Трудно себе представить персональный компьютер без возможности доступа в интернет. Интернет является средой где аккумулируется большой объем информации полноценный доступ к которой доступен только при использовании модема. Модем это устройство которое является мостом между компьютером и этой информацией. J3 данной статье мы попытаемся разобраться в устройстве модема, принципе его работы и возможности оптимизации работы
Модем – это устройство для передачи данных по обычным телефонным линиям, • служащее для связи двух компьютеров.
Само слово “модем” является сокращением от “модулятор-демодулятор”. Все телефонные линии, как правило, работают с аналоговым сигналом, а компьютер. – с цифровым. Поэтому основной функцией модема можно считать преобразование цифрового сигнала компьютера в аналоговый телефонной линии и наоборот
Подключение модема
Модемы к компьютеру могут подключаться через последовательный интерфейс RS-232. параллельный интерфейс и USB интерфейс. Подключение к телефонной линии производится посредством кабеля RJ11 На практике подключение чаще осущствляется через последовательный интерфейс порт COM2 т. к. СОМ1 чаще всего бывает занят другими устройствами, например “мышкой”.
Конфигурация портов:
– СОМ 1 привязан к IRQ 4 (3F8-3FF).
– СОМ 2 привязан к IRQ 3 (2F8-2FF).
– СОМ 3 привязан к IRQ 4 (3E8-3FF).
– СОМ 4 привязан к IRQ 3 (2E8-2EF).
Подключив модем к COM-порту и назначив IRQ, обязательно нужно проверить другие устройства на предмет наличия у них тех же последовательных портов и прерываний.
Настройка модема на тот или иной порт и прерывание (IRQ), обычно осуществляется с помощью джамперов, переключателей или программным путем.
Общие сведения
Цифровые данные, поступающие в модем из компьютера, преобразуются в нем путем модуляции (по амплитуде, частоте, фазе) в соответствии с избранным стандартом (протоколом) и направляются в телефонную линию. Модем-приемник провайдера, понимающий данный протокол, осуществляет обратное преобразование (демодуляцию) и пересылает восстановленные цифровые данные в свой компьютер. Таким образом, для обеспечения устойчивой связи необходимо, чтобы ваш модем поддерживал общий протокол, был подключен непосредственно к компьютеру, а линия связи по своим параметрам могла пропускать модулированные сигналы.
Физически в модемах все это реализовано достаточно просто сигнал представляет собой несущую (синусоиду опр. частоты), дискретно промо-дулированную по фазе и амплитуде, т. е. друг за другом идут фрагменты этой синусоиды с разными амплитудами (возможно несколько фиксированных значений) и сдвигом фазы относительно предыдущего фрагмента (рис 1).
Стандарты модуляции
Для передачи данных с помощью модемов используется модуляция. Чтобы передающее и принимающее устройст ва “понимали” друг друга, они должны использовать один и тот же метод модуляции. Как правило, при различных скоростях передачи данных используются разные методы модуляции, но иногда передача данных с одной и той же скоростью тоже может осуществляться с помощью различных методов модуляции.
При передаче данных отправляющий модем преобразует цифровые данные в аналоговый сигнал, который передается по телефонной линии. Принимающий модем выполняет обратное преобразование – из аналоговой формы в цифровую
Виды модуляции
Частотная модуляция. Когда нули передаются сигналом одной частоты, а единицы – другой, мы имеем дело с частотной модуляцией (ЧМ). Частотная модуляция реализуется наиболее просто и работает весьма надежно, однако имеет естественный предел, связанный с тем, что полоса пропускания телефонного канала очень мала. Теоретически она составляет всего 4 кГЦ, но из-за того. что в начале и конце полосы пропускания велики нелинейные искажения, реально доступен диапазон от 300 ГЦ до 3400 ГЦ. А это означает, что даже если весь период сигнала отдать одному биту, то скорость передачи не может превысить половины полосы пропускания. Поэтому если бы в модемах использовалась только частот ная модуляция, то они и по сей день работали бы со скоростью 1200-1500 бит в секунду. Зато на малых скоростях частотная модуляция работает весьма надежно. Этот вид модуляции был закреплен стандартом V.21 и применялся в ранних модемах, хотя не забыт и сегодня. Именно в таком режиме современные модемы начинают свою работу. Выходя на связь, модем еще “не знает”, какими свойствами обладает его партнер, и двум модемам нужен какой-то переговорный процесс для согласования параметров дальнейшей работы. Поэтому в первый момент модемы обмениваются посылками на низкой скорости, модулированными по частоте.
Амплитудная модуляция. Если нули передаются сигналами одной громкости, а единицы -другой. то это амплитудная модуляция (AM). Технически создать амплитудную модуляцию еще проще, чем частотную, но надежность передачи при этом мала, поэтому амплитудную модуляцию используют весьма ограниченно. В современных модемах ее сочетают с фазовой модуляцией для того, чтобы передать больше информации (более одного бита данных) в одном периоде сигнала.
Фазовая и фазоразностная модуляция. Метод фазовой модуляции (ФМ) основан на том, что если два гармонических (синусоидальных) сигнала имеют сдвиг по фазе, то его можно обнаружить, замерить и использовать для передачи данных (рис. 2). Хотя в телефонных сетях есть устройства.
способные исказить фазу сигнала, тем не менее, этот метод модуляции позволяет более уверенно выделять полезные данные на фоне шума, чем амплитудная и частотная модуляция. Разумеется, этот вывод относится только к тому диапазону звуковых частот, который характерен для телефонных сетей.
С помощью фазовой модуляции можно закодирован, в одном периоде сигнала несколько бит информации. Например, сдвигу в 0° можно присвоить двухбитное значение 00. сдвигу в 90° – значение 01. сдвигу в 180° – значение 10. а сдвигу в 270е – значение 11.
Обратите внимание на то. что сдвиг по фазе для одного сигнала не имеет смысла – обязательно нужна пара сигналов, чтобы было, что сравнивать. В модемах замеряется сдвиг по фазе очередного сигнала относительно предыдущего. Таким образом, играет роль не то, какая у данного сигнала фаза, а какой переход произошел в фазе при приеме очередного сигнала. Если предыдущий сигнал имел фазу 0°, а последующий – фазу 90°. то это то же самое, что переход от 180° к 270е и. соответственно. то же. что переход от 270е к 0°. Поэтому фазовую модуляцию еще очень часто называют фазоразностной модуляцией. Этим подчеркивают, что измеряют не фазу, а разность фаз между двумя последовательными сигналами и по ней определяют, какие были переданы данные.
Любое компьютерное устройство, имеет свои характеристики. К основным характеристикам модема относятся:
– максимальная скорость передачи данных, измеряемая в Кбит/сек или бод;
– поддерживаемые протоколы работы;
– возможность работы модема как факса;
– наличие голосовых функций.
Максимальная скорость
Одной из основных характеристик модема является максимальная скорость, с которой он может обмениваться данными с другими модемами. Для измерения скорости передачи данных используют несколько единиц измерения – боды, биты за секунду и символы за секунду. Обычно, когда речь идет о скорости, с которой модем может передавать информацию, используется термин бит за секунду или bps – это физическая скорость. Данные при этом передаются последовательно друг относительно друга. Стоит отметить, что реальная скорость передачи данных без всевозможных преобразований ограничена до 4000 бит за секунду, а на практике она не превышает значения 3400 бит за секунду.
В простейшем случае (используется только два состояния, например, две частоты, определяющие состояние 0 или 1) эта скорость будет равна “скорости передачи данных” модема, которая измеряется в битах в секунду (bps). Но в современных модемах используется не два состояния линии. а больше, поэтому bps несколько превышает baud rate модема. Например, модем, поддерживающий стандарт V.34 имеет baud rate 9600, а передает данные со скоростью 28800 bps. Именно bps и указывается на коробке модема. Однако для пас, пользователей, значительно интереснее “эффективная скорость” – количество байт полезной информации, переданных за секунду. “Эффективную скорость” обычно измеряют в cps – character per second. Казалось бы. что cps = bps/8 (т.к. в одном байте 8 бит), но это нс совсем так. Модем является асинхронным устройством, поэтому передаваемые данные представляют собой небольшой поток данных. Байты информации передаются в отдельных пакетах, поэтому при передаче байта в пакете ему предшествует стартовый бит. а завершает столовый бит, – таким путем извлекается полезная информация из потока данных. Такая передача данных на- проток зывается асинхронной (соединение старт-стоп). При синхронной передаче данные передаются непрерывным потоком (рис 3). Из-за служебных битов и е некоторых других “накладных расходов” эффективная скорость оказывается не- сколько ниже. Для ее увеличения используются разные способы, такие как сжатие передаваемой информации.
На сегодняшний день практически все выпускаемые модели рассчитаны на работу со скоростью в 56 000 бит/сек или 56Кбит/с. Но еще у многих пользователей встречаются модели, рассчитанные на 28 800 и 33 600 бит/сек. Однако скорость вашего соединения с Интернетом зависит не только от максимальной скорости модема, но и от качества телефонной линии, которую вы используете. На практике высокие скорости передачи на телефонных линиях низкого качества практически недосягаемы. Шум и шипение, которое мы часто слышим в телефонных трубках, мешает модему правильно принимать данные. Из-за помех на линии передаваемая информация может исказиться до неузнаваемости.
Протоколы передачи данных
Скорость передачи модема также зависит от протоколов, с которыми он умеет работать.
Протокол передачи данных – это определенный стандарт, по которому модемы взаимодействуют друг с другом. Каждый протокол выполняет определенное действис. Например, один отвечает за коррекцию ошибок по время обмена данными, другой – за метод сжатия данных (позволяет при передаче данных производить их сжатие, что уменьшает время передачи) и т. д. Все протоколы можно разбить на четыре группы:
протоколы взаимодействия и модуляции; протоколы сжатия данных;
протоколы коррекции ошибок.
В протоколах взаимодействия описан порядок взаимодействия модемов между собой. В них указывается, что должен сообщить о себе вызывающий модем, и что должен ответить вызываемый модем. Согласно протоколу взаимодействия оба модема вступают в диалог и обмениваются параметрами, необходимыми для создания надежного и максимально производительного соединения.
Протоколы модуляции определяют принцип модуляции, используемый модемами в работе. Если более передовой модем сталкивается с устаревшим модемом, то в ходе первичных переговоров он “отступает” к наиболее производительному протоколу, поддерживаемому обеими сторонами. Так же учитываются и параметры конкретной линии связи. Если линия вносит значительные амплитудные и/или фазовые искажения в сигнал или имеет значительные помехи, то модемы согласуют такую информационную скорость, на которой они еще могут устойчиво общаться.
Например, выше в таблице 1 приведены протоколы модуляции.
Сжатие данных
Практически все современные модемы сжимают данные, передаваемые по телефонному каналу. Сжатие данных перед передачей позволяет сэкономить время и деньги на оплате услуг междугородной телефонной связи. При этом модем выполняет работу широко известных программ-архиваторов. За счет сжатия модем успевает передать за единицу времени больше данных, чем модем, нс выполняющий сжатия. К сожалению, эффективность алгоритмов сжатия зависит от самих передаваемых данных. Например, о одни типы файлов (например, текстовые файлы или растровые рисунки) хорошо сжимаются, в то время как другие (например. GIF или ZIP) уже являются сжатыми. При передаче таких файлов вы не добьетесь существенного увеличения скорости передачи.
Процедура сжатия выполняется в соответствии с протоколами компрессии передаваемых данных. В большинстве модемов используются два таких протокола – MNP 5 и ITU-T V42bis. Первый протокол реализует сжатие в пропорции 2:1, а второй в пропорции 4:1. Например, модем со скоростью передачи 14 400 бит/с. используя сжатие, может увеличить объем передаваемых данных до 57 600 бит/с, а модем, работающий со скоростью 28 800. – до 115 200 бит/с. Рассмотрим последний протокол более подробно.
В зависимости от типов передаваемых файлов их размер протоколом V.42bis, можно уменьшить более чем в четыре раза по сравнению с первоначальным, что фактически учетверяет быстродействие модема.
Стандарт сжатия данных V.42bis разработан ССПТ. Одним из основных преимуществ стандарта V.42bis по сравнению с другими протоколами является то, что в нем сначала выполняется анализ передаваемых данных, а затем определяется. нужно ли их сжимать. После этого происходит сжатие тех данных, которые этого требуют. Подобный анализ необходим потому, что некоторые файлы уже находятся в сжатом виде (т. е. заархивированы программами ARC, RKZIP и др.) и следующая попытка сжатия приводит к увеличению их размеров. Для соединения в стандарте V.42bis необходимо использовать протокол V.42. Именно поэтому в модемах со сжатием данных в стандарте V.42bis предполагается коррекция ошибок в соответствии со стандартом V.42. В результате объединения этих двух протоколов обеспечивается безошибочная передача данных с максимальным сжатием.
Чтобы гарантировать правильную передачу данных, модемы используют специальные протоколы коррекции ошибок. Благодаря им. данные, неправильно переданные по телефонной линии, передаются еще и еще – др тех пор. пока принимающий модем не подтвердит их правильность. В настоящее время используются протоколы кор рскции ошибок MNP2-4 и ITU-TV.42.
Коррекция ошибок
Коррекция ошибок – метод, с помощыо которого модемы тестируют пересылаемую информацию на предмет наличия в ней тех или иных повреждений. возникших в течение передачи. Д ля того чтобы коррекция ошибок стала возможной, оба модема должны работать в одном стандарте. Рассмотрим подробнее метод коррекции ошибок.
Функция коррекции ошибок может быть пассивной или активной. При пассивной коррекции ошибок данные передаются группами (кадрами). При этом каждый кадр сопровождается контрольной суммой. Когда модем заканчивает прием кадра. он вычисляет его контрольную сумму и сверяет с той. которую передал отправитель. Если контрольные суммы не совпадают, делается запрос на повторную передачу всего кадра.
При активной коррекции принимающий модем может не всегда запрашивать повторную передачу. Вместе с кадром данных он получает некий дополнительный избыточный код, вычисленный на основе содержимого кадра с помощью специальных математических методов. При удачном стечении обстоятсл1»ств. если ошибок в кадре не слишком много, по избыточному коду удастся восстановить утраченное содержимое. После восстановления проверяется контрольная сумма. Если восстановление прошло успешно, передача кадра нс повторяется.
Долгое время права на протоколы сжатия и коррекции принадлежали разрабатывавшей их компании Microcom. Эти протоколы назывались MNP (Microcom Network Protocol). Всего было опубликовано десять протоколов: от MNP 1 до MNP 10. Не желая платить патентные отчисления, производители модемов, объединившиеся под крылом Международного союза электросвязи, разработали универсальные стандарты общего применения: V42 и V42bis. превосходящие по своим параметрам аналогичные стандарты MNP
Протокол V42 определяет алгоритм коррекции ошибок, а протокол V42bis – и алгоритм коррекции ошибок, и алгоритм сжатия данных. Современные модемы должны быть совместимы с этими стандартами. Если модем V42bis входит в контакт с модемом, не поддерживающим этот протокол. то он “отступает” к протоколу MNP4. затем к MNP3 и т. д. до протокола MNP1. Если же и тот тоже нс поддерживается, коррекция ошибок может вообще нс производиться.
i
Понятие пакета
При передаче информации модем разбивает информацию на маленькие пакеты, которые называются фреймами. Передающий модем присоединяет так называемую контрольную сумму к каждому из этих фреймов. Модем при получении фрейма проверяет, соответствует ли контрольная сумма посланной информации. Если – нет. то фрейм пересылается снова.
Фрейм является одним из ключевых терминов передачи данных. Под фреймом понимают базовый блок данных с заголовком, присоединенной к этому заголовку информацией и данными, icoto-рые и завершают сам фрейм. Добавленная информация включает номер фрейма, данные о размере передаваемого блока, синхронизирующие символы. адрес станции, код коррекции ошибок, данные переменного объема и так называемые индикаторы Начало передачи (стартовый биг) /Конец передачи (стоп-биг). Это означает, что фрейм является пакетом информации, который передается как одно целое.
Например, в Windows 98 в параметрах настройки модема существует опция Stop bits (Стоповые биты), которая позволяет установить количество стоповых битов. Стоповые биты данных являются одной из разновидностей так называемых граничных служебных битов. Столовый бит определяет конец цикла при асинхронной передаче (промежуток времени между передаваемыми сим волами меняется) данных в кратковременном цикле.
В процессе передачи один модем может пересылать данные намного быстрее, чем другой модем может принимать эти данные. Так называемый метод управления потоком позволяет сообщить принимающему модему информацию о том, чтобы этот модем в какие-то моменты времени приостанавливал прием данных. Управление потоком можег быть реализовано как на программном (XON/XOFF – Старт-сигнал/Стоп-сигнал), так и на аппаратном (RTS/CTS) уровнях. Управление потоком на программном уровне осуществляется через пересылку определенного знака. После того, как сигнал получен, передается другой символ. Так, в Windows 98 в параметрах наст ройки модема существует опция Data bits (Биты данных), которая позволяет установить информационные биты данных, используемые системой для выбранного последовательного порта. Стандартный набор символов компьютера состоит из 256 элементов (8 бит). Поэтому опция по умолчанию есть 8. Если ваш модем не поддерживает псевдографику (рабо тает только со 128 символами), сообщите об этом выбором опции 7 (см. рис. 4).
Windows 98 в параметрах настройки модема существует и опция Use flow control (Управление потоком), которая позволяет определить способ реализации обмена данных. Здесь вы можете исправлять возможные ошибки, возникающие при передаче данных от компьютера в модем. Принятая по умолчанию, установка XON/XOFF означает, что управление потоком данных осуществляется программными методами через стандартные управляющие символы ASCII, которые и посылают в модем команду приостановить/ возобновить передачу (рис. 5).
Управление потоком на программном уровне возможно лишь в том случае, если используется последовательный кабель. Так как управление потоком на программном уровне регулирует процесс передачи посредством пересылки некоторых символов, то может возникнуть сбой или даже окончапие сеанса связи. Объясняется это тем. что тот или иной шум в линии может сгенерировать сигнал, аналогичный тому который управляет передачей.
Например, при управлении потоком на программном уровне, бинарные файлы не могут пересылаться, поскольку подобные файлы могут содержать управляющие символы.
Через управление потоком на аппаратном уровне RTS/CTS преобразование информации осуществляется намного быстрее и безопаснее, чем через управление потоком на программном уровне.
Буфер FIFO чем-то похож на перевалочную базу: пока данные поступают в модем, часть их отправляется в буфер, что дает некоторый выигрыш при переключении с одной задачи на другую.
Например, операционная система Windows 98 поддерживает только микросхемы универсального асинхронного интерфейса (Universal Asynchronous Receiver Transmitter. UART) серии 16550 и позволяет управлять самим буфером FIFO. С помощью флажка Use FIFO buffers requres 16550 compatible UART (Использовать буферы FIFO) вы можете заблокировать (не позволять системе накапливать данные в буфере) или разблокировать (дать возможность системе накапливать данные вбуфере) буфер FIFO.
Нажав кнопку Advanced, вы обратитесь к диалогу Advanced Connection Settings (Дополнительные параметры соединения). опции которой позволяют настроить соединение вашего модема.
Сервисный центр 2001-09
