Раздел: Технические наукиМодемыРаздел1: Модем. Классификация модемов. Устройство модема. 1.1 Классификация модемов
1.1.1 Аппаратные модемы
1.1.2 Программные модемы
1.2 Основные компоненты модема 1.2.1 Непосредственно компоненты
1.2.2 Основные функциональные блоки
1.3 Интерфейсы 1.3.1 Интерфейс "модем- телефонная линия" 1.3.2 Интерфейс "модем-компьютер"
1.3.2.1 Сигналы интерфейса S-232C
1.3.2.2. Технические параметры интерфейса RS-232C 1.3.2.3 Программирование адаптера
1.3.2.4 Инициализация асинхронного адаптера 1.4 Программирование модемов 1.4.1 Основные принципы программирования модемов 1.4.2 Последовательность действий для установления связи
Раздел 2: Основные понятия и термины.
Раздел 3: Управление передачей и приемом файлов. Протоколы обмена данными. 3.1 Протоколы MNP -протоколы коррекции ошибок нижнего уровня. 3.1.1 Перечень протоколов MNP (MNP1-MNP10) 3.1.2 Режимы MNP-модемов. 3.2 Протоколы передачи файлов
3.3 Протоколы передачи данных стандарта CCITT (ITU)
Раздел 4: Физика процесса модуляции. Эволюция скоростей. Раздел 5: Области применения модемов. Линии связи. 5.1 Выделенная линия связи (физическая линия) 5.2 Канал тональной частоты 5.3 Локальная сеть 5.4 Телефонные сети 5.4.1. Основные характеристики телефонных линий
5.4.2 Параметры различных типов телефонной линии Раздел 6: Проблемы использования модемов на отечественных телефонных линиях. 6.1 Обзор проблем. 6.2 Анализ проблемных ситуаций и методов их решения.
Приложение
3. Таблица разводки разъемов DB25 и DB9. Раздел1: Модем. Классификация модемов. Устройство модема. Первый модем появился в 1958 году. Американская телефонная компания AT&T ввела дейтафонное обслуживание (передача информации по телефонному каналу). Первым модемом был Bell Dataphone 103, скорость передачи которого составляла 300 бит/с. Но даже сегодня большинство модемов имеет режим работы, совместимый с Bell 103. Bell 212a предложил уже 1200 бит/с, правда был более чувствителен к шумам в телефонной линии. Менее шумочувствительный модем разработала компания Racal-Vadic. К сожалению, эти две модели модемов несовместимы. Так начиналось длительное соперничество за права и стандарты в мире модемов. В последнее время модемы становятся неотъемлемой частью компьютера, который превратился в интеллектуальное многофункциональное устройство, предоставляющее пользователю возможность общаться с огромным миром информации со всего света. Благодаря установки модема на компьютер, последний фактически превращается в звено глобальной сети. Модем позволяет, не выходя из дома, помимо широчайшего спектра информации и услуг, получаемых через Internet, разместить сообщение на BBS (электронной доске объявлений), скопировать с той же BBS интересующие файлы. Кроме того, воспользовавшись глобальными сетями (RelCom, FidoNet) можно принимать и посылать электронные письма не только внутри города, но фактически в любой конец земного шара. Глобальные сети дают возможность не только обмениваться почтой, но и участвовать во всевозможных конференциях, получать новости практически по любой интересующей тематике. 1.1 Классификация модемов. Модемы могут быть классифицированы :
В виду важности последних двух классов, рассмотрю их подробнее. 1.1.1 Аппаратные модемы: внутренние и внешние. Внешние модемы - отдельное устройство, питающееся от сети и имеющее разъемы для подключения телефонной линии и телефонного аппарата, соединяющееся шнуром с последовательным портом (интерфейсом) компьютера. На передней панели модема выведены светодиодные индикаторы, отображающие его состояние (их перечень представлен в таб.2 приложения). Внутренние модемы выполнены в виде отдельной платы, вставляемой в слот на материнской плате компьютера. Подключение питания и соединение с компьютером внутренних модемов происходит непосредственно через шину. Это, с одной стороны, позволяет сэкономить на соединительных проводах, а с другой - ведет к замедлению работы компьютера, так как внутренний модем создает дополнительную нагрузку на центральный процессор. Одним из недостатком внутренних модемов является и сложность настройки конфигурации интерфейсов COM3 и COM4. В последнее время наметилась тенденция к переводу внутренних модемов с шины ISA на PCI. При этом осталась актуальной одна из основных проблем инсталляции этого вида модемов: правильно сконфигурировать базовый адрес и используемое устройством прерывание. Помимо этого при установке изначально необходимо иметь свободный порт на материнской плате компьютера. Внутренний модем не позволяет осуществлять контроль его состояния, что удобно реализовано посредством ряда светодиодных индикаторов на лицевой панели внешнего модема, а эмуляционные программы потребляют часть и без того обильно используемых внутренним модемом ресурсов центрального процессора (около 10%), что не происходит при работе модема внешнего. Причем для корректной работы внутренних модемов предъявляются довольно жесткие требования к ресурсам компьютера. На начало 2000 года - это процессор с тактовой частотой 166 МГц и ОЗУ как минимум 32Мб. При "зависании" внутреннего модема его нельзя перезагрузить отдельно - приходится прибегать к перезагрузке всего компьютера. С другой стороны, внешние модемы довольно громоздки, соединительные провода так же не придают им привлекательности. Внутренние же обходятся без дополнительного источника питания и вставляются в соответствующий порт компьютера, не занимая место на рабочем столе. Помимо этого, они как правило на $10-15 дешевле внешних аналогов. 1.1.2 Программные модемы. Программные модемы выполнены по той же схеме, что и аппаратные. Основное отличие программного модема от аппаратного заключается в том, что часть его функций реализуется за счет центрального процессора компьютера и программного обеспечения. Зачастую от модема остается лишь кодек (сокращение от кодер-декодер), а все остальные функции выполняет драйвер, использующий ресурсы персонального компьютера. Некоторые производители реализуют программно лишь контроллер, оставляя на плате DSP (Digital Signal Processor, см. ниже). Такие модемы потребляют несколько меньше процессорного времени и, как показала практика, обладают лучшими характеристиками. Таким образом, подобное перераспределение аппаратных функций сильно удешевляет производство и, как следствие, конечную стоимость продукта. По существу, все усилия разработчиков сводятся к написанию кода "прошивки" (программы работы модема). Аппаратная реализация кодека требует минимальных затрат. Недостатки программных модемов.
Достоинства программных модемов:
Особенности программных модемов:
1.2 Основные компоненты модема. Современный модем - сложное устройство, состоящее из нескольких основных блоков и компонентов, обеспечивающих его функционирование. Компоненты модема: • Контроллер - реализует протоколы сжатия данных и коррекции ошибок. Кроме того, является связующим звеном между модемом и программным обеспечением компьютера (реализует программный интерфейс). • Кодек - осуществляет двустороннее преобразование аналогового сигнала, поступающего из линии, в поток цифровых данных. • ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) - микросхема памяти, хранящая в себе программу работы модема, также называемую "прошивкой". Последние модели модемов допускают обновление и перезапись прошивки модема с помощью специального программного обеспечения (за исключением тех случаев, когда это не предусмотрено производителем). • ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) - микросхема оперативной памяти, хранящая данные до первого выключения питания. Предназначена для хранения и последующей обработки потока данных. Иногда в ней же хранятся текущие настройки для работы модема. Основные функциональные блоки ( см. Рис.1.1): Со стороны телефонной линии самым первым устройством является блок интерфейса с телефонной линией. Основными функциями этого блока являются: • обеспечение физического соединения с телефонной линией; • защита от перенапряжения и радиопомех; • набор номера; • фиксация звонков; • гальваническая развязка внутренних цепей модема и телефонной линии; • согласование импеданса. Далее сигналы попадают в дифференциальную систему, цель которой - разделение выходных и входных сигналов и компенсация влияния собственного сигнала на входные цепи. В наиболее простых моделях модемов этот узел исполняется в виде пассивной схемы, что зачастую приводит к сильной зависимости качества работы блока от сопротивления конкретной телефонной линии. Избавиться от такой зависимости могут только модели с активной дифференциальной системой, где необходимый для компенсации сигнал постоянно вычисляется сигнальным процессором и, "вычитаемый" из входного сигнала, обеспечивает необходимый уровень компенсации. Подготовленные таким образом сигналы попадают на ряд фильтров, усиливаются и оцифровываются с помощью АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) в блоке формирования аналоговых фронтов, так что дальнейшая обработка производится в цифровом виде. Одно из преимуществ такого подхода - улучшение качества обработки сигнала и удешевление схемы. Обработанная информация поступает в цифровой сигнальный процессор (DSP), который и выделяет из нее на основе математических методов “нули” и “единицы”. Именно возможностями цифровой обработки сигнала этого блока определяется качество и скоростные возможности современных модемов. Рис. 1.1: Функциональная схема модема Поддержка интерфейса с компьютером, управление DSP, реализация протоколов аппаратной коррекции ошибок и сжатия данных, управление интерфейсом с пользователем (индикаторы, кнопки и джамперы настройки), а также управление энергонезависимой памятью - вот далеко не полный список функций, лежащих на системе управления модемом (контроллере модема). При этом если ранее микропрограмма хранилась в ПЗУ, изготовленном и "прошитом" на заводе, то теперь производители все чаще стали помещать ее в перезаписываемую флэш-память, что позволяет обновлять программу без аппаратного вмешательства. DSP со "вшитой" в долговременную память (ПЗУ или flash, что допускает модернизацию) программой обработки получил образное название "datapump" ("насос данных"). Подобная мультипроцессорная архитектура (так называемая функциональная мультипроцессорность) отлично работала в модемах на протяжении многих лет. Сегодня актуальной становится "деинтеллектуаилизация" модема, для которой уже родилась и новая аббревиатура - HSP (Host Signal Processing, дословно - обработка ресурсами процессора компьютера). Несомненно, вычислительная мощность массовых процессоров семейства х86 позволяет переложить ряд задач обработки сигналов с DSP на CPU-машины и при этом получить даже дополнительные преимущества, заключающиеся в упрощении процедур модернизации специализированного и прикладного ПО и снижении стоимости. Но это только одна сторона медали. Наблюдается также тенденция потери модемом аппаратной независимости - в чипсеты встраиваются контроллеры сугубо "персональных" шин, таких, как РСI и USB (Universal Serial Bus), в сочетании с узкоспециализированными аппаратно-микропрограммными средствами, соответствующими требованиям тех или иных операционных систем. Это тоже, на первый взгляд, неплохо, потому как гарантирует снижение цены и повышение потребительских удобств. Единственная аналоговая (и потому крайне важная) подсистема модема - DAA - все чаще реализуется в интегральном исполнении, что уменьшает количество необходимых для изготовления полнофункционального модема дискретных элементов (конденсаторов, резисторов и пр.) до единиц. Еще один почти отрадный факт: меньше элементов, меньше необходимых монтажных операций при сборке, следовательно - ниже стоимость и выше надежность. С другой стороны, после возложения на программу некоторых жизненноважных функций, аппаратно зависимый от платформы модем как правило устойчиво работает только под ОС Windows. К проблеме согласования сопротивлений следует добавить один тонкий нюанс- зависимость сопротивления телефонной линии от частоты сигнала. Из многолетней успешной практики электроники доподлинно известно, что наилучшим устройством для работы на реактивную нагрузку является обычный трансформатор (при некоторых ограничениях, несущественных в рассматриваемом случае). Для модемов (особенно на нашем рынке) это утверждение также справедливо - практически у всех самых лучших проверенных временем моделей трансформаторный DAA. Естественно, трансформатор - устройство не дешевое, уж по крайней мере намного дороже микросхемы DAA, да и качество телефонных линий в странах с емкими платежеспособными рынками намного выше нашего, что объясняет тенденцию "детрансформаторизации". Теперь пора вкратце рассмотреть механизмы защиты от аналогового хаоса. Чипсет действительно хорошего модема обязан для успешной работы в наших условиях обладать двумя скрытыми, но очень важными (и сложными в реализации) функциональными блоками - эхо-компенсации и эквалайзера . Эхо-компенсатор предназначен для борьбы с эхо-сигналом. Эквалайзер также вносит немаловажный вклад в повышение скорости и устойчивости связи, согласовывая частотные характеристики приемопередатчика модема и конкретной телефонной линии. Обзор практически всех новых моделей чипсетов, поддерживающих протокол v.90, не выявил реализации в них ни эхо-компенсаторов, ни управляемых эквалайзеров. Возможно, что производители просто "забыли" сообщить об этих особенностях, но подозрение об отсутствии столь необходимой для наших телефонных линий функциональности подтверждается и низкой ценой новых чипсетов (в "до-V.90" времена эхо-компенсатором и эквалайзером оснащались только лучшие чипсеты Lucent, низкой стоимостью никогда не отличавшиеся). Lucent сосредоточилась на двух семействах чипсетов, ориентированных на применение во внутренних модемах, - Apollo и Mars. Учитывая очень высокое качество используемого DSP и мощный опыт Lucent в разработке модемного firmware (внутреннего модемного ПО), можно смело утверждать, что пользователей Windows модемы на новых чипсетах Lucent не подведут. До появления высокоскоростных протоколов на 56 Kbps передача данных между двумя модемами по обычным телефонным каналам связи осуществлялась в аналоговом режиме, как было рассмотрено выше. Основным сдерживающим фактором, препятствующим "бесконечному" увеличению скорости передачи данных с помощью модемов, является качество аналоговых телефонных линий связи. До недавнего времени (буквально до начала 80-х годов) основным назначением телефонных каналов связи была только передача голоса. Поэтому, исходя из соображений стоимости и для борьбы с шумами в линии, полоса пропускания телефонного канала была ограничена диапазоном 300-3500 Hz. Исследования показали, что именно в этом диапазоне частот находится основная часть спектра человеческой речи, поэтому после наложения на исходный сигнал указанных ограничений разборчивость речи не ухудшится. Для управления так называемыми "интеллектуальными" модемами используются специальные связные программы - программы работающие под управлением операционной системы ЭВМ. Связная программа создает на экране терминала дружественный интерфейс пользователя, обеспечивающий удобное выполнение необходимых управляющих функций. При этом используется, в основном, набор команд АТ, передаваемых модемом либо через связной порт компьютера (для внешних модемов), либо через общую шину (для внутренних модемов). Перед началом работы, пользователь может задать некоторые параметры взаимодействия компьютера и модема. Связные программы создают ряд возможностей, упрощающих управление модемом:
1.3 Интерфейсы. Для подключения модема к телефонной линии и компьютеру предусмотрены стандартные интерфейсы. 1.3.1 Интерфейс "модем- телефонная линия". Соединители RJ11 обеспечивают физическое подключение модема к телефонной линии и телефонного аппарата к модему. Модемы, как правило, имеют два каскада защиты от неожиданного повышения напряжения. Входные линии защищены от перенапряжения варистором, который резко уменьшает свое сопротивление при напряжении 400-500 В. Второй каскад быстродействующей защиты устанавливается во вторичную обмотку трансформатора и реализуется на встречновключенных стабилитронах. Защита линии от радиопомех, излучаемых модемом, выполняется на обычных LC-фильтрах (1000пФ +3 витка на феррите). Для коммутируемой линии поддерживается функция импульсного набора номера, "отбоя" (постоянный ток менее 0,5 мА), и "удержания линии" (постоянный ток более 8 мА). Наиболее универсальна ситуация, когда набор номера выполняет реле, а постоянный ток протекает через трансформатор. В современных модемах используется схема Electronic Holding Call Circuit, которая имеет низкое сопротивление постоянному току, достаточное для удержания линии, но сохраняет высокий импеданс для переменного тока полезного сигнала. При этом набор номера осуществляет либо реле, либо сам узел EHCC с оптронной развязкой управления. Наиболее консервативен узел фиксации телефонных звонков. Он состоит из высоковольтного конденсатора, резистора, стабилитрона и светодиода оптронной развязки. Важным требованием к интерфейсу с линией является симметричность входа и его гальваническая развязка. 1.3.2 Интерфейс "модем-компьютер". В основе последовательного порта передачи данных компьютера лежит микросхема INTEL 8250или ее современные аналоги - INTEL16450, 16550 , 16550A . Эта микросхема является универсальным асинхронным приемопередатчиком ( UART - Universal Asynchronous Receiver Transmitter), обеспечивают скорость приема/передачи данных до 115200 бод (для современной микросхемы INTEL16550A). Микросхема содержит несколько внутренних регистров, доступных через команды ввода/вывода. Микросхема 8250 содержит регистры передатчика и приемника данных. При передаче байта он записывается в буферный регистр передатчика, откуда затем переписывается в сдвиговый регистр передатчика. Байт "выдвигается" из сдвигового регистра по битам. Программа имеет доступ только к буферным регистрам, копирование информации в сдвиговые регистры и процесс сдвига выполняется микросхемой UART автоматически. К внешним устройствам асинхронный последовательный порт подключается через специальный разъем. Существует два стандарта на разъемы интерфейса RS-232C, это DB-25 (5 выводов) и DB-9 ( 9 выводов) (- см таб.3 приложения). Интерфейс RS-232C определяет обмен между устройствами двух типов:
В большинстве случаев, но не всегда, компьютер является терминальным устройством. Модемы, принтеры, графопостроители всегда являются устройствами связи. 1.3.2.1 Сигналы интерфейса S-232C. Входы TD и RD используются устройствами DTE и DCE по-разному. Устройство DTE использует вход TD для передачи данных, а вход RD для приема. И наоборот, устройство DCE использует вход TD для приема, а вход RD для передачи данных. Поэтому для соединения терминального устройства и устройства связи выводы их разъемов необходимо соединить напрямую. Подтверждение связи. Рассмотрим процесс подтверждения связи между компьютером и модемом. В начале сеанса связи компьютер должен удостоверится, что модем может произвести вызов (находится в рабочем состоянии). Затем, после вызова абонента, модем должен сообщить компьютеру, что он произвел соединение с удаленной системой. Подробнее это происходит следующим образом. Компьютер подает сигнал по линии DTR, чтобы показать модему, что он готов к проведению сеанса связи. В ответ модем подает сигнал по линии DSR. Когда модем произвел соединение с другим, удаленным модемом, он подает сигнал по линии DCD, чтобы сообщить об этом компьютеру. Если напряжение на линии DTR падает, это сообщает модему, что компьютер не может далее продолжать сеанс связи, например из-за того, что выключено питание компьютера. В этом случае модем прервет связь. Если напряжение на линии DCD падает, это сообщает компьютеру, что модем потерял связь и не может больше продолжать соединение. В этом случае эти сигналы дают ответ на наличие связи между модемом и компьютером. Существует более высокий уровень, который используется для управления скоростью обмена данными, но он также реализуется аппаратно. Практически управление скоростью обмена данными (управление потоком) необходимо, если производится передача больших объемов данных с высокой скоростью. Когда одна система пытается передать данные с большей скоростью, чем они могут быть обработаны принимающей системой, результатом может стать потеря части передаваемых данных. Чтобы предотвратить передачу большего числа данных, чем то, что может быть обработано, используют управление связью, называемое "управление потоком". Стандарт RS-232C определяет возможность управления потоком только для полудуплексного соединения, при котором в каждый момент времени данные могут передаваться только в одну сторону. Фактически этот механизм используется и для дуплексных соединений, когда данные передаются по линии связи одновременно в двух направлениях. Управление потоком. В полудуплексных соединениях устройство DTE подает сигнал RTS, когда оно желает передать данные. DCE отвечает сигналом по линии CTS, когда оно готово, и DTE начинает передачу данных. До тех пор, пока оба сигнала RTS и CTS не примут активное состояние, только DCE может передавать данные. При дуплексных соединениях сигналы RTS/CTS имеют значения противоположные тем, которые они имели для полудуплексных соединений. Когда DTE может принять данные, он подает сигнал по линии RTS. Если при этом DCE готово для принятия данных, оно возвращает сигнал CTS. Если напряжение на линиях RTS и CTS падает, то это сообщает передающей системе, что получающая система не готова для приема данных. Однако на практике не все так просто. Соединить компьютер и модем не составляет труда, т. к. интерфейс RS-232C как раз для этого и предназначен. Но если вы захотите связать вместе два компьютера при помощи такого же кабеля, который вы использовали для связи модема и компьютера, то у вас возникнут проблемы. Для соединения двух терминальных устройств - двух компьютеров - как минимум необходимо перекрестное соединение линий TR и RD. Однако часто этого недостаточно, т. к. для устройств DTE и DCE функции, выполняемые линиями DSR, DTR, DCD, CTS, RTS асимметричны. Устройство DTE подает сигнал DTR и ожидает получения сигналов DSR и DCD. В свою очередь, устройство DCE подает сигналы DSR, DCD и ожидает получения сигнала DTR. Таким образом, если соединить вместе два устройства DTE кабелем, который вы использовали для соединения устройств DTE и DCE, то они не смогут договориться друг с другом. Теперь перейдем к сигналам RTS и CTS, управления потоком данных. Иногда для соединения двух устройств DTE эти линии соединяют вместе на каждом конце кабеля. В результате получаем то, что другое устройство всегда готово для получения данных. Поэтому, если при большой скорости передачи принимающее устройство не успевает принимать и обрабатывать данные, возможна потеря данных. Чтобы решить все эти проблемы для соединения двух устройств типа DTE используется специальный кабель, в обиходе называемый null-modem. 1.3.2.2. Технические параметры интерфейса RS-232C. При передаче данных на большие расстояния без использования специальной аппаратуры из-за помех, наводимых электромагнитными полями, возможно возникновение ошибок. Вследствие этого накладываются ограничения на длину соединительного кабеля между устройствами DTR-DTR и DTR-DCE. Официальное ограничение по длине для соединительного кабеля по стандарту RS-232C составляет 15,24 метра. Однако на практике это расстояние может быть значительно больше. Оно непосредственно зависит от скорости передачи данных. Таблица 1.2: Зависимость скорости передачи данных от длины соединительного кабеля
Уровни напряжения на линиях разъема составляют для логического нуля -15. . -3 В, для логической единицы +3. . +15 В. Промежуток от -3 до +3 В соответствует неопределенному значению. 1.3.2.3 Программирование адаптера Порты асинхронного адаптера. На этапе инициализации системы, модуль POST BIOS тестирует имеющиеся асинхронные порты RS-232C и инициализирует их. В зависимости от версии BIOS инициализируются первые два или четыре порта. Их базовые адреса располагаются в области данных BIOS начиная с адреса 0000:0400h. Первый адаптер COM1 имеет базовый адрес 3F8h и занимает диапазон адресов от 3F8h до 3FFh. Второй адаптер COM2 имеет базовый адрес 2F8h и занимает адреса 2F8h. . 2FFh. Асинхронные адаптеры могут вырабатывать прерывания: COM1,COM3 - IRQ4 COM2,COM4 - IRQ3 Для управления портами используются 7 основных регистров: 1) Регистр данных расположен непосредственно по базовому адресу порта RS-232C и используется для обмена данными и для задания скорости обмена. Для передачи данных в этот регистр необходимо записать передаваемый байт данных. После приема данных от внешнего устройства принятый байт можно прочитать из этого же регистра. В зависимости от состояния старшего бита управляющего регистра (расположенного по адресу base_adr+3, где base_adr соответствует базовому адресу порта RS-232C) назначение этого регистра может изменяться. Если старший бит равен нулю, регистр используется для записи передаваемых данных. Если же старший бит равен единице, регистр используется для ввода значения младшего байта делителя частоты тактового генератора. Изменяя содержимое делителя, можно изменять скорость передачи данных. Старший байт делителя записывается в регистр управления прерываниями по адресу base_adr+1. Максимальная скорость обмена информацией, которую можно достичь при использовании асинхронного адаптера, достигает 115200 бод, что соответствует 14,4 Кбайт в секунду. 2) Регистр управления прерываниями используется либо для управления прерываниями от асинхронного адаптера, либо (после вывода в управляющий регистр байта с установленным в 1 старшим битом) для вывода значения старшего байта делителя частоты тактового генератора. 3) Регистр идентификации прерывания. Считывая его содержимое, программа может определить причину прерывания. 4) Управляющий регистр доступен по записи и чтению. Этот регистр управляет различными г характеристиками UART: скоростью передачи данных, контролем четности, передачей сигнала BREAK, длиной передаваемых слов (символов). 5) Регистр управления модемом управляет состоянием выходных линий DTR, RTS и линий, специфических для модемов - OUT1 и OUT2, а также запуском диагностики при соединенных вместе входе и выходе асинхронного адаптера. 6) Регистр состояния линии определяет причину ошибок, которые могут возникнуть при передаче данных между компьютером и микросхемой UART. 7) Регистр состояния модема определяет состояние управляющих сигналов, передаваемых модемом асинхронному порту компьютера. 1.3.2.4 Инициализация асинхронного адаптера Первое, что должна сделать программа, работающая с асинхронным адаптером - установить формат и скорость передачи данных. После загрузки операционной системы для асинхронных адаптеров устанавливается скорость 2400 бод, не выполняется проверка на четность, используются один стоповый и восьмибитовая длина передаваемого символа. Можно изменить этот режим командой MS-DOS MODE. Выполнив ввод из управляющего регистра, программа может получить текущий режим адаптера. Для установки нового режима измените нужные вам поля и запишите новый байт режима обратно в управляющий регистр. Если вам надо задать новое значение скорости обмена данными, перед записью байта режима установите старший бит этого байта в 1, при этом регистр данных и управляющий регистр используются для задания скорости обмена. Затем последовательно двумя командами ввода загрузите делитель частоты тактового генератора. Младший байт запишите в регистр данных, а старший – в регистр управления прерываниями. Перед началом работы необходимо также проинициализировать регистр управления прерываниями, даже если в вашей программе не используются прерывания от асинхронного адаптера. Для этого сначала надо перевести регистр данных и регистр управления прерываниями в обычный режим, записав ноль в старший бит управляющего регистра. Затем можно устанавливать регистр управления прерываниями. Если прерывания вам не нужны, запишите в этот порт нулевое значение. 1.4 Программирование модемов После выпуска американской фирмой Hayes модемов серии Smartmodem, система команд, использованная в ней, стала неким стандартом, которого придерживаются остальные фирмы - разработчики модемов. Система команд, применяемая в этих модемах, носит название hayes-команд, или AT-команд (см. таб.1 приложения). При этом некоторые производители, например Motorola, дополняют hayes-команды рядом своих, подходящих лишь для модемов собственного производства. Со времени выпуска первых AT-совместимых модемов набор их команд несколько расширился, но все основные команды остались без изменения. Все команды, передаваемые компьютером модему, надо начинать префиксом AT (ATtention - внимание) и заканчивать символом возврата каретки ( <CR> ). Только команда А/ и Escape-последовательность "+++" не требуют для себя префикса AT. После префикса AT могут идти одна или сразу несколько команд. Для ясности эти команды могут быть отделены друг от друга символами пробела, тире, скобками. В большинстве случаев команды могут быть написаны как заглавными, так и строчными буквами. При передаче модему команд они сначала заносятся во внутренний буфер, который, как правило, имеет размер 40 символов. Команды, записанные в буфер модема, исполняются после поступления символа возврата каретки. Вследствие ограниченности размера буфера не следует передавать модему слишком длинные команды (больше размера буфера). Длинные команды можно разбивать на части и передавать в несколько заходов. При этом каждая часть должна начинаться префиксом АТ и заканчиваться символом возврата каретки. Если при наборе команды допущена ошибка, то ее можно исправить, используя клавишу BackSpace. После выполнения каждой команды модем посылает обратно компьютеру ответ в виде числа или слова. Этот ответ означает, выполнена ли команда или произошла ошибка. 1.4.1 Основные принципы программирования модемов Доступ к модему производится через последовательный асинхронный порт. При этом для передачи модему команд их необходимо просто записать в регистр данных COM-порта, на котором находится модем. Ответ от модема также поступает через последовательный порт. Передавая модему команды, его можно проинициализировать, перевести в режим автоответа или заставить набрать номер. Когда модем наберет номер удаленного абонента или когда модему в режиме автоответа придет вызов, он попытается установить связь с удаленным модемом. После установления связи модем передает компьютеру через COM-порт специальное сообщение и переключится из командного режима в режим передачи данных. После этого данные, передаваемые модему, перестают восприниматься им как команды и сразу передаются по телефонной линии на удаленный модем. Итак, после установления связи с удаленным модемом, коммуникационная программа может начинать обмен данными. Обмен данными так же, как и передача команд, осуществляется через COM-порт. Затем при помощи специальной Escape-последовательности можно переключить модем из режима передачи данных обратно в командный режим и положить трубку, разорвав связь с удаленным модемом. 1.4.2 Последовательность действий для установления связи а) Инициализация COM-порта . Проводим инициализацию COM-порта, к которому подключен модем. Для этого программируем регистры микросхемы UART, задавая формат данных и скорость обмена. Заметим, что модем будет проводить соединение с удаленным модемом как раз на этой скорости. Чем скорость выше, тем быстрее будет происходить обмен данными с удаленным модемом. Однако при увеличении скорости на плохих телефонных линиях сильно возрастает количество ошибок. б) Инициализация модема . Передавая модему AT-команды через СОМ-порт, производим его инициализацию. При помощи АТ-команд можно установить различные режимы работы модема - выбрать протокол обмена, установить набор диагностических сообщений модема и т. д. в) Соединение с удаленным модемом. Передаем модему команду набора номера (ATD). В этом случае модем набирает номер и пытается установить связь с удаленным модемом. Или передаем модему команду AT S0=1 для перевода его в режим автоответа. После этого модем ожидает звонка от удаленного модема, а когда он приходит, пытается установить с ним связь. г) Ожидание ответа от модема. В зависимости от режима, в котором находится модем, он может передавать компьютеру различные сообщения. Например, если модем производит вызов удаленного модема (АТ-команда ATD), то модем может выдать следующие сообщения: CONNECT - Успешное соединение BUSY - Номер занят NO DIALTONE - На линии отсутствует сигнал коммутатора NO ANSWER - Абонент не отвечает NO CARRIER - Неудачная попытка установить связь Когда приходит звонок, модем передает компьютеру сообщение RING, если регистр модема S0 равен нулю. В этом случае для ответа на звонок надо послать модему команду АТА. Если модем находится в режиме автоответа и регистр модема S0 не равен нулю, то модем автоматически пытается ответить на звонок и может выдать следующие сообщения: CONNECT, NO DIALTONE, NO CARRIER Если модем передал компьютеру сообщение CONNECT, значит он успешно произвел соединение и теперь работает в режиме передачи данных. Теперь все данные, передаваемые модему через СОМ-порт, будут преобразованы модемом в форму, пригодную для передачи по телефонным линиям, и переданы удаленному модему. И наоборот, данные, принятые модемом по телефонной линии, переводятся в цифровую форму и могут быть прочитаны через СОМ-порт, к которому подключен модем. Если модем передал компьютеру сообщения BUSY, NO DIALTONE, NO ANSWER, NO CARRIER - значит произвести соединение с удаленным модемом не удалось и надо попытаться повторить соединение. д) Подключение модема в командный режим. После окончания работы коммуникационная программа должна перевести модем в командный режим и передать ему команду положить трубку (ATH0). Для перевода модема в командный режим можно воспользоваться Escape-последовательностью "+++". После того как модем перешел в командный режим, можно опять передавать ему АТ-команды. е) Сброс сигналов на линиях DTR и RTS. Низкий уровень сигналов DTR и RTS сообщает модему, что компьютер не готов к приему данных через COM-порт. При работе с асинхронным последовательным адаптером вы можете использовать механизм прерываний. Так как передача и прием данных модемом представляют собой длительный процесс, то применение прерываний от порта позволяет использовать процессорное время для других нужд. Раздел 2: Основные понятия. Модем - это преобразователь сигналов, который является промежуточным звеном между компьютером и соединительной линией. Название модема происходит от двух слов: "Модулятор" и "Демодулятор". Как модулятор модем преобразует цифровые сигналы импульсов постоянного тока, используемые в компьютерных системах, в аналоговые сигналы, содержащие ту же информацию. Этот процесс и называется модуляцией . Модуляция и модемы необходимы потому, что сигналы телефонного канала связи не всегда представимы в цифровой форме. Процесс модуляции формирует аналоговые сигналы, в которых закодирована цифровая информация, порожденная компьютером, но которые можно передать через телефонные каналы. Демодуляция представляет собой обратный процесс. Если посмотреть на образуемый сигнал с другой стороны - модем, как модулятор, получает аналоговые сигналы и преобразует их в начальную цифровую форму, содержащую переданную информацию. Естественно, что для нормальной деятельности, работающие в паре модемы должны осуществлять операции модуляции/демодуляции одинаковым образом, иначе информация, передаваемая между ними, будет необратимо искажена. Несущая частота. По своей сути процесс модуляции представляет собой наложение одного сигнала на другой. Модем, как модулятор, начинает функционировать, генерируя постоянный сигнал, называемый несущей частотой , потому что с его помощью осуществляется передача информации. В большинстве систем несущая частота - это устойчивый сигнал постоянной амплитуды, фазы и частоты. Информационный сигнал. Сигнал, который электрически смешивается с несущей частотой, моделируя ее по некоторому закону, называется информационным . Изменение информационного сигнала приводит к изменению несущего и выходного сигнала. Изменение информационного сигнала порождает соответствующее изменение несущей частоты, но не обязательно в том же аспекте. Например, при частотной модуляции с увеличением информационного сигнала изменяется частота несущего сигнала. Модуляция представляет несколько преимуществ, которые перевешивают недостатки сложности наложения двух сигналов. Так как электронные цепи могут быть настроены на обработку одной несущей частоты и отражение всех других, мультиплицированные модулированные сигналы могут посылаться через один канал связи. Этот принцип заложен во всех радиовещательных станциях и в средствах радиосвязи. Помимо того, модуляция позволяет цифровой информации в форме постоянного тока быть переданной такими средствами, как телефонные системы, которые не могут обрабатывать сигналы постоянного тока. В демодуляторах несущая частота отделяется, а закодированная информация представляется в своей первоначальной форме. И хотя логически этот процесс напоминает модуляцию, демодуляция обычно реализуется на базе совершенно других цепей и принципов, что вносит дополнительные сложности. Последовательная передача данных означает, что данные передаются по единственной линии. При этом биты байта данных передаются по очереди с использованием одного провода. Для синхронизации группе битов данных обычно предшествует специальный стартовый бит, после группы битов следуют бит проверки на четность и один или два стоповых бита. Иногда бит проверки на четность может отсутствовать. Форматы передачи данных определяют использование бита четности, стартовых и стоповых битов. Очевидно, что передатчик и приемник должны использовать один и тот же формат данных, иначе обмен не возможен. Верхние и нижние границы. В наипростейших модулирующих системах выходной частоте требуется двойная полоса модулируемого сигнала. Хотя это в два раза увеличивает искажение, его прямым результатом является комбинирование выходного сигнала. Несущая частота и информационный сигнал накладываются друг на друга в результате процесса модуляции согласно частоте модуляции, и оба прибавляются к несущей частоте с частотой модуляции и вычитаются из нее. В результате сложения получают величину часто называемую верхней границей , а в результате вычитания - нижнюю границу . Так как эти верхние и нижние сигналы целиком излишни (они содержат одну и ту же информацию), один из них может быть удален без потери информации, что позволяет уменьшить полосу пропускания до диапазона информационного сигнала (этот принцип обычно используется в радиовещании для передачи большего объема информации в ограниченном радиодиапазоне). Но даже при работе по такому принципу фундаментальным остается требование, что любому модулируемому сигналу требуется определенная полоса частот для передачи информации. Ограничения диапазона частот определяют полосу пропускания, требуемую для модулируемого сигнала. Скорость передачи данных должна быть одинаковой для передатчика и приемника. Скорость передачи данных обычно измеряется в бодах (по фамилии французского изобретателя телеграфного аппарата Emile Baudot - Э. Бодо) или в количестве передаваемых битов в секунду. При этом учитываются и старт/стопные биты, а также бит четности. Величины "бод" и "бит/с" не всегда совпадают. Все каналы связи и проходящие по ним сигналы характеризуются полосой пропускания. Эта характеристика определяет диапазон частот, который канал может передать или который может присутствовать в сигнале. Аналоговые каналы тональной частоты характеризуются тем, что спектр передаваемого по ним сигнала ограничен диапазоном 300-3400 Гц (в "Библии по техническому обеспечению" Уинна Роша этот спектр ограничивается диапазоном 300-3000 Гц, а журнал "Компьютерное обозрение" называет диапазон 300-3500 Гц). Скорость передачи информации не может превышать ширины этого спектра, т.е. 3100 бод. Электрический сигнал, распространяемый по каналу, характеризуется тремя параметрами: амплитудой, частотой и фазой . Изменение одного или совокупности этих параметров составляет физическую сущность процесса модуляции . Каждому информационному элементу соответствует фиксированный отрезок времени, на котором электрический сигнал имеет определенные значения своих параметров, характеризующих значение этого информационного элемента. Этот отрезок времени называется бодовым интервалом . Если кодируемый элемент соответствует одному биту информации (может принимать значения 0 и 1), то модуляционная скорость (линейная или бодовая) равна информационной, т.е. 1 бод = 1 бит/с. Но кодируемый элемент может соответствовать, например, двум битам информации. В этом случае информационная скорость может принимать совокупность значений 00, 01, 10 и 11. В общем же случае, когда на бодовом интервале кодируются n бит, информационная скорость будет превышать бодовую в n раз. Количество возможных состояний сигнала (в трехмерном - амплитуда, частота и фаза) в общем случае 2n. Это означает, что демодулятор модема, получив на бодовом интервале некий сигнал, должен сравнить его с 2nэталонными сигналами и безошибочно выбрать один из них для декодирования искомых n бит. Таким образом, с увеличением емкости кодирования и ростом информационной скорости относительно бодовой, расстояние в сигнальном пространстве между двумя соседними точками сокращается в степенной прогрессии. А это, в свою очередь, накладывает более жесткие требования к "чистоте" канала передачи. Теоретически возможная скорость в реальном канале определяется формулой Шенона: V=F log 2 (1+S/N) , где F- ширина полосы пропускания канала, S/N- отношение сигнал/шум. Чтобы определить количество знаков, передаваемых в секунду, нужно скорость, выраженную в бит/c, разделить на 10, т.к. каждый передаваемый байт содержит кроме 8 битов информации еще и по одному стартовому и стоповому биту. "Characters per second", сокращенно "cps" - это единица измерения скорости передачи данных в знаках в секунду, т.е. фактическая скорость передачи данных. Уплотнение данных воспринимают как меру ускорения передачи информации. При посылке данные обрабатываются программой модема и уплотняются. При этом объединяются повторяющиеся данные, т.е. программа сокращает, например, последовательность знаков ВВВВВВ до 6 хВ. Средне статистически это наполовину сокращает количество передаваемых данных. Уплотнение согласно протокола V.42bis (см. ниже) снижает количество передаваемых данных, в зависимости от их вида, примерно на 75%, а старый стандарт MNP-5 уплотняет данные максимально на 50%. Поле безопасности необходимо, потому что качество телефонных линий в значительной мере варьируется, особенно когда используются подключения на большие расстояния. Так как плохой канал не обеспечивает номинальной полосы частот от 300 до 3400 Гц, это плохо сказывается на работе модема, пытающегося воспользоваться всей полосой частот. Если его характеристики хуже стандарта, а информация передается и на граничных частотах полосы, существует большая вероятность возникновения ошибок. Дуплекс. Полезная полоса частот канала передачи данных через модем также ограничена из-за того, что большинство модемов работает в дуплексном режиме. Термин "дуплекс" - часто заменяемый излишне полным названием полный дуплекс (full duplex) - описывает возможность канала связи одновременно передавать два сигнала, обычно (но не всегда), имеющих противоположные направления. Используя эти два канала, полнодуплексный модем может передавать и принимать информацию в одно и то же время. Для этого используются две несущих частоты, позволяющих одновременно получать и передавать информацию. Две несущие делят пополам имеющуюся полосу пропускания. Полудуплекс. Альтернативой предыдущему режиму служит полудуплекс. В этом случае используется только один сигнал, а модем должен попеременно настраиваться на прием и передачу сигналов для организации двунаправленности разговора. Это позволяет расширить используемую полосу пропускания канала, но уменьшает скорость обмена информации, потому что модему часто приходится изменять режимы передачи и приема - после каждого блока информации, передаваемой через канал. Эхо. Термин " дуплекс " часто путают при описании " эхо " операции. В последнем режиме модем выдает символ в телефонную линию, а удаленный модем возвращает этот же символ первому, который затем отображается, подтверждая правильность передачи символа. Без этого режима центральный компьютер обычно заносит передаваемые символы прямо на экран своего монитора. Охранная полоса. В режиме дуплекса полоса не просто делится на две. Два канала разделяются охранной полосой. Эта полоса представляет собой неиспользуемые частоты, изолирующие каналы и предохраняющие их от перекрытия отдельных несущих частот. Полоса безопасности, по сути дела, также является охранной полосой между несущей полосой и ограничениями самой полосы пропускания. Учитывая необходимые охранные полосы в дуплексном режиме, реальная полоса частот ограничена для модема телефонного канала до 2400 Гц, оставляя только 1200 Гц для каждого из двух дуплексных каналов. Способы модуляции. Различными модемами используются различные способы модуляции сигналов. Все они базируются на характеристиках несущей волны, которая может быть изменена для кодировки информации. Используются три основные волновые характеристики: амплитудная, частотная и фазовая. Амплитудная модуляция. Амплитуда - это сила сигнала или громкость тона передаваемого через телефонный провод. Изменение этой характеристики при кодировке передаваемой информации, называется амплитудной модуляцией. Одним из способов, с помощью которого цифровая информация может быть закодирована при амплитудной модуляции, является соотношение двух значений амплитуд в соответствии с цифровой информацией. Так цифровую информацию можно кодировать установкой максимальной мощности сигнала и нулевой мощностью. Эту характеристику телефонного сигнала легче всего изменять. Однако оба перехода могут накрываться шумами, поэтому амплитудная модуляция не используется в модемах. Фазовая модуляция. Для кодирования информации в несущей частоте можно использовать и ее фазу. Не модулируемая частота содержит ряд идентичных волн, которые следуют друг за другом с одним шагом. Если же, например, одну волну задержать на ее длину, она придется точно на вершину следующей. Задержка одних волн без изменения их амплитуд или частот порождает изменение, называемое фазовым сдвигом. Установка волны сдвигает во времени ее по отношению к предшествующей. Таким образом, информация может быть закодирована путем сдвига фазы. Единица кодируется одним ее положением, а нуль - другим. Хотя этот способ модуляции используется в модемах связи более часто, он применяется в комбинации с другими технологиями. Частотная модуляция. Цифровой сигнал можно также закодировать при помощи изменения частоты, например, большое значение можно закодировать высокой частотой, а малую амплитуду более низкой частотой. Такая технология называется частотной модуляцией и обычно используется в радиовещании. В большинстве случаев при частотной модуляции разные значения частот соответствуют цифровым нулю и единице. Говоря другими словами, одна частота обозначает цифровую единицу, а другая - цифровой нуль. Такой вид модуляции называется частотной кодировкой. Слово кодировка пришло к нам от телеграфных времен, когда этот вид модуляции использовался для передачи кода Морзе, и сдвиг частоты соответствовал соответствующему телеграфному ключу. Этот принцип модуляции использовался в наиболее популярных модемах, реализующих передачу информации со скоростью 300 бит в секунду по стандарту Bell 103. Коррекция ошибок. Быстродействующие модемы очень чувствительны к шумам в линии (особенно сильно это явление проявляется начиная со скорости 9600 бит/с). Поэтому одним из обязательных требований к современным модемам является возможность исправлять практически любые случайные ошибки при приеме и передаче файлов. Используемые в настоящее время и ранее протоколы коррекции ошибок применяются обычно вместе со способом сжатия данных. Параллельно с коррекцией ошибок используется Fallback-метод (метод нейтрализации ошибки), встроенный в некоторые протоколы (V.42, MNP-4). Как только количество ошибок превышает предельно допустимое значение, модемы совместно переходят на меньшую скорость передачи. Раздел 3: Управление передачей и приемом файлов. Протоколы обмена данными. Для того, чтобы модемы могли обмениваться друг с другом информацией, они должны использовать одинаковые способы передачи данных по телефонным линиям. Для этого был введен ряд стандартов, оговаривающих условия соединения и передачи данных между двумя модемами- протоколов передачи данных. 3.1 Протоколы MNP -протоколы коррекции ошибок нижнего уровня. При передаче данных по зашумленным телефонным линиям, как уже говорилось выше, всегда существует вероятность, что данные, передаваемые одним модемом, будут приняты другим модемом в искаженном виде - некоторые передаваемые байты могут изменить свое значение или даже просто исчезнуть. Для того, чтобы пользователь имел гарантии, что его данные переданы без ошибок, используются протоколы коррекции ошибок. Общая форма передачи данных по протоколам с коррекцией ошибок следующая: данные передаются отдельными блоками (пакетами) по 16-20000 байт, в зависимости от качества связи. Каждый блок снабжается заголовком, в котором указана проверочная информация, например контрольная сумма блока. Принимающий компьютер самостоятельно подсчитывает контрольную сумму каждого блока и сравнивает ее с контрольной суммой из заголовка блока. Если эти две контрольный суммы совпали, принимающая программа считает, что блок передан без ошибок. В противном случае принимающий компьютер передает передающему запрос на повторную передачу этого блока. Протоколы коррекции ошибок могут быть реализованы как на аппаратном уровне, так и на программном. Аппаратный уровень реализации более эффективен. Быстродействие аппаратной реализации протокола MNP примерно на 30% выше, чем программной. 3.1.1 Перечень протоколов MNP MNP (Microcom Network Protocols) - серия наиболее распространенных аппаратных протоколов, впервые реализованная на модемах фирмы Microcom. Эти протоколы обеспечивают автоматическую коррекцию ошибок и компрессию передаваемых данных. Сейчас следующие протоколы: MNP1 . Протокол коррекции ошибок, использующий асинхронный полудуплексный метод передачи данных. Это самый простой из протоколов MNP. MNP2 . Протокол коррекции ошибок, использующий асинхронный дуплексный метод передачи данных. MNP3 . Протокол коррекции ошибок, использующий синхронный дуплексный метод передачи данных между модемами (интерфейс модем - компьютер остается асинхронным). Так как при асинхронной передаче используется десять бит на байт - восемь бит данных, стартовый бит и стоповый бит, а при синхронной только восемь, то в этом кроется возможность ускорить обмен данными на 20%. MNP4 . Протокол, использующий синхронный метод передачи, обеспечивает оптимизацию фазы данных, которая несколько улучшает неэффективность протоколы MNP2 и MNP3. Кроме того, при изменении числа ошибок на линии соответственно меняется и размер блоков передаваемых данных. При увеличении числа ошибок размер блоков уменьшается, увеличивая вероятность успешного прохождения отдельных блоков. Эффективность этого метода составляет около 20% по сравнению с простой передачей данных. MNP5 . Дополнительно к методам MNP4, MNP5 часто использует простой метод сжатия передаваемой информации. Символы часто встречающиеся в передаваемом блоке кодируются цепочками битов меньшей длины, чем редко встречающиеся символы. Дополнительно кодируются длинные цепочки одинаковых символов. Обычно при этом текстовые файлы сжимаются до 35% своей исходной длины. Вместе с 20% MNP4 это дает повышение эффективности до 50%. Заметим, что если вы передаете уже сжатые файлы, а в большинстве это так и есть, дополнительного увеличения эффективности за счет сжатия данных модемом этого не происходит. MNP6 . Дополнительно к методам протокола MNP5 автоматически переключается между дуплексным и полудуплексным методами передачи в зависимости от типа информации. Протокол MNP6 также обеспечивает совместимость с протоколом V. 29. MNP7 . По сравнению с ранними протоколами использует более эффективный метод сжатия данных. MNP9 . Использует протокол V. 32 и соответствующий метод работы, обеспечивающий совместимость с низкоскоростными модемами. MNP10 . Предназначен для обеспечения связи на сильно зашумленных линиях, таких, как линии сотовой связи, междугородними линиями, сельские линии. Это достигается при помощи следующих методов: - многократного повторения попытки установить связь - изменения размера пакетов в соответствии с изменением уровня помех на линии - динамического изменения скорости передачи в соответствии с уровнем помех линии Все протоколы MNP совместимы между собой снизу вверх. При установлении связи происходит установка наивысшего возможного уровня MNP-протокола. Если же один из связывающихся модемов не поддерживает протокол MNP, то MNP-модем работает без MNP-протокола. 3.1.2 Режимы MNP-модемов. MNP- модем обеспечивает следующие режимы передачи данных: - Стандартный режим . Обеспечивает буферизацию данных, что позволяет работать с различными скоростями передачи данных между компьютером и модемом и между двумя модемами. В результате для повышения эффективности передачи данных вы можете установить скорость обмена компьютер-модем выше, чем модем-модем. В стандартном режиме работы модем не выполняет аппаратной коррекции ошибок. - Режим прямой передачи . Данный режим соответствует обычному модему, не поддерживающему MNP-протокол. Буферизация данных не производится и аппаратная коррекция ошибок не выполняется. - Режим с коррекцией ошибок и буферизацией . Это стандартный режим работы при связи двух MNP-модемов. Если удаленный модем не поддерживает протокол MNP, связь не устанавливается. - Режим с коррекцией ошибок и автоматической настройкой . Режим используется, когда заранее не известно, поддерживает ли удаленный модем протокол MNP. В начале сеанса связи после определения режима удаленного модема устанавливается один из трех других режимов. 3.2 Протоколы передачи файлов В отличие от протоколов нижнего уровня данные протоколы позволяют организовать прием и передачу файлов. ASCII (American standard code for information interchange). Этот протокол работает без коррекции ошибок. В результате при передаче файлов по телефонным каналам из-за шума принятый файл сильно отличается от передаваемого. Если вы передаете выполняемый файл, то ошибки при передаче могут стать роковыми - полученная программа не будет работать. Если вы передаете короткие текстовые сообщения, то ошибки легко могут быть исправлены. Xmodem. Наиболее распространены три разновидности протокола Xmodem: - оригинальный протокол Xmodem - Xmodem c CRC - 1K Xmodem Оригинальный протокол Xmodem разработал Вард Кристенсен (Ward Christensen) в 1977 году. Вард Кристенсен был одним из первых специалистов по протоколам обмена данными. В честь него этот протокол иногда называют также протоколом Кристенсена. При передаче файлов с помощью протоколов Xmodem формат данных должен быть следующим: 8-битовые данные, один стоповый бит и отсутствие проверки на четность. Для передачи используется полудуплексный метод, т. е. данные могут передаваться в каждый момент времени только в одном направлении. Xmodem Cheksum передает данные пакетами по 128 байт. Вместе с пакетом передается его контрольная сумма. При получении пакета контрольная сумма вычисляется снова и сравнивается с суммой, вычисленной на передающей машине. Пакет передан без ошибок, если суммы совпадают. Этот метод обеспечивает достаточно хорошую защиту от ошибок. Только один из 256 пакетов может содержать ошибки, даже если контрольная сумма правильная. Xmodem c CRC . Более защищенным от ошибок является протокол Xmodem CRC (Cyclic Redundancy Check). Xmodem CRC - протокол с проверкой циклическим избыточным кодом. В нем 8-битовая контрольная сумма заменена на 16-битовый циклический избыточный код. Этот протокол гарантирует вероятность обнаружения ошибок, равную 99,9984%. Только один из 700 биллионов плохих пакетов будет иметь правильный CRC-код. Протокол Xmodem CRC также передает данные пакетами по 128 байт. 1K Xmodem . Если передача идет без ошибок, протокол 1К Xmodem увеличивает размер пакета с 128 до 1024 байт. При увеличении числа ошибок размер пакета снова уменьшается. Такое изменение длины пакета позволяет увеличить скорость передачи файлов. В остальном протокол 1K Xmodem совпадает с протоколом Xmodem CRC. Протокол Ymodemразработал Чак Форсберг в 1984-1985 годах. Протокол Ymodem похож на протокол 1K Xmodem, но имеет одно отличие: протокол Ymodem может передавать или принимать за один заход несколько файлов. Существует модификация протокола Ymodem - Ymodem G. Протокол Ymodem G предназначен для использования с модемами, автоматически осуществляющими коррекцию ошибок на аппаратном уровне. Например, MNP-модемы с аппаратной реализацией MNP. В этом протоколе упрощена защита от ошибок, т. к. ее выполняет сам модем. Не используете этот протокол, если ваш модем не осуществляет аппаратную коррекцию ошибок - данные посылаются сплошным потоком безо всяких стоповых битов си контрольных сумм. Поэтому протокол очень быстрый, но применять его можно только на линиях, абсолютно защищенных от помех. Другой особенностью протокола Ymodem является то, что вместе с файлом передаются все его атрибуты. В результате как минимум имя файла и дата остаются неизменными. Zmodem - это быстрый протокол передачи данных, использующий окна. Zmodem осуществляет передачу данных пакетами по несколько штук в окне. При этом принимающий данные компьютер не передает сигнал подтверждения или сигнал переспроса неправильного пакета, пока не получит все пакеты в окне. Протокол Zmodem, так же как и протокол 1K Xmodem, может изменять длину пакета (блока) от 64 до 1024 байт в зависимости от качества линии. Кроме того, протокол обладает следующей полезной особенностью: если при передаче файла произошел сбой на линии и вы не успели передать весь файл, то в следующий раз при передаче этого же файла он автоматически начнет передавать с того же места, где произошел обрыв связи. Таким образом, очень большие файлы могут передаваться по частям. Из всех протоколов верхнего уровня, описанных выше, этот протокол самый быстрый и удобный. Jmodem использует сжатие данных, а так же изменение длины блока в зависимости от уровня помех - если ошибок много - данные передаются меньшими порциями, и наоборот - при отсутствии ошибок размер одного блока может занимать до 8 Кбайт. BiModem. Особенностью протокола Bimodem является возможность одновременной передачи двух файлов в разных направлениях. Протокол очень быстрый, позволяет продолжать передачу после обрыва. Кроме того, одновременно с передачей файлов возможна передача сообщений на удаленный компьютер. Недостатком протокола является плохая работа на зашумленных линиях. Kermit. Широко известны две разновидности протокола Kermit - стандартный и Super Kermit. Этот протокол был разработан в Колумбийском университете в 1981 году для связи между различными типами компьютеров, включая большие компьютеры, мини-компьютеры и персональные компьютеры. В отличие от протоколов Xmodem и Zmodem он использует для передачи данных пакеты переменной длины и максимальным размером 94 байт. Так же как и Ymodem, протокол Kermit может передавать или принимать несколько файлов за один сеанс, одновременно сжимая данные. Коррекция ошибок отличается большей надежностью, чем у Xmodem. Протокол Super Kermit предназначен специально для использования в сетях типа TeleNet или TymNet. Эти сети имеют очень большие задержки при передаче данных. Так что если ждать подтверждения для каждого пакета, это может привести к резкому снижению скорости обмена. В протоколе Super Kermit эта проблема решается следующим способом. Несколько пакетов передается за один раз. Все действия по контролю над ошибками остаются, за исключением того, что принимающий данные компьютер не передает сигнал подтверждения или сигнал на переспрос неправильного пакета, пока не получит все пакеты в окне. В результате использования такого механизма происходит резкое сокращение времени задержки. Окно может содержать от одного до 31 пакета. В дополнение Kermit использует также предварительную компрессию данных для увеличения эффективной скорости обмена данными. Однако из-за малого размера блоков и большого количества служебной информации эффективность этого протокола крайне низка. HS/Link - сочетает в себе все достоинства Zmodem, но является бинаправленным, т.е. позволяет обеим сторонам обмениваться файлами - посылать их в обе стороны - одновременно. Hyper Protocol - один из самых быстрых протоколов. Протокол является потоковым, но помимо того он еще и сжимает посылаемые данные. В Hyper Protocol модем-приемник высылает подтверждение не после каждого файла, а в конце каждого сеанса передачи. Протокол широко применяется на высокоскоростных модемах и на выделенных линиях. 3.3 Протоколы передачи данных стандарта CCITT (ITU) Для разработки стандартов передачи данных был создан специальный Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии (CCITT) (- в 1990 комиссия переименована в ITU- International Telecommunication Union- Международный Телекоммуникационный Союз) и приняты следующие рекомендации: V.21 - 300 bps . Модем, регламентированный данной рекомендацией, предназначен для передачи данных по выделенным и коммутируемым линиям. Он работает в асинхронном дуплексном режиме. Для передачи и приема данных используется способ частотной модуляции. V.22 - 1200 bps . Модем, работающий в соответствии с данной рекомендацией, использует асинхронно-синхронный дуплексный режим передачи. Асинхронно-синхронный режим означает, что компьютер передает модему данные в асинхронном режиме. Модем удаляет из потока данных компьютера стартовые и стоповые биты. И уже в синхронном виде передает их удаленному компьютеру. Для модуляции передаваемого сигнала применяется метод дифференциальной фазовой модуляции. V.22bis - 2400 bps . Дуплексный модем, со скоростью передачи данных 2400 bps. При передаче со скоростью 2400 bps используется метод квадратурной модуляции, а при скорости 1200- метод дифференциальной фазовой модуляции. На скорости 1200bps модем CCITT V. 22bis совместим с CCITT V. 22. Приставка "bis" в переводе с французского означает "второй" - т.е. указывает на вторую разновидность данного протокола. V.23 - 600/1200 bps. Асинхронный модем, использующий метод частотной модуляции. Модем может работать в дуплексном режиме со скоростью передачи данных по прямому каналу - 600/1200 bps, а по обратной - только 75 bps. Этот стандарт не совместим с CCITT V. 21, V. 22, V. 22bis. V.32bis - 14400, 12000, 9600, 7200, 4800 бит/с; V.32 - 9600, 4800 бит/с; V.34 - обеспечивает оптимальную производительность (28800 бит/сунда) при работе по любому имеющемуся телефонному каналу. При высоком качестве канала достижима скорость до 33.6 кбит/с (V.34+) (до 128 кбит/с с учетом компрессии). ). Искусственно ограничивая звуковой спектр только теми частотами, которые относятся к человеческой речи, сетевые инженеры обнаружили, что они могут сузить необходимую для каждого звонка полосу пропускания, увеличив за счет этого количество возможных одновременных звонков. И хотя это ограничение хорошо работает для голоса, оно накладывает ограничения на передачу данных. Модемы V.34 оптимизированы для ситуаций, в которых оба конца подключены к PSTN аналоговыми линиями. И хотя большая часть сети цифровая, модемы V.34 рассматривают ее, как если бы она была полностью аналоговой. Модемы V.34 невероятно устойчивы, но они не могут воспринять всю полосу пропускания, которая становится доступной в том случае, если один из концов соединения будет полностью цифровым. Стандарт V.34 был построен на предположении, что оба конца соединения несут ущерб от шума квантования, появляющегося вследствие использования аналого-цифровых преобразователей (analog-to-digital converters - ADC). Рис. 3.1: Соединение модемов V.42 и V.42bis - протокол с коррекцией ошибок и преобразованием асинхронный синхронный. Протокол использует метод компрессии, при котором определяется частота появления отдельных символьных строк и происходит их замена на последовательности символов меньшей длины. Этот метод компрессии носит название Lempel-Ziv. Данный метод компрессии обеспечивает 50% сжатие текстовых файлов. Вместе с 20% выигрышем от синхронного преобразования это увеличивает эффективность на 60%. V.90- технология передачи данных, разработанная Study Group 16 Международного Телекоммуникационного Союза - предлагает спецификацию для достижения скоростей в линии до 56 Кбит/с. V.90 за счет использования цифровых соединений с сервером, используемых большинством провайдеров Internet и онлайновых услуг для подключения к PSTN (телефонной линии) "на своем конце", преодолевает теоретические ограничения, накладываемые на стандартные аналоговые модемы (физическая сторона вопроса рассмотрена в Разделе 4). x2 компании 3Com/US Robotics позволяет передавать данные со скоростью 56 Кбит в секунду. K56flex - аналогичный стандарт, предложенный совместно фирмами Lucent и Rockwell. V.com -альтернативная двум предыдущим технология, позволяющая осуществлять совместное использование устройств US Robotics, Lucent и Rockwell. В феврале 1998 года ITU добился определения технологии доступа на 56 Кбит/с, предложив единое универсально совместимое решение - стандарт V.90. Решение V.90 корпорации 3Com остается совместимым с собственной схемой корпорации 3Com передачи для доступа на 56 Кбит/с - технологией x2. Таблица 3.1: Совместимость модемов X2, V.34, V.90, K56flex
Как показано в таблице, после того как все модемы x2 корпорации 3Com были модернизированы для поддержки V.90, они по-прежнему поддерживают технологию x2. Пользователи, которые не перешли на новый стандарт, имеют возможность для выполнения высокоскоростных загрузок подключаться к цифровым модемам, используя для этого технологию x2. Если они обратятся к цифровому модему, который первоначально был сконфигурирован как K56flex, то не модернизированные к новому стандарту клиентские модемы x2 смогут соединиться по протоколу V.34 даже в тех случаях, когда цифровые модемы были модернизированы к новому стандарту. Технические различия между технологией x2 и V.90 в основном заключены в двух областях "рукопожатия" ("handshake") или инициализационных последовательностей: Подробнее протоколы передачи данных стандарта ITU рассмотрены в разделе 4. Раздел 4 : Физика процесса модуляции. Эволюция скоростей. Чтобы передать, цифровую информацию по аналоговым каналам связи, ее сначала нужно закодировать. Для этого можно использовать амплитудную (AM), частотную (ЧМ) или фазовую (ФМ) модуляции. Вначале разработчики остановили свой выбор именно на фазовой модуляции, поскольку ее помехоустойчивость оказалась выше других типов модуляции. Рис.4.1: сопоставление битовых комбинаций для стандарта V.32 Поэтому, чтобы поднять скорость передачи данных в четыре раза, достаточно было передавать два сигнала со сдвигом в 90°. Так появился протокол V.32, в котором максимальная скорость передачи данных составила 9600 bps, т. е. четырем фазовым состояниям сигнала (0°, 90°, 180° и 270°) сопоставили четыре возможные комбинации битов 00, 01,10 и 11 (рис.4.1). Дальнейшее увеличение скорости передачи данных за счет уменьшения фазового сдвига сигналов оказалось весьма проблематичным, поскольку такой сложный сигнал было очень тяжело декодировать на приемном конце из-за фазовых искажений сигнала, которые напрямую Рис.4.2: Амплитудная модуляция связаны с качеством канала связи. Поэтому разработчики решили остановиться на фазовом сдвиге в 90°, а дальнейшее увеличение скорости выполнить за счет амплитудной модуляции сложного сигнала (рис.4.2). Так появилась квадратурная модуляция, благодаря которой удалось поднять скорость передачи данных в восемь раз! Таким образом, четырем фазовым состояниям аналогового сигнала соответствовали четыре возможные битовые комбинации, а еще два битовых состояния (0 и 1) удалось закодировать благодаря амплитудной модуляции. Но это по теории, на практике же все выглядит несколько сложнее (рис.4.3). При этом семь битовых комбинаций закодированы с помощью фазовой и только одна - с помощью амплитудной модуляции. Причина проста - низкая помехоустойчивость последней. Рис.4.3: Квадратурная модуляция В результате появился стандарт V.32bis, в котором максимальная скорость передачи данных ограничивалась 14400 bps при модуляционной скорости в 2400 бод. Разделив 14400 на 2400, получаем 6, а не 8. Специальный сектор стандартизации ITU-T при Международном телекоммуникационном союзе, рассмотрев все предложенные варианты, выбрал из восьми возможных шесть комбинаций сигнала, которые обеспечивали максимальную помехоустойчивость на среднестатистической аналоговой телефонной линии. Кроме этого, преследовалась и еще одна цель. Ограничив стандартом V.32bis максимальную скорость передачи данных на уровне 14400 вместо 19200 bps, ITU-T хотел создать здоровую конкуренцию между фирмами-производителями модемов. Любая уважающая себя фирма, выпуская модем стандарта V.32bis, добавляла к нему свой фирменный протокол, позволяющий увеличить скорость передачи данных до 19200 и даже до 21600 bps. Так появились протоколы V.32 terbo в модемах таких фирм, как U.S.Robotics, ZyXEL, Multireel"), Motorola и др. Однако борьба кланов привела к резкой несовместимости модемов различных фирм из-за выбора разных схем кодирования и модуляционных скоростей. В лидеры же вырвались двое - ZyXEL и U.S.Robotics. Первая предложила протокол ZyXEL 19200 для зашумленных линий связи, позволявший устойчиво соединяться на скоростях до 19200 bps, а вторая - протокол HST, обеспечивающий соединение на скоростях до 21600 bps, причем на таких плохих линиях связи, где было невозможно достичь устойчивого соединения с использованием протокола V.32bis. Были и другие варианты протоколов. Следует отметить модемы WordBlazer и FastBlazer фирмы Telebit, которые могли подстраиваться под канал связи, выбирая оптимальные значения несущих частот. Однако цена таких устройств была уж слишком велика (порядка $1500-2000), из-за чего они не смогли получить широкого распространения. Начиная с 1991 г. ведущие производители модемов стали работать над увеличением скорости соединения вплоть до 28800 bps. Фирма Rockwell International предложила протокол V.Fast, ставший стандартом де-факто (позже он был переименован в V.FC). Однако истинным стандартом V.FC так и не стал, поскольку остальные производители модемов по разным причинам не захотели использовать в своих изделиях фирменные наборы микросхем Rockwell. И вот в 1994 г. ITU-T наконец-то принял долгожданный стандарт V.34 для связи по обычным аналоговым телефонным линиям связи на скоростях до 28800 и даже до 33600 bps. В настоящее время подавляющее большинство модемов поддерживают именно этот стандарт. В отличие от всех предыдущих, модуляционная скорость которых не превышала 2400 бод, в V.34 добавлены обязательные к применению модуляционные скорости -3000 и 3200 бод, а также дополнительные - 2743, 2800 и 3429 бод. Естественно, что их увеличение накладывает более жесткие требования к качеству телефонного канала связи. В стандарте V.34 скорость передачи данных может изменяться от 2400 до 28800 bps с шагом в 2400. В процессе разработки предполагалось, что в окончательный вариант будут включены скорости до 32 Kbps. Однако в середине декабря 1993 г. комиссией по разработке стандарта V.34 было принято решение ограничить скорость передачи данных до 28800 бит/с, а более высокие скорости опять-таки “отдать на откуп” фирмам-производителям модемов для развития здоровой конкуренции. Фактически, с принятием стандарта V.34 разработчики подошли к теоретическому пределу, скорости передачи данных по аналоговым телефонным каналам связи. Дальнейшее ее повышение стало уже невозможно без применения иного подхода, поскольку ширина полосы пропускания телефонного канала связи ограничена соотношением 1 Hz = 1 бод, т. е. для достижения максимально возможной скорости по стандарту V.34 ширина полосы телефонного канала связи должна быть больше 3429 Hz. Кроме того, количество позиций в модуляционном пространстве, позволяющее закодировать в одном боде несколько бит, практически подошло к уровню шумов. А значит, дальнейшее увеличение позиций модуляционного пространства уже не будет различимо на приемной стороне из-за фазовых искажений и шумов. Использование протокола V.34 позволяет при прочих равных условиях резко повысить скорость и устойчивость соединения по сравнению со стандартом V.32. Это объясняется некоторыми новшествами: оптимальным выбором несущей частоты сигнала в диапазоне 1600-2000 Hz, подстройкой к характеристикам телефонного канала, а также более современным методом кодирования сигнала (адаптивное перекодирование и четырехмерное решетчатое кодирование). Кроме того, V.34 предоставляет некоторые дополнительные возможности, такие как полудуплексный режим для факсимильной связи, вторичный канал на 200 bps, использование процедуры V.8 (V.id) для быстрого установления соединения, асимметрия скорости передачи данных в разных направлениях. Таким образом, можно констатировать, что V.34 - это последний протокол передачи данных по аналоговым линиям связи на скоростях близких к теоретическим. Вряд ли в ближайшее время появятся его вариации, позволяющие поднять скорость соединения вплоть до 35 Kbps, поскольку теоретический предел, как правило, в технических реализациях является недостижимым. Как же удалось в протоколе V.90 поднять скорость передачи данных до 56 Kbps? Характерно, что скорость эта достижима только в одном направлении - от провайдера к конечному потребителю - за счет использования режима цифровой (а не аналоговой) передачи данных. В обратном направлении данные “текут” со скоростями, не превышающими 33600 bps, поскольку они передаются в обычном аналоговом режиме с использованием протокола V.34. По заявлению ITU-T, введение протокола V.90 позволило провайдерам Internet поднять обслуживание своих клиентов на качественно новый уровень, обеспечив почти двукратное повышение скорости передачи данных до конечного потребителя. Для обеспечения такого сервиса у провайдера должно быть установлено специальное оборудование, поддерживающее режим цифровой передачи данных. Как правило, это серверы доступа таких известных фирм-производителей, как Ascend, Cisco, Livingston и ЗСом, удельная стоимость которых еще до недавнего времени составляла до тысячи долларов на один канал V.90. Правда, сегодня в Украину уже поставляется оборудование с удельной ценой порта около $400, но и это, согласитесь, немало. Поэтому соединение двух модемов, поддерживающих протокол V.90 на скоростях до 56 Kbps, невозможно, так как для этого необходимо сложное оборудование. Без него в лучшем случае можно получить скорость 28800 или 31200 bps, а учитывая качество отечественных телефонных каналов связи, и того ниже. Иными словами, модем с протоколом V.90, в 90% случаев будет соединяться с такими же модемами на скоростях, оговоренных стандартом V.34. Стандарт V.90 еще называют V.PCM (Pulse Coded Modulation) или стандартом импульсно-кодовой модуляцией. При этом использование данного вида модуляции не нарушает требований протокола V.34 и других морально устаревших аналоговых стандартов. Таким образом, согласно V.90 поток данных, поступающих от провайдера к конечному потребителю, не проходит фазу аналогового кодирования. Вместо этого данные кодируются по методу РСМ, причем импульсы передаются на разных уровнях сигнала. Естественно, что использование протокола V.90 накладывает очень жесткие условия на качество телефонных каналов связи и самой АТС. Причем пользовательская АТС и АТС провайдера должны быть цифровыми. Это требование не является чрезмерным, поскольку сейчас модемные пулы практически всех ведущих украинских провайдеров установлены на цифровых АТС. В цифровой телефонии частота сигнала дискретизации составляет 8 kHz, а число уровней дискретизации - 256, что соответствует восьми разрядам, поэтому максимальная скорость передачи данных может составлять 64 Kbps. Откуда же взялось ограничение в 56 Kbps в протоколе V.90? Дело в том, что понижение уровня передачи данных с 64 до 56 Kbps преследовало две цели. Во-первых, уменьшить нелинейные характеристики аналогового оборудования, которое обеспечивает связь с конечным потребителем, и во-вторых, уменьшить уровень шумов и перекрестных помех между соседними телефонными каналами. Таблица 4.1: Сравнение скоростей передачи данных в различных протоколах:
При использовании модемов и обычных телефонных линий связи обмен данными ведется на одной из стандартных скоростей - 2400, 4800, 7200, 9600,12000,14400, 16800, 19200, 21600, 24000, 26400, 28800, 31200 и 33600 bps. Отметим, что на указанных скоростях данные могут как приниматься, так и передаваться. При использовании стандарта V.90 модемы могут принимать цифровые данные на одной из следующих скоростей - 28000, 29333, 30666,32000,33333, 34666, 36000,37333, 38666, 40000, 41333, 42666, 44000,45333, 46666, 48000,49333, 50666,52000,53333, 54666,56000 и 57333 bps. Для удовлетворения части 15 правил, принятых Федеральной комиссией по связи (FCC), ограничивающих уровни электромагнитных излучений электрических приборов, передача цифровых данных на скоростях выше 53 Kbps noобычным телефонным каналам запрещена. Поэтому даже при использовании протокола V.90 и отличного телефонного канала скорость передачи данных не превысит 53 Kbps. На практике же модемы крайне редко соединяются на скоростях, превышающих 44 Kbps. Раздел 5: Области применения модемов. Линии связи. 5.1 Выделенная линия связи (физическая линия) Выделенная линия связи (физическая линия) - соединение оконечных устройств посредством медного телефонного кабеля, как правило городской телефонной сети. Дальность и скорость на таких линиях связи определяются исключительно электрическими характеристиками кабеля. К таким характеристикам относятся:
Для достижения максимально качественной передачи данных по таким линиям следует учитывать следующее:
Рекомендуемое значение мощности передаваемого сигнала -9 .. -10 дб на передаче и -10..-18 на приеме (работало и на -30 дб при меньшей скорости). Низкое сопротивление изоляции и некачественное соединение участков кабеля проявляются на слух как фон переменного тока, прослушивание приглушенных телефонных переговоров или посторонних сигналов с других пар. При неисправности кабеля, или его намокании возможно появление "земли", которая проявляется также как и в случае низкого сопротивления изоляции, либо на паре прослушивается вещание радиостанции (получается простейший детекторный приемник). Устранение этого дефекта возможно либо заменой пары, некачественной муфты в месте спайки кабеля (просушкой кабеля и установкой муфты), либо выявлением места появления "земли" на паре. Все перечисленные параметры влияют на соотношение сигнал/шум, который должен быть не менее -35..-40 дб. При меньшем соотношении может происходить потеря пакетов, которая снизит скорость передачи данных, а в случае передачи голосовой информации посредством оборудования голос - данные выпадением отдельных звуков. Можно проследить за показаниями параметра "качество линии", который не должен быть в пределах 8..9 (по 9-тибальной шкале). По окончании установки модема, через некоторый промежуток времени необходимо посмотреть количество "Training". Если возникает изменение скорости модемов в результате изменения параметров линии, необходимо выбрать меньшую скорость, причем если скорость занижается до 14,4 кБит/с, то стоит перейти на протокол V.32bis. 5.2 Канал тональной частоты. Канал тональной частоты (ТЧ ) - соединение оконечных устройств посредством, как правило междугородного, телефонного канала связи с использованием аппаратуры уплотнения (аналоговой или цифровой с использованием аналоговых окончаний). Согласно стандарту каналы ТЧ имеют 4-х проводные окончания. Как правило телефонному каналу связи предшествует выделенная линия связи. Характеристики и правила подключения действуют те же, что и для выделенных линий связи, но появляются и новые. Из норм на электрические параметры междугородных каналов связи известно, что уровень передаваемого в канал ТЧ сигнала -1,5 Нп, а принимаемого сигнала +0,5 Нп. Это означает, что канал ТЧ усиливает сигнал на +2,0 Нп. Для нормальной работы аппаратуры уплотнения уровень мощности на передаче не должен превышать -23 дб. Значит для эмуляции "медной проволоки" из канала ТЧ необходимо (уровень мощности передачи модема -10 дб) ослабить на -13 дб (-2,0 Нп). Такое затухание имеют транзитные удлинители на междугородных каналах ТЧ (используются при транзитах через пункты переприема). При подключении модема к каналу необходимо обратиться к техникам с просьбой установить такой удлинитель на передачу с обеих сторон канала. В случае отсутствия такового используют удлинитель из пяти сопротивлений примерно 130..270 Ом (главное все одинакового номинала). Важным параметром является количество переприемов на канале ТЧ. При большом количестве переприемов сигнала происходит искажение фазы, незаметное на слух, но критичное для работы модема. Современные модемы рассчитаны на 2-3 переприема. При большем их количестве происходит падение скорости или даже невозможность установления связи. Кроме того, если полоса пропускания выдерживается в пределах 300-3400 Гц, то отношение сигнал/шум зависит от используемого типа оборудования уплотнения каналов ТЧ. Следует обратить внимание на результаты значений "Биение", которое не должно превышать 1 градус и "Отклонение частоты" 1..2 Гц. Перед установкой модемов необходимо послушать наличие посторонних шумов в канале ТЧ. При этом допускается тихое, однотонное шипение без шорохов и завываний (особенно с изменяемой амплитудой). На одном из каналов в другом городе модемы отказались обеспечивать устойчивое соединение. Причиной тому стало подключение в одну первичную группу оборудования уплотнения каналов "К 60-П" третьего модема. После переключения модема в другую первичную группу работа модемов нормализовалась. В другом городе не удавалось добиться достаточного соотношения сигнал/шум из-за большого количества участков переприема, при этом скорость соединения изменялась "на глазах" от 2400 до 19200 бит/с. Добиться сравнительно хорошего качества и скорости соединения 21600 бит/с удалось установкой на одной из приемной сторон делителя. 5.3. Локальная сеть. Сетевые модемы. Часто у пользователей ЛВС возникает необходимость совместного использования модемов и телефонных линий. Именно в этом случае прибегают к помощи сетевого модема. Сетевой модем позволяет связать рабочие станции в сеть, и совместно использовать возможности модема. Сетевой модем - это, по существу, маршрутизатор цифровой сети с интеграцией служб (ISDN) со встроенным Ethernet-концентратором. Применение сетевого модема устраняет узкое место, возникающее из-за недостаточной пропускной способности COM- порта (потому что локальная сеть работает на скорости 10 Мбит/с по сравнению с 115 Кбит/с или 230 Кбит/с скоростью последовательного порта), и в то же самое время обеспечивает работу локальной сети (для совместного использования файлов и принтера). Сетевой модем поддерживает все операционные системы со стеком протоколов TCP/IP, включая Windows 95/98 и NT, Macintosh Apple, Unix и Linux. Для конфигурирования сетевого модема единственным, необходимым программным обеспечением ПК является Web-браузер. Сетевой модем поддерживает все протоколы работы с сетями (типа IP, IPX и AppleTalk). Однако, только IP-трафик передается через ISDN-соединение. Сетевой модем имеет встроенный 4-портовый концентратор. Однако, имеется возможность подключения к сетевому модему концентратора, что позволит подключить к сетевому модему дополнительное количество рабочих станций. Ограничение состоит в том, что только 25 рабочих станций локальной сети могут использовать сетевой модем для доступа к Internet или удаленной сети через цифровую сеть с интеграцией услуг. При этом не важно, связаны ли рабочие станции непосредственно с сетевым модемом или с концентратором, соединенным с сетевым модемом. Концентратор OfficeConnect - идеальный способ подключения 25 рабочих станций к ЛВС. Сетевой модем может быть включен в уже существующую локальную IP-сеть. При этом лучше сначала подключить сетевой модем к одному ПК для проведения конфигурирования. Сетевому модему необходим будет статический IP-адрес и маска подсети в пределах диапазона адресов остальной части сети. Если уже используются функциональные возможности DHCP-сервера в локальной IP-сети, или если используется статическая IP-адресация, то необходимо блокировать DHCP-сервер на сетевом модеме. 5.4. Телефонные сети. Телефонные сети существовали еще за 160 лет до становления электронных устройств. Первые слова, переданные доктором Бэлом через говорящий телеграф, были переданы электрическими сигналами в аналоговой форме. На этих же принципах основывается телефонная связь и в наши дни. Хотя, строго говоря, цифровая связь старше телефонной - первый телеграф опередил телефон почти на три десятилетия (С.Морзе заставил работать свой аппарат в 1844 году)- но цифровая технология постоянного тока была создана только недавно. С течением времени телефонная система сформировалась в огромную международную телефонную сеть, способную обрабатывать миллионы аналоговых сигналов одновременно и передавать их от одного телефонного аппарата к другому, разбросанным по всему миру. Хотя телефонные компании для передачи информации между телефонными станциями, входные и выходные окончания цепей по-прежнему работают с аналоговыми сигналами. За более чем 100 лет в телефонии было внедрено множество открытий; одно из них - уплотнение каналов связи, позволяющее по одному физическому каналу передавать множество телефонных переговоров. А чтобы соседние телефонные каналы не влияли друг на друга, для них была выделена жесткая полоса 4 KHz. Именно эта полоса и сдерживает развитие модемной технологии в направлении увеличения скорости передачи данных. Телефонная система была предназначена только для обработки сигналов аналоговой формы, потому что вся передаваемая информация поступала через микрофон. И уже сегодня она не справляется с возросшими требованиями по скорости и качеству передачи данных. Уже почти достигнуты теоретические пределы скорости и качества передачи данных, которые могут обеспечить телефонные линии. И если раньше скорости модемов повышались так же быстро, как тактовые частоты процессоров, ожидать подобного в будущем уже не приходится. Во-вторых, объемы передаваемой информации возрастают буквально катастрофическими темпами (файлы документов и презентаций, пересылаемые по электронной почте, версии обновления ПО, новые драйверы аппаратных средств и т.д.). Тем не менее вряд ли следует ожидать быстрого умирания модемной технологии. Скорее всего, цифровые линии связи со временем полностью вытеснят модемы из сферы профессиональной передачи информации, однако последние еще довольно долго будут применяться абонентами сети для любительской связи и соединения с провайдером Internet. Вообще говоря, отечественный пользователь вправе ожидать от той части компьютерной промышленности, которая выпускает модемы, что она, наконец, повернется к нему лицом, и обусловлено это следующим. С одной стороны, масштабы отечественного рынка достаточно велики, и его потенциал далеко не исчерпан. С другой, трудно надеяться на то, что коаксиальный кабель или витая пара придут в обозримом будущем в каждый дом. К сказанному можно добавить, что по ряду объективных и субъективных причин в ближайшее время вряд ли можно рассчитывать на существенное улучшение качества каналов связи, а это значит, что для нас с вами потребность не просто в модемах, а в хороших модемах будет актуальной еще не один год. Кроме того, украинские требования к аппаратуре передачи цифрового сигнала по телефонным сетям несколько отличаются от стандартов других стран, в частности США, поэтому адаптация модемов с учетом отечественных стандартов может принести весьма существенный выигрыш в скорости передачи информации, особенно на плохих линиях. 5.4.1. Основные характеристики телефонных линий. Затухание. Когда полезный сигнал передается по линии связи, имеющей конечное сопротивление, он теряет часть своей мощности, проходя через коммутационные устройства и другие узлы телефонных станций. Отношение уровня мощности полученного сигнала к уровню мощности исходного, выраженное в децибелах, и принято называть затуханием. Характеристика модема, показывающая, насколько успешно он справляется с затуханием сигнала в линии, называется чувствительностью. Чем она выше, тем при большем затухании в линии прибор способен устойчиво работать. В силу ряда причин величина затухания на протяжении сеанса связи может изменяться (порой это приводит к полному исчезновению сигнала). При проведении испытаний, однако, величина затухания во времени принималась неизменной. Частотная характеристика абонентской линии. Поскольку реальная телефонная линия имеет некоторую конечную емкость и индуктивность, ее амплитудно-частотная характеристика (АЧХ*) приобретает нелинейный характер. Одни частоты затухают сильнее других, причем в основном претерпевают изменения более высокие из них. Модем ведет передачу в диапазоне частот 300-3400 Гц стандартного телефонного канала и в несколько большем - при использовании систем передачи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Искажения АЧХ зачастую не позволяют модему работать на высоких скоростях модуляции, что, как следствие, ограничивает скорость передачи на линии. Шум. Шум является одним из основных параметров, ухудшающих качество линии. Теоретически при уменьшении на входе модема соотношения сигнал/шум на 6 дБ пропускная способность канала снижается в два раза, на 12 дБ - в четыре, на 18 дБ - в восемь раз и т.д. Источниками шума являются взаимное проникновение сигнала между каналами (наверное, каждому не раз приходилось слышать в телефонной трубке чужой разговор), аналоговые системы уплотнения, шумы квантования в цифровых системах передачи, плохие контакты в декадно-шаговых искателях и т.д. Шумовые характеристики также могут быть непостоянны во времени. Гармоническая помеха. Реальный спектр паразитного сигнала, проникающего в линию, может значительно отличаться от непрерывного спектра равномерного шума (в частном случае будет состоять из одной или нескольких дискретных спектральных полос). В таких условиях даже при небольшой мощности паразитного сигнала модем не сможет использовать необходимую для передачи часть диапазона частот. По сути дела, непрерывный спектр равномерного шума и дискретный гармонического сигнала, состоящий из единственной спектральной линии, являются двумя предельными случаями спектра, мешающего передаче сигнала. Во время испытаний гармоническая помеха не воспроизводилась. Дрожание фазы (джиттер). Применение аналоговых систем передачи с частотным уплотнением для модуляции и демодуляции сигнала на городских и междугородних телефонных линиях предполагает использование аналогового оборудования, питающегося от сети переменного тока с частотой 50 Гц. Из-за некачественной фильтрации постоянного напряжения (на выходе двухполупериодного выпрямителя) в тракте передачи сигнала происходит его паразитная модуляция с частотами пульсации напряжения питания, величина которых обычно составляет 100 Гц. Джиттер фазы практически не воспринимается на слух. Дрожание фазы в испытаниях не воспроизводилось. Изменение частоты. Изменение частоты присуще лишь аппаратуре аналогового частотного уплотнения. Если частоты опорных генераторов на передающем и приемном концах линии имеют различные значения, то и получаемый при демодуляции результирующий сигнал имеет частоту, отличную от эталонной. Изменение частоты в тестах не воспроизводилось. Участки переприема по тональной частоте. Наличие участков переприема весьма характерно для междугородней связи. Телефонное сообщение перед отправкой в другой город предварительно упаковывают вместе с другими аналогичными в общий высокочастотный пакет, который разделяется на составляющие в точке приема. Это преобразование не проходит для сообщения бесследно, поскольку АЧХ сигнала претерпевает некоторые изменения. Если же сигнал из одного города в другой идет не напрямую, а через третий, то в “транзитном” пункте приходящий пакет может быть демодулирован, а сообщения рассортированы. Одни из них останутся, а другие будут снова распределены по пакетам и пойдут дальше - к месту назначения. Каждая пара преобразования модуляция/демодуляция называется участком переприема. На пути следования сигнала таких участков может быть несколько, причем искажения по мере их прохождения пропорционально увеличиваются. В приборе Canal-5 участки переприема имитируются только эквивалентным изменением частотных характеристик затухания передачи и относительным временем прохождения сигнала. Реальная же модуляция/демодуляция сигнала в нем не производится, что позволило “мягко” изменять число участков переприема при испытаниях с дискретностью менее единицы. Импульсные помехи. Основной источник импульсных помех - неустойчивые контакты в системах коммутации декадно-шаговых и координатных коммутационных станций. Возникновение помех в коммутированной линии вызвано как микроразрывами собственных контактных групп этой линии, так и разрывами или замыканиями соседних цепей под воздействием индуктивных и емкостных связей между ними. При недостаточной симметричности пары возможно также влияние других источников индустриальных электромагнитных помех, не связанных с телефонной сетью. Подобные помехи могут необратимо испортить блок передаваемой информации. Их основной характеристикой принято считать периодичность возникновения, зная которую можно определить процент переданных испорченных блоков от их общего количества. Скачки фазы. При переключениях каналообразующей аппаратуры может произойти скачкообразное необратимое изменение фазы несущего сигнала. Скачки фазы практически всегда приводят к сбою приемного блока модема. При проведении испытаний скачки фазы не моделировались. Коэффициент нелинейных искажений. Этот параметр определяется отношением амплитуды нелинейных искажений (как правило, второй или третьей гармоник) к амплитуде гармонического сигнала номинального уровня. Источником возникновения нелинейных искажений могут быть промежуточные усилители, ограничители амплитуды, аппаратура частотного преобразования, а также плохие контакты. Нелинейные искажения вызывают появление в спектре сигнала таких частот, которые ранее там отсутствовали. Модем ошибочно распознает эту информацию как полезную, присутствующую в передаваемом сигнале. Таким образом, нелинейные искажения ведут к необратимой потере информации о передаваемом линейном сигнале и ограничивают скорость передачи практически так же, как и равномерный шум. Уровень нелинейных искажений при проведении испытаний устанавливался минимально возможным. Эхо-сигнал. На вход модема, кроме сигнала, посланного другим модемом, приходят и эхо-сигналы. Различают два эхо-сигнала - говорящего и слушающего. Для эхо-сигнала говорящего различают сигналы ближнего и дальнего эха. Дальнее возникает в результате отражения сигнала от дифференциальных трансформаторов с несогласованными с линией балансными контурами. Такой трансформатор устанавливается в системах передачи при переходе с четырехпроводных на двунаправленные двухпроводные абонентские линии. Ближнее эхо является результатом несогласованности источника сигнала с линией и обычно легко компенсируется модемом. Сигнал дальнего эха подчас может быть существенно искажен (джиттер, сдвиг частоты, частотные, фазовые и нелинейные искажения), что крайне усложняет работу соответствующих компенсационных подсистем модема. Эхо-сигнал слушающего суммируется с полезным сигналом, посланным передающим модемом. Само суммирование происходит на входе принимающего модема, который вынужден вести демодуляцию основного принимаемого сигнала на фоне этого же сигнала, но уже ослабленного, искаженного и задержанного. В приборе Canal-5 величина эхо-сигнала может изменяться параметром "код затухания обратного перехода дифсистемы". При проведении испытаний влияние эхо-сигнала было минимизировано. Время чистой задержки в канале. Время переноса сигнала и в цифровой, и в аналоговой системе передачи зависит от задержки в самой аппаратуре каналообразования. Его величина прямо пропорциональна длине канала связи и обратно пропорциональна скорости распространения электромагнитных волн в конкретной передающей среде. Так, для канала, который образован с применением спутника связи, расположенного на геостационарной орбите, время чистой задержки составит около 0,24 с. Само по себе наличие задержки в канале связи не вызывает осложнений в работе модемов. Однако если используемый телефонный канал заканчивается двухпроводной линией и, следовательно, оснащен дифсистемами, это может привести к образованию дальнего эхо-сигнала, который вернется на вход модема с существенной задержкой. Для спутникового канала задержка эхо-сигнала говорящего будет составлять, например, уже 0,48 с (подобное явление можно наблюдать во время телефонных разговоров, передаваемых по протяженным или спутниковым каналам связи). Для компенсации дальнего эхо-сигнала в модеме предусмотрена специальная линия задержки, которая хранит переданный сигнал, чтобы впоследствии его компенсировать. Однако существенная задержка может исчерпать предел памяти, отведенный в модеме для этой линии, что сделает компенсацию невозможной и в результате задержанный сигнал будет оказывать такое же влияние на принятый, как и другие виды помех в линии (шум, нелинейные искажения и т.д.). При проведении испытаний время чистой задержки было установлено минимальным. Отношение сигнала к шуму. Отношение сигнал/ шум (signal-to-noise ratio - SNR) является мерой эффективности соединения и представляет результат деления мощности сигналя на мощность шума. Чем выше это отношение, тем чище соединение, и тем больше количество данных, которые можно по нему передать. В тех случаях, когда сигнал подвергается аналого-цифровому преобразованию, даже при самых лучших условиях отношение сигнал/шум ("порог шума") порядка от 38 до 39 децибел, что ограничивает практические скорости передачи по V.34 33.6 Кбит/с. Асимметричное функционирование: каналы по направлению основного трафика и против него. Соединения V.90 используют один двунаправленный канал: по направлению основного трафика и против него. Канал аналогового модема V.90, работающий по основному направлению трафика (прием данных), способен работать с более высокими скоростями, так как в этом случае отсутствует потеря информации при цифро-аналоговом преобразовании. Работающий же против основного направления трафика (посылка данных) канал аналогового модема V.90 вынужден использовать аналого-цифровое преобразование, что ограничивает скорость передачи до скоростей протокола V.34 Вносимый при квантовании аналоговых сигналов шум. Чтобы аналоговую информацию можно было пересылать по PSTN, она должна быть преобразована в двоичные цифры. Значения амплитуд входящего аналогового сигнала измеряются 8000 раз в секунду, и каждая амплитуда записывается как код модулирования импульсного кода (pulse code modulation - PCM). Система дискретизации использует 256 дискретных 8-битных кодов PCM. Поскольку аналоговые сигналы непрерывны, а двоичные цифры дискретны, цифры, которые посылаются по PSTN и реконструируются на другом конце соединения, могут только приблизительно представлять исходный аналоговый сигнал. Различия между исходным сигналом и реконструированным квантованным (оцифрованным) сигналом называются шумом квантования и этот шум ограничивает скорость модема. 5.4.2 Параметры различных типов телефонной линии Таблица 5.1: Параметры различных типов телефонной линии
Раздел 6: Проблемы использования модемов на отечественных телефонных линиях. 6.1 Обзор проблем. Телефонная линия может иметь параметры, близкие к идеальным лишь в том случае, если сигнал, поступивший на вход без изменения будет получен на выходе. Однако близким к идеальному может быть лишь короткий кусок провода. В линиях имеются паразитные емкость, индуктивность и конечное сопротивление проводов. Все это приводит к затуханию сигнала, причем на разных частотах по-разному. Плюс к этому для связи между АТС используется аппаратура уплотнения, вносящая дополнительные искажения: шумы квантования и сдвиги частот. На слух это воспринимается как шум и тембра голоса говорящего. Очевиден факт, что наши телефонные линии уступают западным. Основные проблемы, которые возникают при использовании модемов на наших телефонных линиях - это низкая пропускная способность в целом, "плавающие" характеристики канала связи, частые всплески шумов, паразитные гудки "занято" и прочие помехи. К тому же сигналы "занято" не всегда соответствуют общепринятому стандарту. Так для устранения этих проблем необходима полная реорганизация телефонной сети, то единственное, что остается- это приспосабливаться к ней. Каждый модем можно и нужно настраивать под свои конкретные условия. При этом стоит отметить, что разные модемы обладают разной способностью к настройке, правильное проведение которой позволяет существенно улучшить производительность работы с ними. Основные проблемы, характерные для отечественных телефонных линий и исправимые с помощью настройки- это завышение начальной скорости соединения , неоптимальный выбор частоты несущей и скорости передачи а так же неверное переключение скоростей при работе , обрыв связи при щелчках в линии и некорректное распознавание сигнала "занято". 6.2 Анализ проблемных ситуаций и методов их решения.
рис.6.1: Схема понижения уровня сигнала в линии
рис.6.2: Схема понижения уровня высокочастотных помех
Рис.6.3: АЧХ цифровых и аналоговых телефонных линий г. Киева Самая верхняя АЧХ получена при соединении двух модемов, расположенных на цифровых АТС (первый канал). Связь осуществлялась на скорости 31200 bps, т. е. близкой к максимально возможной для протокола V.34+. Как следует из графика, в этом случае возможна качественная передача данных при использовании максимальной модуляционной скорости 3429 6од, оговоренной стандартом V.34+. Средняя АЧХ получена при соединении двух модемов, один из которых расположен на цифровой АТС, а другой - на аналоговой (второй канал).. Связь осуществлялась на скорости 26400 bps, однако передача данных при использовании максимальной модуляционной скорости 3429 бод уже невозможна. Третий график получен в случае неблагоприятных условий передачи данных с использованием протокола V.34. Связь осуществлялась на скорости 21600 bps и при тестировании иногда поднималась до 24000 bps, а это свидетельствует о выборе модемом модуляционной скорости 2400 бод. АЧХ данного телефонного канала имеет большую неоднородность в области нижних и верхних частот. Более того, вместо стандартной полосы 150...3500 Hz третий канал обеспечивает полосу только 300...3000 Hz. Далеко не все телефонные каналы способны обеспечить качественные АЧХ. Если при установке связи с провайдером модемы вообще отказываются работать, то следует последовательно отключать высокоскоростные протоколы: сначала V.90 и х2 (ATS58=331, затем V.34 и V.FC (ATS56=224) и наконец V32.bis (ATS34=1). Такая методика практически всегда позволяет добиться устойчивого соединения, хотя все преимущества нового модема будут сведены на нет.
Существуют также особенности, характерные для некоторых конкретных видов АТС, например, АТС "КВАНТ". Проблема в том, что модемы, используемые на телефонных линиях этих АТС, не могут самостоятельно "снять трубку" для набора номера. Это объясняется тем, что сопротивление модемов в состоянии "трубка снята" гораздо выше ( а импульс тока меньше), чем нужно АТС "КВАНТ", чтобы распознать сигнал "трубка снята". Некоторые производители модемов проводят так называемую "КВАНТ-доработку", обеспечивая полную совместимость. Большинство телефонных станций бывшего СССР позволяют производить автоматическое определение номера (АОН) вызывающего абонента. Порядок действий следующий: в течение 1 сек. После снятия трубки в ответ на входящий звонок аппарат посылает запрос на посылку АОН - короткий гудок частотой 500 Гц. Услышав его, АТС присылает номер звонящего абонента в закодированном виде. Некоторые модели модемов (например, ZyXEL и IDC) умеют выполнять АОН, когда отвечают на входящий звонок. Если записать в регистр большое S95 для не голосовых и S125 для голосовых моделей число 2, то при автоответе или выполнении команды ATA модем задействует АОН и выдаст номер звонящего среди других сообщений о соединении. На большинстве цифровых телефонных линий реализуется распространенная заграницей функция Caller ID (identification) - аналог отечественной функции АОН. При этом вместе с номером абонента высылаются и другие данные о нем (имя, фамилия). Эта функция в отличии от АОН реализована в большинстве современных моделей модемов. Реферат Курсовая работа по дисциплине "Вычислительные системы" студента третьего курса Института Прикладного Системного Анализа при Национальном Техническом Университете Украины "Киевском Политехническом Институте" Яковлева Андрея Сергеевича на тему "Модемы". Выполнен под руководством доктора технических наук доцента Тимошенко Юрия Александровича. Работа занимает 35 страниц. содержит следующие рисунки: рис.1.1: Функциональная схема модема. рис. 3.1: Соединение модемов. рис. 4.1: Фазовая модуляция: сопоставление битовых комбинаций для стандарта V.32. рис. 4.2: Амплитудная модуляция. рис. 4.3: Квадратурная модуляция. рис. 6.1: Схема понижения уровня сигнала в линии. рис. 6.2: Схема понижения уровня высокочастотных помех. рис. 6.3: АЧХ цифровых и аналоговых телефонных линий г. Киева Таблицы: таб.1.1: Зависимость скорости передачи данных от длины соединительного кабеля. таб.3.1: Совместимость модемов X2,V.34,V.90,K56flex. таб.4.1: Сравнение скоростей передачи данных в различных протоколах. Таб.5.1: Параметры различных типов телефонных линий. Работа содержит данные по различным типам модемов- от самых первых моделей до используемых сегодня, обзор принципов их работы, описание режимов и механизмов функционирования, основных узлов модема в их взаимодействии, протоколов передачи данных и файлов, анализ целесообразности выбора модема того или иного типа в зависимости от условий работы - канала связи, конфигурации компьютера и стоимости. РАЗДЕЛ 1: Приведены краткая историческая справка и классификация модемов по ряду категорий, обзор и анализ некоторых типов модемов. Рассмотрены основные компоненты и функциональные блоки модема. Уделено внимание интерфейсам модема с телефонной линией и компьютером (работа универсального асинхронного приемопередатчика- его сигналы, технические параметры, программирование), принципам настройки модема путем регистрового программирования. РАЗДЕЛ 2 : Содержит трактовку основных терминов и понятий, используемых в работе. РАЗДЕЛ 3 : Включает обзор основных использовавшихся и используемых протоколов передачи данных при помощи модема. РАЗДЕЛ 4 : Подробно рассмотрена динамика развития технологии передачи данных- применение различных видов модуляции для повышения скорости передачи, развитие протоколов связи. РАЗДЕЛ 5: Рассмотрены особенности работы модемов на различных линиях связи (выделенная линия, канал тональной частоты, локальная сеть, телефонная коммутируемая линия), приведены их параметры. По телефонным сетям приведена трактовка основных терминов. РАЗДЕЛ 6: Проведен анализ сложностей использования иностранных модемов, не сертифицированных для Украины, на отечественных телефонных линиях. Выявлены и описаны характерные причины неполадок, приведены рекомендации по уменьшению их влияния и, если это возможно, устранению. Ключевые слова: интеллектуальные модемы, голосовые модемы, аппаратные модемы, DSP, HSP, эхо-компенсатор, эквалайзер, RJ11, UART, DTE, DCE, линии DTR и RTS, модуляция, демодуляция, несущая частота, информационный сигнал, скорость передачи данных, амплитуда, частота, фаза, бодовый интервал, стартовый бит, стоповый бит, bod, cps, bps, уплотнение данных, поле безопасности, дуплекс , полудуплекс, эхо, охранная полоса, коррекция ошибок, протоколы обмена данными, MNP, MNP1, MNP2, MNP3, MNP4, MNP5, MNP6, MNP7, MNP8, MNP9, MNP10, ASCII, Xmodem, Xmodem, Cheksum, Xmodem c CRC, 1K Xmodem, Ymodem, Ymodem G, Ymodem G, Zmodem, Jmodem, BiModem, Kermit, HS/Link, Hyper Protocol, CCITT, ITU, Bell 103, Bell 212a, V.21, V.22, V.22bis, V.23, V.32, 32bis, V.34, V.42, V.42bis, V.90, x2, K56flex, V.com, линия связи, канал тональной частоты, локальная сеть, телефонные сети, АЧХ, шум, гармоническая помеха, джиттер, изменение частоты, импульсные помехи, скачки фазы, коэффициент нелинейных искажений, эхо-сигнал, импульсные помехи, мини-АТС, Caller ID, АОН. Введение Модем является устройством, позволяющему превратить компьютер из обособленной машины в звено глобальной сети. Компьютер давно уже перестал быть машиной, предназначенной только для вычислений, объединив в себе множество других функций, реализуемых современными цифровыми технологиями. Само название "модем" определили процессы модуляции и демодуляции, выполняемые им, при помощи которых осуществляются основные функции по передаче и приему информации. Поскольку исторически сложилось так, что основным и самым распространенным средством коммуникации являются телефонные аналоговые сети, а компьютер является устройством сугубо цифровым, понадобилось некое аналого-цифровое устройство, позволившее бы осуществлять связь между двумя удаленными цифровыми устройствами (компьютерами) посредством аналогового канала связи. Именно эти функции и сочетает в себе модем, преобразуя цифровые сигналы в аналоговую форму (модулируя) различным образом. Модем, расположенный с противоположной стороны, преобразует ( демодулирует ) полученный сигнал, получая на выходе в цифровом виде информацию, переданную первым модемом. Для того, чтоб получать неискаженную информацию и иметь возможность ее прочитать, используются различные протоколы передачи данных. Каждый из протоколов имеет набор критериев, отличающих его от других протоколов: тип и параметры модуляции, наличие или отсутствие дуплексной связи, порядок установки связи и многое другое. На сегодняшний день модем является самым распространенным и самым дешевым устройством, при помощи которого можно получить доступ во всемирную компьютерную сеть Интернет. Конкуренция на рынке аппаратного обеспечения заставляет ведущих производителей модемов и комплектующих к ним, таких как 3Сom/US Robotics, Lucent, ZyXEL, Rockwell, внедрять в жизнь новые разработки, совершенствовать и удешевлять старые, что в конечном счете благотворно отражается на пользователе модемов. При передаче информации модемом крайне важны такие параметры как набор поддерживаемых скоростей и максимальная скорость передачи и приема данных, способность легко устанавливать и устойчиво удерживать установленное соединение, поддерживать стабильность характеристик соединения. До недавнего времени с успехом использовалось соединение с максимальной скоростью 33,6 Кб/c, что считалось порогом скорости передачи и приема данных по коммутируемым телефонным линиям связи. Однако, принятый 6 февраля 1998 года в Женеве Международным Телекоммуникационным Союзом цифровой стандарт передачи данных V.90 в очередной раз заставил серьезно задуматься как производителей модемов, так и конечных их пользователей. Достигнутая при помощи этого протокола скорость передачи данных 56Кб/c теоретически является максимально возможной для телефонной линии связи. Однако это новшество в очередной раз оставило позади пользователей, качество телефонных каналов связи которых и без того оставляло желать лучшего. К сожалению в этой области даже самые приспособленные к работе в зашумленных условиях модемы зачастую бывают бессильны, как бы не пытались адаптировать их производители. По оценкам специалистов, данная проблема является актуальной для более чем 75% пользователей модемов в странах на территории бывшего Советского Союза. Надо отметить, что модемы ведущих фирм и фирм, специализирующихся на производстве модемов для линий, технические характеристики которых далеки от нормы, с успехом позволяют помочь пользователю не задумываться над тем, какие сложности они преодолевают для установления качественной и устойчивой связи. Но, к сожалению, большинству модемов это все-таки не под силу. В этом случае необходим точный анализ проблемной ситуации и коррекция работы модема в соответствии с этим посредством изменения содержимого регистров, отвечающих за те или иные параметры модема, что более подробно рассмотрено в разделе 6 данной работы. Заключение. 1. Анализ перспектив V.90 на Украине.В результате анализа материалов, тем или иным образом касающихся модемов и технологий передачи информации в аналоговой форме по телефонным коммутируемым каналам связи был сделан вывод, что самый современный на сегодняшний день протокол V.90 почти наверняка окажется самым последним протоколом передачи данных по аналого-цифровым телефонным линиям связи. По мнению самого ITU-T, дальнейшее развитие этого V.90 возможно только в рамках принятых стандартов. А это означает, что ничего принципиально нового в этой области придумать уже нельзя. Конечно, сама реализация протокола V.90 будет со временем совершенствоваться, возможно, несколько возрастут средние скорости связи (больше чем 44 Kbps), улучшатся качество обработки сигнала, что позволит повысить устойчивость соединения. Но кардинального скачка скорости без перехода на новые каналы связи и методы чисто цифровой передачи сигнала в обозримом будущем уже не будет. Этот фактор может стать фатальным для существования модемов как таковых, если Интернет- технологии и дальше будут развиваться столь бурными темпами. При этом может возникнуть ситуация, что скорости передачи данных в 56Кб/c, максимальной для телефонного канала связи, может оказаться недостаточной для работы некоторых приложений. Однако, скорее всего, этого не произойдет нет причин опасаться, что модем скоро окажется ненужным. А качество отечественных телефонных линий указывает на то, что и протокол V.90, связь с установлением которого возможна только между цифровыми АТС, так же долгое время будет являться только теоретически возможный для модема стандарта 56К. Не сильно спешат внедрять этот протокол и Интернет - провайдеры. Например, в Киеве на начало 2000 года стандарт V.90 поддерживали немногим более 10 украинских провайдеров, подавляющее большинство модемных пулов которых принадлежало Infocom, Lucky Net и IP Telecom. Отчасти их действия можно оправдать высокой ценой оборудования ($400 за порт), обеспечивающего соединение по протоколу V.90, а отчасти, видимо тем, что эта сфера на Украине может быть отнесена к малоперспективным. 2. Рекомендации по выбору модема.При выборе модема следует учесть, какой скоростью ограничится передача данных. Например, АТС автора этой работы, относящаяся согласно рис.6.3 к аналоговой второго типа, никак не сможет обеспечить связь со скоростью, близкой к максимальной скорости для телефонной линии связи. Поэтому нет оснований расчитывать на фактическую скорость передачи данных выше 33,6 Кб/с. Другой важный аспект- выбор провайдера, что тоже зачастую напрямую связано с вышеуказанным. Например, модем автора Motorola SpeedCom+ стандарта V.90 не может обеспечить связь с провайдером Infocom, так же поддерживающим этот стандарт со скоростью, превышающей 21600 б/c. Но к сожалению, большая часть фирм, работающих на украинском рынке компьютерных комплектующих и модемов в том числе, не предупреждает покупателей о том, что их современные модемы могут сделать "шаг назад" при эксплуатации на отечественных линиях. 3. Анализ состояния телефонных каналов связипоказал, что конструктивно улучшить ситуацию возможно крайне редко (в случае ввода в эксплуатацию новой АТС). В остальных же случаях приходится подстраивать либо выходные окончания телефонной линии под модем, либо, что применяется гораздо чаще- модем под характеристики телефонной линии. При правильном и детальном проведении настройки достаточно часто удается добиться оптимизации работы модема. Приложение 1. Основные команды модема AT - Начало (префикс) командной строки. После получения этой команды модем автоматически подстраивает скорость передачи и формат данных к параметрам компьютера. A - Автоответ. Если режим автоматического ответа выключен (S0=0), команда используется для ответа на звонок от удаленного модема. Команда заставляет модем снять трубку (подключиться к линии ) и установить связь с удаленным модемом. A/ - Модем повторяет последнюю введенную команду. Команда передается на модем без префикса AT и исполняется модемом немедленно, не ожидая прихода символа возврата каретки. Если вы передадите модему строку AT A/ <CR>, то модем укажет на ошибку и вернет слово ERROR. Bn - Команда производит выбор стандарта, согласно которому будет происходить обмен данными между модемами. При скорости передачи 300 бит/с происходит выбор между стандартами BELL 103 и CCITT V. 21, при скорости 1200 bps - между BELL 212A и CCITT V. 22bis. При скорости 2400 bps эта команда игнорируется и используется стандарт CCITT V. 22. Если n=0, устанавливаются стандарты CCITT V. 21/V. 22, а если n=1 - стандарты BELL 103/212A. Ds - Команда используется для набора номера. После получения этой команды модем начинает набор номера и при установлении связи переходит в режим передачи данных. Команда состоит из префикса AT, символа D и телефонного номера, в состав которого могут входить следующие управляющие модификаторы: P или T. Эти модификаторы производят выбор между импульсной и тоновой системой набора ( в нашей стране используется импульсная система). , - Символ запятой вызывает паузу при наборе номера. Длительность паузы определяется содержимым регистра S8. ; - Символ точки с запятой, если он находится в конце командной строки, переводит модем после набора номера в командный режим. @ - Модем ожидает пятисекундной тишины на линии в течение заданного промежутка времени. Промежуток времени, в течение которого модем ожидает тишины, задается в регистре S7. Если в течение этого времени паузы тишины не было, модем отключается и отвечает NO ANSWER. ! - Если знак ! стоит перед знаками последовательности набора, модем переходит в состояние ON HOOK (кладет трубку) на 1/2 секунды, а затем снова переходит в состояние OFF HOOK (снимает трубку). S - Модем набирает телефонный номер, записанный в его памяти. Эта команда выполняется только для модемов, имеющих встроенную энергонезависимую память и возможность записи в нее номеров телефонов. R - После набора номера переводит модем в режим автоответа. Этот модификатор должен находиться в конце набираемого номера. W - Перед дальнейшим набором телефонного номера модем ожидает длинный гудок из линии. Причем время ожидания гудка содержится в регистре S7. Если в отведенное время гудок не появился, модем прекращает набор номера и возвращает сообщение NO DIALTONE. Этот параметр может быть полезен при наборе междугородних номеров. En - Управление эхо-выводом команд, передаваемых модему. После команды Е1 модем возвращает каждый знак, передаваемый ему, обратно компьютеру, что позволяет узнать, как работает связь модема и компьютера. Команда Е0 запрещает эхо-вывод. Fn - Переключение между дуплексным/полудуплексным режимами. При n=0 переход в полудуплексный режим, а при n=1 - в дуплексный. Hn - Эта команда используется для управления телефонной линией. Если n=0, то происходит отключение модема от линии, если n=1, модем подключается к линии. In - Выдает идентификационный код модема и контрольную сумму содержимого памяти модема. Если n=0, модем сообщает свой идентификационный код, если n=1, модем проводит подсчет контрольной суммы EPROM и передает ее компьютеру, n=2 - модем проверяет состояние внутренней памяти ROM и возвращает сообщение OK или CHECKSUM ERROR (ошибка контрольной суммы). При n=3 выдается состояние модема. Ln - Установка громкости сигнала внутреннего динамика: n=0,1 соответствует низкой громкости, n=2 - средней и n=3 -максимальной. Mn - Управление внутренним динамиком. При n=0 динамик выключен. При n=1 динамик включен только во время набора номера и выключен после обнаружения несущей. При n=2 динамик включен все время. При n=3 динамик включается после набора последней цифры номера и выключается после обнаружения несущей отвечающего модема. Qn - Управление ответом модема на AT-команды. При n=0 ответ разрешен, при n=1 ответ запрещен. Независимо от состояния Q0 или Q1 модем всегда сообщает содержание S-регистров, свой идентификационный код, контрольную сумму памяти и результаты теста. On - Команда переводит модем из командного режима в режим передачи данных. При этом модем отвечает CONNECT. Команда О и О0 переводят модем в режим передачи данных без инициирования последовательности сигналов проверки линии связи. Команда О1 переводит модем в режим передачи данных и заставляет модем передать последовательности сигналов проверки линии связи, т. е. производить повторное квитирование с удаленным модемом. Sr? - Чтение содержимого регистра модема, имеющего номер r. Sr=n - Запись в регистр модема с номером r числа n. Число n может иметь значения от 0 до 255. Все команды модифицируют содержимое одного или более S-регистров. Некоторые S-регистры содержат временные параметры, которые можно поменять только командой S. Vn - Производит выбор вида ответа модема на AT-команды. При n=0 ответ происходит цифровым кодом, при n=1 модем отвечает в символьном виде на английском языке. Использование цифровой формы ответа облегчает обработку результатов выполнения команды при написании собственных программ управления модемом. Стандартный набор ответов модема:
Yn - Отключение модема от линии. Существуют два способа отключения модема от линии: стандартный, когда модем получает неактивный сигнал DTR от компьютера; принудительный, когда модем получает от удаленного модема сигнал перерыва BREAK. Команда ATH0 направляет удаленному модему сигнал перерыва BREAK, который длится 4с. При n=0 модем отключается стандартно, при n=1 модем отключается после получения из линии сигнала BREAK. Z - Сбрасывает конфигурацию модема. При этом во все регистры загружаются значения, принятые по умолчанию. Значения регистров, принятые по умолчанию берутся из энергонезависимой памяти модема или, если модем такой памяти не имеет, из постоянной памяти или определяется исходя из переключателей на плате модема. +++ - Escape- последовательность, используемая для перехода в командный режим работы модема. Благодаря этой команде можно перейти из режима передачи данных модемом в командный режим работы без разрыва связи. Модем требует тишины перед и после направления этой Escape-последовательности. Величина этого промежутка тишины определена в регистре S12. &Cn - Данная команда управляет сигналом DCD порта RS232-C. При n=0 сигнал DCD всегда активен, при n=1 сигнал DCD устанавливается только тогда, когда модем обнаруживает несущую частоту от удаленного модема. &Dn - Управление сигналом DTR. При n=0 модем игнорирует DTR, n=1 - при потере сигнала DTR модем переходит в командный режим работы, n=2 - при потере сигнала DTR модем прекращает связь, отключается от линии, отключает режим автоответа и переходит в командный режим работы, n=3 - при потере сигнала DTR автоматически сбрасывается конфигурация модема, как при выполнении команды ATZ. Модем обнаруживает потерю сигнала DTR, если сигнал DTR отсутствует дольше времени, определенного в регистре модема S25. &F - модем устанавливает конфигурацию, записанную в постоянную память. &Gn - Включение/выключение защитной частоты. n=0 - защитная частота выключена, n=1 - модем генерирует защитную частоту 550 Hz, n=2 - модем генерирует защитную частоту 1800 Hz. Использование данной команды зависит от особенностей телефонной линии. &Ln - Вид линии связи. При n=0 передача по обычным (коммутируемым) линиям связи, n=1 передача по выделенным каналам. &Mn - Установка асинхронно/синхронного режима работы. При n=0 устанавливается асинхронный режим, при n=1,2,3 устанавливается синхронный режим. &Pn - Установка импульсного коэффициента набора номера в соответствии с различными стандартами. При n=0 – коэффициент заполнения замыкание/интервал 39/61 (Америка), при n=1 - 33/67 (Англия). &Rn - Управление сигналом CTS: n=0 - сигнал переходит в активное состояние после получения сигнала RTS. Данные, передаваемые модему до поступления сигнала RTS, игнорируются. n=1 - модем игнорирует RTS. &Sn - Управление сигналом DSR порта RS232-C. При n=0 сигнал DSR активен всегда, при n=1 сигнал DSR активизируется только после окончания этапа установления связи между модемами. &Tn - Тестирование модема. От n зависит вид теста. &V - Модем показывает свою текущую конфигурацию и телефонные номера, записанные в энергонезависимой памяти. &W - Модем записывает свою текущую конфигурацию в энергонезависимую память. При сбросе модема будет загружена именно эта конфигурация. &Zn - Используется для записи телефонного номера в энергонезависимую память модема. Количество телефонов зависит от модели модема. 2. Таблица светодиодных индикаторов модема
3. Таблица разводки разъемов DB25 и DB9 Таблица 1: Разводка разъема DB25
Таблица 2: Разводка разъема DB9
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
Так же использованы материалы с сайтов: Корпорация 3Соm: http://www.3com.ru/products/modems/index.html Корпорация Motorola: http://www.motorola.ru/products/internet_networking/inf_links/default.htm Сервер информационных технологий: http://www.citforum.ru/internet/comer/gl1.shtml Analytic TelecomSystems http://www.analytic.ru/modem_test.html; http://www.analytic.ru/documents.html Журнал CHIP: http://chip.com.ua Журнал "Подводная лодка": http://www.submarine.ru Журнал PCworld: http://www.osp.ru/pcworld |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||