Курс - Информационные технологии

Подождите немного. Документ загружается.

нии может непредсказуемо меняться и, соответственно, меняется скорость пе-

редачи, модем должен иметь возможность как-то управлять потоком данных,

поступающих от компьютера, — притормаживать его и вновь разрешать. Су-

ществует два метода управления потоком: «мягкий» (software) и «жесткий»

(hardware). Первый метод, обозначаемый также аббревиатурой «XON/XOFF»,

предусматривает посылку в нужный момент в компьютер одного из двух сим-

волов: XOFF, говорящего о том, что передачу данных нужно приостановить,

либо XON — сигнала «добро» на возобновление передачи. Эти символы модем

посылает по тому же каналу, по которому идут и сами данные.

«Жесткий» метод, также обозначаемый «CTS/RTS», вместо двух специ-

альных символов использует два провода из стандартного кабеля, связывающе-

го модем с компьютером (для внутренних модемов два контакта на разъеме,

которым модем вставляется в слот). Когда модем готов к приему потока дан-

ных, он посылает сигнал по одному из этих проводов — CTS, т.е. Clear To Send

(«остановить посылку»), а когда компьютер готов эти данные послать, он вы-

дает сигнал по проводу RTS — Ready To Send («чтение данных»).

Жесткий метод управления потоком имеет много преимуществ. Прежде

всего, не тратится время на пересылку специальных символов, что ускоряет

весь процесс передачи. Кроме того, если при «мягком» методе сами данные

будут содержать байты XON или XOFF, придется прибегать к особым мерам,

чтобы компьютер на другом конце линии не принял их за сигналы от своего

модема.

Модемы со встроенным протоколом коррекции ошибок используют

только метод CTS/RTS.

Как правило, выбор одного из двух методов управления потоком осуще-

ствляется из коммуникационной программы. Правда, не все модемы и прото-

колы передачи файлов поддерживают оба метода, но если доступен CTS/RTS,

лучше пользоваться им.

Протоколы связи, которые всегда реализованы в модеме на аппаратном

уровне (микропрограмма, записанная в ПЗУ модема), определяют самое важ-

ное — скорость передачи и метод модуляции аналогового сигнала цифровым.

Модем, который не соблюдает ни одного из этих протоколов, просто не сможет

связаться ни с каким другим модемом.

В настоящее время протоколы связи определяются рекомендациями

ITU-T. Ниже приводится список используемых в настоящее время стандартов в

России:

1. V.32. Обеспечивает скорость до 9600 бит/с с возможностью отката до

4800 бит/с либо переключения на любой из более медленных стандартов.

2. V.32bis. Усовершенствованный вариант V.32, предусматривающий

скорость до 14 400 бит/с и откат до 12 000, 9600, 7200 и 4800 бит/с.

3. V.34. Принятый в июне 1994 г., этот стандарт рассчитан на скорость

до 28,8 Кбит/с и откат до 26,4, 24,0, 21,6, 19,2, 16,8 Кбит/с. До официального

принятия этот стандарт был известен под условным названием как V.Fast. He

дожидаясь утверждения V.34 в ITU-T, несколько фирм одно время выпускали

модемы на 28,8 Кбит/с со своим собственным стандартом V.FC («FastClass», не

путать с «V.Fast»!), несовместимым с V.34 (и не являющимся стандартом ITU-

T, несмотря на префикс «V.»). Некоторые из этих модемов впоследствии «обу-

чились» стандарту V.34 путем замены программы в микросхеме ПЗУ.

4. Осенью 1996 г. была принята новая версия стандарта V.34 (почему-то

не получившая вопреки традиции суффикса bis), обеспечивающая скорости

33,6 и 31,2 Кбит/с. Практически все выпускаемые сейчас модемы с V.34 под-

держивают эти скорости.

5. Стандарт 56 Кбит/с принят ITU-T в апреле 2001г. как V.44 (ранее —

V.90). Пропускная способность модемов от стандарта к стандарту росла очень

быстро. Первые модемы на 300 бит/с работали с такой скоростью, что можно

было читать текст с экрана быстрее, чем он там появлялся. Долгое время гос-

подствовавший стандарт 2400 бит/с также весьма нетороплив — передача фай-

ла размером 1 Мб занимает около часа. Модемы на 14,4 Кбит/с справляются с

тем же за десять минут, а модему на 28,8 Кбит/с достаточно и пяти минут.

СТАНДАРТЫ ФАКСИМИЛЬНОЙ СВЯЗИ

Передача факсимильных сообщений, т.е. графических изображений до-

кументов, по телефонному каналу принципиально ничем не отличается от пе-

редачи компьютерных данных с помощью модема. В факс-аппарате изображе-

ние, считанное с листа бумаги, переводится в цифровую форму — поток нулей

и единиц, для передачи которых по телефонной линии применяются те же

принципы модуляции и демодуляции, что и в модеме. Вот почему технически

не очень сложно объединить в одном устройстве модем и факс. Однако факси-

мильные аппараты (которые развивались независимо от компьютеров) исполь-

зуют для связи совсем другие протоколы.

Стандарты факсимильной связи принято называть группами. Факс-

аппараты и факс-модемы группы 1 способны передать одну страницу обычного

формата примерно за 6 минут. Сейчас такая техника считается уже безнадежно

устаревшей. Устройства группы 2 передают одну страницу уже за 3 минуты.

Наконец, самые современные аппараты группы 3 работают на скорости до 9600

бит/с, используют сжатие данных и благодаря этому способны послать одну

страницу всего за 20 секунд. Факс-аппараты группы 3 позволяют выбирать в

зависимости от требующегося качества копии одно из двух значений разре-

шающей способности: 203х98 точек на дюйм в «грубом» режиме («Standard»,

200х100 т/дюйм) и 203х196 точек на дюйм в «тонком» режиме («Fine», 200х200

т/дюйм). Если же, помимо требований к группе 3, факс или факс-модем под-

держивает также стандарт V.17, то он способен передавать факсы на скорости

до 14,4 Кбит/с.

Взаимодействие факс-модема с компьютером определяется другим

стандартом, согласно которому все факс-модемы подразделяются на два клас-

са. Устройства класса 1 умеют лишь связываться с факс-аппаратом или факс-

модемом на другом конце линии, а всю работу по преобразованию данных и

управлению сеансом связи должна брать на себя коммуникационная програм-

ма. Напротив, факс-модемы класса 2 сами делают все, что требуется для по-

сылки или приема факса, коммуникационной программе остается лишь снаб-

дить их данными, которые нужно послать. Результат в обоих случаях один и

тот же, но факс-модемы класса 2 позволяют разгрузить процессор компьютера,

что очень полезно, когда факсы передаются или принимаются в фоновом ре-

жиме (т.е. одновременно с работой других программ). Факс-модемы US Ro-

botics поддерживают еще более совершенный стандарт, разработанный этой

фирмой и обозначаемый «класс 2.0». Поддержка факс-модемов класса 2.0 уже

появилась во многих программах для работы с факсами.

УСТАНОВЛЕНИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Очень важно обеспечить возможность обмена информацией о доступ-

ных протоколах еще до того, как выбран какой-то из них. Это происходит в

процессе установления соединения (англ. handshaking) по довольно сложным

правилам, которым обязаны подчиняться все без исключения модемы. Суть

этих правил сводится к тому, чтобы гарантировать выбор самого быстрого и

совершенного из протоколов, доступных модемам на обоих концах линии. Мо-

демы при этом обмениваются специальными сигналами, сообщающими о спо-

собности данного модема работать по тому или иному протоколу. Послав друг

другу свои «меню протоколов», модемы независимо (но согласованно!) ре-

шают, какой из них выбрать для связи, и одновременно переключаются в этот

протокол после возврата подтверждения. Так, если один из модемов предлага-

ет, например, некий фирменный протокол, неизвестный второму модему, то в

ответном «меню» он этого протокола не увидит. Таким образом, оба модема

поймут, что по этому протоколу связаться не удастся, и выберут наилучший из

обоюдно доступных протоколов. Самые совершенные из протоколов связи пре-

дусматривают этап тестирования качества линии, на котором не только выби-

рается максимально возможная в данных условиях скорость, но и подстраива-

ются некоторые параметры протокола.

ПРОТОКОЛЫ КОРРЕКЦИИ ОШИБОК

Первые модемы, которые посылали данные по телефонной линии в том

же виде, в каком получали их от компьютера (т.е. со стартовыми, стоповыми и

контрольными битами), были очень плохо защищены от ошибок, возникающих

из-за помех в телефонной линии. Правда, на низких скоростях помехи были

менее страшны. Но с увеличением пропускной способности модемов явствен-

ной стала потребность в чем-то более совершенном, нежели синхронно-

асинхронное преобразование по стандарту V.14. Так возникли протоколы кор-

рекции ошибок (error correction protocols). Все они применяют методику ARQ.

MNP-протоколы

В разработке и реализации этих протоколов раньше всех преуспела

фирма Microcom. Ей принадлежит группа стандартов MNP (Microcom Net-

working Protocol), которые поддерживаются сейчас большинством выпускае-

мых модемов.

Все разновидности (классы) протоколов MNP пронумерованы, и классы

с MNP1 по MNP5 предоставляются фирмой Microcom по лицензии другим

производителям модемов. Поэтому большинство модемов на рынке поддержи-

вают именно эти протоколы, хотя сама фирма Microcom разработала (и приме-

няет в своих модемах) уже протокол MNP 10.

Рассмотрим функции протоколов с MNP1 по MNP5.

1. MNP класса 1. Этот протокол немногим отличается от синхронно-

асинхронного преобразования по V.I 4 и, собственно, не отменяет его, а лишь

повышает степень защищенности от ошибок. Сейчас он совершенно устарел и

не используется, хотя все модемы с MNP поддерживают его ради совместимо-

сти.

2. MNP класса 2. Близок по своим характеристикам к MNP1, но исполь-

зует полно дуплексную (независимую двухстороннюю) связь, что повышает

пропускную способность. Байты данных по-прежнему передаются в асинхрон-

ном формате V.I 4, но MNP2 собирает их в блоки переменного размера, снаб-

жая каждый блок контрольной суммой, что позволяет добиться стопроцентного

обнаружения ошибок.

3. MNP класса 3. Начиная с MNP3 устаревшая технология стартовых и

стоповых битов больше не поддерживается. Получив асинхронный байт от

компьютера, модем убирает из него стартовые, стоповые и контрольные биты,

оставляя только голый байт данных. Затем эти байты, как обычно, собираются

в блоки и снабжаются контрольной суммой и другой служебной информацией.

За счет этого удается еще больше повысить пропускную способность.

4. MNP класса 4. Отличается от MNP3 тем, что способен (как и MNP2)

на ходу менять размер блока данных, приспосабливаясь к качеству линии: если

ошибок слишком много, модем с MNP4 уменьшает объем блока, повышая тем

самым надежность передачи. Кроме того, в этом протоколе уменьшены затраты

на передачу служебной информации. В результате и надежность, и пропускная

способность у MNP4 выше, чем у MNP3 (по сути, этот протокол объединил все

лучшее из MNP2 и MNP3).

5. MNP класса 5. Отличается от MNP4 только умением сжимать переда-

ваемые данные, что позволяет в некоторых случаях очень заметно повысить

пропускную способность. Однако, если данные уже сжаты (например, когда вы

посылаете архивный файл), MNP5 не только не дает никакого преимущества,

но и работает чуть медленнее, чем MNP4, так как безуспешно пытается сжать

несжимаемое.

Если модем поддерживает MNP5, то это означает, что он может рабо-

тать и с протоколами MNP1 — MNP4. Связавшись, модемы сами договарива-

ются, по какому протоколу будет происходить передача, пытаясь установить

возможно более высокий класс MNP. Для пользователя весь этот процесс про-

ходит незаметно.

6. V.42 и V.42bis. На практике гораздо чаще, чем протоколы серии MNP,

применяются протоколы V.42 и V.42bis, разработанные в ITU-T на основе

MNP. Протокол V.42 совместим с MNP1 — MNP4, но содержит значительно

более гибкие и эффективные методы коррекции ошибок. Развитие этого прото-

кола — стандарт V.42bis — предусматривает сжатие посылаемых данных (как в

MNP5), которое отличается высокой эффективностью и иногда дает некоторый

выигрыш даже при пересылке сжатых файлов. Большинство выпускаемых сей-

час модемов поддерживают и MNP1 — MNP5, и V.42 с V.42bis.

Реализация протоколов коррекции ошибок

В современных модемах протоколы коррекции и сжатия чаще всего реа-

лизованы аппаратно. При этом модем содержит специальную микросхему, ко-

торая преобразует данные в соответствии с одним из протоколов, а также дого-

варивается с модемом на другом конце линии, какой именно протокол будет

использоваться. Этот способ отличается эффективностью и не требует какой-

либо настройки, так как все преобразования берет на себя сам модем.

Второй способ, сейчас практически вышедший из употребления, предна-

значен для модемов, у которых нет такой микросхемы (как говорят, у них нет

«встроенного MNP» — терминология эта идет с тех времен, когда стандарта

V.42 еще не существовало). Пользователь загружал специальную резидентную

программу — драйвер MNP, которая перехватывает данные, идущие в модем,

преобразует их по одному из протоколов, а затем уже отсылает их в модем.

Этот способ значительно менее быстрый и надежный, но к нему приходится

прибегать, если у модема нет встроенной коррекции ошибок (для V.42 этот

способ никогда не применялся, так как к моменту принятия этого стандарта

почти все модемы уже имели аппаратную поддержку протоколов коррекции).

Наконец, третий способ используется в так называемых программируемых мо-

демах. У них тоже есть микросхема для реализации протокола коррекции оши-

бок, но эту микросхему можно перепрограммировать, изменяя заложенный в

нее протокол. Такой подход сочетает эффективность с гибкостью: при появле-

нии новых, более совершенных протоколов не нужно менять модем, а доста-

точно лишь перепрограммировать микросхему.

ПРОТОКОЛЫ ПЕРЕДАЧИ ФАЙЛОВ

Описанные выше протоколы коррекции ошибок появились сравнитель-

но недавно. Однако уметь передавать данные без ошибок нужно было с первых

дней существования модемов. Если просто разговаривать с кем-нибудь через

модем, печатая свои реплики и читая с экрана ответные, можно мириться с тем,

что в ответах собеседника будет проскакивать мусор, т.е. ошибочные символы.

Но при обмене файлами, конечно же, передача должна быть защищена от лю-

бых помех. Для этого были разработаны специальные протоколы передачи

файлов (file transfer protocols), которые реализуются коммуникационной про-

граммой и работают только при пересылке файлов. В функции этих протоколов

точно так же входит разбиение данных на блоки, вычисление контрольной

суммы, повторная пересылка ошибочно принятых блоков, гибкое изменение

размеров блоков в зависимости от качества связи и т.п. Но у этих протоколов

есть и специфические черты: так, многие из них передают имя, размер и дату

создания посылаемого файла, могут пересылать несколько файлов в одном па-

кете. Кроме того, некоторые протоколы в случае обрыва связи запоминают, до

какого места был передан файл, и в следующий раз возобновляют его передачу

именно с этого места (восстановление после обрыва — crash recovery).

Все эти свойства, полезные именно для пересылки файлов, позволили

протоколам передачи файлов не исчезнуть с появлением эффективных аппа-

ратных протоколов коррекции ошибок, хотя обеспечение правильности переда-

чи в них отошло при этом на второй план. Видимо, окончательно эти протоко-

лы исчезнут только после того, как доступ к Internet станет столь же простым и

дешевым, как звонок на BBS или сеанс связи с другим пользователем модема,

ведь в наборе протоколов Internet есть свои, весьма совершенные средства для

обмена файлами.

Если в модеме реализован аппаратный протокол коррекции ошибок, то

протокол передачи файлов работает «поверх» него, лишний раз проверяя и пе-

репроверяя посылаемые данные. Ничего плохого в этом, конечно, нет, но такая

двойная страховка все же снижает эффективность работы. Поэтому в последнее

время обычно применяются особые протоколы передачи файлов, предназна-

ченные именно для модемов с аппаратной коррекцией, в них контроль ошибок

сведен к минимуму, что дает заметный выигрыш в скорости.

Поскольку протоколы передачи файлов реализуются в программе (их

называют «протоколами высокого уровня»), пользователь имеет возможность

сам выбрать конкретный протокол, прежде чем начать пересылку файла (есте-

ственно, этот выбор должен быть согласован с пользователем или программой

на другом конце линии). Вот почему важно разбираться в этих протоколах и

знать, чем они отличаются друг от друга.

Рассмотрим основные из протоколов передачи файлов.

1. Xmodem. Самый старый из протоколов, разработанный еще в конце

70-х гг. Использует сравнительно небольшие блоки (128 байт) и простой метод

вычисления контрольной суммы. Имя файла не передается, восстановления по-

сле обрыва нет. Тем не менее, этот протокол приобрел большую популярность

и до сих пор является одним из самых распространенных. Эффективность про-

токола Xmodem довольно низка, особенно по сегодняшним стандартам.

2. Xmodem-CRC. Разновидность Xmodem с более сложным алгоритмом

вычисления контрольной суммы.

3. Xmodem-lK. Разновидность Xmodem с размером блока 1 Кб.

4. Kermit. Разработан в начале 80-х гг. Передает все атрибуты файла

(имя, дату и размер), способен посылать несколько файлов в одном пакете.

Сжимает данные. Коррекция ошибок отличается большей надежностью, чем у

Xmodem. Тем не менее из-за малого размера блоков и большого количества

служебной информации эффективность этого протокола крайне низка.

5. Ymodem. Разработан в 1981 г. Подобно Kermit, передает атрибуты

файлов и несколько файлов в одном пакете. Размер блока — 1 Кб, но, из-за того

что протокол не способен менять эту величину во время передачи, он (как и

Xmodem-lK) отличается низкой надежностью на шумных линиях.

6. Zmodem. Созданный в 1986 г., Zmodem — первый из потоковых

(streaming) протоколов. Это означает, что он посылает блоки данных с кон-

трольными суммами без остановок, единым потоком. Только после передачи

всего файла приемник выдает список блоков, для которых контрольная сумма

не совпадает, и просит послать их еще раз. Потоковый протокол позволяет пе-

редатчику не ждать подтверждения после отправки каждого блока, что сущест-

венно повышает скорость. Zmodem также передает атрибуты файлов и посыла-

ет несколько файлов в одном пакете. Кроме того, в Zmodem'e впервые введено

восстановление после обрыва. Все эти достоинства сделали Zmodem не-

обычайно популярным. Он почти идеален для модемов с аппаратной коррекци-

ей ошибок, так как тратит минимум времени на контроль правильности переда-

чи. Этот протокол используется в повседневной практике модемной связи в

России.

7. Ymodem-G. Этот протокол особый. Он вообще не заботится о пра-

вильности передачи, посылая данные сплошным потоком безо всяких кон-

трольных сумм. Поэтому он очень быстрый, но применять его можно только на

линиях, абсолютно свободных от помех.

8. HS/Link. Обладает всеми достоинствами Zmodem, но является

двуна-

правленным (bidirectional), т.е. позволяет сторонам обмениваться файлами —

посылать их в обе стороны одновременно.

9. HyperProtocoI. Один из самых быстрых протоколов. Как и Zmodem,

является потоковым, но к тому же еще и сжимает посылаемые данные. В

HyperProtocoI приемник высылает подтверждение не после каждого файла, а в

конце всего сеанса передачи. Этот протокол широко применяется для высоко-

скоростных модемов и выделенных линий.

10. Jmodem. Этот протокол использует сжатие данных, а также гибкое

изменение размера блока в зависимости от уровня помех: если ошибок много,

данные передаются меньшими порциями, и, наоборот, если ошибок мало —

большими порциями (при отсутствии ошибок размер блока может достигать 8

Кб).

11. BiModem, Быстрый двунаправленный протокол с возобновлением

после обрыва и гибким изменением размера блоков (в пределах от 16 байт до

16 Кб). Кроме того, за счет двунаправленности, BiModem позволяет заказывать

файлы, которые вы хотите переслать, прямо во время передачи. К сожалению,

BiModem плохо работает на шумных линиях.

Набор протоколов, которыми можно пользоваться, зависит от конкрет-

ной коммуникационной программы и от типа принимающего модема и его

коммуникационной программы. Прежде чем передавать или принимать файл,

следует договориться о протоколе передачи с другой стороной, а затем дать

своей программе команду начать пересылку файла, используя именно этот про-

токол.

Какой же протокол выбрать? Xmodem и Kermit сейчас уже явно устаре-

ли, и к ним стоит прибегать лишь в крайнем случае — если нет другого выбора.

Для современных скоростных модемов с коррекцией ошибок эффективнее все-

го потоковые протоколы, из которых самым популярным является Zmodem. На

хороших линиях можно также пользоваться двунаправленным протоколом

BiModem.