63.Що таке модем? Які стандарти і протоколи для модемного звязку існують?

При работе по аналоговым телефонным линиям связи как для соединения двух компьютеров, так и для подключения к глобальным сетям основным устройством сопряжения канала связи с компьютером является модем.

Данные по телефонной линии передаются в виде аналогового, т.е. непрерывно изменяющего сигнала. В то же время, как говорилось выше, данные внутри компьютера передаются в дискретной форме (импульсной или потенциальной).

Поэтому основной функцией модема является преобразование дискретного сигнала, поступающего из компьютера, в аналоговую форму (модуляция) и обратное преобразование (демодуляция). От первых слогов выполняемых модемом функций и произошло название этого устройства.

Для модема необходим, с одной стороны, набор правил (стандартов) для взаимодействия его с компьютером, а, с другой стороны, набор протоколов для взаимодействия с другим модемом.

Из стандартов модем-компьютер наиболее известным является RS-232C, описанный при рассмотрении последовательного порта компьютера.

Интерфейс RS-449A разработан для передачи данных на более дальние расстояния и с большими скоростями, чем RS-232C (в зависимости от расстояния от 10 Мбит/c до 1 Кбит/с). Он имеет 37-контактный интерфейсный разъема и дополнительный 9-контактный разъем для вспомогательного канала связи.

Для взаимодействия модем-модем при реализации физического уровня используются стандарты серии V, разработанные и сопровождаемые ITU-TSS.

Эти стандарты делятся на три группы:

• стандарты, определяющие скорость передачи данных и метод кодирования;

• стандарты исправления ошибок;

• стандарты сжатия данных.

Эти стандарты определяют работу модемов как для выделенных, так и коммутируемых линий. Модемы можно также классифицировать в зависимости от того, какой режимы работы они поддерживают (асинхронный, синхронный или оба этих режима), а также к какому окончанию (4-проводному или 2-проводному) они могут подключаться.

Стандарты V.22 (600 и 1200 бит/c) и V.22bis (1200 и 2400 бит/с), V.32 (до 9600 бит/с) и V.32bis (до 14400 бит/с) используются, в основном, в старых модемах.

Для связи между факсимильными аппаратами и между персональными компьютерами в режиме эмуляции факсимильного аппарата используются стандарт V.27ter (до 4800 бит/с) и V.29 (до 9600 бит/с). Модемы, обеспечивающие стандарты V.27ter и V.29, называют факс-модемами (как правило, факс-модемы поддерживают также другие стандарты серии V).

Принятый в 1994 г. стандарт V.34 позволяет модемам обмениваться данными на скорости 28800 бит/с. Стандарт V.34 разрабатывался для передачи информации по каналам практически любого качества. Особенностью стандарта являются процедуры динамической адаптации (приспособления) к изменениям характеристик канала во время обмена информацией. Адаптация осуществляется в ходе сеанса связи без прекращения и без разрыва установлен­ного соединения. Принципы адаптивной настройки к параметрам линии были развиты в стан­дарте V.34+, который является усовершенствованным вариантом стандарта V.34. Стандарт V.34+ позволил несколько повысить скорость передачи данных (до 33600 бит/с) за счет усовершенствования метода кодирования.

Новый модемный стандарт V.90 является технологией, направленной на обеспечение недорогого и быстрого способа доступа пользователей к сетям поставщи­ков услуг. Этот стандарт обеспечивает асимметричный обмен данными: со скоростью 56 Кбит/с из сети и со скоростью 30-40 Кбит/с в сеть. Стандарт совместим со стандартом V.34+.

Основная идея технологии асимметричных модемов состоит в следующем. В современных телефонных сетях часто единственным аналоговым звеном в со­единении с сервером удаленного доступа является телефонная пара, связывающая модем компьютера с коммутатором телефонной станции. Этот канал оптимизиро­ван для передачи речевых сигналов: максимальная скорость передачи данных опреде­ляется из условия предельно допустимого соотношения между шумами физической линии передачи и погрешностью дискретизации звукового сигнала при его оциф­ровывании. Эта величина задается стандартом V.34+ и равна 33,6 Кбит/с.

Однако все выше приведенные соображения справедливы только для одного направления передачи данных – от аналогового модема к телефонной станции. Именно на этом участке выполняется аналого-цифровое преобразование, которое вносит погрешность квантования. Эта погрешность добавляется к другим помехам линии и ограничивает скорость передачи 33,6 Кбит/с. Обратное же цифро-аналоговое преобразование не вносит дополнительного шума, что делает возможным увеличение скорости передачи от телефонной станции к модему пользователя до 56 Кбит/с.

Достоинством новой технологии является то, что для ее внедрения не требуется вносить какие-либо изменения в оборудование телефонной станции – нужно лишь изменить программу в цифровых модемах, установленных в стойках у поставщика услуг, а также загрузить в пользовательский модем новую программу либо заме­нить микросхему памяти в зависимости от модели и производителя.

Стандарты V.35, V.36 и V.37 поддерживают высокоскоростную передачу данных (до 1,5-2 Мбит/с) по широкополосным каналам связи (физическим линиям).

Для модемов, работающих с DTE по асинхронному интерфейсу, комитет ITU-TSS разработал протокол коррекции ошибок V.42. До его принятия в модемах, работа­ющих по асинхронному интерфейсу, коррекция ошибок обычно выполнялась по протоколам фирмы Microcom, еще одного лидера в области модемных технологий.

MNP – сетевые протоколы Microcom (Microcom Network Protocols) были разработаны фирмой Microcom для выпускаемых ею модемов и являются в настоящее время стандартом де-факто. Фирмой определены 10 классов протоколов (MNP1-10). Наиболее часто используемыми являются протоколы MNP4-5 и MNP10.

Протокол MNP класса 4 (MNP4), называемый также протоколом адаптивной сборки, для увеличения пропускной способности канала создает по чистому каналу пакеты большой длины. Если при анализе процесса передачи обнаруживается увеличение частоты ошибок, длина пакета уменьшается.

В стандарте V.42 основным является другой протокол – протокол доступа к каналу связи для модемов LAP-M (Link Access Protocol for Modems). Однако стандарт V.42 поддерживает и протокол MNP 4, поэтому модемы, соответствующие рекомендации V.42, позволяют устанавливать свободную от ошибок связь с любым модемом, поддерживающим этот стандарт, а также с любым MNP-совместимым модемом.

Почти все современные модемы при работе по асинхронному интерфейсу поддерживают стандарты сжатия данных MNP-5 и V.42bis (обычно с коэффи­циентом 1:4, некоторые модели — до 1:8). Сжатие данных увеличивает пропускную способность линии связи. Передающий модем автоматически сжимает данные, а принимающий их восстанавливает. Модем, поддерживающий протокол сжатия, всегда пытается установить связь со сжатием данных, но если второй модем этот протокол не поддерживает, то и первый модем перейдет на обычную связь без сжатия.

Протокол MNP класса 5 (MNP5) обеспечивает сжатие данных с помощью адаптивной кодировки (наиболее часто повторяющиеся символы кодируются по 4 или 5 бита, а не по 8) и групповой кодировки (передачи повторяющихся символов как кода числа повторений).

Стандарт V.42bis обеспечивает сжатие данных с использованием алгоритма Лемпела-Зива. Протокол V.42bis умеет определять, что передаваемые данные были ранее сжаты и не тратит времени на их повторное сжатие.

Стандарты V.42 и V.42bis в настоящее время широко используются в модемах, поскольку они позволяют увеличить эффективную скорость обмена данными, хотя это увеличение существенно зависит от типа передаваемых данных (текстовые данные, аудио- или видеоданные).

Кроме стандартов на протокол обмена, модемы, как и другие периферийные устройства компьютеров, имеют набор команд (например, команды набора телефонного номера, разрыва связи и т.д.). Это набор команд не стандартизован, однако практически все модемы используют набор команд, предложенный фирмой Hayes (поэтому такие модемы часто называют Hayes-совместимыми). Многие фирмы-производители модемов дополняют основной набор команд своими командами (однако они могут в большинстве случаев использоваться только если между собой соединяются два модема этой фирмы).

В настоящее время, помимо Hayes-совместимых модемов, для связи на короткие расстояния (до 5-7 км) используются так называемые модемы короткого диапазона (short-range modems). Эти устройства, строго говоря, не являются модемами (преобразователями сигналов из цифровой формы в аналоговую форму, и обратно), поскольку они передают данные непосредственно в цифровой форме. Скорость передачи по этим модемам зависит от расстояния и на небольших расстояниях (до 1-2 км) может достигать скорости 115000 бит/с и более.