Курс лекций "Сетевым технологиям"

Удаленный доступ

Модемы

Применение  модемов 

Модем (modem) - это устройство, которое позволяет  компьютерам обмениваться данными  по телефонной линии.

Когда компьютеры расположены слишком  далеко друг от друга и их нельзя соединить стандартным сетевым  кабелем, связь между ними устанавливается с помощью модема. В сетевой среде модемы служат средством связи между отдельными сетями или между ЛВС и остальным миром.

Основные  функции модемов 

Осуществлять  связь по телефонной линии компьютеры не могут, так как обмениваются данными с помощью цифровых электронных импульсов, а по телефонной линии можно передавать только аналоговые сигналы (звуки).

 

Рис.1 Цифровые и аналоговые сигналы

 Цифровой  сигнал (синоним двоичного) может  принимать лишь два значения: 0 или 1. Аналоговый сигнал - это плавная кривая, которая может иметь бесконечное множество значений.

Модем на передающей стороне преобразует  цифровые сигналы компьютера в аналоговые и посылает их по телефонной линии. Модем на принимающей стороне  преобразует входящие аналоговые сигналы в цифровые для компьютера-получателя.

Другими словами, передающий модем модулирует (modulate) цифровой сигнал в аналоговый, а принимающий модем демодулирует (demodulate) аналоговый сигнал обратно в  цифровые сигналы.

 

  
 

Рис. 2. Модемы преобразуют цифровые сигналы в аналоговые, и наоборот

Типы  модемов 

Существуют  различные типы модемов, поскольку  существуют различные типы среды  передачи, для которых требуются  разные методы передачи данных. Эти  среды можно грубо поделить на два типа, взяв как критерий синхронизацию связи. Итак, связь бывает:

• асинхронная ;
• синхронная .

Тип модема, используемого в сети, будет зависеть и от среды, и от назначения сети.

Асинхронная связь 

Асинхронная связь - самая распространенная форма  передачи данных. Причина такой популярности кроется в том, что асинхронный метод связи использует стандартные телефонные линии. При асинхронном методе данные передаются последовательным потоком.

START

Байт 1

STOP

START

Байт 2

STOP

START

Байт N

STOP

Рис.3 Асинхронный поток данных

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

Связь этого типа не синхронизируется, т. е. отсутствует синхронизирующее устройство или метод для координации действий между передатчиком и приемником. Передающий компьютер просто шлет данные, а принимающий компьютер просто их получает. Затем принимающий компьютер проверяет данные, чтобы убедиться в том, что они приняты без ошибок. Двадцать пять процентов трафика данных при асинхронной связи состоит из управляющей и координирующей информации.

Скорость  асинхронной передачи по телефонным линиям может достигать 28 800 бит/с  и выше. Однако новейшие методы сжатия данных в непосредственно соединенных системах обеспечивают скорость до 115 200 бит/с.

Синхронная  связь 

Синхронная  связь основана на схеме синхронизации, согласованной между двумя устройствами. Ее цель - выделить биты из группы при  передаче их блоками. Эти блоки называют кадрами. Для установки синхронизации и периодической проверки ее правильности используются специальные символы.

S YN С

Байт 1

Байт 2

Байт  З

Байт 4

Байт  N

S Y N С

Рис. 4. Cсинхронный поток  данных

Поскольку биты передаются в синхронном режиме, стартовые и стоповые биты не нужны. Передача завершается в конце одного кадра и начинается вновь на следующем кадре. Этот метод более эффективен, чем асинхронная передача. 

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

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

• разбивают данные на блоки;
• добавляют управляющую информацию;
• проверяют данные на наличие ошибок.

Основные  протоколы синхронной связи:

• SDLC (Synchronous Data Link Control) - протокол синхронного управления каналом;
• HDLC (High-level Data Link Control) - высокоуровневый протокол управления каналом;
• BISYNC (Binary SYNchronous Communications protocol) - протокол двоичной синхронной связи.

Синхронная связь используется практически во всех цифровых системах связи и сетях. Допустим, что для соединения удаленных компьютеров Вы используете цифровые линии. Тогда, чтобы подключить компьютер к цифровой линии. Вы будете устанавливать синхронный модем, а не асинхронный. Справедливости ради заметим, что из-за высокой стоимости и сложности синхронные модемы для домашних условий, как правило, не предлагаются.

Хотя  коммутируемый модем предоставляет  компьютеру услуги физического уровня, сам он представляет собой устройство, в котором реализованы функции двух нижних уровней модели OSI — физического и канального. Канальный уровень нужен модему для того, чтобы выявлять и исправлять ошибки, появляющиеся из-за искажений битов при передаче через телефонную сеть. Вероятность битовой ошибки в этом случае довольно высока, поэтому функция исправления ошибок является очень важной для модема. Так как в качестве канального протокола между компьютером и RAS сегодня в основном используется протокол РРР, который не занимается восстановлением искаженных и потерянных кадров, то способность модема исправлять ошибки является очень полезной.

 Протоколы  и стандарты модемов определены  в рекомендациях ITU-T серии V и делятся на три группы:

• стандарты, определяющие скорость передачи данных и метод кодирования;
• стандарты исправления ошибок; ,
• стандарты сжатия данных.

Стандарты метода кодирования  и скорости передачи данных. Модемы являются одними из наиболее старых и заслуженных устройств передачи данных; в процессе своего развития они прошли долгий путь, прежде чем научились работать на скоростях до 56 Кбит/с.

Первые  модемы работали со скоростью 300 бит/с  и исправлять ошибки не умели. Эти модемы функционировали в асинхронном режиме, означающем, что каждый байт передаваемой компьютером информации передавался асинхронно по отношению к другим байтам, для чего он сопровождался стартовыми и стоповыми символами, отличающимися от символов данных. Асинхронный режим упрощает устройство модема и повышает надежность передачи данных, но существенно снижает скорость передачи информации, так как каждый байт дополняется одним или двумя избыточными старт-стопными символами.

Современные модемы могут работать как в асинхронном, так и синхронном режимах.

Стандарт  V.90 описывает технологию, направленную на обеспечение недорогого и быстрого способа доступа пользователей к сетям поставщиков услуг. Этот стандарт описывает асимметричный обмен данными: со скоростью до 56 Кбит/с из сети и со скоростью до 33,6 Кбит/с в сеть. Стандарт совместим со стандартом V.34+. В стандарте V.92 учитывается возможность принятия модемом второго вызова во время соединения. В таких случаях современные станции передают на телефонный аппарат специальные двойные тоновые сигналы, так что абонент может распознать эту ситуацию и, нажав на аппарате кнопку Flash, переключиться на второе соединение, переведя первое соединение в режим удержания. Модемы предыдущих стандартов в таких случаях просто разрывают соединение, что не всегда удобно для абонента — может быть в этот момент он заканчивает загружать из Интернета большой файл, и вся его работа пропадает.

Типовая структура соединения двух компьютеров  или локальных сетей через  маршрутизатор с помощью аналоговых окончаний приведена на рис.5.

Рис. 5. Соединение компьютеров с помощью коммутируемых модемов

Коррекция ошибок. 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 фирменным протоколам Microcom. Эта компания реализовала в своих модемах несколько разных процедур коррекции ошибок, назвав их сетевыми протоколами Microcom (Microcom Networking Protocol, MNP) классов 2-4.

В стандарте  V.42 основным является другой протокол — протокол доступа к линии связи для модемов (Link Access Protocol for Modems, LAP-M). Однако стандарт V.42 поддерживает и процедуры MNP 2-4, поэтому модемы, соответствующие рекомендации V.42, позволяют устанавливать связь без ошибок 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 — более развитые переговорные процедуры, для которых в протоколе LAP-M предусмотрены дополнительные типы кадров — XID и BREAK.

С помощью кадров взаимной идентификации (Exchange Identification, XID) 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 РРР. Команда BREAK 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 продолжает работать так, как если бы паузы в передаче не было.

Сжатие  данных. Почти все современные модемы при работе по асинхронному интерфейсу поддерживают стандарты сжатия данных СCITT 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 установить связь со сжатием данных, но если второй модем этот протокол не поддерживает, то и первый модем переходит на обычную связь без сжатия.

При работе модемов по синхронному интерфейсу наиболее популярным является протокол сжатия синхронных потоков данных (Synchronous Data Compression, SDC) компании Motorola.