adatátvitelre, legfeljebb 2 csatorna pedig jelzésre szolgál. Minden négy keretből álló csoport 64 jelzőbitet tartalmaz, amelyeknek az egyik fele jelzésre szolgál (vajon a jelzés a csatornával kapcsolatos vagy általános), a másik felét keretszinkronizálásra használatos, illetve országonként kívánság szerint szabadon felhasználható.
Az időosztásos multiplexelés azt is lehetővé teszi, hogy több T1-vivőt multiplexeljünk magasabb rendű vivőkre. A 2.38. ábra azt mutatja, hogy ezt hogyan tehetjük meg. A bal oldalon négy T1-csatorna látható, amelyeket egy T2-csatornára multiplexelnek. A T1-keretekben elhelyezett 24 beszédcsatorna multiplexelését bájtonként végzik, ezzel szemben a T2-es és annál magasabb szinteken a multiplexelés bitenként történik. A négy darab, egyenként 1,544 Mb/s-os T1 folyam összesen 6,176 Mb/s-ot eredményez, de a T2 a gyakorlatban mégis 6,312 Mb/s-os. A többletbiteket a keretezéshez és a vivő csúszásainak kivédésére használják. A T1-et és a T3-at széles felhasználói kör használja, míg a T2 és a T4 kizárólag a telefonrendszeren belül használatosak, ezért nem túl ismertek.
A következő szinten hét T2-folyam bitenkénti nyalábolásával jön létre egy T3-folyam. Ezután hat T3-folyamot egyesítenek egy T4-folyammá. Minden lépésben néhány többletbitet építenek a folyamba a keretezéshez és a hibajavításhoz arra az esetre, ha a küldő és a fogadó közötti szinkronizáció elveszne.
Ahogy kicsi az egyetértés az Egyesült Államok és a világ többi országa között az alapvivőt illetően, úgy abban sincs egyetértés, hogy a vivőket hogyan multiplexeljék nagyobb sávszélességű vivőkre. Mivel az Egyesült Államokban használt multiplexelési mód – azaz először 4, majd 7, végül 6 csatorna összefogása – nem nyerte el a többi ország tetszését, ezért az ITU ezt úgy szabványosította, hogy minden szinten 4 csatornát kell összefogni. Ezenkívül a keretezést és a hibajavítást is másképpen definiálta. A 32, 128, 512, 2048 és 8192 csatornából álló ITU-hierarchia megfelelő sebességei a következők: 2,048; 8,848; 34,304; 139,264 és 565,148 Mb/s.
Az üvegszálas rendszerek megjelenésekor minden telefontársaságnak saját optikai TDM-rendszere volt. Miután 1984-ben az AT&T feldarabolódott, a helyi telefontársaságoknak több olyan nagy távolságú szolgáltatóhoz kellett kapcsolódniuk, amelyek mind különböző üvegszálas TDM-rendszert használtak. Így nyilvánvalóan elkerülhetetlenné vált a szabványosítás. 1985-ben a Bellcore, az RBOC kutatási részlege elkezdett dolgozni egy szabványon, amit szinkron optikai hálózatnak (Synchronous Optical NETwork, SONET) neveztek el.
Később az ITU is csatlakozott hozzájuk, és 1989-ben megszületett a SONET-szabvány és ezzel egy időben egy sor ITU-ajánlás (G.707, G.708 és G.709). Az ITU-ajánlásokat SDH-nak (Synchronous Digital Hierarchy – szinkron digitális hierarchia) nevezték el. Az SDH csak kicsit különbözik a SONET-től. Egyelőre úgy tűnik, hogy az Egyesült Államokban és sok más országban a nagy távolságú telefonhálózatok fizikai rétege olyan trönkökből áll, amely a SONET-et használja. Minderről bővebben Bellamy [2000], Goralski [2002] és Shapard [2001] műveiben olvashatunk.
A SONET-nek négy fő célja volt. Az első és legfontosabb, hogy a SONET segítségével lehetőség nyíljon különböző vivők együttműködésére. Ennek a célnak az eléréséhez egy olyan közös jelzésrendszer kialakítására volt szükség, amely a hullámhosszakat, az időzítéseket, a keretek szerkezetét stb. szabványosította.
Másodszor, szükség volt egy olyan eszközre, amely egységessé tette az Egyesült Államok, Európa és Japán digitális rendszereit, ugyanis mindhárom rendszer 64 kb/s-os PCM-csatornákon alapult, azonban mindegyik másképpen (egymással inkompatibilis módon) kombinálta ezeket a csatornákat.
Harmadrészt, a SONET-nek lehetővé kellett tennie több digitális csatorna multiplexelését. Amikor a SONET-et kidolgozták, az Egyesült Államokban a legnagyobb sebességű vivő a 44,736 Mb/s-os T3 volt. A T4-vivő ugyan elméletileg már létezett, azonban még nem használták. A T4-vivő fölött pedig még definiálva sem volt további sebesség. A SONET egyik küldetése éppen az volt, hogy folytassa a hierarchiát a Gb/s-os, továbbá az a fölötti tartományokba. A SONET-nél kisebb frekvenciájú vivők SONET-csatornákba történő multiplexelésére is egységes eljárást kellett kidolgozni.
Negyedrészt, a SONET-nek üzemeltetési, adminisztrációs és karbantartási feladatokat is el kellett látnia. A korábbi rendszerek ugyanis nemigen jeleskedtek ebben.
Eredetileg a SONET-et egy hagyományos TDM-rendszernek szánták, amiben az üvegszál teljes sávszélességét egy csatornának tekintették, és ez a csatorna időszeleteket biztosított a különböző alcsatornáknak. Mint ilyen, a SONET szinkronrendszer. Minden vevő és adó egy közös órához van kötve. Működését egy olyan mester órajel vezérli, amelynek pontossága kb. 
. A bitek mesterórajel segítségével a SONET-vonalakon rendkívül pontos időközönként kerülnek továbbításra.
A SONET-keret alapja egy 810 bájtos blokk, ami 125 
s-onként kerül ki az átviteli vonalakra. Mivel a SONET szinkronrendszer, ezért a kereteket attól függetlenül elküldi, hogy van-e bennük hasznos adat vagy nincs. A másodpercenként elküldött 8000 keret pontosan illeszkedik a digitális távbeszélőrendszerekben használt PCM-csatornák mintavételi frekvenciájához.
A 810 bájtos SONET-keret a legjobban egy olyan téglalap alakú bájtmezővel írható le, amelynek 90 oszlopa és 9 sora van. Ez azt jelenti, hogy 
továbbítódik másodpercenként 8000-szer, azaz a teljes adatsebesség 51,84 Mb/s. Ez a sebesség a SONET alapcsatornája, az STS–1 (Synchronous Transport Signal–1
–
1-es számú szinkron szállítójel). Az összes SONET-trönk sebessége az STS-1 sebesség többszöröse.
Az első három oszlop minden keretben a rendszermenedzsment-információ számára van fenntartva, ahogy ez a 2.39. ábrán is látható. Ebből az első három sor a szekció fejrészét tartalmazza, a következő hat sor pedig a vonalét. A szekció fejrésze mindig a szekció adatai előtt generálódik, és a szekció végén kerül ellenőrzésre, míg a vonal fejrésze mindig a vonal elején képződik, és a vonal végén kerül ellenőrzésre.
Egy SONET-küldő 810 bájtos kereteket küld közvetlenül egymás után, szünetek nélkül. Akkor is küldi a kereteket, amikor nincs átviendő adat (ebben az esetben értéktelen bitekkel tölti ki az adatbitek helyét). A vevő nézőpontjából mindez egy folytonos bitfolyamnak tűnik, így jogosan merül fel az a kérdés, hogy honnan tudja a vevő, hogy hol kezdődnek az egyes keretek? A válasz az, hogy minden keret első két bájtja egy rögzített mintát tartalmaz, amelyet a vevő folyamatosan keres a bitfolyamban. Ha sok egymás utáni keretben ugyanazon a helyen találja meg ezt a mintát, akkor azt feltételezi, hogy szinkronban van az adóval. Elméletileg a felhasználó is rendszeresen beilleszthetné ezt a mintát az adatrészbe, de ezt a gyakorlatban nem teheti meg, többek között azért, mert egy keretbe több felhasználó adatai vannak multiplexelve.
A maradék 87 oszlop 
felhasználói adatot tartalmazhat. Persze az adatmező, amelyet SPE-nek (Synchronous Payload Envelope – szinkronadatokat tartalmazó boríték) hívnak, nem mindig az első sor negyedik oszlopában kezdődik. Az SPE bárhol kezdődhet a kereten belül. Az első bájtra mutató pointert a vonal fejrészének első sora tartalmazza. Az SPE első oszlopa az elérési út fejrésze (tehát a végpontok közötti elérési út alréteg protokolljának a fejrésze).
Még rugalmasabbá teszi a rendszert az a lehetőség, hogy az SPE a 2.39. ábrán is látható módon a SONET-kereten belül bárhol kezdődhet és akár a következő keretbe is átlóghat. Ha például hasznos adatok érkeznek a forráshoz egy értéktelen SONET-keret készítése közben, akkor az adatot az éppen készülő keretbe is beillesztheti, nem kell megvárnia vele a következő keret elejét.
A SONET/SDH multiplexelési hierarchiáját a 2.40. ábrán tüntettük fel. A sebességeket az STS-1-től az STS-768-ig definiálták, nagyjából a T3-vonaltól a 40 Gb/s-ig. A jövőben még nagyobb sebességeket is definiálnak majd a jövőben, a 160 Gb/s-os OC-3072 lesz a következő vonal, ha az technikailag megvalósíthatóvá válik. Az STS-n-nek megfelelő üvegszálas vivőt (optical carrier) OC-n-nek hívják. Ezek bitről bitre megegyeznek egy olyan bitátrendezés kivételével, amely a szikronizáláshoz szükséges. Az SDH elnevezései különböznek ettől és az OC-3-tól kezdődnek, mert az ITU-alapú rendszerekben nincsen 51,84 Mb/s-hoz közeli sebesség. Bemutattok a szokásos sebességeket az OC-3-tól kezdve, és a 4 többszörösével növelve. A bruttó adatsebességbe az összes többletbitet is beleszámítjuk. Az SPE adatsebesség nem tartalmazza a vonal- és szekciófejrész-biteket. A felhasználói adatsebességbe semmilyen többletbit nem számít bele, csak a 86 adatoszlopot kell beleszámolni.
Egyébként, amikor az egyik vivőt, mondjuk az OC-3-at nem multiplexelik, és mégis adatokat továbbítanak ilyen adatsebességgel egyetlen forrásgépből, akkor a jelölést egy c betűvel (az angol concatenated szónak megfelelően) egészítik ki. Tehát a 155,52 Mb/s-os OC-3 vivő három különböző OC-1 vivőből áll, míg az OC-3c egy olyan vivőt jelöl, amely egyetlen forrásgép adatait továbbítja 155,52 Mb/s-os sebességgel. Az OC-3c adatfolyamban összefogott OC-1 adatfolyamok oszloponként átlapolják egymást, tehát először az első adatfolyam első oszlopa, majd a második adatfolyam első oszlopa, végül a harmadik adatfolyam első oszlopa, ezt követően pedig az első adatfolyam második oszlopa stb. kerül továbbításra, ami egy 270 oszlop széles és 9 sor magas keretet jelent.
A frekvenciaosztásos multiplexelés egyik fajtája, valamint TDM is alkalmazásra kerül az üvegszálas csatornák rettenetesen nagy sávszélességének kihasználása érdekében. Ennek neve WDM (Wavelength Division Multiplexing – hullámhosszosztásos multiplexelés). Az üvegszálakon alkalmazott WDM alapelveit a 2.41. ábrán tüntettük fel. Az ábrán négy olyan szál találkozik egy optikai összegzőben (optical combiner), amelyek energiája más és más hullámhosszokon van. A hullámhosszösszegző a négy nyalábot egyetlen üvegszálra nyalábolja össze a távoli célállomás felé való továbbításhoz. A túloldalon a nyalábot annyi üvegszálra osztják ismét szét, amennyi a bemeneti oldalon is van. Minden kimeneti szál magjának egy rövid darabja különleges kialakítású, amely egyetlen hullámhossz kivételével mindent kiszűr. Az így keletkező jeleket ezután a címzett állomáshoz lehet irányítani, vagy más kombinációban újra össze lehet nyalábolni további multiplexelt szállításra.
Valójában ebben semmi újdonság nincs. Ez a működési mód tulajdonképpen a frekvenciaosztátos multiplexelés nagyon nagy frekvencián, a WDM kifejezés az üvegszálas csatornák leírásához tartozik a hullámhossz vagy „szín” alapján, és nem a frekvencia alapján. Miután mindegyik csatorna saját frekvenciatartománnyal (vagyis hullámhosszal) rendelkezik, és ezek a tartományok nem lapolódnak át, a csatornákat egyetlen nagy távolságú üvegszálra lehet multiplexelni. A villamos FDM-től mindössze annyiban különbözik, hogy az optikai rácsnak köszönhetően ez az optikai rendszer teljesen passzív, ezért rendkívül megbízható.
WDM leginkább annak köszönheti a népszerűségét, hogy egyetlen csatornán lévő energia általában csak néhány gigahertz széles sávban van, mivel jelenleg lehetetlen ennél gyorsabb jelátalakítást megvalósítani az elektromos és a fényvezető közegek között. Ha sok, különböző hullámhosszon működő csatornát használunk párhuzamosan, akkor az eredő sávszélesség a csatornák számával egyenes arányban nő. Mivel az üvegszálakon a sávok körülbelül 25 000 GHz-esek (lásd 2.7. ábra), elméletileg 2500, egyenként 10 Gb/s-os csatorna fér el egy szálon még 1 bit/Hz-es sűrűségnél is (és ennél nagyobb sebességek is lehetségesek).
A WDM-megoldások a számítástechnikát is megszégyenítő sebességgel fejlődtek. A WDM-et 1990 körül találták fel. Az első kereskedelmi rendszerekben 8 csatorna volt, amelyek sebessége egyenként 2,5 Gb/s volt. 1998-ra olyan rendszerek kerültek a piacra, amelyek 40 darab 2,5 Gb/s-os csatornát használtak. 2006-ra pedig már olyan rendszerek is a piacon voltak, amelyek 192, egyenként 10 Gb/s-os csatornával, illetve 64, egyenként 40 Gb/s-os csatornával rendelkeztek, ami összesen 2,56 Tb/s-os sebességet jelent. Ez ahhoz elég, hogy 80 darab normál hosszúságú DVD-filmet vigyünk át egyetlen másodperc alatt. A csatornák szorosan helyezkednek el az üvegszálon, 200, 100 vagy 50 GHz-es elválasztással. Cégek által szervezett bemutatókon némi túlzott büszkélkedés után ennek a kapacitásnak a tízszeresét mutatták be laborkörülmények között, de az, hogy ez a technika kikerüljön az éles környezetbe, még pár évbe beletelik. Abban az esetben, ha a csatornák száma nagyon nagy, és a hullámhosszak nagyon közel helyezkednek el egymáshoz, a rendszerre gyakran hivatkoznak DWDM-ként (Dense WDM – sűrű WDM) is.
A WDM-technika egyik mozgatója az a fejlesztés, amely arra irányul, hogy az összes komponens optikai legyen. Korábban 100 km-enként szét kellett bontani a csatornákat, hogy azokat egyenként villamos jellé alakítsák át az erősítéshez. Az erősítő után a jeleket egyenként vissza kellett alakítani optikaivá, majd ezeket a továbbküldéshez újra össze kellett nyalábolni. Manapság már teljesen optikai erősítők állítják helyre a jeleket 1000 km-enként anélkül, hogy optikai/villamos átalakításra lenne szükség.
A 2.41. ábra példáján egy rögzített hullámhosszokkal dolgozó rendszer látható. Az 1. bemeneti szál bitjei a 3. kimeneti szálra mennek, a 2. bemeneti szálon érkező bitek az 1. kimeneti szálra mennek stb. Lehetséges azonban olyan WDM-rendszert is építeni, amely kapcsolt. Egy ilyen eszközben a hangolhatóság biztosítására a kimeneti szűrőket Fabry–Perot- vagy Mach–Zehnder-interferométerek valósítják meg. Ezek az eszközök lehetővé teszik, hogy a kiválasztott frekvenciákat a vezérlő számítógép dinamikusan módosítsa. Ez a lehetőség nagy rugalmasságot ad ahhoz, hogy üvegszálak rögzített halmazából a telefonhálózaton keresztül számos különböző hullámhosszú útvonalat alakítsanak ki. Az optikai hálózatokkal és a WDM-mel kapcsolatos további információ Ramaswami és mások [2009] munkájában található.
Egy átlagos távközlési mérnök szempontjából a telefonhálózatnak két fő része van: a külső berendezések (az előfizetői hurkok és a trönkök, amelyek a telefonközponton kívül vannak) és a belső berendezések (a kapcsolók). Eddig csak a külső berendezésekkel foglalkoztunk, ezért itt az ideje, hogy a belső berendezéseket is szemügyre vegyük.
Manapság két különböző kapcsolási módszer van használatban: a vonalkapcsolás és a csomagkapcsolás. A hagyományos telefonrendszer vonalkapcsolásra épül, de a csomagkapcsolás az IP-n keresztül történő hangátviteli technika elterjedésével egyre népszerűbbé válik. Részletesen tárgyaljuk a vonalkapcsolást, majd összehasonlítjuk a csomagkapcsolással. Mindkét kapcsolás elég fontos ahhoz, hogy visszatérjünk hozzájuk a hálózati rétegben.
Amikor felhívunk valakit vagy a számítógép végrehajt egy telefonhívást, akkor a távbeszélőrendszer kapcsolóberendezése keres egy olyan fizikai vonalat vagy áramkört (ami lehet rézvezeték, üvegszál vagy akár rádióhullám), amelynek segítségével a saját telefonkészülékünket a hívott fél készülékével összekapcsolja. Ezt a kapcsolási módot vonalkapcsolásnak vagy áramkörkapcsolásnak (circuit switching) nevezzük. A vonalkapcsolást vázlatosan a 2.42.(a) ábrán láthatjuk. A hat négyszög mindegyike egy-egy telefonközpontot jelent (helyi központ, távhívóközpont stb.). Ezen az ábrán minden központnak három bemenő és három kimenő vonala van. Amikor a központon keresztül létrejön egy összeköttetés, akkor a hívást kezdeményező bemenő vonal és valamelyik kimenő vonal között fizikai kapcsolat létesül. Ezt jelképezik a szaggatott vonalak.
A távbeszélőrendszerek kezdeti időszakában a kapcsolat úgy jött létre, hogy a telefonkezelő a hívó és a hívott fél vezetékét egy áthidaló vezetékkel (jumper cable) kötötte össze. Ezzel kapcsolatban van egy érdekes kis történetünk az automata telefonközpontról, amit a 19. században egy Almon B. Strowger nevű temetkezési vállalkozó fejlesztett ki. Nem sokkal a telefon feltalálása után, amikor valaki meghalt, valamelyik hozzátartozója felhívta a telefonközpontot, és a következőt mondta a kezelőnek: „Kérem, kapcsoljon egy temetkezési vállalkozót!” Mr. Strowger legnagyobb sajnálatára azonban két ilyen vállalkozó is volt a városban, és éppen a másik vállalkozó felesége volt a telefonkezelő. Hamar rájött tehát arra, hogy vagy feltalálja az automata telefonközpontot, vagy tönkremegy. Végül az első utat választotta. Még közel 100 évvel a történet után is világszerte Strowger-kapcsolónak nevezték a telefonközpontot. (Arról már nem szól a történet, hogy a munkanélkülivé vált központos kapott-e állást a tudakozóban, ahol olyan kérdésekre kellett válaszolnia, mint például: „Meg tudná adni, kérem, egy temetkezési vállalkozó telefonszámát?”)
A 2.42.(a) ábrán látható elrendezés persze nagyon leegyszerűsített, hiszen két telefonkészülék között a fizikai útvonal egyes részei akár olyan mikrohullámú vagy üvegszálas kapcsolatok is lehetnek, amelyekre több ezer telefonhívást multiplexelnek. Az alapelképzelés viszont továbbra is érvényes: ha egyszer létrejön egy összeköttetés, akkor a két végpont között dedikált kapcsolat létesül, és az folyamatosan fennáll addig, amíg a hívás véget nem ér.
A vonalkapcsolás egyik fontos tulajdonsága, hogy a végpontok közötti összeköttetést még az adatok továbbítása előtt kell létrehozni. A tárcsázás és a kicsengetés között akár 10 másodperc is eltelhet, sőt távolsági vagy nemzetközi hívásoknál még több is. Eközben a távbeszélőrendszer egy útvonalat keres, ahogy azt a 2.43.(a) ábra szemlélteti. Ne felejtsük el, hogy mielőtt az adatátvitel megkezdődhetne, a híváskezdeményező jelzésnek el kell jutnia egészen a hívott készülékig, és a nyugtának vissza kell érkeznie. Sok olyan számítógépes alkalmazás van (például hitelkártya ellenőrzése vásárláskor), amelynél a hosszú kapcsolatfelépítési idő megengedhetetlen.
Ha viszont a kapcsolat felépült, akkor a telefonáló felek között létrejött fenntartott összeköttetésnek köszönhetően az adatok késleltetése lényegében csak az elektromágneses hullámok terjedési sebességéből adódik, ami 1000 km-enként kb. 5 ms. Ugyancsak a felépített kapcsolatnak köszönhető, hogy nincs torlódásveszély, tehát ha megtörtént a kapcsolás, akkor azt követően már sosem kapunk foglalt jelet. A kapcsolás létrejötte előtt persze kaphatunk foglaltsági jelzést, amennyiben a telefonközpont vagy a trönk túlterhelt.
Egy másik kapcsolási módszer a 2.42.(b) ábrán látható csomagkapcsolás (packet switching), amelyet az 1. fejezet ír le. Ennél a kapcsolási módnál a csomagok azonnal átküldésre kerülnek, amint rendelkezésre állnak. A vonalkapcsolással ellentétben nem kell előre kialakítani dedikált útvonalat. Az útválasztók tárol-és-továbbít (store-and-forward) típusú átvitelt használnak az egyes csomagoknak saját útvonalukon történő célba juttatásához. Ez az eljárás nem olyan, mint a vonalkapcsolás, ahol az összeköttetés kialakításának eredményeképp lefoglalásra kerül a sávszélesség az adó és a vevő közötti teljes útvonalon. A vonalon lévő összes adat ezt az útvonalat követi. Más tulajdonságok mellett azáltal, hogy az összes adat ugyanazon az útvonalon halad, csak sorrendben érkezhetnek meg. Csomagkapcsolás esetén nincs rögzített útvonal, így a különböző csomagok különböző útvonalon mehetnek, a küldés időpontjában fennálló hálózati feltételektől függően, így a csomagok nem feltétlenül sorrendben érkeznek meg.
Csomagkapcsolt hálózatban a csomagok méretének szigorú felső korlátja van. Ez biztosítja azt, hogy hosszabb időre (például több milliszekundumra) senki nem tudja kisajátítani az adatátviteli vonalakat, ezért a csomagkapcsolt hálózatok kifejezetten alkalmasak interaktív adatforgalom lebonyolítására. A csomagok késleltetése lecsökken, mivel egy hosszú üzenet első csomagja továbbítható, mielőtt a második teljes egészében megérkezne a címzetthez. A csomag összegyűjtésre kerül az útválasztó memóriájában, mielőtt elküldésre kerülne a következő útválasztónak, az ebből származó tárol-és-továbbít késleltetés azonban meghaladja a vonalkapcsolás késleltetését. Vonalkapcsolás esetén ugyanis a bitek folyamatosan mennek a vezetéken.
A vonal- és a csomagkapcsolás sok dologban különbözik egymástól. Mivel csomagkapcsolás esetén nincs lefoglalva sávszélesség, ezért előfordulhat, hogy a csomagoknak várniuk kell a továbbításra. Ez sorbanállási késleltetést (queuing delay) hoz be, valamint torlódást okoz, ha túl sok csomag kerül egyszerre elküldésre. Nem fenyeget azonban az a veszély, hogy foglaltságjelzés kerül kiadásra és a hálózat használhatatlanná válik. Ezért a torlódás máskor jelentkezik vonalkapcsolás esetén (hívásfelépítéskor) és csomagkapcsolásnál (csomagok küldésekor).
Ha egy áramkört egy bizonyos felhasználó lefoglalt, de nincsen forgalmazásra váró adata, akkor az adott áramkör sávszélessége veszendőbe megy, mivel más forgalom nem használhatja ki. A csomagkapcsolás nem pazarolja a sávszélességet, ezért a teljes rendszer szempontjából hatékonyabb. Ezt a kompromisszumot fontos megérteni ahhoz, hogy felfoghassuk a vonalkapcsolás és a csomagkapcsolás közötti különbséget. A kompromisszumot aközött kell megtennünk, hogy garantált szolgáltatásminőséget adunk rossz erőforrás-kihasználás mellett, vagy nem garantált szolgáltatást jól kihasznált erőforrásokkal.
A csomagkapcsolás kevésbé érzékeny a hibákra, mint a vonalkapcsolás. Tulajdonképpen ez az, amiért kitalálták. Ha a vonalkapcsolásnál egy kapcsoló meghibásodik, akkor minden ezen keresztül irányított áramkör megszakad, és egyiken sem lehet ezután adatforgalmat bonyolítani. Csomagkapcsolás használatával ilyenkor a csomagokat a kiesett kapcsolót kikerülő elterelő útvonalakra lehet irányítani.
Az utolsó különbség a vonal- és a csomagkapcsolás között a számlázás algoritmusában van. Vonalkapcsolásnál a számlázás a kezdetektől fogva az idő és a távolság alapján történt. A mobiltelefonok esetében a távolság általában nem játszik szerepet, kivéve a nemzetközi hívásoknál, és az idő is csak kismértékben (vagyis például egy olyan díjcsomag, amelyik 2000 ingyenes percet tartalmaz drágább, mint egy olyan, amelyik 1000 ingyenes percet tartalmaz, valamint néha az éjszakai és hétvégi hívások olcsóbbak a szokásosnál). Csomagkapcsolás esetén a kapcsolat ideje nem számít, de a forgalom mennyisége néha igen. Az internetszolgáltatók az otthoni felhasználóknak általában rögzített havidíjat számláznak, mert nekik ez kevesebb munkát jelent, és az előfizetők is könnyen átlátják ezt a modellt. A gerinchálózati szolgáltatók ezzel szemben a forgalmazott adatmennyiség alapján számláznak a területi hálózatoknak.
A különbségeket a 2.44. ábra táblázatában foglaltuk össze. A telefonhálózatok hagyományosan vonalkapcsolást használnak, hogy kiváló minőségű telefonhívásokat biztosítsanak, a számítógép-hálózatok pedig csomagkapcsolást használnak az egyszerűség és hatékonyság érdekében. Vannak azonban jelentős különbségek. Néhány régebbi számítógép-hálózat a felszín alatt vonalkapcsolást használt (mint például az X.25),[14] illetve néhány új telefonhálózat csomagkapcsolást használt IP-n keresztül történő hangátviteli technikával. Ez kívülről a felhasználó számára úgy néz ki, mint egy normál telefonhívás, de a hálózaton belül a hangadatok csomagjai csomagkapcsolással kerülnek továbbításra. Ez a megközelítés lehetővé teszi a feltörekvő piacok számára olcsó nemzetközi hívások lebonyolítását telefonkártyán keresztül, de elképzelhető, hogy rosszabb minőséggel, mint amilyet a telefontársaság nyújtana.
