Понятие модема

Компьютерные сигналы – это сигналы постоянного тока, которые телефонная сеть передавать не может. Для преобразования компьютерных сигналов в сигналы, способные передаваться по телефонной сети применяется специальное устройство, называемое модулятор-демодулятор,сокращенно модем.

Модемвоспринимает сигналы от компьютера, преобразует их в пригодную для телефонной сети форму (модулирует) и посылает адресату.

Аналогичный модем адресата воспринимает эти сигналы и преобразует их в форму, пригодную для компьютера (демодупирует).

Модем обладает массой специфических характеристик, и важнейшей из них является скорость передачи данных.Применительно к модему скорость передачи данных– это количество бит информации, передаваемых им за 1 секунду (обозначается bps). В маркировке модема сама скорость обычно не указывается, а заменяется специальным обозначением. Полная линейка скоростей выглядит следующим образом: 300, 1200, 2400, 4800, 7200, 9600, 12000, 14400, 16800, 19200, 21600, 24000, 26400, 28800, 31200, 33600. Более высокие скорости на телефонных линиях трудно достижимы. Любой модем способен работать не только на своей максимальной скорости, но и на всех более низких скоростях. То есть, модем на 33600 бод способен работать на всех указанных здесь скоростях.

Скорость модема 2400 бод означает, что в секунду пересылается 300 байт (байт = 8 бит, один символ), в минуту — 18 килобайт, за час — 1 мегабайт. Скорость 28800 бод означает, что в секунду пересылается 3600 байт (в минуту —216 килобайт, за час — 13 мегабайт).

Реально эффективность модема обычно бывает ниже скорости пересылки — из-за низкого качества телефонной линии приходится два-три (а то и более) раза повторять пересылки порций информации.

Для борьбы с плохим качеством телефонных линий придумали различные протоколы коррекции и уплотнения данных при пересылке. На практике используются следующие основные протоколы:

- Bell 209А 9600

- V.29 9600

- V.32 9600

- V.32bis 14400

- V.33 14400

- V.32turbo 19200

- V.34 28800 и выше

- V.90 56000

- V.34 HST 16800 и выше

- ZyX 16800 и выше

- другие.

Обычно модемы «знают» хотя бы несколько протоколов, а скорость модема в технических характеристиках ‑ это максимальная из скоростей, на которых он умеет работать. Для того, чтобы модемы на обоих концах телефонной линии «договорились» о приемлемой скорости и типе протокола (обсудив этот вопрос в первые несколько секунд соединения), нужно, чтобы оба они умели работать с данным протоколом на данной скорости.

Другой важной характеристикой является возможность исправления модемом ошибок.Для защиты передаваемых данных от ошибок применяется метод так называемого помехоустойчивого кодирования.

В передаваемые по сети данные через определенные промежутки модем-передатчик вставляет специальные контрольные символы. Если модем-приемник обнаруживает, что в чередовании контрольных символов нарушен порядок, то он посылает модему-передатчику сообщение об ошибке и передача неверно переданного фрагмента повторяется. Тот факт, что данный модем может исправлять ошибки, отражается в его маркировке наличием символов v.42.

Некоторые модемы могут сжимать передаваемые данные, что существенно уменьшает время их передачи. Такое сжатие данных напоминает сжатие файлов программами-архиваторами.

Способность сжимать данныеотражается в маркировке символами v.42bisили MNP5.Однако если партнером сжимающегомодема является несжимающиймодем, то вся передача данных будет проходить без сжатия.

Модемы обладают свойством вести прием и передачу данных одновременно.Такие модемы называются дуплексными,а те, которые ведут прием и передачу данных попеременно, полудуплексными.

Производительность модема

Изначально скорость модемов измерялась в битах в секунду и в «бодах» (baud), но они не обозначают одно и то же.

Бод относится к частоте модуляций звуковой волны, переносящей биты данных по телефонной линии. Свое название эта единица получила от имени французского офицера-связиста Ж. Бодо. В начале 80-х годов скорость в бодах равнялась скорости передачи в битах. В то время 300 бод было эквивалентно 300 битам в секунду.

Затем, когда инженеры связи разработали методы сжатия и кодирования данных, каждая модуляция звука могла переносить больше одного бита информации. Это означает, что скорость в битах в секунду может быть выше скорости в бодах. Например, модем со скоростью модуляции 28 800 бод в действительности способен передавать 115 200 бит/с. Именно поэтому сначала нужно обращать внимание на скорость в битах в секунду, а затем уже – в бодах.

Например, модемы применяют такие промышленные стандарты сжатия данных, как V.42bis/MNP5, и способны передавать данные со скоростью 57 600 бит/с, а некоторые — до 76 800 бит/с.

Типы модемов

Существуют различные типы модемов, поскольку каждому типу среды передачи требуется свой метод передачи данных. Эти среды условно можно поделить на два типа, взяв за критерий синхронизацию связи. Итак, связь бывает:

- асинхронная;

- синхронная.

Тип модема, используемого в сети, зависит и от среды передачи, и от назначения сети.

Асинхронная связь

Асинхронная связь – самая распространенная форма передачи данных. Причина такой популярности заключается в том, что асинхронный метод связи использует стандартные телефонные линии.

При асинхронном методе данные передаются последовательным потоком (рис. 3).

Рис.3. Асинхронный поток данных

Каждый символ – байт – раскладывается в последовательность битов. Каждая из этих последовательностей отделяется от других стартовым битом и стоповым битом. Передающее и принимающее устройства должны согласовывать комбинацию стартовых и стоповых битов. Принимающий компьютер для управления синхронизацией использует стартовые и стоповые биты, готовясь тем самым к приему следующего байта данных.

Связь этого типа не синхронизируется, то есть отсутствует синхронизирующее устройство или метод для координации действий между передатчиком и приемником. Передающий компьютер просто посылает данные, а принимающий компьютер получает их и проверяет, чтобы убедиться в том, что они приняты без ошибок. При асинхронной связи от 20 до 27% трафика данных состоит из управляющей информации.

Скорость асинхронной передачи по телефонным линиям составляет 57 600 бит/с и выше. Новейшие методы сжатия данных обеспечивают скорость до 115 200 бит/с (в системах, которые связаны напрямую).

Контроль ошибок

Передавая по сети данные, нельзя исключать вероятность появления ошибок, поэтому при асинхронной связи обычно используют специальный бит – бит четности. Схема проверки и коррекции ошибок, которая его применяет, называется контролем четности. Она заключается в следующем: количество посланных и принятых единичных бит должно совпадать.

Стандарт модемов V.32 не предусматривал контроля ошибок. Чтобы решить эту проблему, компания Microcom создала собственный стандарт асинхронного контроля ошибок данных, который был назван Microcom Network Protocol (MNP). В настоящее время разные производители модемов используют MNP классов 2, 3 и 4.

В 1989 г. опубликована схема асинхронного контроля ошибок, названная V.42. Этот стандарт аппаратной коррекции ошибок включает два протокола. Основная схема контроля ошибок – Link Access Procedure for Modems, LAPM (процедура доступа к каналу связи для модемов), кроме того, V.42 поддерживает MNP Class 4. Протокол LAPM используется при соединении двух модемов, удовлетворяющих стандарту V.42. Если один из модемов поддерживает только стандарт MNP 4, будет использоваться MNP 4.

Увеличение скорости передачи

На производительность канала связи оказывают влияние два фактора:

- скорость канала – указывает, насколько быстро биты кодируются и передаются по каналу связи;

- пропускная способность (throughput) – определяет долю полезной информации, передаваемой по каналу.

Сжатие уменьшает время, необходимое для передачи данных (за счет удаления избыточных элементов или пустых участков). Один из распространенных в настоящее время стандартов сжатия – протокол сжатия данных MNP Class 5 фирмы Microcom. Если на обеих сторонах линии связи используется протокол MNP Class 5, время передачи данных может быть сокращено наполовину.

Стандарт V.42bis позволяет добиться и большей производительности, так как он описывает аппаратную реализацию непрерывного сжатия данных. Например, с модемом на 56 кбит/с при использовании V.42bis достигается пропускная способность 100 кбит/с.

Комбинирование стандартов

Различные стандарты определяют различные аспекты работы модема. Поэтому один и тот же модем, чтобы увеличить производительность, иногда использует некую комбинацию протоколов передачи данных и контроля ошибок. Например, при работе модемов на асинхронном аналоговом канале связи между локальными сетями хорошие, устойчивые результаты дает следующая комбинация:

- V.32bis – передача;

- V.42 – контроль ошибок;

- V.42bis – сжатие.

Асинхронные, или последовательные, модемы дешевле синхронных, поскольку не нуждаются в схемах и компонентах для управления синхронизацией (необходимой при синхронной связи).

Синхронная связь

Синхронная связь основана на схеме синхронизации, согласованной между двумя устройствами. Эта схема позволяет отделять биты друг от друга при передаче их блоками. Эти блоки называют кадрами. Для синхронизации используются специальные символы.

Поскольку биты передаются в синхронном режиме, стартовые и стоповые биты не нужны. Передача завершается в конце одного кадра и начинается вновь на следующем кадре. Этот метод более эффективен, чем асинхронная передача, особенно при пересылке больших блоков данных. На рис. 4 сравниваются синхронный и асинхронный потоки данных.

Рис. 4. Сравнение асинхронного и синхронного потоков данных

В случае ошибки синхронная схема распознавания и коррекции ошибок просто повторяет передачу кадра.

Синхронные протоколы выполняют некоторые действия, не предусмотренные асинхронными протоколами, а именно:

- разбивают данные на блоки;

- добавляют управляющую информацию;

- проверяют данные на наличие ошибок.

К основным протоколам синхронной связи относятся:

- SDLC (Synchronous Data Link Control) – протокол синхронного управления каналом;

- HDLC (High-level Data Link Control) – высокоуровневый протокол управления каналом;

- BISYNC (Binary SYNchronous Communications protocol) – протокол двоичной синхронной связи.

Синхронная связь используется практически во всех цифровых системах связи и сетях. Однако из-за высокой стоимости и сложности синхронные модемы дома, как правило, не используются.

Асимметричная цифровая абонентская линия

Асимметричная цифровая абонентская линия (Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL) – модемная технология, позволяющая передавать данные по обычной телефонной линии на высоких скоростях: более 8 Мбит/с в направлении к абоненту и до 1 Мбит/с — от абонента.

Но и у ADSL есть свои недостатки. Необходимо специализированное оборудование, в том числе и ADSL-модемы на каждом конце линии, также нужен кабель особый. Также существуют и ограничения на дальность связи.

ADSL – протокол физического уровня для передачи данных по неэкранированной витой паре.