Модемы: использование в сетях, различия в архитектуре, сравнительные характеристики, особенности эксплуатации. Нештатные ситуации и их разрешение. Диагностика и тестирование (MODEM97)

Посмотреть архив целиком

66



КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра СУ и ВТ



Курсовая работа Р а б о т а защищена

допущена к защите с оценкой:__________

Руководитель: Руководитель:

Капустин В.В. Капустин В.В.

Дата:____________ Дата:_______________

Подпись:_________ Подпись:____________




Курсовая работа по дисциплине

Эксплуотация ЭВС”


Модемы различных фирм-производителей:

использование в сетях, различия в архитектуре, сравнительные характеристики, особенности эксплуатации. Нештатные ситуации и их разрешение.

Диагностическа и тестование.






Р а б о т у проверил Р а б о т у выполнили

доцент, к.т.н. студенты гр. 95 - ВС

Капустин В.В. Разуваев В.А.

Дата:________________ Василюк Е.Н.

Подпись:_____________ Горобец Д.Н.

Дата:________________

Подпись:_____________





Калининград 2000

Содержание:

стр.:


Введение.......................................................................................................

3

1.

Общая информация....................................................................................

4


1.1 Модем? Что это такое?!........................................................................

4


1.2 Как это работает?.................................................................................

5

2.

Классификация модемов. Сравнительный анализ различных классов. Оценка характеристик................................................................


10


2.1 Классификация модемов......................................................................

10


2.2 Сравнение характеристик модемов для выделенных и коммутируемых каналов............................................................................


11


2.2.1 Модемы для выделенных каналов..............................................

11


2.2.2 Модемы для коммутируемых каналов.......................................

15


2.3 Сравнение модемов различающихся исполнением...........................

20


2.3.1 Внутренне исполнение..................................................................

20


2.3.2 Исполнение настольное (внешнее)..............................................

23


2.3.3 Исполнение модемы в виде карточки.........................................

24


2.3.4 Портативный модем.....................................................................

24


2.3.5 Стоечный модем. Модемная стойка...........................................

25


2.4 Сравнение модемов для различных типов передающей среды........

25


2.4.1 Модемы для 2-х/4-х проводных медных линий.........................

25


2.4.1.1 Обыный модем.......................................................................

26


2.4.1.2 LD-модемы.............................................................................

32


2.4.1.3 xDSL-модемы.........................................................................

32


2.4.1.4 ISDN-модемы. Устройства доступа к каналам Е1/Т1, Е2/Т2, Е3/Т3.......................................................................................


35


2.4.2 Модемы для оптоволоконных линий.........................................

38


2.4.3 Модемы для радиоканалов..........................................................

38


2.4.3.1 Радио-модем...........................................................................

38


2.4.3.2 Сотовый модем......................................................................

40


2.4.4 Кабельные модемы.......................................................................

41

3.

Критерии выбора при покупке и использовании в конкретной системе.........................................................................................................


43

4.

Обзор фирм Калининграда, занимающихся поставкой модемов.........

48

5.

Проблемы при функционировании и их разрешение.............................

51

6.

Тестирование модема.................................................................................

55


6.1 Программные споосбы и средства тестирования..............................

55


6.1.1 Диагностика COM-порта.............................................................

55


6.1.2 Диагностика модема посредством ОС Windows 9х...................

57


6.1.3 Диагностика посредством программы BitWare.........................

59


6.1.4 Диагностика модема в DOS или из терминальной программы.............................................................................................


60


6.2 Самодиагностика модемов..................................................................

61


6.2.1 Аналоговый шлейф (петля).....................................................

62


6.2.2 Цифровой шлейф (петля).........................................................

63


6.2.3 Удаленный цифровой шлейф (петля).....................................

64


Заключение.................................................................................................

66


Список литературы....................................................................................

67


Приложение А Модем 3Com/USR Courier v.Everything........................

68


Приложение Б IDC-5614............................................................................

70


Приложение В Eline ELC-576E(I)..............................................................

71

Введение


Прогресс компьютерных технологий идет семимильными шагами. Каждый год появляются новые процессоры, платы, накопители и прочая периферия.

Конечно, существует множество компьютерных журналов, в которых описывают­ся многие новинки, но эта информация не систематизирована, разбросана по номе­рам изданий. Зачастую используется терминология, предполагающая, что читатель уже разбирается в существующих электронных компонентах.

Возникла насущная необходимость переработать и свести разрозненную ин­формацию из разных источников. Опираясь на собственный прак­тический опыт и знания, постараемся доступно и последовательно рассотреть основные тенденции и нюансы становления одной из составляющих компьютерного «железа», как модемы.

Вопреки предсказанному спаду, связанному с введением цифровых сетей, в последние годы значительно расширилась сфера применения и увеличился объем выпуска модемов, предназначенных для организации передачи данных по телефонным каналам. Основной причиной этого стало существенное увеличение скорости передачи (до 40-60 кбит/с) при высокой надежности доставки информации, что делает экономичным использование широко доступных аналоговых телефонных каналов. Новыми областями применения модемов стали телематические службы (телетекст, электронная почта, видеотекст, телефакс и др.), связь между персональными компьютерами, локальными сетями, Internet.

Такой прогресс в области модемов стал возможен только благодаря тому, что за последнее десятилетие были разработаны новые методы модуляции и цифровой обработки сигналов (адаптивная коррекция, эхокомпенсация, сверточное кодирование и декодирование), введены в модемы коррекция ошибок и сжатие данных, найдены высокоэффективные способы реализации модемов на базе микропроцессоров (МП), цифровых сигнальных процессоров (ЦСП). В серийном производстве были освоены специализированные БИС для модемов, а также высокопроизводительные ЦСП, что позволило создать более совершенные модемы, имеющие меньшие габариты, вес, энергопотребление, стоимость и лучшие потребительские характеристики.

Практически все, что необходимо знать о выпускавшихся ранее и новейших модемах будет рассмотренно в настоящей работе. Возможно, излагаемый материал поможет правильно выбрать и купить модем, поддерживать его «в форме» или расширить его возможности.


1. Общая информация


1.1 Модем? Что это такое?!


Давно миновали времена, когда компьютер являлся толь­ко «вычислительной машиной». Теперь это уже интеллек­туальное многофункциональное устройство, которое дает пользователю возможность общаться с огромным миром информации со всего света. И во многом такое использование стало возможным благодаря устройству, которое позволяет ему связываться с другими компью­терами, — модему. Без модема немыслима система электронных коммуникаций. Это позволяет вам окунуться в увлекательный, а сегодня уже и просто жизненно необходимый мир информационных потоков, электронных баз данных, электронной почты, электронных справочников, электронных досок объявлений и т.д.

Если вы хотите оперативно передать файл (с программой, картинкой или сооб­щением) вашему другу (или сотруднику), то с помощью модема это делается эле­ментарно. Используя специальную информационную программу, вы звоните по те­лефону своему партнеру, модемы на ваших компьютерах "договариваются" друг с другом об установлении соединения, и после этого, используя специальный прото­кол передачи данных, вы передаете файл на удаленный компьютер.

Само слово «модем» образовано из двух слов — «МОдулятор / ДЕМодулятор», объясняющих основной принцип действия модемов. Поскольку исто­рически основным видом коммуникации являются теле­фонные аналоговые сети, а компьютер — это чисто циф­ровое устройство, то для их сопряжения и понадобилось устройство, которое переводит цифровые сигналы в ана­логовые, «модулируя» нули и единицы разным образом.

При работе модем входит в соединение с другим модемом по схеме точка - точка. Это означает, что никакой третий модем не может "вклиниться в разговор". Данные, подлежащие передаче, преобразуютcя в аналоговый cигнал модулятором модема «передающего» компьютера. Принимающий модем, находящийcя на противоположном конце линии, «cлушает» передаваемый cигнал и преобразует его обратно в цифровой с помощью демодулятора. Режим работы, когда передача данных осуществляется только в одном направлении, называется полудуплексом (half duplex), в обе cтороны — дуплексом (full duplex).

Телефонные каналы, разработанные специально для передачи голоса, не очень эффективны для передачи данных, но их преимущество заключает­ся в том, что они густой сетью опутали весь мир и доступны.

Существуют еще пока малораспространенные и дорогие полностью циф­ровые телефонные сети по стандарту ISDN, которые позволяют качест­венно передавать одновременно и голос и данные. Однако и там нужно переходное устройство, которое называется ISDN-адаптером, который по внешнему виду похож на модем.

Низкие скорости модемов на телефонных каналах также компенсируются рас­пространенностью этих сетей и их стыковкой между собой в единую все­мирную сеть. Куда приятнее переслать небольшой файл, чем вести его на дискете на другой конец заснеженного мегаполиса с редко ходящим транспортом. Более того, ваше Е-письмо дойдет до адресата из далекой страны всего за несколько десятков минут и притом это обойдется значи­тельно дешевле "бумажной" почты. Кроме того, это надежнее — в почто­вый ящик не раз попадают письма, адресованные на тот же номер кварти­ры, но из другого дома.

Практический предел физической скорости при передаче по стандартно­му телефонному каналу равен примерно 32 Кбит/с. Современные модемы уже подошли к этому пре­делу. За счет упаковки данных эффективную скорость передачи можно несколько поднять, но ясно, что много мегабайт быстро передать нельзя (это в принципе возможно на других устройствах и каналах).

Модем - сравнительно небольшое устройство. В случае настольного ис­полнения он похож на портсигар, т.е. сравним по размерам с авторучкой. Обо всех вариантах исполнения модема рассказано ниже.

Долго ли жить модемам? Можно с уверенностью сказать – очень долго. Во всем мире сейчас интенсивно развивается цифровая телефония по вышеупомянутому стандарту ISDN. Для нее характерны более высокие скорости передачи (минимум 64 Кбит/с) и хорошее качество. Увы, на наших просторах такая возможность представится повсеместно еще не скоро. И дело даже не только в том, что большинство АТС являются не цифровыми, а аналоговыми (кстати, не все цифровые АТС удовлетворяют стандарту ISDN). Существенно хуже то, что вся разводка до аппаратов у нас выпол­нена не тем кабелем, что нужно, а именно "лапшей", а не витыми прово­дами. Предстоит еще долгая, гигантская по объему и затратам работа по замене кабелей. В настоящее время есть небольшое число "точек входа" в сети ISDN, а стоимость услуг просто астрономическая (зато для офиса удобнее цифровая АТС с аналоговым выходом).

Ещё пару лет назад немалые надежды возлагались на иное решение в виде кабельных модемов, использующих телевизионный кабель — ведь они уже протяну­ты в каждую квартиру (в многоэтажных жилых домах). Однако пока практичных и недорогих решений нет даже за рубежом.

Кроме того, даже в странах с развитой телефонией, стоимость аналоговых ка­налов значительно меньше цифровых. Поэтому модемы всегда останутся как недорогое решение, особенно для малого бизнеса.



1.2 Как это работает?


Современный модем — довольно сложное устройство. состоящее из нескольких основных блоков, обеспечива­ющих его функциональность. Рассмотрим эти блоки (рисунок 1).

Самым первым устройством, стоящим со стороны теле­фонной линии, 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.

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 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.



Рисунок 1 – Функциональная схема модема.


Обработанная информация поступает в цифровой сиг­нальный процессор ЦСП, 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.

Поддержка интерфейса с компьютером, управление ЦСП, 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. Одним из пио­неров такого подхода явилась фирма U.S.Robotics, впер­вые внедрившая перезаписываемую через основной ин­терфейс с компьютером флэш-память в своем модеме U.S.Robotics Courier.

Типовая структура соединения двух компьютеров или локальных сетей через маршрутизатор с помощью модема приведена на рисунке 2. В случае 2-проводного окончания (см. рисунок 2-а) для обеспечения дуплексного режима модем использует трансформаторную развязку. Телефонная сеть благода­ря своей схеме развязки обеспечивает разъединение потоков данных, циркулирую­щих в разных направлениях. При наличии 4-проводного окончания (см. рисунок 2-а) схема модема упрощается.



Рисунок 2 – Соединение локальных сетей или компьютеров через модем


Аналоговые каналы тональной частоты характеризуются тем, что спектр передаваемого по ним сигнала ограничен диапазоном от 300 Гц до 3400 Гц. Именно это ограничение спектра и является основной преградой в использовании телефонных каналов для высокоскоростной передачи цифровой информации. Скорость передачи информации по каналу с ограниченным спектром не может превосходить ширины этого спектра, т.е. 3100 бод в нашем случае. Но как же тогда быть с модемами, передающими информацию со скоростями 4800, 9600, 14400 бит/с и даже больше? В аналоговой технике передачи данных бод и бит/с не одно и то же. Для прояснения этого тезиса стоит рассмотреть внимательнее физический уровень работы модема.

Электрический сигнал, распространяющийся по каналу, характеризуется тремя параметрами – амплитудой, частотой и фазой. Именно изменение одного из этих параметров, или даже совместно некоторой их совокупности в зависимости от значений информационных бит и 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 называют бодовым интервалом. Если кодируемый элемент соответствует одному биту информации, который может принимать значение 0 или 1, то на бодовом интервале параметры сигнала соответственно могут принимать одну из двух предопределенных совокупностей значений амплитуды, частоты и фазы. В этом случае модуляционная скорость (еще ее называют линейной или бодовой) равна информационной, т.е. 1 бод = 1 бит/с. Но кодируемый элемент может соответствовать не одному, а, например, двум битам информации. В этом случае информационная скорость будет вдвое превосходить бодовую, а параметры сигнала на бодовом интервале могут принимать одну из четырех совокупностей значений, соответствующих 00, 01, 10 или 11.

В общем случае, если на бодовом интервале кодируется n бит, то информационная скорость будет превосходить бодовую в n раз. Но количество возможных состояний сигнала в трехмерном (в общем случае) пространстве – амплитуда, частота, фаза – будет равно 2n. Это значит, что демодулятор модема, получив на бодовом интервале некий сигнал, должен будет сравнить его с 2n эталонными 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 все более жесткие требования к "чистоте" канала передачи. Теоретически возможная скорость в реальном канале определяется известной формулой Шеннона:

V = F log2(1+S/N), где F – ширина полосы пропускания канала, S/N – отношение сигнал/шум.

Второй сомножитель и определяет возможности канала с точки зрения его зашумленности по достоверной передаче сигнала, кодирующего не один бит информации в бодовом интервале. Так, например, если отношение сигнал/шум соответствует 20 dB, т.е. мощность сигнала, доходящего до удаленного модема, в 100 раз превосходит мощность шума, и используется полная полоса канала тональной частоты (3100 Гц), максимальная граница по Шеннону равна 20640 бит/с.

Основной задачей модема является преобразование исходной цифровой информации в вид, пригодный для передачи по каналу связи, и обратное преобразование на приеме. Вид модуляции и метод построения модема в значительной степени определяют скорость передачи данных и эффективность использования канала связи. Применительно к передаче данных по телефонным каналам, виды модуляции, используемые в модемах, регламентировались Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии (МККТТ / CCITT - франц.), а после его реформирования в 1993 году этим стал заниматься Сектор по стандартизации телекоммуникаций (TSS) Международного союз по электросвязи (ITU) при ООН. В Рекомендациях ITU-T (CCITT) определены основные технические характеристики модема, такие, как форма спектра передаваемого сигнала, структура настроечной комбинации, образующий полином скремблера (дескремблера) и другие параметры, обеспечивающие совместимость модемов, выпускаемых разными изготовителями. Данные рекомендации – модемные стандарты – входят в V-серию, где V означаетпередачу информации в аналоговом виде. Стандарты на передачу цифровой информации относятся к Х-серии, а на телематическое оконечное оборудование – Т-серии.

Качество работы модема определяется способностью противодействовать мешающим факторам, а, именно:

  • гауссовскому шуму;

  • межсимвольной интерференции, вызванной неидеальностью передаточной функции канала связи;

  • флуктуациям фазы несущей частоты, обусловленным низкочастотной паразитной модуляцией в генераторном оборудовании систем передачи с частотным разделением каналов.

Поэтому для повышения качества работы модема требуется применение оптимальных (либо близких к ним) алгоритмов обработки сигналов, позволяющих уменьшить влияние мешающих факторов.

Повышение эффективности использования канала связи, т.е. удельной скорости передачи (числа передаваемых бит на единицу полосы пропускания канала связи), требует применения в модеме следующих систем:

  • адаптивного корректора сигнала для уменьшения межсимвольной интерференции в принимаемом сигнале;

  • дискретного (или цифрового) формирователя спектра сигнала на передаче (в качестве его дополнительной функции может быть введение предыскажений с целью компенсации межсимвольной интерференции);

  • скремблера (на передаче) и дескремблера (на приеме) для преобразования исходной последовательности данных в псевдослучайную и обратного преобразования на приеме;

  • системы компенсации флуктуаций фазы несущей частоты,

Акустический канал телефонной линии модем раз­деляет на две полосы низкой и высокой частоты. Полоса низкой частоты применя­ется для передачи данных, а полоса высокой частоты – для приема.

В первых моде­мах использовалось два способа кодировки информации: метод FSK (Frequency Shift Keying) для скорости передачи до 300 бод и метод PSK (Phase Shift Keying) для более быстрых модемов - скорость передачи от 2400 бод. FSK использует четыре выделенные частоты. При передаче информации сигнал частотой 1070 Гц интерпретируется как логический нуль, а сигнал частотой 1270 Гц - как логическая единица. При приеме нуль соответствует сигналу 2025 Гц, а единица - 2225 Гц.

PSK использует две частоты: для передачи данных - 2400 Гц, для приема - 1200 Гц. Данные передаются по два бита, при этом кодировка осуществляется посред­ством сдвига фазы сигнала. Используются следующие сдвиги фазы для кодировки: 0 градусов для сочетания битов 00, 90 градусов для 01, 180 градусов для 10, 270 градусов для 11. Частотной модуляции пришла на смену квадратурно амплитудная модуляция, а ей уже «дышит в спину» импульсно-амплитудная модуляция сиг­нала (ИАМ).

В методе квадратурной амплитудной модуляции QAM одновременно изменяются фаза и амплитуда сигнала, что позволяет передавать большее количество информации. здесь помимо изменения фазы сигнала используется манипуляция его амплитудой, что позволяет увеличивать число кодируемых бит. В настоящее время используются модуляции, в которых количество кодируемых на одном бодовом интервале информационных бит может доходить до 8, а, соответственно, число позиций сигнала а сигнальном пространстве – до 256.

Однако, применение многопозиционной QAM в чистом виде сталкивается с серьезными проблемами, связанными с недостаточной помехоустойчивостью кодирования. Поэтому во всех современных высокоскоростных протоколах используется разновидность этого вида модуляции, т.н. модуляция с решетчатым кодированием или треллис-кодированием (ТСМ, Trellis Coded Modulation), которая позволяет повысить помехозащищенность передачи информации – снизить требования к отношению сигнал/шум в канале на величину от 3 до 6 дБ. Суть этого кодирования заключается в введении избыточности. Пространство сигналов расширяется вдвое путем добавления к информационным битам еще одного, который образуется посредством сверточного кодирования над частью информационных бит и введения элементов запаздывания. Расширенная таким образом группа подвергается все той же многопозиционной амплитудно-фазовой модуляции. В процессе демодуляции принятого сигнала производится его декодирование по весьма изощренному алгоритму Виттерби, позволяющему за счет введенной избыточности и знания предистории выбрать по критерию максимального правдоподобия из сигнального пространства наиболее достоверную точку и, тем самым, определить значения информационных бит.


2. Классификация модемов. Сравнительный анализ различных классов. Оценка характеристик.



2.1 Классификация модемов


На первый взгляд, нет ничего проще, чем классифицировать модемы. Само собой разумеется, что они делятся на внешние и внутренние. Конечно кое-кто может предложить их разделить по скоростям (14400 бит/с, 28800 бит/с, 33600 бит/с, 56К), и, в последнюю очередь, вспомнят о возможности передачи данных в синхронном и асинхронном режимах. Однако это взгяд с высоты совсем уж птьчьего полета. Вблизи всё выглядит далеко не так.

Попытаемся подробнее классифицировать вверенные нам устройства.

И так, начнём с того, что различают модемы, предназначенные для работы только на выделенных или только на коммутируемых линиях, а так же на тех и других. Различают модемы для цифровых и аналоговых линий.

В зависимости от поддерживаемого режима передачи данных, модемы делятся на:

  • поддерживающие только асинхронный режим работы;

  • поддерживающие асинхронный и синхронный режимы работы;

  • поддерживающие только синхронный режим работы.

По исполнению(эта характеристика определяет внешний вид, размеры и размещение мо­дема по отношению к компьютеру):

  • внутренний модем – вставляется в компьютер как плата расширения. Они, в-добавок, делятся на контроллерные и безконтроллерные. К первым принадлежит большенство существующих внутренних модемов предназначенных для ISA интерфейса. Вторые – для PCI интерфейсов. Дальнейшим развитием PCI-модемов являются SOFT-модемы (иначе Win-модемы).

  • настольный модем – имеет отдельный корпус и размещается рядом с компьютером, соединяясь кабелем с портом компьютера. Иногда называют внешним модемом, что не совсем правильно, т.к. сле­дующие два типа также являются внешними (т.е. расположенными вне системного блока компьютера).

  • модем в виде карточки – миниатюрен и подсоединяется к портативно­му компьютеру через специальный разъем (тот, кто видел сетевую карту для ноутбука поймет о чём идет речь).

  • портативный модем – схож с настольным модемом, но имеет умень­шенные размеры и автономное питание.

  • стоечные модемы – вставляются в специальную модемную стойку, повышающую удобство эксплуатации, когда число модемов пере­валивает за десяток.

По характеру применения модемы можно разделить на обычные и профессиональные.

Под обычными модемами будем понимать устройства, обычно применяемые конечным пользователем дома или в офисе. Эти модемы используют только телефонные каналы.

Профессиональные модемы – наиболее совершенные и скоростные устройства, преимущественно стоечного исполнения. Используются для интеграции локальных сетей, в модемных пулах, а также для удалённого доступа к ресурсам ЛВС.

Среди обычных модемов можно выделить 3 вида:

  • устройства для обмена данными (просто модемы);

  • устройства для обмена данными и документами (факс-модемы);

  • устройства для обмена данными, документами и приёма голосовых сообщений (голосовые факс-модемы).

Следует заметить, что обычно прередача данных и телефонный разговор не могут вестись одновременно. Исключение составляют SVD модем и технология RadishVoiceView, предназначенныt для одновременной передачи голоса и данных.

Поддержка факсимильного режима не исключена и в профессиональных модемах, одако звуковой поддержки они обычно не предусматривают.

В качестве очередного классификационного признака выберем передающую среду. По типу передающей среды можно выделить:

  • модемы для 2-х проводных медных линий (обычные, профессиональные, ADSL, SR, ER-модемы);

  • модемы для 4-х проводных медных линий (обычные, профессиональные, HDSL, ISDN, SR, ER, MR-модемы);

  • модемы для оптоволоконных линий (FOM, FOM-T1/E1, FOM-T2/E2, FOM-T3/E3);

  • модемы для радиоканалов (радио-модем, сотовый модем);

  • кабельные модемы (используют коаксиальный кабель).




2.2 Сравнение характеристик модемов для выделенных и коммутируемых каналов



2.2.1 Модемы для выделенных каналов


Выделенный канал — это канал с фиксированной полосой пропускания или фиксиро­ванной пропускной способностью, постоянно соединяющий двух абонентов. Або­нентами могут быть как отдельные устройства (компьютеры или терминалы), так и целые сети.

Выделенные каналы обычно арендуются у компаний — операторов территори­альных сетей, хотя крупные корпорации могут прокладывать свои собственные выделенные каналы.

Выделенные каналы делятся на аналоговые и цифровые в зависимости от того, какого типа коммутационная аппаратура применена для постоянной коммутации абонентов. На аналоговых выделенных линиях для аппаратуры передачи данных физический и канальный протоколы жестко не определены. От­сутствие физического протокола приводит к тому, что пропускная способность аналоговых каналов зависит от пропускной способности модемов, которые исполь­зует пользователь канала. Модем собственно и устанавливает нужный ему прото­кол физического уровня для канала.

На цифровых выделенных линиях протокол физического уровня зафиксиро­ван — он задан стандартом G.703.



Модемы для работы на выделенных аналоговых каналах

Для передачи данных по выделенным аналоговым линиям исполь­зуются модемы, работающие на основе методов аналоговой модуляции сигнала. Протоколы и стандарты модемов определены в рекомен­дациях CCITT серии V. Эти стандарты определяют работу модемов как для выделенных, так и комму­тируемых линий.

Как уже говорилось в п. 2.1, модемы могут быть синхронными, асинхронными и синхронно-асинхронными.

Модемы, работающие только в асинхронном режиме, обычно поддерживают низкую скорость передачи данных — до 1200 бит/с. Так, модемы, работающие по стандарту V.23, могут обеспечивать скорость 1200 бит/с на 4-проводной выделен­ной линии в дуплексном асинхронном режиме, а по стандарту V.21 — на скорости 300 бит/с по 2-проводной выделенной линии также в дуплексном асинхронном режиме. Дуплексный режим на 2-проводном окончании обеспечивается частотным разделением канала. Асинхронные модемы представляют наиболее дешевый вид модемов, так как им не требуются высокоточные схемы синхронизации сигналов на кварцевых генераторах. Кроме того, асинхронный режим работы неприхотлив к качеству линии.

Модемы, работающие только в синхронном режиме, могут подключаться только к 4-проводиому окончанию. Синхронные модемы используют для выделения сиг­нала высокоточные схемы синхронизации и поэтому обычно значительно дороже асинхронных модемов. Кроме того, синхронный режим работы предъявляет высо­кие требования к качеству линии.

Для выделенного канала тональной частоты с 4-проводным окончанием разра­ботано достаточно много стандартов серии V. Все они поддерживают дуплексный режим:

  • V.26 — скорость передачи 2400 бит/с;

  • V.27 — скорость передачи 4800 бит/с;

  • V.29 — скорость передачи 9600 бит/с;

  • V.32 ter—скорость передачи 19 200 бит/с.

Для выделенного широкополосного какала 60-108 кГц существуют три стан­дарта:

  • V.35 — скорость передачи 48 Кбит/с;

  • V.36 - скорость передачи 48-72 Кбит/с;

  • V.37 — скорость передачи 96-168. Кбит/с.

Коррекция ошибок в синхронном режиме работы обычно реализуется по прото­колу HDLC, но допустимы и устаревшие протоколы SDLC и BSC компании IBM. Модемы стандартов V.35, V.36 и V.37 используют для связи с DTE интерфейс V.35.

Модемы, работающие в асинхронном и синхронном режимах, являются наиболее универсальными устройствами. Чаще всего они могут работать как по выделен­ным, так и по коммутируемым каналам, обеспечивая дуплексный режим работы. На выделенных каналах они поддерживают в основном 2-проводное окончание и гораздо реже — 4-проводное.

Для асинхронно-синхронных модемов разработан ряд стандартов серии V:

  • V.22 — скорость передачи до 1200 бит/с;

  • V.22 bis — скорость передачи до 2400 бит/с;

  • V.26 ter - скорость передачи до 2400 бит/с;

  • V.32 - скорость передачи до 9600 бит/с;

  • V.32 bis — скорость передачи 14 400 бит/с;

  • V.34 — скорость передачи до 28,8 Кбит/с;

  • V.34+ — скорость передачи до 33,6 Кбит/с.

Стандарт V.34, принятый летом 1994 года, знаменует новый подход к передаче данных по каналу тональной частоты. Этот стандарт разрабатывался CCITT до­вольно долго — с 1990 года. Большой вклад в его разработку внесла компания Motorola, которая является одним из признанных лидеров этой отрасли. Стандарт V.34 разрабатывался для передачи информации по каналам практически любого качества. Особенностью стандарта являются процедуры динамической адаптации к изменениям характеристик канала во время обмена информацией. Адаптация осуществляется в ходе сеанса связи — без прекращения и без разрыва установлен­ного соединения.

Основное отличие V.34 от предшествующих стандартов заключается в том, что в нем определено 10 процедур, по которым модем после тестирования линии выби­рает свои основные параметры: несущую и полосу пропускания (выбор проводит­ся из 11 комбинаций), фильтры передатчика, оптимальный уровень передачи и другие. Первоначальное соединение модемов проводится по стандарту V.21 на ми­нимальной скорости 300 бит/с, что позволяет работать на самых плохих линиях. Для кодирования данных используются избыточные коды квадратурной ампли­тудной модуляции QAM. Применение адаптивных процедур сразу позволило под­нять скорость передачи данных более чем в 2 раза по сравнению с предыдущим стандартом — V.32 bis.

Принципы адаптивной настройки к параметрам линии были развиты в стан­дарте V.34+, который является усовершенствованным вариантом стандарта V.34. Стандарт V.34+ позволил несколько повысить скорость передачи данных за счет усовершенствования метода кодирования. Один передаваемый кодовый символ несет в новом стандарте в среднем не 8,4 бита, как в протоколе V.34, a 9,8. При макси­мальной скорости передачи кодовых символов в 3429 бод (это ограничение пре­одолеть нельзя, так как оно определяется полосой пропускания канала тональной частоты) усовершенствованный метод кодирования дает скорость передачи дан­ных в 33,6 Кбит/с (3429 х 9,8 - 33604). Правда, специалисты отмечают, что даже в Америке только 30 % телефонных линий смогут обеспечить такой низкий уровень помех, чтобы модемы V.34+ смогли работать на максимальной скорости. Тем не менее модемы стандарта V.34+ имеют преимущества по сравнению с модемами V.34 даже на зашумленных линиях — они лучше «держат» связь, чем модемы V.34.

Протоколы V.34 и V.34+ позволяют работать на 2-проводной выделенной ли­нии в дуплексном режиме. Дуплексный режим передачи в стандартах V.32, V.34, V.34+ обеспечивается не с помощью частотного разделения канала, а с помощью одновременной передачи данных в обоих направлениях. Принимаемый сигнал оп­ределяется вычитанием с помощью сигнальных процессоров (DSP) передаваемого сигнала из общего сигнала в канале. Для этой операции используются также про­цедуры эхо-подавления, так как передаваемый сигнал, отражаясь от ближнего и дальнего концов канала, вносит искажения в общий сигнал (метод передачи дан­ных, описанный в проекте стандарта 802.3ab, определяющего работу технологии Gigabit Ethernet на витой паре категории 5, взял многое из стандартов V.32-V.34+).

На высокой скорости модемы V.32-V.34+ фактически всегда используют в ка­нале связи синхронный режим. При этом они могут работать с DTE как по асинх­ронному интерфейсу, так и по синхронному. В первом случае модем преобразует асинхронные данные в синхронные.


Модемы для работы на выделенных цифровых каналах

Цифровые выделенные линии образуются путем постоянной коммутации в пер­вичных сетях, построенных на базе коммутационной аппаратуры, работающей на принципах разделения канала во времени — TDM, описанного в главе 2. Существу­ют два поколения технологий цифровых первичных сетей — технология плеэио-хронной («плезио» означает «почти», то есть почти синхронной) цифровой иерархии (Plesiochronic Digital Hierarchy, PDH) и более поздняя технология — синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, SDH). В Америке технологии SDH соответствует стандарт SONET.

Цифровая аппаратура мультиплексирования и коммутации была разработана в кон­це 60-х годов компанией AT&T для решения проблемы связи крупных коммута­торов телефонных сетей между собой. Каналы с частотным уплотнением, применяемые до этого на участках АТС-АТС, исчерпали свои возможности по организации высо­коскоростной многоканальной связи по одному кабелю. В технологии FDM для од­новременной передачи данных 12 или 60 абонентских каналов использовалась витая пара, а для повышения скорости связи приходилось прокладывать кабели с боль­шим количеством пар проводов или более дорогие коаксиальные кабели. Кроме того, метод частотного уплотнения высоко чувствителен к различного рода помехам, ко­торые всегда присутствуют в территориальных кабелях, да и высокочастотная несу­щая речи сама создает помехи в приемной аппаратуре, будучи плохо отфильтрована.

Для решения этой задачи была разработана аппаратура Т1, которая позволяла в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать (на постоянной основе) данные 24 абонентов. Так как абоненты по-прежнему пользовались обыч­ными телефонными аппаратами, то есть передача голоса шла в аналоговой форме, то мультиплексоры Т1 сами осуществляли оцифровывание голоса с частотой 8000 Гц и кодировали голос с помощью импульсно-кодовой модуляции (Pulse Code Modulation, PCM). В результате каждый абонентский канал образовывал цифро­вой поток данных 64 Кбит/с. Для соединения магистральных АТС каналы Т1 пред­ставляли собой слишком слабые средства мультиплексирования, поэтому в технологии была реализована идея образования каналов с иерархией скоростей. Четыре канала типа Т1 объединяются в канал следующего уровня цифровой иерар­хии — Т2, передающий данные со скоростью 6,312 Мбит/с, а семь каналов Т2 дают при объединении канал Т3, передающий данные со скоростью 44,736 Мбит/с. Ап­паратура Т1, Т2 и Т3 может взаимодействовать между собой, образуя иерархичес­кую сеть с магистральными и периферийными каналами трех уровней скоростей.

С середины 70-х годов выделенные каналы, построенные на аппаратуре Т1, ста­ли сдаваться телефонными компаниями в аренду на коммерческих условиях, пере­став быть внутренней технологией этих компаний. Сети Т1, а также более скоростные сети Т2 и Т3 позволяют передавать не только голос, но и любые данные, представ­ленные в цифровой форме, — компьютерные данные, телевизионное изображение, факсы и т. п.

Технология цифровой иерархии была позже стандартизована CCITT. При этом в нее были внесены некоторые изменения, что привело к несовместимости амери­канской и международной версий цифровых сетей. Американская версия распро­странена сегодня кроме США также в Канаде и Японии (с некоторыми различия­ми), а в Европе применяется международный стандарт. Аналогом каналов Т в меж­дународном стандарте являются иналы типа E1, E2 и ЕЗ с другими скоростями — соответственно 2,048 Мбит/с, 8,488 Мбит/с и 34,368 Мбит/с. Американский вари­ант технологии также был стандартизован ANSI.

Физический уровень технологии PDH поддерживает различные виды кабелей: витую пару, коаксиальный кабель и волоконно-оптический кабель. Основным ва­риантом абонентского доступа к каналам Т1/Е1 является кабель из двух витых пар с разъемами RJ-48. Две пары требуются для организации дуплексного режима передачи данных со скоростью 1,544/2,048 Мбит/с. Для представления сигналов используется: в каналах Т1 биполярный потенциальный код B8ZS, в каналах El-биполярный потенциальный код HDB3. Для усиления сигнала на линиях Т1 через каждые 1800 м (одна миля) устанавливаются регенераторы и аппаратура контроля линии.

Коаксиальный кабель благодаря своей широкой полосе пропускания поддер­живает канал Т2/Е2 или 4 канала Т1/Е1. Для работы каналов Т3/Е3 обычно ис­пользуется либо коаксиальный кабель, либо волоконно-оптический кабель, либо каналы СВЧ.

Таким образом, модемы, предназначенные для работы в цифровых выделенных линиях, принадлежат к следующим классам:

  • модемы для 4-х проводных медных линий;

  • модемы для оптоволоконных линий;

  • модемы для радиоканалов (радио-модем, сотовый модем);

  • кабельные модемы (используют коаксиальный кабель).

Более подробно они будут рассмотрены ниже.


2.2.2 Модемы для коммутируемых каналов


Выделенные линии представляют собой наиболее надежное средство соединения локальных сетей через глобальные каналы связи, так как вся пропускная способ­ность такой линии всегда находится в распоряжении взаимодействующих сетей. Однако это и наиболее дорогой вид глобальных связей — при наличии N удален­ных локальных сетей, которые интенсивно обмениваются данными друг с другом, нужно иметь Nx(N–1)/2 выделенных линий. Для снижения стоимости глобального транспорта применяют динамически коммутируемые каналы, стоимость которых разделяется между многими абонентами этих каналов.

Наиболее дешевыми оказываются услуги телефонных сетей, так как их комму­таторы оплачиваются большим количеством абонентов, пользующихся телефон­ными услугами, а не только абонентами, которые объединяют свои локальные сети. Телефонные сети делятся на аналоговые и цифровые в зависимости от способа мультиплексирования абонентских и магистральных каналов. Более точно, циф­ровыми называются сети, в которых на абонентских окончаниях информация представлена в цифровом виде и в которых используются цифровые методы муль­типлексирования и коммутации, а аналоговыми — сети, которые принимают дан­ные от абонентов аналоговой формы, то есть от классических аналоговых телефонных аппаратов, а мультиплексирование и коммутацию осуществляют как аналоговыми методами, так и цифровыми. В последние годы происходил достаточно интенсив­ный процесс замены коммутаторов телефонных сетей на цифровые коммутаторы, которые работают на основе технологии TDM. Однако такая сеть по-прежнему останется аналоговой телефонной сетью, даже если все коммутаторы будут рабо­тать по технологии TDM, обрабатывая данные в цифровой форме, если абонент­ские окончания у нее останутся аналоговыми, а аналого-цифровое преобразование выполняется на ближней к абоненту АТС сети. Новая технология модемов V.90 смогла использовать факт существования большого количества сетей, в которых основная часть коммутаторов являются цифровыми.

Пока географическая распространенность аналоговых сетей значительно пре­восходит распространенность цифровых, особенно в нашей стране, но это отстава­ние с каждым годом сокращается.


Модемы для работы на коммутируемых аналоговых линиях

Для передачи данных по аналоговым коммутируемым телефонным каналам ис­пользуются модемы, которые:

  • поддерживают процедуру автовызова абонента;

  • работают по 2-проводному окончанию, так как в телефонных сетях для комму­тируемых каналов предусмотрено именно это окончание.

Чаще всего сегодня для коммутируемых каналов используются те же модели модемов, что и для выделенных, так как последние стандарты определяют два режи­ма работы — по выделенным каналам и по коммутируемым. Естественно, такие ком­бинированные модели дороже моделей, поддерживающих только один режим работы — по коммутируемым каналам.

Для передачи данных по коммутируемым каналам CCITT разработал ряд ос­новных стандартов, определяющих скорость и метод кодирования сигналов.

Стандарты первой группы являются основными и состоят из следующих спе­цификаций:

  • V.21 – дуплексная асинхронная передача данных на скорости 300 бит/с;

  • V.22 – дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на скорости 1,2 Кбит/с;

  • V.22 bis – дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на скоростях 1,2 и 2,4 Кбит/с;

  • V.26 ter – дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на скоростях 1,2 и 2,4 Кбит/с;

  • V.32 – дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на скоростях 4,8 и 9,6 Кбит/с;

  • V.32 bis – дуплексная асинхронная/синхронная передача на скорости до 14,4 Кбит/с;

  • V.34 – дуплексная передача на скорости до 28,8 Кбит/с;

  • V.34+ – дуплексная передача на скорости до 33,6 Кбит/с.

На практике сегодня в основном применяют модемы, поддерживающие стан­дарт V.34+, которые могут адаптироваться к качеству линии.

Для реализации функций автовызова современные модемы поддерживают не­сколько способов. При работе с модемом по асинхронному интерфейсу обычно используется система команд, предложенная компанией Hayes для своей модели Smartmodem в начале 80-х годов. Каждая команда состоит из набора обычных сим­волов, передаваемых модему в старт-стопном режиме. Например, для указания набора номера в импульсном режиме необходимо послать модему команду ATDP. Это можно сделать даже вручную, если модем подключен к обычному алфавитно-цифровому терминалу через интерфейс RS-232C.

Для синхронных интерфейсов между модемом и DTE используются два стан­дарта автонабора номера: V.25 и V.25bls. Стандарт V.25 требует, чтобы, помимо основного интерфейса для передачи данных, модем соединялся с DTE отдельным интерфейсом V.25/RS-366 на специальном 25-контактном разъеме. В стандарте V.25 bis для передачи команд автовызова предусмотрен тот же разъем, что и в основном интерфейсе, то есть RS-232C. Интерфейсы V.25 и V.25 bis могут работать не только в синхронном режиме с DTE, но и в асинхронном, но в основном характерны для синхронных интерфейсов, так как в асинхронном режиме для автовызова чаще используются Hayes-команды.

Для модемов, работающих с DTE по асинхронному интерфейсу, комитет CCITT разработал протокол коррекции ошибок V.42. До его принятия в модемах, работа­ющих по асинхронному интерфейсу, коррекция ошибок обычно выполнялась по протоколам фирмы Microcom, еще одного лидера в области модемных технологий. Эта компания реализовала в своих модемах несколько различных процедур кор­рекции ошибок, назвав их протоколами MNP (Microcom Networking Protocol) классов 2-4.

В стандарте V.42 основным является другой протокол — протокол LAP-M (Uric Access Protocol for Modems). Однако стандарт V.42 поддерживает и процедуры MNP 2-4, поэтому модемы, соответствующие рекомендации V.42, позволяют устанавливать свободную от ошибок связь с любым модемом, поддерживающим этот стандарт, а также с любым MNP-совместимым модемом. Протокол LAP-M принадлежит семейству HDLC и в основном работает так же, как и другие протоколы этого семейства — с установлением соединения, кадрированием данных, нумерацией кадров и восстановлением кадров с поддержкой метода скользящего окна. Основное отличие от других протоколов этого семейства — наличие кадров XID и BREAK. С помощью кадров XID (eXchange Identification) модемы при установлении соединения могут договориться о некоторых параметрах протокола, например о максимальном размере поля данных кадра, о величине тайм-аута при ожидании квитанции, о размере окна и т. п. Эта процедура напоминает переговорные процедуры протокола PPF. Команда BREAK (BRK) служит для уведомления модема-напарника о том, что поток данных временно приостанавливается. При асинхронном интерфейсе с DTE такая ситуация может возникнуть. Команда BREAK посылается в ненумерованном кадре, она не влияет на нумерацию потока кадров сеанса связи. После возобновления поступления данных модем возобновляет и отправку кадров, как если бы паузы в работе не было.

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

При работе модемов по синхронному интерфейсу наиболее популярным явля­ется протокол компрессии SDC (Synchronous Data Compression) компании Motorola.

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

Технология передачи информации на скорости 56 кбит/с несколько отличается от технологии, применяемой в модемах со скоростями 33,6 кбит/с и ниже. При традиционном способе передачи информация, представленная в компьютере в циф­ровом виде, с помощью модема преобразуется в аналоговый сигнал, который про­ходит через аналоговую телефонную линию на телефонную станцию. На телефон­ной станции аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму и передается по оптоволоконному каналу в уплотненном виде на другую станцию. На другой стан­ции он вновь преобразуется в аналоговую форму. Затем он по аналоговой линии абонента передается к другому модему. Другой модем преобразует полученный сигнал в цифровую форму и полученную информацию передает в компьютер. В итоге получается, что данные на пути к месту назначения проходят два цифро-аналотовых и два аналогово-цифровых преобразования. Каждое преобразование сиг­нала на телефонной станции из аналогового в цифровой добавляет значительные шумы, возникающие при квантовании в восьмибитном аналогово-цифровом преоб­разователе. Внутри модемов преобразование из аналогового сигнала в цифровой происходит практически без появления шумов, так как в модемах применены АЦП с большей разрядностью, чем на телефонной станции, и значения младших "шумя­щих" битов просто отбрасываются. При достижении определенного порога (назы­ваемого порогом Шеннона) соотношение сигнал/шум становится слишком малым для качественной передачи данных. Так как большинство каналов, связывающих телефонные станции, выполнены цифровыми оптоволоконными линиями уплотне­ния, то для того чтобы уменьшить количество шума, линию от провайдера Internet до телефонной станции стали делать цифровой. Благодаря этому сигнал от провайде­ра до телефонной станции пользователя стал весь путь проходить в цифровом виде, то есть удалось избавиться от АЦП на телефонной станции провайдера. Это позво­лило значительно повысить соотношение сигнал/шум, так как удалось избежать "шу­мящего" аналогово-цифрового преобразования телефонной станции. Описанный принцип и явился ключом к разработке технологии 56 кбит/с. Следует заметить, что в обратном направлении сигнал по-прежнему проходит АЦП (на станции пользова­теля), и достижение столь высокой скорости в этом направлении невозможно. То есть канал связи получился несимметричным: 56 Кбит/с в одну сторону и 33,6 Кбит/с в другую.

Исходя из описанного принципа, несколько компаний разработали технологию, с помощью которой можно достичь более высокой скорости передачи информации. Различными фирмами было разработано два несовместимых друг с другом прото­кола для связи на скоростях до 56 Кбит/с. Первый протокол был разработан компа­ниями Rokwell и Lucent и получил название K56flex. Через некоторое время компа­ния U.S. Robotics разработала свой собственный протокол скоростной связи и на­звала его х2.

Летом 1998 года положение несколько изменилось. К тому времени ITU - орга­низация, ответственная за установку стандартов в области телекоммуникаций, при­няла решение о протоколе V.90. Этот протокол, призванный стать единым стандар­том для всех производителей, включает в себя лучшие технические решения из обоих конкурирующих протоколов.

Производители 56К модемов, как с протоколом K56flex, так и с протоколом х2, обеспечили в свое время модернизацию своих изделий до V.90 путем простого перепрограммирования ППЗУ (микросхемы на плате модема).

Кроме того, все модемы 56К совместимы со стандартом ITU V.34, поэтому если пользователь соединяется с провайдером, который не поддерживает 56К техноло­гию, связь будет установлена по стандарту V,34, то есть со скоростью до 33,6 Кбит/с.

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

Технологии асимметричных модемов рассчитаны на то, что сервер удаленного доступа поставщика услуг корпоративной или публичной сети с коммутацией па­кетов подключен к какой-либо АТС телефонной сети по цифровому интерфейсу, например BRI ISDN, или же по выделенному каналу Т1/Е1. Так что цифровой поток данных, идущий от сервера, постоянно пересылается сетью в цифровой фор­ме и только на абонентском окончании преобразуется в аналоговую форму. Если же сервер удаленного доступа подключен к телефонной сети по обычному аналого­вому окончанию, то даже наличие модема V.90 у сервера не спасет положение — данные будут подвергаться аналого-цифровому преобразованию, и их максималь­ная скорость не сможет превысить 33,6 Кбит/с. При подключении же модемов V.90 к телефонной сети с обеих сторон обычным способом, то есть через аналого­вые окончания, они работают как модемы V.34+. Такая же картина будет наблю­даться в случае, если в телефонной сети на пути графика встретится аналоговый коммутатор.


Модемы для работы на коммутируемых цифровых линиях

К телефонным сетям с цифровыми абонентскими окончаниями относятся так называемые службы Switched 56 (коммутируемые каналы 56 Кбит/с) и цифровые сети с интегральными услугами ISDN (Integrated Services Digital Network). Службы Switched 56 появились в ряде западных стран в результате предоставления конеч­ным абонентам цифрового окончания, совместимого со стандартами линий Т1. Эта технология не стала международным стандартом, и сегодня она вытеснена техно­логией ISDN, которая такой статус имеет.

Сети ISDN рассчитаны не только на передачу голоса, но и компьютерных дан­ных, в том числе и с помощью коммутации пакетов, за счет чего они получили название сетей с интегральными услугами. Однако основным режимом работы се­тей ISDN остается режим коммутации каналов, а служба коммутации пакетов обладает слишком низкой по современным меркам скоростью - обычно до 9600 бит/с.

Новое поколение сетей с интеграцией услуг, назван­ное B-ISDN (от broadband — широкополосные), основано уже целиком на технике коммутации пакетов (точнее, ячеек технологии АТМ), поэтому эта технология бу­дет рассмотрена в разделе, посвященном сетям с коммутацией пакетов.

Особенности ISDN-модемов будет рассмотрена ниже.


Модемы различаются не только поддерживаемыми протоколами, но и опреде­ленной ориентацией на область применения. Различают профессиональные моде­мы, которые предназначены для работы в модемных пулах корпоративных сетей, и модемы для применения в небольших офисах или на дому (ранее уже названные “обычными”).

Профессиональные модемы отличаются высокой надежностью, способностью устойчиво работать в непрерывном режиме и поддержкой средств удаленного цен­трализованного управления. Обычно система управления модемными стойками поставляется отдельно и оправдывает себя в условиях большого предприятия. Стан­дарт V.34 выделяет в общей полосе пропускания линии отдельную полосу для управления модемом по тому же каналу, по которому передаются и пользователь­ские данные.



2.3 Сравнение модемов различающихся исполнением


2.3.1 Внутренне исполнение


Рисунок 3 – Внутренне исполнение


Внутренний (internal) модем (рисунок 3) вставляется в компьютер как плата расшире­ния (вставляемая в слот системной шины компьютера). По внешнему виду различить такой модем можно, разве что, по наличию двух телефонных разъемов.

Преимущества внутреннего модема (по сравнению с настольным):

  • не занимает места;

  • не нуждается в блоке питания, который требует отдельной розетки (заметим, что блок питания часто называют сетевым адаптером, но точно так же называют и плату адаптера для локальной сети, что вно­сит некоторую путаницу, так что предпочтительнее все же "блок пита­ния");

  • не нуждается во включении / выключении;

  • не занимает стандартные СОМ порты компьютера;

  • дешевле по крайней мере на 10% аналогичного настольного, т.к. не нужны корпус, соединительный кабель, блок питания;

  • содержит скоростной приемопередатчик порта, согласованный со ско­ростью модема (в то время как встроенные в порт старого компьютера приемопередатчики могут быть низкоскоростными).

С другой стороны, как и всякая плата расширения, внутренний модем предназначен для определенной шины, так что не является универсаль­ным.

Далее, внутренний модем обычно не имеет световых индикаторов и по­этому не так информативен, как внешний. Вспомните, как много пользы приносят индикаторы дисководов на корпусе компьютера.

Установка внутреннего модема более хлопотная, по сравнению с установ­кой внешнего. Он займет одну из свободных линий прерываний (которую, еще надо будет найти; именно поэтому за рубежом практикуют продажу компьютеров с уже установленными модемами).

Еще есть неприятность, связанная с "зависанием модема" (очень похоже на зависание компьютера), которая требует переинициализации модема.

Для внутреннего модема придется использовать "холодный старт" компь­ютера, в то время как внешний достаточно включить и выключить.

Интересно, что многие пользователи, раньше горячие сторонником настольного ис­полнения, позже, насмотревшись, как захламляют стол модем, динами­ки мультимедиа и другие аксессуары, начинают ценить незаметность внутрен­него модема.

На сегодняшний день модемы в подавляющем большинстве своем являются контроллерными модемами. Это означает, что плата такого модема несет на себе три основных устройства, они чаще всего выполнены как три микросхемы на плате модема:

  • DSP (Digital Signal Processor) занят кодированием поступившего набора данных в соответствии с высокоскоростными протоколами передачи типа V.34, K56Flex, x2 или V.90 и отвечает за модуляцию выходного сигнала, опираясь на программу, заложенную в ПЗУ модема - "прошивку"

  • "Контроллер" отвечает за коррекцию ошибок передачи, сжатие данных и интерфейс модема с програмным обеспечением

  • CODEC-чип (Coder-DeCoder) выполняет непосредственный перевод уже полностью подготовленного к передаче набора данных в сигнал для передачи по коммутируемой линии.

При приеме данных поступивший сигнал проходит эту цепочку в обратном порядке. Такой модем используется и управляется системой через интерфейс СОМ-порта. По сути, такой модем виден из системы как СОМ-порт со свойствами передачи данных по телефонному каналу.

Модемы без контроллеров, как это ясно из их названия, несут на себе только DSP и CODEC-чип, возлагая работу, предназначенную для "контроллера", на CPU (Central Processing Unit) - центральный процессор системы. При этом чаще всего такие модемы не содержат микросхемы ПЗУ с "прошивкой" работы DSP. Во время работы такого модема его DSP обращается к оперативной памяти системы, в которой хранится необходимая ему программа, которую загружает в память модемный драйвер. Очевидно, при этом, что такие модемы наиболее целесообразно применять только в системах с мощным CPU, в противном случае работа такого модема приведет к заметному замедлению выполнения параллельных процессов в системе.

Модемы без контроллеров производятся на сегодняшний день как PCI-карты, в то время как обычные контроллерные internal-модемы производятся как ISA-платы.


PCI-модем

При работе модема без контроллера операционная система распознает его как PCI-расширение и управление и прокачка данных через него проходит в соответствии с этим. Фактически, модем без контроллера есть PCI-устройство, не имеющее ничего общего с СОМ-портами. Драйверы, устанавливаемые операционной системой для поддержки такого модема, кроме необходимой информации для работы DSP содержат эмуляцию СОМ-порта. Таким образом, при установке модема без контроллера непосредственно его PCI-устройство занимает некоторое прерывание и адрес, а установленный драйвер организует виртуальный СОМ-порт, через который с таким модемом могут взаимодействовать любые программы, в том числе и программы из DOS-приложений (правда, не всегда гладко). Естественным образом такой виртуальный порт переводит на себя все обращения к реально существующему порту, а сам СОМ-порт системы объявляется занятым.


SOFT-модем/ Win-модем

Принцип перенесения выполнения части чисто модемных функций на CPU получил продолжение при появлении так называемых "SOFT-модемов" (иначе Win-модемов). Они также являются модемами без контроллера, то есть функции контроллера выполняет CPU, но кроме этого они не несут на себе полноценного DSP. Вместо него на модеме установлен ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). Такой модем переносит на CPU часть работы связанную с кодированием входящего потока данных в соответствии с заданным протоколом передачи и получает обратно поток данных уже готовых к переводу в сигнал для передачи по телефонной линии. Фактически SOFT-модем занимается только переводом уже подготовленных данных в сигнал для телефонной линии и его передачей. В случае использования такого модема на всю использующую их систему накладываются еще более жесткие требования, чем в случае с обычными или модемами без контроллера. Ужесточаются требования и к вычислительной мощности процессора и, кроме того, так как SOFT-модем, по сути, программная эмуляция модема и его функции и характеристики полностью зависят от драйвера такого устройства, то сами драйверы SOFT-модемов накладывают дополнительные ограничения на процессор. В силу того, что большая часть работы, которая исконно возлагалась на модемный DSP и контроллер, в SOFT-модеме перенесена на CPU, то создатели драйверов постарались по возможности максимально уменьшить нагрузку на основные вычислительные каналы процессора, сориентировав драйвера на использование, по возможности, расширенного набора MMX-команд у процессоров Intel. Таким образом, относительно разгрузив сам CPU, создатели драйверов рекомендуют наличия в системе CPU с набором команд ММХ.

В непосредственной работе с контроллерными, модемами без контроллера и SOFT-модемами особенной разницы не наблюдается. Все три типа поддерживают все стандартные протоколы связи и передачи данных, в принципе конечный пользователь может даже не знать, какого именно типа модем установлен в его системе. К преимуществам модемов без контроллера можно отнести простоту обновления их "виртуальной прошивки", для этого достаточно просто обновить соответствующий драйвер, но при этом модемы без контроллера требуют от системы часть ее процессорного времени и занимают больше системных ресурсов. Также, в случае SOFT-модемов, может требоваться наличие определенного типа CPU, в отличие от их контроллерных аналогов. Контроллерные модемы выгодно отличаются тем, что, являясь устройствами со встроенной поддержкой интерфейса с системой, практически независимы от специализированного программного обеспечения, и могут применять в тех случаях, когда отсутствую необходимые драйверы для модемов без контроллера.

Существенными недостатками подобных устройств является то, что:

  • производитель не гарантирует, что функции программного обеспечения модема удовлетворят любые требования или работа программы будет свободной от ошибок или бессбойной. С аппаратным модемом таких проблем не может быть изначально.

  • программные модемы привязаны к определенной ОС. Казалось бы, что в этом такого? Ведь, по некоторым подсчетам, операционные системы Windows 9X установлены у 90% пользователей. Не вдаваясь в обсуждение конкретных цифр, хочется отметить следующее: такое положение вещей не всегда было, и тем более стоило бы предположить, что так не всегда будет. Рост продаж только одной из альтернативных систем, Linux (в дистрибутиве Red Hat), уже сейчас обгоняет рост продаж ОС от Microsoft. Кроме того, Linux не обязательно покупать, многие устанавливают его просто так, статистика их не учитывает. Владелец же программного модема должен иметь ввиду, что в случае перехода на новую ОС ему, скорее всего, придется от него отказаться. Для того, чтобы драйверы под альтернативные ОС могли выходить, необходимо открыть исходный код программного модема, а производители в этом не заинтересованы. Таким образом, появление драйверов под любую не Microsoft ОС будет явлением случайным, только подтверждающим общее правило.

Следующая информация отностися как к Soft- так и к PCI-модемам. Неоднократно встречавшиеся аргументы о превосходстве процессора PC над аппаратными средствами модема по вычислительной мощности выглядят несколько забавно, если принять во внимание узкую специализацию процессора модема (как правило, отличного от PC-процессора по архитектуре), и задачи компьютера в целом. Ведь процессору PC приходится еще тянуть на себе операционную систему, а с модемом работать через драйвер - еще одно узкое место, ведущее к потере производительности. Итого, на сегодняшний день, даже для самых слабеньких представителей рода "софтмодемов", будет необходим компьютер не ниже Pentium-200, а на процессорах семейства Cyrix 6x86 или Media 6X (а скорее всего, и на WinChip) это чудо человеческого гения просто не заработает (для PCI-реализаций, имеющих DSP, но не имеющих контроллера, эти требования несколько ниже).

И это то, что относится к самым простым реализациям программных модемов. Если же разработчикам захочется реализовать нечто более функциональное на существующей платформе, то потребуется компьютер со значительно более мощным процессором. Это относится, например, к безупречной реализации V.42 (протоколу коррекции ошибок при передаче данных), 64-позиционному треллис-кодированию сигнала (обеспечивающему большую помехоустойчивость по сравнению с традиционно используемым 16-позиционным), и еще к некоторым возможностям, отсутствующим у "софтмодемов". Реализация же всех возможностей рекомендации V.34 для программного модема может потребовать уровня Pentium-III-600 (!) уже сегодня.


2.3.2 Исполнение настольное (внешнее)



Рисунок 4 – Настольное исполнение


Настольный (он же внешний, но как тогда быть с мо­демом в виде карточки — тоже ведь внешний, поэтому мы предпочтем термин "настольный") модем имеет отдельный корпус (см. рисунок 4) и собственный блок питания. Поэтому он как минимум процентов на 10% дороже аналогичного внутреннего. Модем подсоединяется к компьютеру (или другому терми­нальному устройству) соединительным кабелем, который подключается к коммутационному порту устройства. Обычно это последователь­ный порт.

Преимущества настольного модема перед внутренним следующие.

  • Модем может работать с любым компьютером (не зависит, например, от шины) или другим устройством, например, с оборудованием сети с коммутацией пакетов. Максимум, что может потребоваться, так это другой соединительный кабель.

  • На корпусе есть световые индикаторы, удобно отражающие состояние модема.

  • Некоторые модели имеют еще жидкокристаллический (LCD) монитор, способный выводить больше информации и кнопки для удобства выда­чи типовых команд вместо использования командной строки терминальной программы.

  • Модем легко вывести из "зависа", просто выключив и включив его.

За эти преимущества нужно расплачиваться:

  • Нужна дополнительная розетка для блока питания и необходимостью включать, а главное — выключать (!) модем. Это, правда, можно избе­жать, если использовать единый сетевой фильтр с выключателем.

  • Модем занимаемое место. Если корпус компьютера является мини тауэром, то модем удобно разместить на нем.

  • Требуется выбрать тот кабель, который соответствует разъему компь­ютера (некоторые модемы, правда, снабжаются универсальным кабе­лем). Иначе придется добавлять переход­ник.

Высокоскоростные профессиональные модемы имеют только настольное исполнение (исключение составляют стоечные модемы). В настоя­щее время настольные модемы выполняются в форме портсигара.


2.3.3 Исполнение модемы в виде карточки



Рисунок 5 – РСМСIА модем


Такой модем выполнен в виде периферийного устройства размером с пластиковую кредитную карточку (см. рисунок 5) и предназначен для подключения к портативному компьютеру через специальный разъем, через который он так­же получает питание.

Портативные компьютеры обычно снабжаются встроенными модемами, однако, простенькими и низкоскоростными. Модемы в виде карты позво­ляют решить проблему эффективности и обновления при сохранении компактности. В таком виде выпускаются также и другие периферийные устройства. Как и все миниатюрное, они стоят существенно дороже на­стольных модемов с аналогичными возможностями.

Интерфейс стандартизован и назывался до недавних пор РСМСIА. Новое, не совсем еще прижившееся название — РС Саrd. Все современные "карточные" устройства позволяют подключать и отключать их в "горячем" режиме.


2.3.4 Портативный модем



Рисунок 6 – Портативный модем


Модемы в виде карты – сравнительно недавнее изобретение. До них применялись специальные портативные модемы, которые и сейчас не по­теряли своего значения в силу универсальности и удобства, т.к. подсоеди­нять к компьютеру их можно через обычный порт.

Портативный модем (см. рисунок 6) похож на настольный, только уменьшенного размера — он умещается на ладони. Имеет более прочный корпус и универсальное питание. Как следствие — обычно число световых индикаторов меньше, чем на настольных. На дорогих моделях это компенсируется наличием жидкокристаллического дисплея.

Модем может питаться:

  • от электрической сети через адаптер, как настольный модем;

  • от автомобильной сети (12 вольт). Обычно портативными делают сото­вые модемы;

  • от внутренних батареек. Это удобно для портативных компьютеров, т.к. их встроенные аккумуляторы имеют малую емкость, а модем в виде карты может забирать до 30% общего потребления энергии.

  • использовать для питания напряжение управляющих сигналов и передаваемых данных.

В таком исполнении выпускают модемы для мобильной радиотелефонии а также модемы для скоростной передачи по прямому кабелю.


2.3.5 Стоечный модем. Модемная стойка


Рисунок 7 – Стоечные модемы в модемной стойке


Стоечные модемы вызваны к жизни информационными серверами, обслужи­вающими сразу много телефонных каналов. Если бы здесь применялись обыч­ные настольные модемы, то заваленный ими стол и переплетение кабелей вы­зывали бы большие трудности по обслуживанию.

Стоечные модемы похожи на внутренние, но всегда являются профессиональными и вставляются (монтируются) не в компьютер, а в специальную модемную стойку (см. рисунок 7), называемую менеджер модемов. Этот менеджер использует для подключения модемов к компьютеру многопортовую стойку и имеет функции управления модемами. Модемная стойка рассчитана на много модемов, например 32, и призвана суще­ственно облегчить работу персонала, обслуживающего многоканальный комму­никационный сервер.

Менеджер модемов позволяет:

  • Компактно разместить модемы. В противном случае весь стол был бы за­вален модемами с перепутанными кабелями.

  • Повысить удобство работы с модемами, например, автоматизировать профилактические тесты модемов, отображать текущее состояние модемов, неисправности и т.д. В менеджере есть система принудительной вентиляции.

  • Повысить уровень защиты от несанкционированного доступа к компь­ютеру. В числе возможностей такого рода — метод обратного звонка. Эта функция может быть реализована и в одиночном модеме, но здесь база данных пользователей хранится в стойке, а не в модеме, что удешевляет модемы и допускает большие базы данных.

  • Вести журнал работы. Обеспечивается, если подключить к стойке компью­тер. Тогда возможно получать отчеты по абонентам, линиям, модемам за лю­бой период. В том числе выставлять счета абонентам за предоставленные услуги.

Все эти возможности обусловили повсеместное применение стоечных модемов в модемных пулах провайдеров Интернет.


2.4 Сравнение модемов использующих различные типы передающей среды


2.4.1 Модемы для 2-х/4-х проводных медных линий


Обычный телефон использует 2-проводную коммутируемую линию. Таким образом, только два провода соединяют модем с АТС. Одни и те же два провода используются для питания постоянным током, передачи звонка, набора номера, мониторинга состояния рычага (трубка положена / трубка поднята) и передачи сигнала в обоих направлениях. Это тот тип телефонных линий, который доступен большинству людей у них дома или на работе. Поскольку одни и те же два провода используются для приема и передачи сигналов, эхо передаваемого сигнала также будет получено передающим модемом, и перед приемником модема будет стоять задача удалить это эхо перед демодуляцией.

Интересно отметить, что между АТС передача идет по 4-м проводам. Телефонное обслуживание по выделенному каналу также можно получать от телефонной компании в 4-проводном виде. Обычно также использование выделенной линии не предусматривает питание постоянным током, передачу звонка или функцию набора номера. Четырехпроводные модемы работают по двум выделенным линиям. Одна используется только для приема, другая — только для передачи (в дуплексном режиме). Делается это для ослабления влияния эха, которое мешает приему сигнала.

Раньше такие модемы ценились. Четырехпроводный модем может работать и по двухпроводной линии, а четырехпроводные протоколы допускают и двухпровод­ную реализацию. Однако эти протоколы являются специальными.

Сейчас во всех новых скоростных протоколах (V.32ххх, V.34, V.90) проблема эха существенно ослаблена, и они являются только двухпроводными. Однако, если нужно высокое качество, то надо использовать выделенную линию.


2.4.1.1 Обыный модем

И так, как уже говорилось в п. 2.1 обычные модемы применяются конечным пользователем дома или в офисе.

Данные модемы имеют либо внутреннее, либо внешнее исполнение, используют только аналоговые телефонные каналы, поэтому максимальная скорость передачи не превышает 33600 бит/с (V.34+), а приема 56Кбит/с (V.90). Чаще всего асинхронные, иногда синхронно-асинхронные. Совместимы с системой Hayes команд. Обычно предназначены для работы с 2-х проводной коммутируемой или выделенной линией, реже являются 4-проводными. Поддерживаемые основные протоколы передачи данных описаны в п.2.2.1-2.2.2. Поддерживают аппаратно коррекцию ошибок и сжатие данных.

Вот некоторые возможности применения обычных модемов:

Дозвонщик. Обеспечивается программами для набора но­мера. В результате даже простейший телефонный аппарат приобретает возможности интеллектуального. Именно, можно легко набирать номер, причем многократно, если он окажется занятым (автодозвон). Программи­руется интервал между попытками (что редкость для аппаратов) и число попыток.

Обмен файлами. Позволяет сэкономить уйму времени, по сравнению с передачей дискеты.

Управление удаленным компьютером. Позволяет фактически работать за удаленным компьютером, соединенным с пользовательским по схеме точка — точка. Ваш экран и клавиатура действуют в точности, как экран и клавиатура удаленного компьютера, но с некоторой задержкой. Удален­ный пользователь также может работать за удаленным компьютером. Та­ким образом, можно работать "дуэтом", например, двоим редактировать статью.

Эмуляция терминала. Позволяет подключиться терминалом к хосту и ра­ботать, используя ресурсы хоста (мощного компьютера).

Доступ к глобальным информационным сетям. Такие сети предостав­ляют своим подписчиками широкий сервис по обмену и получению ин­формации (FidoNet, Internet).

Удаленное использование локальной сети. Удаленный пользователь может использовать ресурсы локальной сети, как обычный локальный пользователь, но с некоторым замедлением, связанным с более низкими скоростями телефонных каналов.

В последнее время повсеместо к возможностям обычных модемов добавились передача/прием факсов и прием голосовых сообщений.


Факс-Модем

Прежде чем перейти к описанию факс-модемов для компьютеров, необходимо пояснить, что такое факс или факсимильный аппарат в частности, факсимильный аппарат (далее просто факс или телефакс) служит для передачи или приема графических и текстовых черно-белых изображений по телефонным линиям. Выглядит как большой телефонный аппарат, и им можно пользоваться как обычным телефоном. Но, в отличие от обычного телефона, в него устанавливается рулон термобумаги (для распечатки получаемого изображения), есть также автоот­ветчик. Если вы хотите пользоваться факсом одновременно и как телефоном, и как автоответчиком, и для приема/отправки факсовых изображений, то вам надо уста­новить автоматическое срабатывание автоответчика и факса на пятый-шестой зво­нок телефона. Если вы успеете поднять трубку раньше, то будете разговаривать как по обычному телефону (впрочем, ничто не мешает вам при этом в любой момент включить факс на прием или отправку изображений, нажав соответствующую кноп­ку). Стандартный пример такого рода факса - факс РАNАSONIС КХ-F110В (около $ 400).

Факсимильные аппараты в основном используются организациями для отправ­ки и приема счетов, документов и др.

Те же самые функции позволит выполнить и факс-модем совместно с компью­тером (обычный телефон при этом включается параллельно). Но, на первый взгляд, такой вариант факсового устройства менее удобен. Во-первых, для автома­тического приема компьютер должен быть всегда включен, что не всегда приемле­мо Во-вторых, если вы даже находитесь у телефона, а компьютер не включен, вам придется его включать и запускать соответствующую программу. В-третьих, для от­правки изображения его необходимо сперва перевести в компьютер, а для этого нужен сканер. Правда, вы можете просто перепечатать текст и отправить его, но при этом подписи или печать (организации) передать невозможно.

С доугой стороны:

  • Экономится довольно дорогая термобумага для факса и бумага вооб­ще (большинство факсов достаточно лишь прочитать, не распечаты­вая).

  • Файл-сообщение несколько лучше читается, чем факс. Это объясняет­ся исключением фазы сканирования, которая понижает разрешение документа и тем, что в офисах регламентные работы на факс аппаратах никто не проводит.

  • Использование же планшетного сканера (а не сканера факса) позволяет пересылать такие документы, которы в обычный факс либо не поместятся, либо будут повреждены им.

  • Посылка факса с помощью модема производится быстрее, т.к. не надо предварительно печатать сообщение. Попутно экономится бумага для лазерных и струйных принтеров, которая отнюдь не обычная, а специ­альная.

  • Есть возможность программировать посылку нескольких факсов в за­данное время, например ночью.

В факс-модем в последнее время популярно добавлять голосовые воз­можности (см. ниже), которые позволяют использовать модем как автоответчик, что ещё более повышает ценность подобного устройства. Современное программное обеспечение для голосовых факс-модемов (например BitWare) обеспечивает реализацию всех его возможностей, что исключает необходимость установки в офисе нескольких устройств, загромаждающих рабочее место и захламляющих его отходами своей деятельности. Кроме того факс-модемы несравнимо дешевле (30-50$) собтвенно телефакса.

Скажем пару слов о стандартах факсимильных аппаратов. Эти стандарты интересны для нас потому что их должны поддерживать и факс модемы для обмена с этими аппаратами.

Развитие факс аппаратов отражено в принятых международных стандар­тах. В настоящее время известно 4 стандарта на факс аппараты, или, как принято называть, 4 группы.

Группы 1 и 2 относятся к вышедшим из употребления медлительным и несовершенным аппаратами.

Современные аппараты относятся к группе 3, что записывается еще как Group III или G3 Fах. Эти аппараты передают черно-белые изображения со скоростями 2.4, 4.8, 7.2, 9.6, 14.4, а сейчас уже и 19.2 Кбит/с по анало­говым каналам (телефонной сети). Стандарт на группу 3 постоянно со­вершенствуется, идя в ногу со временем.

Аппараты группы 4 предназначены для передачи по цифровым каналам. В их числе ISDN, сеть с коммутацией пакетов Х.25 и т.д. Предусмотрена передача цветных изображений (в группе 3 только черно-белые). Группа 4 определена стандартом Т.6 IТU-Т (в 1987 г.). Принципиально то, что, во-первых, он несовместим с группой 3, т.е. не позволяет работать на обыч­ных (аналоговых) коммутируемых телефонных линиях, а во-вторых, в на­стоящее время нет экономических стимулов перехода на новый стандарт. Так в свое время переход на группу 3 стимулировался экономией графика за счет высокой скорости. Широкое распространение группа 4 получит только вместе с цифровой телефонией.

Предусматривает аппараты с различными возможностями в рамках едино­го стандарта. Сканирование изображения осуществляется цифровым ме­тодом (в предыдущих стандартах — аналоговым). Поэтому факс сообще­ние является растровым (точечным), причем пиксел является черно-белым.

Предусмотрено три уровня разрешения. При передаче изображения применяется сжатие данных, что позволяет уменьшить размер файла на 80—90%. Скорость передачи составляет около 30 сек. на 1 страницу.

Заметим, что передача факсов идет, как правило, без коррекции ошибок: ошибочные строки точек (а не букв) пропускаются или выводятся "как есть". Считается, что небольшие ошибки в рисунке и тексте некритичны.

Работу факс аппаратов группы 3 регламентируют IТU-Т стандарты Т.4 и Т.30. Т.4 определяет возможности группы 3 (размер листа, разрешение и т.д.), а Т.30 — распознавание возможностей аппаратов, согласование па­раметров, формирование страниц изображений, алгоритмы сжатия.

Особенностью факсов является полудуплексность передачи. Поэтому все протоколы для передачи факсов работают в полудуплексном режиме и на коммутируемой линии.


Таблица 1 – Протоколы передачи факсов группы 3


Протокол

Скорость

Меньшие скорости

V.27tеr

4.8

2.4

V.29

9.6

7.2, 4.8

V.17

14.4

12, 9.6, 7.2

V.17terbo

АТ&Т

19.2

V.17


Именно эти стандарты вы видите на упаковочной коробке факс модемов, хотя иногда предпочитают указывать непосредственно скорость.

Фирменный стандарт V.17terbo появился совсем недавно и в точности по­вторяет историю с V.32terbo. В частности и авторитетный разработчик тот же (АТ&Т Раrаdуne) и полная совместимость снизу с предшествующим стандартом V.17. В настоящее время это стандарт де-факто аппаратно поддержан новыми модемами, которые используют микросхемы АТ&Т. Дело за софтом: пока с ним умеет работать еще очень мало программ. На момент написания нам известна была только одна — FАХ WORKS for ОS/2.

Факс модемы автоматически поддерживают стандарты Т.4 и Т. 30, так что не обращайте внимания на их наличие на упаковке.

Напомним, что обычно передача факсов идет без коррекции ошибок, а ошибочные строки точек пропускаются. Точнее в стандарт Т.30 опцио­нально входит коррекция ошибок ЕСМ (Еrrоr Соrrесtion Моdе), но т.к. это требует большой памяти для запоминания переданных блоков, то реали­зуется в очень дорогих модемах. В факс модемах класса 1 это реализуется софтом (например Delirina FАХ Рrо, Miсrоsоft FАХ)).

Естественен вопрос, а почему данные передаются со скоростью 33.6, а факсы – всего 14.4 или 19.2? Действительно, уже давно прошла информация о разработке стандарта с условным названием V.34FАХ, который позволит достичь ско­рости 28.8, но до сих пор время его выхода и появление соответствующих модемов – в тумане.

Аналогично Hayes-командам, существуют наборы команд по управлению факс модемами группы 3, только этих наборов целых три. Так же, как и Hayes набор, они не являются международными стандартами, однако свя­заны с достаточно авторитетной американской организацией ЕIА.

Соответственно, если модем поддерживает набор команд класса х (х=1,2,2.0), то говорят, что это факс модем класса х и иногда пишут, на­пример, Сlass 1.

Соотношение между классами команд следующее. Сначала был утвер­жден класс 1 (документ ЕIА/ТIА-578). Это команды "нижнего уровня". По­этому сколь-нибудь необходимые для управления их "макрокоманды" (согласование параметров, контроль временных задержек и интервалов и т.д.) должен выдавать софт.

В то время СРU компьютеров были слабенькими и была тенденция раз­гружать их посредством сопроцессоров. Поэтому решили для поднятия быстродействия некоторые макрокоманды реализовать аппаратно в мо­деме.

Пока ЕIА/ТIА обсуждала и согласовывала новый набор, к моменту его при­нятия крупнейший производитель модемных чипов фирма Rockwell выпус­тила свыше миллиона факс модемных чипов со своим набором команд. Чаще именно этот набор, который стал стандартом де-факто, называют классом 2. Если имеется в виду набор ЕIА, то пишут явно ЕIА Сlass 2 Fах Cоmmand set.

Сейчас ЕIА/TIА приняла новый стандарт 2.0 (ЕIА/TIА-2388), устраивающий обе стороны, и сейчас он есть в новых модемах.

Проблема заключается в том, что еще используется немало старого софта, который понимает только класс 2.

Аппаратная реализация класса 2 всегда работает быстрее и надежнее. Однако добавление функций и обновление стандарта проблематично.

В настоящее время быстродействие СРU резко поднялось и вновь стало привлекательно использовать класс 1. Дело в том, что в софт легко вклю­чить дополнительные возможности. Новые элементы стандарта Т.30 (обновляется каждые 4 года) легче учесть программно, чем покупать но­вый модем.

В частности коррекция ошибок ЕСМ, включенная как опция в Т.30, реали­зуется развитыми программами, работающими с классом 1 (Delirina FАХ Рrо, Miсrоsоft FАХ), редко – в факс аппаратах и пока ни в одном факс модеме класса 2. Дело в том, что для аппаратной реализации ЕСМ требуется большая память, что удорожает аппарат или модем.

В продаже есть факс модемы и класса 1, и класса 2. В первом приближе­нии пользователь вообще может не интересоваться классом команд сво­его модема, т.к., во-первых, модем поставляется с соответствующим софтом, а во-вторых, практически любой софт поддерживает оба класса ко­манд.

Производители часто добавляют к командам класса 1 (реже класса 2) свои факс команды (как в случае хайес команд) и называют общий набор рас­ширенным набором АТ факс команд (Ехtеnded FАХ АТ Соmmands).

Заметим, что, в отличие от хайес команд, факс команды предназначены в основном для выдачи софтом, а не пользователем (кроме команд опроса возможностей модема и изготовителя). Команды всех классов начинаются с префикса АТ+.


Голосовой модем

Этот тип модема позволяет:

  • Принимать из телефонной сети голосовые сообщения, записывая их в файл.

  • Воспроизводить в телефонную сеть ранее сформированные голосовые (в общем случае звуковые) файлы.

Файл, сформированный голосовым модемом, можно затем проиграть не­сколькими способами, например:

  • на динамик компьютера;

  • более качественно звуковой платой;

  • на трубку телефонного аппарата

Никаких специальных подсоединении, как в предыдущем случае, делать не надо.

Наговорить файлы можно и в динамик телефонной трубки, если подсое­динить ее подходящим образом к модему.

Голосовой модем обычно выполняется как расширение факс модема. В настоящее время он так же обычен, как в свое время факс модемы.

Термин голосовой точнее, чем звуковой, т.к. телефонная сеть передает лишь голосовую часть звукового диапазона, отрезая высокие частоты.

В отличие от хайес или факсовых команд для звуковых модемов пока не сущест­вует промышленного стандарта де-факто. Существуют как бы сами по себе стандарт V.70 (ITU-T) и IS101 (TIA) с Class 8 командами. К тому же изготовители до­биваясь эффективности, вводят свои команды и соответственно выпускают спе­циализированный софт к таким модемам.

Оцифрованный звук при записи в файл обязательно сжимают. Дело в том что для приемлемого качества без сжатия получается поток данных в 64 Кбит/с Это слишком много для СОМ порта. Поэтому применяют алгоритмы сжатия сни­жающие "дебит" потока до меньших скоростей. В настоящее время используются так называемые алгоритмы адаптивной дельта кодоимпульсной модуляции ADPCM и скорости на выходе, равные скоростям СОМ порта в 28.8 и 19 2 Кбит/с (т.е. в 2-3 раза). Еще больше сжимает поток алгоритм CELP, а именно до 9.6. При этом истинного сжатия нет, т.е. сжатие сопровождается неизбежной потерей качества, и чем больше сжатие, тем больше ухудшение. В настоящее время по­иски продолжаются. Так, фирма ZyXEL уже дважды меняла алгоритм сжатия

Заметим, что алгоритм ADPCM давно известен и применяется в магистральных линиях между АТС. Отсюда следует интересный вывод, что качество передачи звука через местную АТС всегда выше, чем через цепочку АТС, Если в телефо­нии алгоритм ADPCM поневоле стандартен, то производители модемов исполь­зуют свои реализации и формат звукового файла получается свой. Этот хаос не­сколько сглаживается наличием в прилагаемом софте конверторов в распро­страненные форматы звуковых файлов: Windows WAV-файлы или AVI-файлы популярной звуковой платы Sound Blaster.

Некоторый софт позволяет добиться еще большего сжатия путем учета характе­ра звука, например, в речи, записываемой на автоответчик, можно опускать пау­зы. Однако для общего случая найти улучшенные решения нелегко.

Хорошие голосовые модемы должны отказаться от СОМ портов и использовать существенно более скоростной интерфейс с компьютером.


SVD модемы

Обычно модемы не предполагают передачу одновременно данных и голосовых сообщений, исключение составляют только цифровые сети. Однако не так давно была предпринята попытка разработки подобного устройства – SVD модемы – для аналоговых коммутируемых телефонных сетей.

SVD модемы (Simultaneous Voice and Data — одновременно голос и дан­ные) позволяют одновременно (а не чередуя) с передачей данных вести разговор с помощью телефонной трубки, подключенной к модему, причем в дуплексном режиме (см.). При поднятии трубки одним пользователем у другого раздается звуковой сигнал.

Это сравнительно новый вид модемов, но считается, что скоро это будет стандартной возможностью. Задержка была за единым стандартом ком­прессии звука. Совсем недавно он был принят под названием V.70. Моде­мы выполнены как расширение обычных.

У SVD модемов компании Multi-Tech применяется временное мультиплек­сирование, причем для передачи голоса достаточно скорости 9.6, а ос­тальные ресурсы используют блоки данных. Можно даже применять для одновременной передачи видеоизображения с рассказом. Кроме того фирмы Hayes Microcomputer и ее дочерняя компания Practical Periferals выпустили модемы, где одновременно с передачей голоса можно посы­лать еще и факсы, а разговор вести не снимая трубки (через спикерфон).

Еще применяется (альтернативная к Multi-Tech) технология Radish Voice View фирмы Radish Communications.

В настоящее время SVD модемы не получили широкого распространения. Кроме того обычные модемы позволяют при переходе в режим команд использовать телефон для голосового общения не разрывая связь (но и не передавая данных). Возврат в режим передачи данных восстанавливает модемную связь.


Самые известные производители обычных модемов: ZyXEL, U.S. Robotics, Inpro.



2.4.1.2 LD-модемы