Реферат на тему:
Протокол передачи данных — набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами. Эти соглашения задают единообразный способ передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения разнесённой в пространстве аппаратуры, соединённой тем или иным интерфейсом.
Стандартизированный протокол передачи данных также позволяет разрабатывать интерфейсы (уже на физическом уровне), не привязанные к конкретной аппаратной платформе и производителю (например, USB, Bluetooth).
Сетево́й протоко́л — набор правил и действий (очерёдности действий), позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.
Разные протоколы, зачастую, описывают лишь разные стороны одного типа связи; взятые вместе, они образуют стек протоколов. Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол.
Новые протоколы для Интернета определяются IETF, а прочие протоколы — IEEE или ISO. ITU-T занимается телекоммуникационными протоколами и форматами.
Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель OSI, в соответствии с которой протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению — от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (интерфейс программирования приложений для передачи информации приложениями).
Сетевые протоколы предписывают правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Они строятся по многоуровневому принципу. Протокол некоторого уровня определяет одно из технических правил связи. В настоящее время для сетевых протоколов используется модель OSI (Open System Interconnection — взаимодействие открытых систем, ВОС).
Модель OSI — это 7-уровневая логическая модель работы сети. Модель OSI реализуется группой протоколов и правил связи, организованных в несколько уровней:
Стек протоколов TCP/IP — это два протокола нижнего уровня, являющиеся основой связи в сети Интернет. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) разбивает передаваемую информацию на порции и нумерует все порции. С помощью протокола IP (Internet Protocol) все части передаются получателю. Далее с помощью протокола TCP проверяется, все ли части получены. При получении всех порций TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое.
Наиболее известные протоколы, используемые в сети Интернет:
wreferat.baza-referat.ru
Реферат на тему:
Протокол передачи данных — набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами. Эти соглашения задают единообразный способ передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения разнесённой в пространстве аппаратуры, соединённой тем или иным интерфейсом.
Стандартизированный протокол передачи данных также позволяет разрабатывать интерфейсы (уже на физическом уровне), не привязанные к конкретной аппаратной платформе и производителю (например, USB, Bluetooth).
Сетево́й протоко́л — набор правил и действий (очерёдности действий), позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.
Разные протоколы, зачастую, описывают лишь разные стороны одного типа связи; взятые вместе, они образуют стек протоколов. Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол.
Новые протоколы для Интернета определяются IETF, а прочие протоколы — IEEE или ISO. ITU-T занимается телекоммуникационными протоколами и форматами.
Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель OSI, в соответствии с которой протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению — от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (интерфейс программирования приложений для передачи информации приложениями).
Сетевые протоколы предписывают правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Они строятся по многоуровневому принципу. Протокол некоторого уровня определяет одно из технических правил связи. В настоящее время для сетевых протоколов используется модель OSI (Open System Interconnection — взаимодействие открытых систем, ВОС).
Модель OSI — это 7-уровневая логическая модель работы сети. Модель OSI реализуется группой протоколов и правил связи, организованных в несколько уровней:
Стек протоколов TCP/IP — это два протокола нижнего уровня, являющиеся основой связи в сети Интернет. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) разбивает передаваемую информацию на порции и нумерует все порции. С помощью протокола IP (Internet Protocol) все части передаются получателю. Далее с помощью протокола TCP проверяется, все ли части получены. При получении всех порций TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое.
Наиболее известные протоколы, используемые в сети Интернет:
wreferat.baza-referat.ru
Развитие протоколов передачи данных
Впервые автору пришлось столкнуться с модемами в 1993 году и так сложилось, что с тех пор его работа неразрывна связана с этими устройствами. Для передачи информации использовались различные сети. Это Телефонная сеть общего пользования (ТфОП), Цифровая сеть делового обслуживания (ЦСДО) Искра-2, выделенные аналоговые каналы. В то время в качестве аппаратуры передачи данных использовались обычные 2-проводные модемы ничем не отличаемые от тех, которые можно было приобрести на рынке, например, Discovery 2400 CM/D. Этот модем поддерживал протокол передачи V.22 bis (смотри табл. 1, где представлена эволюция протоколов передачи данных Международного союза электросвязи отдела телефонии (ITU-T), бывший МККТТ (CCITT)), созданный в 1957 году, и протокол сжатия MNP-5 (смотри табл. 4) и протокол коррекции ошибок MNP-4. Восемь лет назад эта был неплохой модем и было бы также неплохо, если бы он работал на максимальной скорости, но, к сожалению, дела обстояли не очень хорошо. Соединение часто рвалось, качество передаваемой информации было низко, да и скорость не всегда соответствовала максимальной. В чем же были причины этого, прежде всего, конечно, в каналах связи и самое главное в прямых проводах, которые шли от АТС (автоматическая телефонная станция) или МТС (междугородняя телефонная станция) до пользователя.
Спустя некоторое время после выхода протокола V.32 bis в нашей стране появились модемы обеспечивающие максимальную скорость 14400 бит/с. Были приобретены модемы поддерживающие данный протокол. Это были Unicom 1414 VQE, USRobotics, ZyXEL. Кроме этого протокола последние содержали и фирменные, такие как HST и ZyX (смотри табл. 3, где представлены различные фирменные протоколы передачи данных). Перечисленные выше модемы позволяли работать со скоростями до 14400 - 16800 бит/с, но в реальности скорость передачи данных редко превышала 4800 - 9600 бит/с. Таким образом, возник вопрос: “Почему?” И начались попытки выяснения причин влияющих на скорость и качество передачи данных.
Табл. 1. Протоколы передачи данных Международного союза электросвязи
Стандарт | Год утверждения | Максимальная скорость, бит/с | Дуплекс/полудуплекс | Коммутируемые/ выделенные | Тип модуляции | |
V.21 | 1964/1984 | 200/300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK | |
V.22 | 1980/1988 | 1200 | FDX(FDM) | PSTN | DPSK | |
V.22 bis | 1984/1988 | 2400 | FDX(FDM) | PSTN | QAM | |
V.23 | 1964/1988 | 1200 | HDX | PSTN | FSK | |
V.26 | 1968/1984 | 2400 | HDX | Private | DPSK | |
V.26 bis | 1972/1984 | 2400 | HDX | PSTN | DPSK | |
V.26 ter | 1984/1988 | 2400 | FDX(EC) | PSTN | DPSK | |
V.27 | 1972/1984 | 4800 | HDX | Private | DPSK | |
V.27 bis | 1976/1984 | 4800 | HDX | Private | DPSK | |
V.27 ter | 1976/1984 | 4800 | HDX | PSTN | DPSK | |
V.29 | 1976/1988 | 9600 | HDX | Private | QAM | |
V.32 | 1984/1988 | 9600 | FDX(EC) | PSTN | QAM/TCM | |
V.33 | 1985/1988 | 14400 | FDX | Private | TCM | |
V.17 | 1991 | 14400 | FDX(EC) | PSTN | TCM | |
V.32 bis | 1991 | 14400 | FDX(EC) | PSTN | TCM | |
V.34 | 1996 | 33600 | FDX | PSTN | QAM | |
V.90 | 1998 | 56700/33600 | FDX | PSTN | PCM/QAM | |
V.92 | 2000 | 56700/48000 | FDX | PSTN | PCM |
Первый значительный прорыв в ответе на вопрос “Почему?” произошел в 1994 году после покупки измерителей каналов тональной частоты (ТЧ) TDA-2 и TDA-3 у фирмы “Аналитик-ТС” и более внимательного изучения протоколов передачи данных и норм на каналы ТЧ, тогда еще приказ № 50. Обсуждение первых результатов измерений с Андреем Кочеровым, сотрудником “Аналитик-ТС”, внесли некоторую ясность в существующую у нас проблему, а значит стала ясна направленность дальнейших наших действий.
Как видно из табл. 1, первые протоколы имели низкую скорость передачи данных, что обуславливалось, тем, что в пору их создания существующие телефонные сети обладали рядом характеристик, которые не позволяли передавать по ним информацию с большей скоростью. Оборудование, используемое на сетях связи, в большинстве своем было аналоговое, что вносило следующие негативные характеристики:
o ограничение полосы пропускания канала. Эта характеристика связана с завалами частоты на краях канала, кроме того, его ширина могла значительно уменьшится при неоднократном прохождении через участки НЧ (низко-частотный) переприема. Этот параметр характерен для каналообразующей аппаратуры с частотным разделением каналов (ЧРК), в частности К-60П. Стандартно канал ТЧ имеет полосу пропускания от 300 до 3400 Гц. При 12 транзитных участках с аппаратурой К-60П эффективно передаваемая полоса сужается до пределов 450 - 2850 Гц.
o сдвиг частоты. Он вызывается отсутствием синхронизма между задающими генераторами в оконечных устройствах аппаратуры с ЧРК.
o неравномерность группового времени прохождения (ГВП). Это проявляется в виде неодновременности прихода боковых полос к приемнику, что препятствует восстановлению сигнала.
o импульсные помехи. Они могут быть связаны с коммутационным оборудованием, перекрестными наводками от вызывных импульсных токов.
o перерывы связи. Они вызываются плохими контактами в разъемах, реле, искателях, что характерно для декадно-шаговых автоматических телефонных станций (АТСДШ).
В связи с перечисленным выше первые протоколы разрабатывались для ограниченной полосы частот на которой такие мешающие факторы, как ГВП и сужение полосы пропускания, не оказывали значительного влияния. В качестве вида модуляции использовалась частотная и фазоразностная. В качестве протоколов использующих этот вид модуляции можно привести V.21 - V.27, а также протоколы AT&T, приведенные в табл. 2. Так как на выделенных каналах не используется коммутация, то и качество передаваемой информации на них значительно превосходит коммутируемую сеть, так и появился протокол V.29, который использует квадратурную амплитудную модуляцию и большую, неже ли низшие протоколы полосу частот.
Табл. 2. Протоколы передачи данных AT&T
Стандарт | Максимальная скорость, бит/с | Дуплекс/ полудуплекс | Коммутируемые/ выделенные | Тип модуляции | |
Bell 103J | 300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK | |
Bell 108 | 300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK | |
Bell 113 | 300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK | |
Bell202 | 1200 | FDX(FDM) | Private | DPSK | |
Bell212A | 1200 | FDX(FDM) | PSTN | DPSK | |
Bell 201 | 2400 | HDX | PSTN | DPSK | |
Bell 208 | 4800 | HDX | Private | QAM |
Время шло, шло развитие коммутационного и каналообразующего оборудование, а также развитие микропроцессоров, как следствие улучшаются характеристики каналов связи, а значит появляется возможность создания более высокоскоростных модемов. Но замена каналообразующего оборудования происходила не в один момент, и поэтому выпуск более скоростных протоколов, таких как V.33 для выделенных каналов и V.32, V.32 bis для ТфОП, был нацелен все еще на то, чтобы использовать не всю возможную полосу частот каналов ТЧ, а только ее часть - от 600 до 3000 Гц. Этим страдали и другие фирменные протоколы, которые представлены в табл. 3:
o Express 96 "Ping Pong Protocol". Этот протокол появился в модемах Hayes в 1987 году марки Smartmodem 9600. Модем использовал частный протокол модуляции, называемый Express 96 (также известный как Hayes " Ping Pong Protocol"). По своей сути он был близок к V.32. На сегодняшний день он не используется.
o CompuCom CSP. В то время, когда каждый изготовитель модема переходил на V.32, компания CompuCom в 1991 году выпустила модем SpeedModem Champ. Это был модем со скоростью 9600 бит/с с частным протоколом модуляции, называемым CSP. SpeedModem Champ был модемом с частным протоколом, который стоит меньше, чем модем с V.32. CompuCom распалась в 1992 году.
o HST. Протокол HST разработан фирмой U.S.Robotics и реализован в модемах фирмы серии Courier в 1989 году.
Табл. 3. Фирменные протоколы передачи данных
Стандарт | Год утверждения | Максимальная скорость, бит/с | Дуплекс/ полудуплекс | Коммутируемые/ выделенные | Тип модуляции | |
CSP | 1991 | 9600 | FDX(EC) | PSTN | QAM/TCM | |
Express96 | 1987 | 9600 | FDX(EC) | PSTN | QAM/TCM | |
V.32 ter | 1993 | 19200/16800 | FDX(EC) | PSTN | TCM | |
V.32 ter/ASL |
| 21600 | FDX(EC) | PSTN | TCM | |
ZyX |
| 19200/16800 | FDX(EC) | PSTN | TCM | |
HST | 1992 | 16800/14400 | FDX | PSTN | TCM | |
HST/ASL |
| 21600 | FDX | PSTN | TCM | |
PEP | 1988 | 19200 | HDX | PSTN | QAM | |
TurboPEP |
| 23000 | HDX | PSTN | TCM | |
V.fast | 1994 | 28800 | FDX | PSTN | TCM | |
X2 | 1997 | 56700/33600 | FDX | PSTN | PCM/QAM | |
K56Flex | 1997 | 56700/33600 | FDX | PSTN | PCM/QAM |
Исключение составляли лишь полудуплексные протоколы семейства PEP разработаны фирмой Telebit и реализованы в модемах фирмы серий TrailBlazer (PEP) и WorldBlazer (TurboPEP), начиная с 1985 года, которые в 1988 году достигли скорости 19200 бит/с, а в последствии и 23000 бит/с. Они пытались использовать всю возможную полосу каналов ТЧ и показывали неплохое качество работы и высокие скорости передачи данных. Но, к сожалению, были они достаточно дороги и закрыты, что сказалось на их распространении и конечно же на скорости. Поэтому организация где я работал не могла позволить себе купить подобную аппаратуру, а обходилась более дешевыми моделями модемов.
Но не все оказалось так плохо. Длительное измерение выделенных каналов, приведение их параметров в норму значительно изменило положение вещей. В ряде случаев произошло повышение скоростей работы аппаратуры передачи данных, а в большинстве своем мало, что изменилось, и спустя время выяснилось почему - в наших бедах оказались виновными прямые провода, которые шли от МТС к конечным пользователям и ложная уверенность их в том, что чем выше уровень передаваемого сигнала, тем лучше. Это хорошо проходило с прямыми проводами, но было не допустимо для аналоговых систем передачи.
Это были проблемы междугородних выделенных каналов, а вот дела с коммутируемой сетью обстояли значительно хуже. Установление соединения в этом случае происходит каждом по разному, конечно, если не используется внутристанционное соединение, и найти участок который виновен в низкой скорости не представляется возможным, тем более, что на ТфОП до сих пор преобладают механические АТС, и немалую часть занимают АТСДШ. Для этих АТС характерны перерывы связи, из-за быстрого износа скользящих контактов, а также нарушение контактов из-за вибрации стоек, связанной с установлением соединения. На ЦСДО “Искра-2” системы типа АТСДШ отсутствуют, поэтому наблюдаются значительно лучшее качество и более высокие скорости.
Таким образом повлиять на коммутируемые сети было не возможно и поэтому все внимание было уделено выделенным междугородним каналам. “Вылизывание” каналов дало свои плоды, и со временем скорости аппаратуры передачи данных уже редко опускались ниже 14400 - 9600 бит/с, но требовалось большее. Эти скорости уже не удовлетворяли конечных пользователей, при всём этом учтите, при передаче данных использовался синхронный режим при котором нельзя было воспользоваться как протоколами сжатия, так и протоколами коррекции ошибок. Потребности росли. Появилась необходимость передавать одновременно данные и голос. Таким образом, мы перешли к другому типу передачи информации.
Одновременная передача данных и голоса
Существует еще одно направление в разработке протоколов передачи данных - это одновременная передачи данных и голоса, которая бывает просто необходима, например, при работе врачей и людей других специальностей, при работе которых необходим одновременный обмен данных и голоса. Работы в данном направлении велись начиная с 60-х годов. Как было сказано раньше, характеристики каналов в то время, да и техника не позволяли работать аппаратуре передачи данных с высокими скоростями, поэтому в качестве речепреобразующих устройств использовались вокодары: формантный и полосовой, которым было достаточно скорости 1200 - 2400 бит/с. Передача речи шла, либо в ущерб передачи данным, то есть она прерывала последнюю, либо совместно, то есть на каждую из передач выделялась полоса, в которой они и велись. Речь получалась синтезированная, из чего следовала плохая разборчивость - ниже 90 %, и плохая узнаваемость. С подобной техникой автору пришлось работать, так что он знаком с ней не понаслышке. Данные системы не получили коммерческого развития, а использовались в основном для служебных переговоров, либо в спецаппаратуре.
Первые протоколы, реализующие подобную услугу для коммерческого использования, появились в начале 90-х. В качестве примера могу привести протокол MSP Multi-Tech System. Чем же отличаются способы объединения речи и данных?
Протокол ASVD, например V.61, обрабатывает голос, данные, и информацию управления как раздельные объекты. Пользователю, это обеспечивает некоторый комфорт, потому что голос не цифровой.
Протокол DSVD, например V.70, обрабатывает всю информацию, которую он получает как цифровую. Речевым пакетам дан приоритет над пакетам данных, но они передаются через ту же самую схему как и данные. Ничего не делается для того, чтобы увеличивать скорости передачи данных, обнаружив паузу. Скорость передачи данных увеличивается только за счет использования протоколов сжатия модема.
Но подобные нововведения требуют достаточно высокой скорости и качества передаваемых данных, что редко обеспечивалось на практике. Таким образом, назрела необходимость введения нового протокола передачи данных.
Появление V.34
Необходимость в высоких скоростях передачи данных заставила разработать и выпустить на рынок следующие протоколы: HST, ZyX, V.32terbo со скоростями от 16800 до 19200 бит/с. Они разрабатывались на основе протокола V.32bis. Но и этих скоростей стало не хватать. Различные компании начинают разработку модема, работающего со скоростью 28800 бит/с - V.fast. И в 1996 году был объявлено о выходе V.34, который включал в себя различные технологии запатентованные 17 компаниями. Этот протокол в отличии от предшествующих, за исключением PEP и TurboPEP, использует всю ширину аналогового канала. Это и многое другое позволяет ему работать на скоростях до 33600 бит/с по аналоговому каналу, но работа модема на максимальной скорости не возможна через аппаратуру с ЧРК, так как происходит выход за пределы канала ТЧ, поэтому максимальная скорость для канала ТЧ составляет 31200 бит/с, что тоже не плохо. Этот протокол явился последним аналоговым протоколом передачи данных.
Автор решил узнать, чем отличается новый протокол от предыдущих. Для этой цели была создан протокол для сбора статистики на каналах ТЧ, а также программа его реализующая, которая позволила собрать большой объем статистической информации в совокупе с протоколами измерений прибором TDA-3, который упоминался ранее. Для сбора статистики использовались следующие модемы: Paradyne COMSPHERE 3920 Plus, ZyXEL 2864, ZyXEL 288S, ZyXEL 1496, ZyXEL 1496 Plus, Unicom 1414VQE, US Robotics Courier V. Everything, Discovery CM/D 2400.
Исследования установили, что на качество передаваемой информации влияют следующие характеристики каналов ТЧ - это перерывы связи, скачки фазы, амплитуды, импульсные помехи. Знание этого позволило автору предсказывать качество передачи данных для определенной скорости, которую стало возможным определять при помощи методики компании “Аналитик-ТС”. Кроме того, было выявлено, что использование нового протокола (V.34) на малых скоростях (до 9600 бит/с) не выгодно. Его рекомендуется использовать лишь на более высоких скоростях. Таким образом, результаты проведенных многолетних исследований позволили создать некоторую методику, следуя которой можно было повысить качество передаваемой информации. На рис. 1 представлена реальная ситуация при которой было значительно повышено качество передаваемой информации. Оказалось, что у аппаратуры передачи данных был завышен уровень на передачу, и его снижение до нормы привело к результатам представленным на рис. 1.
Рис. 1. Вероятность появления ошибочного пакета на канале Калининград - Москва: 1 - 3 - прогнозируемая вероятность появления ошибочного пакета при длинах 1024, 512, 256 и менее соответственно, 4 - реальная вероятность ошибочного пакета, 5 - реальная вероятность ошибочного пакета после настройки АПД
Время не стоит на месте. В начале 1997 года появились модемы, работающие со скоростями до 56700 бит/с по протоколам X2 (3Com-USRobotics) и K56Flex (Lucent Technologies (AT&T), Motorola, Rockwell), а осенью 1998 года был принят протокол V.90 ITU, включающий в себя 11 пунктов из стандарта K56Flex и 1 пункт из X2. Эти модемы предназначены для работ с цифровыми АТС. Идущий к абоненту поток может передаваться со скоростями до 56700 бит/с, а от него на скоростях до 33600 бит/с, то есть по V.34. Этот протокол используют ИКМ (импульсно-кодовая модуляция) и обеспечивают взаимодействие аналоговых и цифровых сетей. Так как скорости первичного канала ЦСП (цифровой системы передачи) составляют 32, 40, 64 Кбит/с, то протокол V.90 обеспечивают непрерывность передачи данных.
Что же это дало для конечного пользователя? Прежде всего это позволило полноценно работать с Интернет, ведь в этой сети больше информации идет к пользователю, а от него лишь команды управления. Но эти преимущества получило меньшинство, так как я уже писал выше, в России преобладают электромеханические АТС и аналоговые каналы связи, так что повышение скорости мало сказалось на повышении производительности. Максимальная скорость возможная на канале ТЧ не превышает 3100 бит/с. Это связано с тем, что в реальности протокол V.34 пытается использовать большую полосу частот, чем позволяет канал ТЧ. В этом случае на помощь приходят протоколы сжатия и коррекции ошибок.
Протоколы коррекции ошибок и сжатия
Одновременно с развитием протоколов передачи данных шло и развитие протоколов сжатия коррекции ошибок. Это было связано с тем, что требовалась передача больших объемов информации, чем позволяли существующие модемы, кроме того, как было сказано выше, качество каналов обещало желать лучшего. Поэтому фирмы - производители модемов разрабатывали для своей аппаратуры передачи данных необходимые ей протоколы сжатия и коррекции ошибок. Некоторые из них приведены в табл. 4. Несомненно, лучшими среди них являются V.42 и V.42bis, которые вобрали в себя лучшее из появившихся ранее протоколов. Почти все представленные в табл. 4 протоколы предназначены для асинхронной передачи данных, за исключением SDC, который наиболее эффективен для повышения качества и скорости передачи трафика X.25, Frame Relay, SDLC, PPP.
Табл. 4. Протоколы сжатия и коррекции ошибок
Название | Чей протокол, год принятия | Назначение | |
V.41 | ITU, 1968, 1972 | Коррекция ошибок | |
V.42 | ITU, 1988 | Коррекция ошибок | |
V.42bis | ITU, 1990 | Сжатие | |
V.43 | ITU, 1998 | Коррекция ошибок | |
V.44 | ITU, 2000 | Сжатие | |
BTLZ | British Telecom | Сжатие | |
ADC | Hayes | Сжатия | |
ACT | Formula | Сжатие | |
MNP1 | Microcom | Сжатие | |
MNP2 | Microcom | Коррекция ошибок | |
MNP3 | Microcom | Коррекция ошибок | |
MNP4 | Microcom | Коррекция ошибок | |
MNP5 | Microcom | Сжатие | |
MNP7 | Microcom | Сжатие | |
MNP9 | Microcom | Сжатие | |
MNP10 | Microcom | Коррекция ошибок | |
ETC | AT&T, 1993 | Коррекция ошибок | |
SDC | Motorola | Сжатие, коррекция ошибок |
Сотовые сети связи
Появление сотовых сетей заставило разрабатывать специальные протоколы для них (Автору не приходилось с ними работать, но для полноты обзора без них не обойтись.), так как этот вид сетей отличается от сети общего пользования тем, что имеет совершенно другую среду распространения - радиоволны. Таким образом, системы сотовой связи имеют свои специфические проблемы при передаче данных. Например, происходит разрушение данных в результате кратковременных сбоев передачи, когда система сотовой связи переключает вызовы с одной частоты на другую, чтобы избежать наложения с вызовами на ближайших частотах или перейти на освободившийся канал более высокого качества. Кроме того, возможно разрушение данных, вызванное затуханием сотового сигнала, что происходит довольно часто. Поэтому редко удается работать со скоростями выше 9600 бит/с. В связи этим были разработаны специальные протоколы: MNP10, ETC, HST, ZyCELL.
Протокол ETC работает совместно с V.32bis и V.42. Он позволяет осуществлять контроль за амплитудой передаваемого сигнала, автоматически изменяет скорость соединения в зависимости от состояния канала (уменьшение отношения сигнал/шум, колебания фазы), допускает переход в режим более ранних стандартов, таких как V.22 со скоростью 1200 бит/с, если канал связи не в состоянии обеспечить даже 4800 бит/с, обеспечивает быстрый запуск, использует меньший размер кадра, 32 байта вместо 128 байт, имеет возможность селективного отказа, делает до 20 попыток повторно послать кадр, куда вкралась ошибка.
Стабильность работы протокола MNP10 достигается за счет многократного повторения попытки установить связь, изменения размера пакетов и даже динамического изменения протокола соединения в зависимости от качества канала связи.
ZyCELL автоматически меняет скорость в зависимости от характеристик канала, при переходе из одной ячейки в другую от 0,2 до 1,2 с не прерывает связь и быстро синхронизируется, изменяет уровень сигнала.
Но, к сожалению, встает вопрос о реальной скорости передаче данных по сотовой сети. А это порядка 4800 бит/с, что сегодня недостаточно. С начала 1998 года МСЭ поставил своей целью разработать стандарт для сотовых систем нового поколения, который получил название UMTS. Этот стандарт позволит пользователям увеличить многократно скорость обмена информацией. В частности 144 Мбит/с для быстро перемещающихся абонентов, 384 Мбит/с для пешеходов, 2 Мбит/с для фиксированных терминалов.
Новые протоколы и их возможности
8 Июня 2000 года появилось сообщение о появлении целой серии новых протоколов для передачи данных по ТфОП. Это протоколы V.92, V.44, V.59. А в ноябре они стали официальными. Чем же они отличаются от своих предшественников?
Начнем рассмотрение с V.92, который позволяет увеличить максимальную исходящую скорость от пользователя с 33,6 (V.90) до 48 Кбит/с. Это достигается за счет изменения способа кодирования информации. Теперь оно осуществляется с помощью ИКМ (импульсно-кодовая модуляция). Но ее применение заставляет придерживаться более жестких требований в отношении оборудования, находящегося на пути следования передаваемой информации - должно быть не более чем одно аналого-цифровое преобразование. Исходящая от пользователя информация может передаваться со скоростями от 24 до 48 Кбит/с с шагом 1,333 Кбит/с как и в протоколе V.90. Кроме того, уменьшается время вхождения в связь с 20 (V.90) до 10 с.
Второй протокол V.44 позволяет увеличить степень сжатия передаваемых данных как 6:1, то есть на 25 % в сравнении с V.42bis, который обеспечивал сжатие 4:1. То есть производительность сможет увеличиться до 300 Кбит/с. Но это преимущество не удастся испытать тем, кто использует последовательный порт компьютера, скорость которого ограничена и составляет 115,2 Кбит/с. В качестве алгоритма сжатия используется LZJH, разработанных US-based Hughes Network System.
И, наконец, третий протокол V.59 вводит такую услугу, как возможность прерывания передачи данных на время от 0 до 16 минут и ответ входящему вызову.
ВВЕДЕНИЕ данных протоколов, тем более что многие фирмы производители модемов поддержали их, позволит пользователям более активно работать с аудио и видео информацией. Но к сожалению, те кто не мог соединяться по протоколу V.90 не получат ничего. Да и те, кто работает с модемами через последовательный порт с максимальной скоростью 115200 бит/с тоже вряд ли смогут насладиться высокими скоростями.
Прогноз на будущее
Преимущества нового протокола несомненны в сравнении с V.90, который многие считают аналоговым, хотя это не так. В последних двух протоколах V.90 и V.92 используется ИКМ, которая применяется при аналого-цифровом преобразовании. А это значит, что эра аналоговых протоколов передачи данных закончилась с выходом V.34. Что же можно ожидать в будущем? Будет ли продолжена разработка новых модемных протоколов для ТфОП?
Системы сотовой связи и кабельной находятся в постоянном развитии, например, переход с аналогового оборудования на цифровое, что приведет в недалеком будущем к значительному повышению скорости и качества передачи данных. А это значит, что следует ожидать протокол передачи данных у которого скорости в обе стороны будут приближены к 56 Кбит/с. Аналогичные изменения могут коснуться и факсимильных протоколов. Также возможен выпуск модифицированного протокола V.42 для сотовых сетей. Ну и наконец, повышение скорости одновременной передачи голоса и данных, то есть модернизация протокола V.70.
V.90 - выход найден?
Как же удалось в протоколе V.90 поднять скорость передачи данных до 56 Kbps? Оговоримся сразу, что удалось достичь такой скорости передачи данных только в одном направлении - от провайдера к конечному потребителю -- за счет использования режима цифровой (а не аналоговой!) передачи данных. В обратном направлении данные "текут" со скоростями, не превышающими 33600 bps, поскольку они передаются в обычном аналоговом режиме с использованием протокола V.34.
По заявлению ITU-T, введение протокола V.90 позволило провайдерам Internet поднять обслуживание своих клиентов на качественно новый уровень, обеспечив почти двукратное повышение скорости передачи данных до конечного потребителя. Естественно, что за это приходится платить, причем немалую цену. Для обеспечения такого сервиса у провайдера должно быть установлено специальное оборудование, поддерживающее режим цифровой передачи данных. Как правило, это серверы доступа таких известных фирм--производителей, как Ascend, Cisco, Livingston и 3Cом, удельная стоимость которых еще до недавнего времени составляла до тысячи долларов на один канал V.90. Правда, сегодня в Украину уже поставляется оборудование с удельной ценой порта около $400, но и это, согласитесь, немало.
Поэтому, если вы, покупая модем с протоколом V.90, надеетесь соединиться со своим приятелем, у которого тоже модем с V.90, на скоростях до 56 Kbps, то ничего из этого не выйдет! В лучшем случае вы получите скорость 28800 или 31200 bps, а учитывая качество отечественных телефонных каналов связи, и того ниже. Иными словами, купив модем с протоколом V.90, в 90% случаев вы будете соединяться с такими же модемами на скоростях, оговоренных стандартом V.34.
Стандарт V.90 еще называют V.PCM (Pulse Coded Modulation) или стандарт с импульсно-кодовой модуляцией (подробнее об этом см. "Компьютерное Обозрение", #5, 1998). При этом использование данного вида модуляции не нарушает требований протокола V.34 и других морально устаревших аналоговых стандартов. Таким образом, согласно V.90 поток данных, поступающих от провайдера к конечному потребителю, не проходит фазу аналогового кодирования. Вместо этого данные кодируются по методу PCM, причем импульсы передаются на разных уровнях сигнала.
Естественно, что использование протокола V.90 накладывает очень жесткие условия на качество телефонных каналов связи и самой АТС. Причем ваша АТС и АТС провайдера должны быть цифровыми. Это требование не является чрезмерным, поскольку сейчас модемные пулы практически всех ведущих украинских провайдеров установлены на цифровых АТС.
В цифровой телефонии частота сигнала дискретизации составляет 8 kHz, а число уровней дискретизации -- 256, что соответствует восьми разрядам, поэтому максимальная скорость передачи данных может составлять 64 Kbps. Откуда же взялось ограничение в 56 Кbps в протоколе V.90? Дело в том, что понижение уровня передачи данных с 64 до 56 Кbps преследовало две цели. Во-первых, уменьшить нелинейные характеристики аналогового оборудования, которое обеспечивает связь с конечным потребителем, и во-вторых, уменьшить уровень шумов и перекрестных помех между соседними телефонными каналами.
При использовании модемов и обычных телефонных линий связи обмен данными ведется на одной из стандартных скоростей -- 2400, 4800, 7200, 9600, 12000, 14400, 16800, 19200, 21600, 24000, 26400, 28800, 31200 и 33600 bps. отметим, что на указанных скоростях данные могут как приниматься, так и передаваться. При использовании стандарта V.90 модемы могут принимать цифровые данные на одной из следующих скоростей -- 28000, 29333, 30666, 32000, 33333, 34666, 36000, 37333, 38666, 40000, 41333, 42666, 44000, 45333, 46666, 48000, 49333, 50666, 52000, 53333, 54666, 56000 и 57333 bps. Для удовлетворения части 15 правил, принятых Федеральной комиссией по связи (FCC), ограничивающих уровни электромагнитных излучений электрических приборов, передача цифровых данных на скоростях выше 53 Kbps по обычным телефонным каналам запрещена. Поэтому даже при использовании протокола V.90 и отличного телефонного канала скорость передачи данных не превысит 53 Kbps. На практике же модемы крайне редко соединяются на скоростях, превышающих 44 Kbps.
Рисунок демонстрирующий работу модема cтандарта V.90
При тестировании протокола V.90 автору статьи удалось получить устойчивое соединение с одним из киевских провайдеров Internet на скорости 49333 bps. Правда, следует уточнить, что связь осуществлялась в пределах одной цифровой АТС.
Подытоживая все сказанное выше, можно отметить, что V.90 почти наверняка окажется самым последним протоколом передачи данных по аналого-цифровым телефонным линиям связи. По мнению самого ITU-T, дальнейшее развитие этого V.90 возможно только в рамках принятых стандартов. А это означает, что ничего принципиально нового в этой области придумать уже нельзя. Конечно, сама реализация протокола V.90 будет со временем совершенствоваться, возможно, несколько возрастут средние скорости связи (больше чем 44 Кbps), улучшится качество обработки сигнала, что позволит повысить устойчивость соединения. Но кардинального скачка скорости без перехода на новые каналы связи и методы чисто цифровой передачи сигнала в обозримом будущем уже не будет. И в заключение некоторая численная информация на тему выбора модема. Покупая новый модем, вы должны поинтересоваться, реализован ли в нем протокол V.90. Тогда, подключившись к провайдеру Internet, который поддерживает этот протокол, вы сэкономите свои деньги, поскольку в случае почасовой оплаты она останется на том же уровне, а скорость получения данных возрастает почти в два раза. В таблице приведены сравнительные скорости передачи данных для разных модемов без учета фактора качества линий связи. На практике эти значения могут отличаться в меньшую сторону на 10--20%. Принимая окончательное решение, естественно, необходимо учитывать, с АТС какого типа вам предстоит работать.
Модемы V.90: конец пути
Война модемных стандартов окончена. После года громких заявлений о высокой производительности и ожесточенной борьбы на рынке оба 56-килобитных лагеря (x2 и K56flex) пришли к принятию нового стандарта V.90. Кто же победил? В конечном счете - покупатели модемов. Им больше не придется бояться ошибиться при выборе стандарта: сегодня в большинстве случаев V.90 - единственный вариант.
Но эта победа с горьковатым привкусом. Стандарт V.90 имеет те же проблемы, что и недавно враждовавшие протоколы. Прежде всего, не ждите, что удастся устанавливать соединение действительно со скоростью 56 кбит/с. Как показали тесты, протокол V.90 по сравнению с V.34 обеспечивает лишь 50%-ное повышение производительности. А ваши результаты могут быть еще ниже, поскольку на скорость передачи данных влияют зашумленность линии, сетевой трафик и другие факторы. В "до-V.90" времена скорость, приближающаяся к 56 кбит/с, достигалась лишь при приеме данных. Когда же нужно было отослать информацию с ПК, полоса сжималась до 33,6 кбит/с или даже менее. Кроме того, не все провайдеры Internet быстро и полностью перешли на стандарт V.90; часть их точек доступа будет оставаться на базе протоколов x2 или K56flex.
Так кому же имеет смысл покупать модем стандарта V.90? Любому, кто пользуется модемом со скоростью 33,6 кбит/с и менее, регулярно подключается к Internet и имеет телефонную линию, позволяющую передавать информацию быстрее 33,6 кбит/с. Судя по всему, модем стандарта V.90 будет последним аналоговым модемом. "Теоретический предел составляет 64 кбит/с, - поясняет аналитик компании Dataquest Лайза Пелгрим. - Большого смысла в переходе от 56 к 64 кбит/с нет, поскольку необходимые для научно-исследовательских работ деньги производитель может потратить на что-нибудь другое". Свои собственные недостатки имеют и более быстрые цифровые протоколы. Так, ISDN отличается дороговизной установки и использования, а DSL и кабельные модемы требуют модернизации оборудования. В случае, когда вам нужно недорогое и широкодоступное ныне решение, наилучшим вариантом будет V.90, особенно потому, что цены на модемы сегодня низки как никогда ранее.
При этом V.90 подойдет не всем. Если ваше рабочее место или дом расположены далее 5,5 км от телефонного узла, есть вероятность, что максимально вы сможете достичь не более 33,6 кбит/с. Если ваша телефонная линия сильно зашумлена (необязательно звуковыми шумами) и модему стандарта V.34 редко удавалось соединяться со скоростью свыше 21,6 кбит/с, трудности могут возникнуть и при соединении на скоростях V.90. Дополнительные неприятности может вызвать перегруженная телефонная линия; четыре и более подключенных к одной линии устройств способны препятствовать соединению со скоростью 56 кбит/с. Если вы уже пользуетесь модемом с протоколом x2 или K56flex, то, вероятно, заботиться о модернизации не стоит: при переходе на V.90 вряд ли можно получить какое-либо повышение производительности.
Какой бы модем вы ни выбрали, можно с уверенностью утверждать, что заплатите вы за него меньше, нежели когда-либо ранее. Для начала скажем, что средняя цена рассмотренных в данном обзоре устройств менее 100 долл. Год назад средняя цена пяти лучших внутренних модемов находилась на отметке 155 долл. А самый дешевый протестированный модем - NetPacer Pro фирмы Maxtech - стоит сейчас всего 45 долл.
Все дело в скорости
Скорость модема, указанная на упаковочной коробке (обычно это 33,6 или 56 кбит/с), не всегда соответствует тому, что вы получите. Реально на нее влияют четыре фактора.
Во-первых, "прошитое" в модеме матобеспечение и драйверы. Компании, производящие модемы, иногда обновляют код контроллера (собственную операционную систему модема), после чего пользователи могут модернизировать свои устройства. Часто обновляются и драйверы - программные инструкции, используемые компьютером для общения с модемом. Как правило, чем новее код контроллера и драйверы, тем выше производительность.
Во-вторых, модемы, имеющие собственную микросхему контроллера, обеспечивают обычно более высокую производительность, поскольку им для работы не требуется центральный процессор ПК.
В-третьих, скорость зависит от примененного в модеме набора микросхем. Стандарт V.90 призван устранить различия между x2 и K56flex, однако некоторая разница остается. Если набор микросхем модема V.90 изначально предназначался для протокола x2 (как, например, набор от USR/TI), он обычно работает быстрее при соединении с модемом провайдера, также рассчитанного на x2. То же самое относится и к модемам, начавшим свою жизнь как устройства K56flex; обычно они выполнены на базе набора микросхем Rockwell. Тесты показали, что при соединении моделей x2 с x2 и K56flex с K56flex производительность повышается до 23%. Этот результат неудивителен, так как V.90 является смесью протоколов x2 и K56flex. Поставщики модемов не стали создавать для нового стандарта абсолютно новую технологию, а просто модернизировали имеющуюся.
Наконец, в-четвертых, непосредственное влияние на производительность оказывает надежность соединения. К примеру, модем, устанавливающий связь с провайдером в 90% случаев, может опередить более быстрое устройство, у которого удачными оказываются лишь 80% попыток соединения, поскольку он экономит время на ожидании и повторном наборе номера.
При выборе стоит также обратить внимание на репутацию компании-поставщика. Прокатившаяся за несколько последних лет волна закрытий и слияний фирм доказала, что даже самые именитые производители не застрахованы от острой конкуренции на модемном рынке.
В поисках скорости
Покупка у хорошо известной компании еще не гарантирует того, что вы получите наиболее производительный модем.
Как показали тесты, модемы, не имеющие контроллеров (т. е. все изделия для шины PCI и модем компании IBM), обеспечивали заметно более низкий процент удачных соединений, чем модемы, оснащенные своими собственными микросхемами контроллеров (все модели для шины ISA за исключением изделия IBM). На это есть по крайней мере две причины. Модемы без контроллеров зависят от центрального процессора ПК, которому приходится выполнять гораздо больше функций, включая управление соединением, чувствительным к временным параметрам. Если ЦП даже на мгновение отвлечется, скажем, когда вы решили загрузить таблицу Excel, - соединение может быть потеряно. Кроме того, поскольку PCI-модемы еще очень новы и у них хуже отработан код контроллера, иногда возникают сложности с соединением. Действительно, PCI-платы на некоторых задачах более производительны, особенно при пересылке и приеме хорошо сжимаемых данных, например графических и текстовых файлов. При этом остановив свой выбор на одном из этих новых модемов без контроллеров, вы идете на некоторый риск повышения сбоев при соединении, поэтому при покупке убедитесь, что в случае неудачи вам гарантируют возврат денег.
Как правило, модемы работают лучше всего при соединении с провайдером тогда, когда его модем основан на том же наборе микросхем. Например, модемы на базе микросхем Rockwell функционировали несколько лучше с "провайдерским" модемом Ascend, также выполненным на кристалле Rockwell. Впрочем, большинство рядовых пользователей вряд ли заметят разницу в скорости, зафиксированную нами при соединениях изделий на микросхемах одного производителя, и кроме того, вы все равно не сможете определить, установлен ли у вашего провайдера именно тот модем, который вам нужен. На общую производительность может повлиять и версия прошитого в модеме матобеспечения. Поскольку производители часто обновляют ПО для прошивки, производительность модема со временем может изменяться.
Модернизация
Большинство новых модемов модернизируются программно. Таким образом, вы сможете воспользоваться будущими версиями протокола V.90, в которых могут быть исправлены найденные ошибки и даже добавлены некоторые функции. Чаще всего фирмы снабжают свои изделия инструкциями о том, как их модернизировать или где найти необходимые средства на Web-узле поставщика.
У вас V.90 есть, а у провайдера. Нет смысла устраивать вечеринку, если на нее никто не придет. Подобная аналогия применима в случае, когда вы приобретаете модем с протоколом V.90, а ваш провайдер услуг Internet не поддерживает этот стандарт. Мы побеседовали с представителями наиболее крупных провайдеров США: большинство из них заявили о планах полной поддержки V.90 в первом квартале 1999 г. Впрочем, в других географических областях внедрение V.90 может быть не столь стремительным.
Итак, вы можете соединиться по протоколу V.90 при небольшом трафике, а если он более напряженный, то по x2, K56flex или даже V.34.
Теоретически следует приобретать модем, выполненный на базе той же микросхемы, которая используется в модемах провайдера. К сожалению, сделать это не так просто. Прежде всего, сложно получить необходимую информацию у самого провайдера. И даже если вам удастся найти нужных технических специалистов, они не всегда смогут дать вам конкретный ответ. Провайдер может использовать сеть стороннего поставщика до тех пор, пока число пользователей в городе не достигнет критической массы, и только тогда перейти на свою собственную систему, что способно повлечь за собой смену серверных модемов. Кроме того, в одном регионе провайдер может использовать модемы одного типа, а в другом - другого. Наконец, если вы даже и выясните марку серверного модема, провайдеру ничто не мешает заменить его уже после того, как вы приобретете соответствующий ему. Учитывая сказанное выше, имеет смысл предпочесть модем, хорошо работающий с протоколами x2 и K56flex.
Впрочем, несмотря на все трудности и несовместимости, провайдеры внедряют протокол V.90 весьма энергично.
Злоключения с модернизацией
У вас есть модем стандарта x2 или K56flex, и вы готовы модернизировать его до V.90. Каковы же будут ваши действия? Основная масса производителей модемов x2 и K56flex предлагают своим клиентам бесплатные обновления флэш-ПЗУ. Для их получения нужно посетить Web-узел фирмы-поставщика модема или обратиться в службу технической поддержки. В большинстве случаев вы можете переписать с Web-узла файл, который сделает ваш модем таким же функциональным, как и новое изделие стандарта V.90
referatwork.ru
Реферат на тему:
Протокол передачи данных — набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами. Эти соглашения задают единообразный способ передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения разнесённой в пространстве аппаратуры, соединённой тем или иным интерфейсом.
Стандартизированный протокол передачи данных также позволяет разрабатывать интерфейсы (уже на физическом уровне), не привязанные к конкретной аппаратной платформе и производителю (например, USB, Bluetooth).
Сетево́й протоко́л — набор правил и действий (очерёдности действий), позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.
Разные протоколы, зачастую, описывают лишь разные стороны одного типа связи; взятые вместе, они образуют стек протоколов. Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол.
Новые протоколы для Интернета определяются IETF, а прочие протоколы — IEEE или ISO. ITU-T занимается телекоммуникационными протоколами и форматами.
Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель OSI, в соответствии с которой протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению — от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (интерфейс программирования приложений для передачи информации приложениями).
Сетевые протоколы предписывают правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Они строятся по многоуровневому принципу. Протокол некоторого уровня определяет одно из технических правил связи. В настоящее время для сетевых протоколов используется модель OSI (Open System Interconnection — взаимодействие открытых систем, ВОС).
Модель OSI — это 7-уровневая логическая модель работы сети. Модель OSI реализуется группой протоколов и правил связи, организованных в несколько уровней:
Стек протоколов TCP/IP — это два протокола нижнего уровня, являющиеся основой связи в сети Интернет. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) разбивает передаваемую информацию на порции и нумерует все порции. С помощью протокола IP (Internet Protocol) все части передаются получателю. Далее с помощью протокола TCP проверяется, все ли части получены. При получении всех порций TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое.
Наиболее известные протоколы, используемые в сети Интернет:
www.wreferat.baza-referat.ru
Когда возникла задача создания сетей передачи данных для ЭВМ, естественным, прежде всего, было обращение к столетнему опыту работы с телеграфными сетями. Так, опыт работы с телеграфными сетями с промежуточным накоплением (переприем телеграмм с переносом перфоленты) пригодился при создании сетей передачи данных с коммутацией сообщений, а с сетями абонентского телеграфа (телекса) — для создания сетей передачи данных с коммутацией каналов. Важную роль в развитии сетей передачи данных сыграл научно-технический прогресс. Он позволил в течение сравнительно небольшого периода времени (несколько десятилетий) перейти от бумажных перфолент и перфокарт к магнитным лентам, а затем к магнитным дискам, полупроводниковым и оптическим запоминающим устройствам.
Одновременно огромный скачок произошел в технике защиты передачи от помех. От простых способов обнаружения ошибок путем проверки перфоленты на четность числа пробитых в ней отверстий удалось перейти к высоконадежным кодам не только обнаруживающим, но и исправляющим ошибки. Самое же главное, была создана микроэлектронная база. Она позволила сделать сложную аппаратуру компактной и экономичной по расходу электроэнергии. Все это открыло возможности построения технических средств передачи с огромной скоростью и ознаменовало наступление новой эпохи развития документальной связи.
От первых систем передачи данных к системе Х.25 Общая структура системы передачи данных показана на рис. 1. Она включает канал передачи данных, на каждом конце которого находятся линейное устройство передачи данных (ЛУПД) и оконечное устройство передачи данных (ОУПД). В официальном издании рекомендаций бывшего МККТТ на английском языке приняты названия Data Circuit terminating Equipment (DCE) и Data Terminal Equipment (DTE). В русском переводе упомянутого документа использованы термины: аппаратура окончания канала данных (АКД) и оконечное оборудование данных (ООД), которые представляются не вполне удачными с точки зрения традиций русскоязычной научно-технической терминологии.
Именно поэтому автор предпочитает более понятные названия, приведенные в тексте. Необходимость введения таких понятий объясняется расширением номенклатуры абонентских устройств, существенно усложняющих задачи их согласования с линией связи.
Телетайпы и другие терминалы с клавиатурой, снабженные устройствами отображения или не имеющие таковых, системы дистанционного ввода заданий с устройствами считывания, печатающие устройства и сканеры, автоматизированные лабораторные установки с различными физическими датчиками, персональные или любые другие ЭВМ с разнообразными периферийными устройствами — все они охватываются понятием ОУПД при условии, что включены для работы в сеть связи.
Задачей ЛУПД является также преобразование сигналов. Если канал передачи данных аналоговый, то данные от терминала поступают на модем (модулятор-демодулятор). Если же канал передачи данных является цифровым, то двоичные данные преобразуются в стандартную форму сбалансированного кода для передачи по линии сигналами, не содержащими составляющей постоянного тока. Другой функцией ЛУПД является выполнение совместно с ОУПД процедур установления, поддержания и прекращения соединений между передающим и приемным концами.
Канал передачи данных — это любая передающая среда. По способу его работы различают симплексную, полудуплексную и дуплексную связь (рис. 2). При симплексной связи, показанной на рис. 2, а, данные всегда перемещаются в одном направлении, как показано сплошными линиями. При этом не исключается возможность передачи в противоположном направлении подтверждений со стороны приемного конца, которые показаны штриховыми линиями.
При полудуплексной связи (рис. 2, б) данные передаются в обоих направлениях, но попеременно. Термин «полудуплексная связь», означающий попеременное применение симплексной связи то в одном, то в другом направлении, не применялся в технике связи до его введения специалистами по вычислительной технике.
При дуплексной связи, как показано на рис. 2, в, данные передаются в обоих направлениях одновременно. При этом как при полудуплексной, так и при дуплексной связи также передаются подтверждения, показанные штриховыми линиями. Физически для симплексной или полудуплексной работы должна использоваться либо одна пара проводов, по которой сигналы передаются в обоих направлениях, либо две пары проводов, по каждой из которых сигналы передаются в одном направлении. Первый способ применяется, когда в тракте нет усилителей, и называется двухпроводным соединением. Второй способ применяется при наличии усилителей и называется четырехпроводным соединением. Дуплексная работа требует четырехпроводного соединения.
Если работа передающего и приемного концов тракта передачи данных полностью согласована во времени, то на приемном конце каждый переданный символ может быть выделен. В противном случае символы выделяются с помощью специальных разделительных знаков: стартового (пробела) и стопового (посылки). Первый способ называется синхронной передачей, второй — асинхронной. В терминалах передачи данных со скоростью до 1,2 кбит/с, как и в телетайпах, применяют асинхронную передачу. В терминалах же со скоростью передачи 2,4 кбит/с и выше применяется синхронная передача.
Широкое применение систем передачи данных началось в 1960-х гг. как по телефонным сетям общего пользования, так и по специализированным сетям. Главные недостатки систем передачи данных по телефонным сетям состоят в том, что для таких систем требуются модемы, а время установления соединения составляет по меньшей мере 15 с, а обычно — значительно больше. Кроме этого, качество передачи в этом случае зависит от характеристик телефонных каналов. Они могут меняться от соединения к соединению и подвергаться воздействию помех, в частности, от работы коммутационных приборов на телефонных станциях электромеханических систем. Некоторое улучшение качества передачи может быть достигнуто при использовании арендованных телефонных линий, но для них также требуются модемы. За выигрыш же возможного улучшения качества передачи приходится расплачиваться заботами о сокращении простоев линий. В ходе таких забот во многих странах разрабатывались и применялись схемы коллективного использования арендованных линий путем формирования групп абонентов, подключения терминалов в разных точках трассы абонентской линии, мультиплексирования, применения других методов.
Одновременно велось создание специализированных сетей. При этом были испытаны различные структуры схем и различные методы коммутации. Среди наиболее распространенных структур встречаются узловые (звездообразные), кольцевые, полносвязные, а также схемы типа шины. Для более сложных структур, которые могут включать в качестве составных частей перечисленные схемы, необходимо применение узлов коммутации. На основании анализа эффективности различных методов передачи данных в начале 1970-х гг. были определены области предпочтительного применения различных систем передачи. Они показаны на графике рис. 3. Как видно из графика, выбор предпочтительного способа передачи зависит как от общего объема передачи (нагрузки), так и от средней длины передаваемых сообщений. Например, применение коммутируемой телефонной сети оправдано лишь при небольших нагрузках. При умеренных же нагрузках, но не очень длинных сообщениях, предпочтительнее сеть с пакетной коммутацией. Именно поэтому во многих странах мира созданы специализированные сети передачи данных общего пользования с коммутацией пакетов. Технические средства для таких сетей быстро совершенствовались. В 1976 г. МККТТ была принята рекомендация Х.25. В 1980 и 1984 гг. она подверглась переработкам. Рекомендация Х.25 касается соединения терминалов передачи данных, ЭВМ и других пользовательских систем с сетями передачи данных и описывает протоколы взаимодействия различных устройств. Протокол Х.25 организован по трехуровневой системе (об общих принципах организации многоуровневых систем передачи и обработки информации см. статью автора «О единой концепции информационного обеспечения перевозок», «Железнодорожный транспорт», 1992, № 7, стр. 23-27).
На нижнем (физическом) уровне устанавливаются стандарты на механические разъемы и электрические характеристики линий связи, на передаваемые по ним цифровые сигналы, включая сигналы занятия линии и ее освобождения. Эти стандарты описаны в рекомендации Х.21 и за недостатком места здесь не рассматриваются. На втором (канальном) уровне определяются требования к средствам передачи информации по участку цифрового канала между двумя соседними узлами в виде блоков данных, называемых кадрами.
При этом предусматривается возможность обнаружения ошибок в кадре и их исправления после автоматического переопроса и повторной передачи искаженного кадра. Указанные функции определяются применительно ко всему цифровому потоку, передаваемому по данному участку, и не зависят от того, каким пользователям и по каким адресам передаются отдельные сообщения, входящие в общий поток.
На третьем (сетевом) уровне определяются требования к системе передачи информации в виде блоков данных, называемых пакетами. Помимо полезной информации, пакеты несут управляющую информацию об адресах отправителя и получателя, порядковую нумерацию и некоторые другие служебные данные. Описанное разделение функций позволяет в одном физическом цифровом канале создать большое число логических (так называемых виртуальных) каналов. Они одновременно работают между разными пользователями, которые могут находиться в одном или разных пунктах.
Перед тем как перейти к рассмотрению особенностей второго и третьего уровней сети Х.25, уточним некоторые понятия. Будем называть блоком данных произвольный набор символов, предназначенных для передачи по каналу связи. В зависимости от состава (формата) блока, а также его назначения в конкретных случаях блокам могут быть присвоены разные названия. Например, блок данных, передаваемых по СПД общеканальной телефонной сигнализации № 7, называют сигнальной единицей. В этой статье рассматриваются блоки данных, называемые кадрами и пакетами, а в следующей беседе, посвященной технологии АТМ, будут рассматриваться блоки данных, называемые ячейками. Необходимость такого уточнения вызвана тем, что в литературе часто можно встретить термин «пакет» применительно к любому блоку данных, в том числе такому, который с точки зрения рекомендации Х.25 пакетом не является. Именно поэтому читателю, который встретит термин «пакет», можно лишь порекомендовать в каждом конкретном случае внимательно разбираться с тем, какой именно блок данных имеется в виду.
Уровень канала Каналом связи называется совокупность технических средств для передачи сообщений от отправителя к получателю с использованием среды передачи. В контексте же этой статьи канал связи рассматривается по отдельным участкам, связывающим соседние пункты обработки передаваемых сообщений. Соответственно и термин «уровень канала» относится к отдельному участку канала. В оригиналах стандарта на английском языке применяется термин Link Layer, т.е. уровень (или «слой») звена. Такой термин можно иногда встретить и в переводах международных документов на русский язык. Может быть последнее название является более точным, однако оно непонятно, так как слово «звено» имеет в русском языке очень много значений и оно никогда не применялось к участку канала связи. Именно поэтому предпочтительнее говорить «уровень канала», но с оговоркой о том, что речь идет лишь об отдельном участке канала.
В описываемом стандарте, который подтвержден несколькими международными и национальными организациями и фактически признан во всем мире, рассматривается управление каналом связи по участкам с помощью протокола высокого уровня (по-английски HDLC — High-level Data Link Control). Русским эквивалентом термина HDLC может служить сокращение ВУК (высокоуровневое управление каналом). Обслуживаемый протокол рассчитан на широкий круг применений, в том числе и в локальных сетях для связи целой группы абонентских пунктов. Мы же ограничимся здесь лишь рассмотрением этого протокола на примере одной версии, а именно: версии связи двух равноправных пунктов LAPB (Link Access Procedures Balanced, т.е. процедур сбалансированного доступа к каналу).
Протокол ВУК управляет передачей информации в виде стандартных блоков, поступающих от сетевого уровня и называемых пакетами. На уровне канала к каждому пакету добавляется заголовок, обычно содержащий 48 двоичных разрядов. Пакет с этим дополнительным заголовком называется кадром. Термин «заголовок» носит условный характер, так как часть его разрядов помещается в голове кадра, а другая часть (проверочное поле для обнаружения ошибок) — в его хвосте. Коды, исправляющие ошибки, требуют внесения слишком большой избыточности и поэтому в обычных сетях передачи данных не применяются. Вместо этого используются коды, обнаруживающие ошибки. При обнаружении ошибки посылается автоматический запрос на повторную передачу кадра, а принятый ошибочный кадр сбрасывается. Длина кадра (следовательно, пакета) не регламентируется, так как оптимальная длина пакета зависит от вероятности ошибки в канале. С точки зрения накладных расходов, связанных с передачей служебных разрядов заголовка, длину пакета предпочтительнее сделать как можно больше, чтобы снизить процент содержания служебной информации. При этом, если вероятность ошибки невелика, запросы на повторение передачи будут редки, система будет работать эффективно. Если же вероятность ошибки будет большой, повторная передача потребуется чаще. Тогда большая часть накладных расходов придется не на заголовки, а на участившиеся повторные передачи. Именно поэтому выбор длины пакета (следовательно, кадра) предоставляется пользователю. Для обнаружения же начала и конца кадра в непрерывном потоке цифровой передачи используются специальные кодовые комбинации вида 01111110, называемые флагами (рис. 4, на котором показан формат кадра).
Применение флагов вносит определенные трудности в решение задачи обеспечения прозрачности цифровой передачи, т.е. ее независимости от характера передаваемых последовательностей. Действительно, если в передаваемом потоке полезной информации встретится последовательность из шести единиц, то она будет принята за границу между кадрами. Это вызовет нарушение работы канала. Во избежание подобных сбоев во всех случаях, когда в передаваемой последовательности встречаются пять «1», то после них автоматически вставляются «0». На приемном же конце после принятых пяти «1» следующий за ними «0» всегда сбрасывается. Такое техническое решение позволяет гарантировать прозрачность цифровой передачи. Рассматривая рис. 4, нетрудно обнаружить назначение всех 48 служебных разрядов заголовка кадра.
Особый интерес представляют 8 управляющих разрядов, которые развернуты на рис. 5. Как видно, структура управляющих разрядов определяет тип кадра. Дело в том, что, кроме обычных информационных кадров, служащих для передачи сообщений по установленному каналу, протокол ВУК предусматривает еще ряд служебных. Они не содержат информационного поля, а служат для целей управления процессами установления канала, его закрытия, а также выполнения многочисленных других вспомогательных функций. Информационный кадр И отличается от служебных наличием «0» в первом разряде управляющего поля. «1» на этой позиции говорит о том, что кадр является служебным. По второму разряду служебные делятся на кадры типов К (контроль и управление) и Н (ненумерованный кадр). Всего существуют четыре разных кадра типа К (готовность приема, неготовность приема, отказ и выборочный отказ). Для их распознавания служат третий и четвертый разряды, обозначенные буквой S. Ненумерованные кадры, которых всего 32, служат для выполнения разнообразных служебных функций. Для распознавания типа ненумерованного кадра служат 5 разрядов, обозначенных буквой М. Кроме этого, на рис. 5 приняты обозначения: N(S) — порядковый номер передаваемого кадра; N(R) — порядковый номер ожидаемого кадра; P/F (опрос/конец) — служебный сигнал управления режимом передачи. Порядковый номер N(R) подтверждает прием кадра номер N(R) — 1 и всех ему предшествующих. Таким образом, при дуплексной передаче (см. рис. 2, в) нет необходимости в передаче специальных подтверждающих кадров. Это объясняется тем, что подтверждения о приеме кадров могут вставляться в информационные кадры встречной передачи.
Как видно из изложенного, описанное поле нумерации кадров позволяет вести счет только до восьми (три двоичных разряда). Следовательно, при наличии семи неподтвержденных кадров передача должна быть приостановлена. Именно поэтому, например, в системах спутниковой связи, когда в пути могут находиться более семи кадров, поле их нумерации может быть расширено до 7 разрядов и, следовательно, счет увеличен до 128. Аналогичным образом стандарт допускает увеличение поля адресов и проверочной последовательности.
Протокол предусматривает различные процедуры передачи на уровне канала. Наибольшее распространение получила так называемая процедура передачи с возвращением на N кадров (N<8 — для наземной и N<128 — для спутниковой связи). Она предусматривает повторную передачу всех кадров, начиная с того, на который не получено подтверждения. Другая процедура — выборочное повторение. Она не требует повторения правильно принятых кадров после неподтвержденного кадра. Отмечу, что ее реализация связана с некоторыми трудностями обработки принятой информации в накопителях.
Уровень сети
Главными задачами уровня сети являются выбор маршрутов передачи пакетов и управление потоками передаваемых пакетов по каждому выбранному маршруту. По терминологии Х.25 уровень сети называется уровнем пакетов. Рекомендация Х.25 не дает полного решения указанных задач, поскольку протокол Х.25 является лишь спецификацией сетевого сопряжения. Подробности, касающиеся соединений устройств ЛУПД по связывающей сети, оставлены на усмотрение администрации сети. Тем не менее организация сетевого уровня во многом зависит от требований, заложенных в рекомендациях Х.25. Протокол Х.25 ориентирован на соединения в виде виртуальных каналов. Связисты иногда воспринимают этот термин, зародившийся в среде специалистов по вычислительной технике, с некоторым недоверием. Они не всегда до конца понимают его смысл, даже если им предлагают синонимы — логический или мнимый канал. Таким связистам можно лишь напомнить, что они (или их коллеги) фактически уже более четверти века эксплуатируют пучки виртуальных телефонных каналов в трансокеанских кабелях по известной системе TASI (Time Assignement Speech Interpolation, т.е. интерполяции речи по предоставляемым ее отрезкам).
Использование четырехпроводных междугородных телефонных каналов, как правило, не превышает 40-50 %, так как большую часть времени говорит лишь один из собеседников. Если же установить обнаружители речи и предоставлять каналы в каждом направлении только для передачи реально фиксируемой речи, сопровождая такую передачу адресом, то можно, например, по пучку из 100 каналов передать 200 разговоров. При этом каждая из 200 разговаривающих пар фактически получает канал связи, хотя физических каналов в кабеле только 100.
Канал же, по которому говорят абоненты, является логическим или виртуальным. Он поддерживается логическими устройствами аппаратуры связи и поэтому необязательно должен быть постоянно привязан к конкретному физическому каналу. Рассмотренный пример виртуального канала не объясняет всех принципов его организации в сетях передачи данных. Он лишь показывает, что ничего необычного в обсуждаемом подходе и приведенном названии нет. Виртуальные каналы нумеруются. Нумерация допускает одновременную организацию между ОУПД и ЛУПД до 4096 таких каналов. Каждое сопряжение ОУПД-ЛУПД устанавливает собственный набор номеров логических каналов. Полный виртуальный канал между двумя связывающимися ОУПД может использовать разные номера в двух своих оконечных сопряжениях.
Сеанс связи включает фазы установления соединения, передачи данных и разъединения. Все необходимые функции на этих фазах выполняются путем передачи соответствующих пакетов. Точно так же как на уровне канала предусматриваются специальные служебные и информационные кадры, так и на сетевом уровне предусмотрены служебные пакеты (для передачи управляющих сигналов) и информационные, непосредственно несущие передаваемые данные. В качестве примера на рис. 6 показаны форматы двух версий информационных пакетов — с нумерацией по модулю 8 (рис. 6, а) и по модулю 128 (рис. 6, б). Применение того или иного формата оговаривается на этапе установления соединения в ходе обмена необходимыми служебными пакетами. В отличие от одномерного представления формата кадров (см. рис. 4 и 5) форматы пакетов для большей наглядности показаны в виде двумерной таблицы. Каждая ее строка содержит один октет (или байт, т.е. 8 двоичных разрядов).
Первые октеты являются заголовком пакета. В нем четыре разряда первого октета служат для передачи номера группы логических каналов, а восемь разрядов второго октета — номера логического канала. Эти 12 разрядов и обеспечивают возможность различения 4096 виртуальных каналов. «0» в первом разряде третьего октета свидетельствует о том, что пакет является информационным, а не служебным. Числа P(S) и P(R) — это номера передаваемого и ожидаемого пакетов. Разряды 5 и 6 первого октета указывают на тип информационного пакета по способу его нумерации (01 указывает на счет по модулю 8, а 10 — на счет по модулю 128). D является разрядом подтверждения доставки и используется для управления потоком от передающего конца к приемному. Восьмой разряд первого октета Q классифицирует передаваемые данные. Обычно он устанавливается на «0». При установке же его на «1» пакету присваивается более высокий приоритет. Разряд, обозначенный буквой М, несет метку большого числа данных. Он применяется тогда, когда связывающиеся ОУПД имеют разные размеры пакетов.
Описанный пакет подается на уровень канала. Здесь на его основе формируется кадр (см. рис. 4). После этого кадр передается на физический уровень. На нем и происходит его передача по каналу связи. Сравнивая форматы кадра и пакета, можно заметить в них сходство некоторых элементов. Нужно, однако, иметь в виду, что нумерация пакетов ведется в пределах каждого виртуального канала от отправителя к получателю. Нумерация же кадров фиксирует просто последовательные номера фактически передаваемых кадров по участку канала. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что в заголовке информационного пакета (в отличие от заголовка информационного кадра) нет адреса. Это объясняется тем, что адреса вызывающего и вызываемого ОУПД передаются на этапе установления соединения, в частности, в специальном пакете запроса соединения. В этом же пакете указывается номер установленного виртуального канала. После его установления в информационных пакетах передается лишь этот номер, а в повторении адресов нет необходимости.
Порядковые номера пакетов P(S) и P(R) используются в сочетании с так называемым механизмом окна. Его сущность состоит в том, что на этапе установления соединения между передающей и приемной сторонами достигается договоренность об установлении максимального размера окна. Оно равно числу информационных пакетов, которые могут оставаться неподтвержденными (по умолчанию он принимает значение 2). Таким образом, с помощью номеров P(S) и P(R) поддерживается контроль текущего размера окна. Такой контроль может вестись из конца в конец через всю сеть или только на уровне ОУПД-ЛУПД. Для выбора этой возможности и служит разряд D, который в первом случае устанавливается на «1». При передаче данных по сети на физическом уровне идет непрерывный поток двоичных символов. Он может воспроизводиться в регенераторах. На каждом узле этот поток поступает на уровень канала. Здесь происходит выделение кадров, их проверка на наличие ошибок и при их обнаружении — повторная передача. Правильно принятые кадры освобождаются от заголовка. Выделенный таким образом пакет поступает на сетевой уровень. Здесь анализируется его заголовок и принимается решение о дальнейшей передаче. После этого пакет возвращается на уровень канала нужного направления, где к нему добавляется новый заголовок кадра. После этого он передается на физический уровень для передачи по следующему участку. Такой процесс повторяется в каждом промежуточном узле до тех пор, пока пакет не достигнет пункта назначения. Приведенное описание может дать лишь самое общее представление о системе Х.25, так как в нем опущены очень многие подробности. Однако уже из этого описания становится очевидным основной недостаток стандарта Х.25. Он состоит в необходимости записи и воспроизведения кадров в каждом узле сети. При небольших скоростях передачи объем записываемой информации оказывается не столь велик и современная техника ЗУ позволяет построить необходимые накопители без особенно больших затрат. Если же каналы связи недостаточно хорошего качества, проверка кадров по участкам каналов позволяет организовать достаточно надежную передачу. В такой организации системы проявляется преимущество стандарта Х.25. С повышением же качества каналов и их быстродействия передача неоправданно задерживается за счет обработки в узлах. Именно поэтому на смену Х.25 приходит система ретрансляции кадров (Frame Relay). Она лишена указанного недостатка.
www.ronl.ru
Развитие протоколов передачи данных
Впервые автору пришлось столкнуться с модемами в 1993 году и так сложилось, что с тех пор его работа неразрывна связана с этими устройствами. Для передачи информации использовались различные сети. Это Телефонная сеть общего пользования (ТфОП), Цифровая сеть делового обслуживания (ЦСДО) Искра-2, выделенные аналоговые каналы. В то время в качестве аппаратуры передачи данных использовались обычные 2-проводные модемы ничем не отличаемые от тех, которые можно было приобрести на рынке, например, Discovery 2400 CM/D. Этот модем поддерживал протокол передачи V.22 bis (смотри табл. 1, где представлена эволюция протоколов передачи данных Международного союза электросвязи отдела телефонии (ITU-T), бывший МККТТ (CCITT)), созданный в 1957 году, и протокол сжатия MNP-5 (смотри табл. 4) и протокол коррекции ошибок MNP-4. Восемь лет назад эта был неплохой модем и было бы также неплохо, если бы он работал на максимальной скорости, но, к сожалению, дела обстояли не очень хорошо. Соединение часто рвалось, качество передаваемой информации было низко, да и скорость не всегда соответствовала максимальной. В чем же были причины этого, прежде всего, конечно, в каналах связи и самое главное в прямых проводах, которые шли от АТС (автоматическая телефонная станция) или МТС (междугородняя телефонная станция) до пользователя.
Спустя некоторое время после выхода протокола V.32 bis в нашей стране появились модемы обеспечивающие максимальную скорость 14400 бит/с. Были приобретены модемы поддерживающие данный протокол. Это были Unicom 1414 VQE, USRobotics, ZyXEL. Кроме этого протокола последние содержали и фирменные, такие как HST и ZyX (смотри табл. 3, где представлены различные фирменные протоколы передачи данных). Перечисленные выше модемы позволяли работать со скоростями до 14400 – 16800 бит/с, но в реальности скорость передачи данных редко превышала 4800 – 9600 бит/с. Таким образом, возник вопрос: “Почему?” И начались попытки выяснения причин влияющих на скорость и качество передачи данных.
Табл. 1. Протоколы передачи данных Международного союза электросвязи
| Стандарт | Год утверждения | Максимальная скорость, бит/с | Дуплекс/полудуплекс | Коммутируемые/ выделенные | Тип модуляции |
| V.21 | 1964/1984 | 200/300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK |
| V.22 | 1980/1988 | 1200 | FDX(FDM) | PSTN | DPSK |
| V.22 bis | 1984/1988 | 2400 | FDX(FDM) | PSTN | QAM |
| V.23 | 1964/1988 | 1200 | HDX | PSTN | FSK |
| V.26 | 1968/1984 | 2400 | HDX | Private | DPSK |
| V.26 bis | 1972/1984 | 2400 | HDX | PSTN | DPSK |
| V.26 ter | 1984/1988 | 2400 | FDX(EC) | PSTN | DPSK |
| V.27 | 1972/1984 | 4800 | HDX | Private | DPSK |
| V.27 bis | 1976/1984 | 4800 | HDX | Private | DPSK |
| V.27 ter | 1976/1984 | 4800 | HDX | PSTN | DPSK |
| V.29 | 1976/1988 | 9600 | HDX | Private | QAM |
| V.32 | 1984/1988 | 9600 | FDX(EC) | PSTN | QAM/TCM |
| V.33 | 1985/1988 | 14400 | FDX | Private | TCM |
| V.17 | 1991 | 14400 | FDX(EC) | PSTN | TCM |
| V.32 bis | 1991 | 14400 | FDX(EC) | PSTN | TCM |
| V.34 | 1996 | 33600 | FDX | PSTN | QAM |
| V.90 | 1998 | 56700/33600 | FDX | PSTN | PCM/QAM |
| V.92 | 2000 | 56700/48000 | FDX | PSTN | PCM |
Первый значительный прорыв в ответе на вопрос “Почему?” произошел в 1994 году после покупки измерителей каналов тональной частоты (ТЧ) TDA-2 и TDA-3 у фирмы “Аналитик-ТС” и более внимательного изучения протоколов передачи данных и норм на каналы ТЧ, тогда еще приказ № 50. Обсуждение первых результатов измерений с Андреем Кочеровым, сотрудником “Аналитик-ТС”, внесли некоторую ясность в существующую у нас проблему, а значит стала ясна направленность дальнейших наших действий.
Как видно из табл. 1, первые протоколы имели низкую скорость передачи данных, что обуславливалось, тем, что в пору их создания существующие телефонные сети обладали рядом характеристик, которые не позволяли передавать по ним информацию с большей скоростью. Оборудование, используемое на сетях связи, в большинстве своем было аналоговое, что вносило следующие негативные характеристики:
o ограничение полосы пропускания канала. Эта характеристика связана с завалами частоты на краях канала, кроме того, его ширина могла значительно уменьшится при неоднократном прохождении через участки НЧ (низко-частотный) переприема. Этот параметр характерен для каналообразующей аппаратуры с частотным разделением каналов (ЧРК), в частности К-60П. Стандартно канал ТЧ имеет полосу пропускания от 300 до 3400 Гц. При 12 транзитных участках с аппаратурой К-60П эффективно передаваемая полоса сужается до пределов 450 — 2850 Гц.
o сдвиг частоты. Он вызывается отсутствием синхронизма между задающими генераторами в оконечных устройствах аппаратуры с ЧРК.
o неравномерность группового времени прохождения (ГВП). Это проявляется в виде неодновременности прихода боковых полос к приемнику, что препятствует восстановлению сигнала.
o импульсные помехи. Они могут быть связаны с коммутационным оборудованием, перекрестными наводками от вызывных импульсных токов.
o перерывы связи. Они вызываются плохими контактами в разъемах, реле, искателях, что характерно для декадно-шаговых автоматических телефонных станций (АТСДШ).
В связи с перечисленным выше первые протоколы разрабатывались для ограниченной полосы частот на которой такие мешающие факторы, как ГВП и сужение полосы пропускания, не оказывали значительного влияния. В качестве вида модуляции использовалась частотная и фазоразностная. В качестве протоколов использующих этот вид модуляции можно привести V.21 — V.27, а также протоколы AT&T, приведенные в табл. 2. Так как на выделенных каналах не используется коммутация, то и качество передаваемой информации на них значительно превосходит коммутируемую сеть, так и появился протокол V.29, который использует квадратурную амплитудную модуляцию и большую, неже ли низшие протоколы полосу частот.
Табл. 2. Протоколы передачи данных AT&T
| Стандарт | Максимальная скорость, бит/с | Дуплекс/ полудуплекс | Коммутируемые/ выделенные | Тип модуляции |
| Bell 103J | 300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK |
| Bell 108 | 300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK |
| Bell 113 | 300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK |
| Bell202 | 1200 | FDX(FDM) | Private | DPSK |
| Bell212A | 1200 | FDX(FDM) | PSTN | DPSK |
| Bell 201 | 2400 | HDX | PSTN | DPSK |
| Bell 208 | 4800 | HDX | Private | QAM |
Время шло, шло развитие коммутационного и каналообразующего оборудование, а также развитие микропроцессоров, как следствие улучшаются характеристики каналов связи, а значит появляется возможность создания более высокоскоростных модемов. Но замена каналообразующего оборудования происходила не в один момент, и поэтому выпуск более скоростных протоколов, таких как V.33 для выделенных каналов и V.32, V.32 bis для ТфОП, был нацелен все еще на то, чтобы использовать не всю возможную полосу частот каналов ТЧ, а только ее часть – от 600 до 3000 Гц. Этим страдали и другие фирменные протоколы, которые представлены в табл. 3:
o Express 96 «Ping Pong Protocol». Этот протокол появился в модемах Hayes в 1987 году марки Smartmodem 9600. Модем использовал частный протокол модуляции, называемый Express 96 (также известный как Hayes " Ping Pong Protocol"). По своей сути он был близок к V.32. На сегодняшний день он не используется.
o CompuCom CSP. В то время, когда каждый изготовитель модема переходил на V.32, компания CompuCom в 1991 году выпустила модем SpeedModem Champ. Это был модем со скоростью 9600 бит/с с частным протоколом модуляции, называемым CSP. SpeedModem Champ был модемом с частным протоколом, который стоит меньше, чем модем с V.32. CompuCom распалась в 1992 году.
o HST. Протокол HST разработан фирмой U.S.Robotics и реализован в модемах фирмы серии Courier в 1989 году.
Табл. 3. Фирменные протоколы передачи данных
| Стандарт | Год утверждения | Максимальная скорость, бит/с | Дуплекс/ полудуплекс | Коммутируемые/ выделенные | Тип модуляции |
| CSP | 1991 | 9600 | FDX(EC) | PSTN | QAM/TCM |
| Express96 | 1987 | 9600 | FDX(EC) | PSTN | QAM/TCM |
| V.32 ter | 1993 | 19200/16800 | FDX(EC) | PSTN | TCM |
| V.32 ter/ASL | 21600 | FDX(EC) | PSTN | TCM | |
| ZyX | 19200/16800 | FDX(EC) | PSTN | TCM | |
| HST | 1992 | 16800/14400 | FDX | PSTN | TCM |
| HST/ASL | 21600 | FDX | PSTN | TCM | |
| PEP | 1988 | 19200 | HDX | PSTN | QAM |
| TurboPEP | 23000 | HDX | PSTN | TCM | |
| V.fast | 1994 | 28800 | FDX | PSTN | TCM |
| X2 | 1997 | 56700/33600 | FDX | PSTN | PCM/QAM |
| K56Flex | 1997 | 56700/33600 | FDX | PSTN | PCM/QAM |
Исключение составляли лишь полудуплексные протоколы семейства PEP разработаны фирмой Telebit и реализованы в модемах фирмы серий TrailBlazer (PEP) и WorldBlazer (TurboPEP), начиная с 1985 года, которые в 1988 году достигли скорости 19200 бит/с, а в последствии и 23000 бит/с. Они пытались использовать всю возможную полосу каналов ТЧ и показывали неплохое качество работы и высокие скорости передачи данных. Но, к сожалению, были они достаточно дороги и закрыты, что сказалось на их распространении и конечно же на скорости. Поэтому организация где я работал не могла позволить себе купить подобную аппаратуру, а обходилась более дешевыми моделями модемов.
Но не все оказалось так плохо. Длительное измерение выделенных каналов, приведение их параметров в норму значительно изменило положение вещей. В ряде случаев произошло повышение скоростей работы аппаратуры передачи данных, а в большинстве своем мало, что изменилось, и спустя время выяснилось почему – в наших бедах оказались виновными прямые провода, которые шли от МТС к конечным пользователям и ложная уверенность их в том, что чем выше уровень передаваемого сигнала, тем лучше. Это хорошо проходило с прямыми проводами, но было не допустимо для аналоговых систем передачи.
Это были проблемы междугородних выделенных каналов, а вот дела с коммутируемой сетью обстояли значительно хуже. Установление соединения в этом случае происходит каждом по разному, конечно, если не используется внутристанционное соединение, и найти участок который виновен в низкой скорости не представляется возможным, тем более, что на ТфОП до сих пор преобладают механические АТС, и немалую часть занимают АТСДШ. Для этих АТС характерны перерывы связи, из-за быстрого износа скользящих контактов, а также нарушение контактов из-за вибрации стоек, связанной с установлением соединения. На ЦСДО “Искра-2” системы типа АТСДШ отсутствуют, поэтому наблюдаются значительно лучшее качество и более высокие скорости.
Таким образом повлиять на коммутируемые сети было не возможно и поэтому все внимание было уделено выделенным междугородним каналам. “Вылизывание” каналов дало свои плоды, и со временем скорости аппаратуры передачи данных уже редко опускались ниже 14400 – 9600 бит/с, но требовалось большее. Эти скорости уже не удовлетворяли конечных пользователей, при этом учтите, при передаче данных использовался синхронный режим при котором нельзя было воспользоваться как протоколами сжатия, так и протоколами коррекции ошибок. Потребности росли. Появилась необходимость передавать одновременно данные и голос. Таким образом, мы перешли к другому типу передачи информации.
Одновременная передача данных и голоса
Существует еще одно направление в разработке протоколов передачи данных — это одновременная передачи данных и голоса, которая бывает просто необходима, например, при работе врачей и людей других специальностей, при работе которых необходим одновременный обмен данных и голоса. Работы в данном направлении велись начиная с 60-х годов. Как было сказано раньше, характеристики каналов в то время, да и техника не позволяли работать аппаратуре передачи данных с высокими скоростями, поэтому в качестве речепреобразующих устройств использовались вокодары: формантный и полосовой, которым было достаточно скорости 1200 – 2400 бит/с. Передача речи шла, либо в ущерб передачи данным, то есть она прерывала последнюю, либо совместно, то есть на каждую из передач выделялась полоса, в которой они и велись. Речь получалась синтезированная, из чего следовала плохая разборчивость – ниже 90 %, и плохая узнаваемость. С подобной техникой автору пришлось работать, так что он знаком с ней не понаслышке. Данные системы не получили коммерческого развития, а использовались в основном для служебных переговоров, либо в спецаппаратуре.
Первые протоколы, реализующие подобную услугу для коммерческого использования, появились в начале 90-х. В качестве примера могу привести протокол MSP Multi-Tech System. Чем же отличаются способы объединения речи и данных?
Протокол ASVD, например V.61, обрабатывает голос, данные, и информацию управления как раздельные объекты. Пользователю, это обеспечивает некоторый комфорт, потому что голос не цифровой.
Протокол DSVD, например V.70, обрабатывает всю информацию, которую он получает как цифровую. Речевым пакетам дан приоритет над пакетам данных, но они передаются через ту же самую схему как и данные. Ничего не делается для того, чтобы увеличивать скорости передачи данных, обнаружив паузу. Скорость передачи данных увеличивается только за счет использования протоколов сжатия модема.
Но подобные нововведения требуют достаточно высокой скорости и качества передаваемых данных, что редко обеспечивалось на практике. Таким образом, назрела необходимость введения нового протокола передачи данных.
Появление V.34
Необходимость в высоких скоростях передачи данных заставила разработать и выпустить на рынок следующие протоколы: HST, ZyX, V.32terbo со скоростями от 16800 до 19200 бит/с. Они разрабатывались на основе протокола V.32bis. Но и этих скоростей стало не хватать. Различные компании начинают разработку модема, работающего со скоростью 28800 бит/с — V.fast. И в 1996 году был объявлено о выходе V.34, который включал в себя различные технологии запатентованные 17 компаниями. Этот протокол в отличии от предшествующих, за исключением PEP и TurboPEP, использует всю ширину аналогового канала. Это и многое другое позволяет ему работать на скоростях до 33600 бит/с по аналоговому каналу, но работа модема на максимальной скорости не возможна через аппаратуру с ЧРК, так как происходит выход за пределы канала ТЧ, поэтому максимальная скорость для канала ТЧ составляет 31200 бит/с, что тоже не плохо. Этот протокол явился последним аналоговым протоколом передачи данных.
Автор решил узнать, чем отличается новый протокол от предыдущих. Для этой цели была создан протокол для сбора статистики на каналах ТЧ, а также программа его реализующая, которая позволила собрать большой объем статистической информации в совокупе с протоколами измерений прибором TDA-3, который упоминался ранее. Для сбора статистики использовались следующие модемы: Paradyne COMSPHERE 3920 Plus, ZyXEL 2864, ZyXEL 288S, ZyXEL 1496, ZyXEL 1496 Plus, Unicom 1414VQE, US Robotics Courier V. Everything, Discovery CM/D 2400.
Исследования установили, что на качество передаваемой информации влияют следующие характеристики каналов ТЧ – это перерывы связи, скачки фазы, амплитуды, импульсные помехи. Знание этого позволило автору предсказывать качество передачи данных для определенной скорости, которую стало возможным определять при помощи методики компании “Аналитик-ТС”. Кроме того, было выявлено, что использование нового протокола (V.34) на малых скоростях (до 9600 бит/с) не выгодно. Его рекомендуется использовать лишь на более высоких скоростях. Таким образом, результаты проведенных многолетних исследований позволили создать некоторую методику, следуя которой можно было повысить качество передаваемой информации. На рис. 1 представлена реальная ситуация при которой было значительно повышено качество передаваемой информации. Оказалось, что у аппаратуры передачи данных был завышен уровень на передачу, и его снижение до нормы привело к результатам представленным на рис. 1.
Рис. 1. Вероятность появления ошибочного пакета на канале Калининград — Москва: 1 — 3 — прогнозируемая вероятность появления ошибочного пакета при длинах 1024, 512, 256 и менее соответственно, 4 — реальная вероятность ошибочного пакета, 5 — реальная вероятность ошибочного пакета после настройки АПД
Время не стоит на месте. В начале 1997 года появились модемы, работающие со скоростями до 56700 бит/с по протоколам X2 (3Com-USRobotics) и K56Flex (Lucent Technologies (AT&T), Motorola, Rockwell), а осенью 1998 года был принят протокол V.90 ITU, включающий в себя 11 пунктов из стандарта K56Flex и 1 пункт из X2. Эти модемы предназначены для работ с цифровыми АТС. Идущий к абоненту поток может передаваться со скоростями до 56700 бит/с, а от него на скоростях до 33600 бит/с, то есть по V.34. Этот протокол используют ИКМ (импульсно-кодовая модуляция) и обеспечивают взаимодействие аналоговых и цифровых сетей. Так как скорости первичного канала ЦСП (цифровой системы передачи) составляют 32, 40, 64 Кбит/с, то протокол V.90 обеспечивают непрерывность передачи данных.
Что же это дало для конечного пользователя? Прежде всего это позволило полноценно работать с Интернет, ведь в данной сети больше информации идет к пользователю, а от него лишь команды управления. Но эти преимущества получило меньшинство, так как я уже писал выше, в России преобладают электромеханические АТС и аналоговые каналы связи, так что повышение скорости мало сказалось на повышении производительности. Максимальная скорость возможная на канале ТЧ не превышает 3100 бит/с. Это связано с тем, что в реальности протокол V.34 пытается использовать большую полосу частот, чем позволяет канал ТЧ. В этом случае на помощь приходят протоколы сжатия и коррекции ошибок.
Протоколы коррекции ошибок и сжатия
Одновременно с развитием протоколов передачи данных шло и развитие протоколов сжатия коррекции ошибок. Это было связано с тем, что требовалась передача больших объемов информации, чем позволяли существующие модемы, кроме того, как было сказано выше, качество каналов обещало желать лучшего. Поэтому фирмы — производители модемов разрабатывали для своей аппаратуры передачи данных необходимые ей протоколы сжатия и коррекции ошибок. Некоторые из них приведены в табл. 4. Несомненно, лучшими среди них являются V.42 и V.42bis, которые вобрали в себя лучшее из появившихся ранее протоколов. Почти все представленные в табл. 4 протоколы предназначены для асинхронной передачи данных, за исключением SDC, который наиболее эффективен для повышения качества и скорости передачи трафика X.25, Frame Relay, SDLC, PPP.
Табл. 4. Протоколы сжатия и коррекции ошибок
| Название | Чей протокол, год принятия | Назначение |
| V.41 | ITU, 1968, 1972 | Коррекция ошибок |
| V.42 | ITU, 1988 | Коррекция ошибок |
| V.42bis | ITU, 1990 | Сжатие |
| V.43 | ITU, 1998 | Коррекция ошибок |
| V.44 | ITU, 2000 | Сжатие |
| BTLZ | British Telecom | Сжатие |
| ADC | Hayes | Сжатия |
| ACT | Formula | Сжатие |
| MNP1 | Microcom | Сжатие |
| MNP2 | Microcom | Коррекция ошибок |
| MNP3 | Microcom | Коррекция ошибок |
| MNP4 | Microcom | Коррекция ошибок |
| MNP5 | Microcom | Сжатие |
| MNP7 | Microcom | Сжатие |
| MNP9 | Microcom | Сжатие |
| MNP10 | Microcom | Коррекция ошибок |
| ETC | AT&T, 1993 | Коррекция ошибок |
| SDC | Motorola | Сжатие, коррекция ошибок |
Сотовые сети связи
Появление сотовых сетей заставило разрабатывать специальные протоколы для них (Автору не приходилось с ними работать, но для полноты обзора без них не обойтись.), так как этот вид сетей отличается от сети общего пользования тем, что имеет совершенно другую среду распространения — радиоволны. Таким образом, системы сотовой связи имеют свои специфические проблемы при передаче данных. Например, происходит разрушение данных в результате кратковременных сбоев передачи, когда система сотовой связи переключает вызовы с одной частоты на другую, чтобы избежать наложения с вызовами на ближайших частотах или перейти на освободившийся канал более высокого качества. Кроме того, возможно разрушение данных, вызванное затуханием сотового сигнала, что происходит довольно часто. Поэтому редко удается работать со скоростями выше 9600 бит/с. В связи этим были разработаны специальные протоколы: MNP10, ETC, HST, ZyCELL.
Протокол ETC работает совместно с V.32bis и V.42. Он позволяет осуществлять контроль за амплитудой передаваемого сигнала, автоматически изменяет скорость соединения в зависимости от состояния канала (уменьшение отношения сигнал/шум, колебания фазы), допускает переход в режим более ранних стандартов, таких как V.22 со скоростью 1200 бит/с, если канал связи не в состоянии обеспечить даже 4800 бит/с, обеспечивает быстрый запуск, использует меньший размер кадра, 32 байта вместо 128 байт, имеет возможность селективного отказа, делает до 20 попыток повторно послать кадр, куда вкралась ошибка.
Стабильность работы протокола MNP10 достигается за счет многократного повторения попытки установить связь, изменения размера пакетов и даже динамического изменения протокола соединения в зависимости от качества канала связи.
ZyCELL автоматически меняет скорость в зависимости от характеристик канала, при переходе из одной ячейки в другую от 0,2 до 1,2 с не прерывает связь и быстро синхронизируется, изменяет уровень сигнала.
Но, к сожалению, встает вопрос о реальной скорости передаче данных по сотовой сети. А это порядка 4800 бит/с, что сегодня недостаточно. С начала 1998 года МСЭ поставил своей целью разработать стандарт для сотовых систем нового поколения, который получил название UMTS. Этот стандарт позволит пользователям увеличить многократно скорость обмена информацией. В частности 144 Мбит/с для быстро перемещающихся абонентов, 384 Мбит/с для пешеходов, 2 Мбит/с для фиксированных терминалов.
Новые протоколы и их возможности
8 Июня 2000 года появилось сообщение о появлении целой серии новых протоколов для передачи данных по ТфОП. Это протоколы V.92, V.44, V.59. А в ноябре они стали официальными. Чем же они отличаются от своих предшественников?
Начнем рассмотрение с V.92, который позволяет увеличить максимальную исходящую скорость от пользователя с 33,6 (V.90) до 48 Кбит/с. Это достигается за счет изменения способа кодирования информации. Теперь оно осуществляется с помощью ИКМ (импульсно-кодовая модуляция). Но ее применение заставляет придерживаться более жестких требований в отношении оборудования, находящегося на пути следования передаваемой информации — должно быть не более чем одно аналого-цифровое преобразование. Исходящая от пользователя информация может передаваться со скоростями от 24 до 48 Кбит/с с шагом 1,333 Кбит/с как и в протоколе V.90. Кроме того, уменьшается время вхождения в связь с 20 (V.90) до 10 с.
Второй протокол V.44 позволяет увеличить степень сжатия передаваемых данных как 6:1, то есть на 25 % в сравнении с V.42bis, который обеспечивал сжатие 4:1. То есть производительность сможет увеличиться до 300 Кбит/с. Но это преимущество не удастся испытать тем, кто использует последовательный порт компьютера, скорость которого ограничена и составляет 115,2 Кбит/с. В качестве алгоритма сжатия используется LZJH, разработанных US-based Hughes Network System.
И, наконец, третий протокол V.59 вводит такую услугу, как возможность прерывания передачи данных на время от 0 до 16 минут и ответ входящему вызову.
Введение данных протоколов, тем более что многие фирмы производители модемов поддержали их, позволит пользователям более активно работать с аудио и видео информацией. Но к сожалению, те кто не мог соединяться по протоколу V.90 не получат ничего. Да и те, кто работает с модемами через последовательный порт с максимальной скоростью 115200 бит/с тоже вряд ли смогут насладиться высокими скоростями.
Прогноз на будущее
Преимущества нового протокола несомненны в сравнении с V.90, который многие считают аналоговым, хотя это не так. В последних двух протоколах V.90 и V.92 используется ИКМ, которая применяется при аналого-цифровом преобразовании. А это значит, что эра аналоговых протоколов передачи данных закончилась с выходом V.34. Что же можно ожидать в будущем? Будет ли продолжена разработка новых модемных протоколов для ТфОП?
Системы сотовой связи и кабельной находятся в постоянном развитии, например, переход с аналогового оборудования на цифровое, что приведет в недалеком будущем к значительному повышению скорости и качества передачи данных. А это значит, что следует ожидать протокол передачи данных у которого скорости в обе стороны будут приближены к 56 Кбит/с. Аналогичные изменения могут коснуться и факсимильных протоколов. Также возможен выпуск модифицированного протокола V.42 для сотовых сетей. Ну и наконец, повышение скорости одновременной передачи голоса и данных, то есть модернизация протокола V.70.
V.90 — выход найден?
Как же удалось в протоколе V.90 поднять скорость передачи данных до 56 Kbps? Оговоримся сразу, что удалось достичь такой скорости передачи данных только в одном направлении — от провайдера к конечному потребителю — за счет использования режима цифровой (а не аналоговой!) передачи данных. В обратном направлении данные «текут» со скоростями, не превышающими 33600 bps, поскольку они передаются в обычном аналоговом режиме с использованием протокола V.34.
По заявлению ITU-T, введение протокола V.90 позволило провайдерам Internet поднять обслуживание своих клиентов на качественно новый уровень, обеспечив почти двукратное повышение скорости передачи данных до конечного потребителя. Естественно, что за это приходится платить, причем немалую цену. Для обеспечения такого сервиса у провайдера должно быть установлено специальное оборудование, поддерживающее режим цифровой передачи данных. Как правило, это серверы доступа таких известных фирм--производителей, как Ascend, Cisco, Livingston и 3Cом, удельная стоимость которых еще до недавнего времени составляла до тысячи долларов на один канал V.90. Правда, сегодня в Украину уже поставляется оборудование с удельной ценой порта около $400, но и это, согласитесь, немало.
Поэтому, если вы, покупая модем с протоколом V.90, надеетесь соединиться со своим приятелем, у которого тоже модем с V.90, на скоростях до 56 Kbps, то ничего из этого не выйдет! В лучшем случае вы получите скорость 28800 или 31200 bps, а учитывая качество отечественных телефонных каналов связи, и того ниже. Иными словами, купив модем с протоколом V.90, в 90% случаев вы будете соединяться с такими же модемами на скоростях, оговоренных стандартом V.34.
Стандарт V.90 еще называют V.PCM (Pulse Coded Modulation) или стандарт с импульсно-кодовой модуляцией (подробнее об этом см. «Компьютерное Обозрение», #5, 1998). При этом использование данного вида модуляции не нарушает требований протокола V.34 и других морально устаревших аналоговых стандартов. Таким образом, согласно V.90 поток данных, поступающих от провайдера к конечному потребителю, не проходит фазу аналогового кодирования. Вместо этого данные кодируются по методу PCM, причем импульсы передаются на разных уровнях сигнала.
Естественно, что использование протокола V.90 накладывает очень жесткие условия на качество телефонных каналов связи и самой АТС. Причем ваша АТС и АТС провайдера должны быть цифровыми. Это требование не является чрезмерным, поскольку сейчас модемные пулы практически всех ведущих украинских провайдеров установлены на цифровых АТС.
В цифровой телефонии частота сигнала дискретизации составляет 8 kHz, а число уровней дискретизации — 256, что соответствует восьми разрядам, поэтому максимальная скорость передачи данных может составлять 64 Kbps. Откуда же взялось ограничение в 56 Кbps в протоколе V.90? Дело в том, что понижение уровня передачи данных с 64 до 56 Кbps преследовало две цели. Во-первых, уменьшить нелинейные характеристики аналогового оборудования, которое обеспечивает связь с конечным потребителем, и во-вторых, уменьшить уровень шумов и перекрестных помех между соседними телефонными каналами.
При использовании модемов и обычных телефонных линий связи обмен данными ведется на одной из стандартных скоростей — 2400, 4800, 7200, 9600, 12000, 14400, 16800, 19200, 21600, 24000, 26400, 28800, 31200 и 33600 bps. отметим, что на указанных скоростях данные могут как приниматься, так и передаваться. При использовании стандарта V.90 модемы могут принимать цифровые данные на одной из следующих скоростей — 28000, 29333, 30666, 32000, 33333, 34666, 36000, 37333, 38666, 40000, 41333, 42666, 44000, 45333, 46666, 48000, 49333, 50666, 52000, 53333, 54666, 56000 и 57333 bps. Для удовлетворения части 15 правил, принятых Федеральной комиссией по связи (FCC), ограничивающих уровни электромагнитных излучений электрических приборов, передача цифровых данных на скоростях выше 53 Kbps по обычным телефонным каналам запрещена. Поэтому даже при использовании протокола V.90 и отличного телефонного канала скорость передачи данных не превысит 53 Kbps. На практике же модемы крайне редко соединяются на скоростях, превышающих 44 Kbps.
Рисунок демонстрирующий работу модема cтандарта V.90
При тестировании протокола V.90 автору статьи удалось получить устойчивое соединение с одним из киевских провайдеров Internet на скорости 49333 bps. Правда, следует уточнить, что связь осуществлялась в пределах одной цифровой АТС.
Подытоживая все сказанное выше, можно отметить, что V.90 почти наверняка окажется самым последним протоколом передачи данных по аналого-цифровым телефонным линиям связи. По мнению самого ITU-T, дальнейшее развитие этого V.90 возможно только в рамках принятых стандартов. А это означает, что ничего принципиально нового в этой области придумать уже нельзя. Конечно, сама реализация протокола V.90 будет со временем совершенствоваться, возможно, несколько возрастут средние скорости связи (больше чем 44 Кbps), улучшится качество обработки сигнала, что позволит повысить устойчивость соединения. Но кардинального скачка скорости без перехода на новые каналы связи и методы чисто цифровой передачи сигнала в обозримом будущем уже не будет. И в заключение некоторая численная информация на тему выбора модема. Покупая новый модем, вы должны поинтересоваться, реализован ли в нем протокол V.90. Тогда, подключившись к провайдеру Internet, который поддерживает этот протокол, вы сэкономите свои деньги, поскольку в случае почасовой оплаты она останется на том же уровне, а скорость получения данных возрастает почти в два раза. В таблице приведены сравнительные скорости передачи данных для разных модемов без учета фактора качества линий связи. На практике эти значения могут отличаться в меньшую сторону на 10--20%. Принимая окончательное решение, естественно, необходимо учитывать, с АТС какого типа вам предстоит работать.
Модемы V.90: конец пути
Война модемных стандартов окончена. После года громких заявлений о высокой производительности и ожесточенной борьбы на рынке оба 56-килобитных лагеря (x2 и K56flex) пришли к принятию нового стандарта V.90. Кто же победил? В конечном счете — покупатели модемов. Им больше не придется бояться ошибиться при выборе стандарта: сегодня в большинстве случаев V.90 — единственный вариант.
Но эта победа с горьковатым привкусом. Стандарт V.90 имеет те же проблемы, что и недавно враждовавшие протоколы. Прежде всего, не ждите, что удастся устанавливать соединение действительно со скоростью 56 кбит/с. Как показали тесты, протокол V.90 по сравнению с V.34 обеспечивает лишь 50%-ное повышение производительности. А ваши результаты могут быть еще ниже, поскольку на скорость передачи данных влияют зашумленность линии, сетевой трафик и другие факторы. В «до-V.90» времена скорость, приближающаяся к 56 кбит/с, достигалась лишь при приеме данных. Когда же нужно было отослать информацию с ПК, полоса сжималась до 33,6 кбит/с или даже менее. Кроме того, не все провайдеры Internet быстро и полностью перешли на стандарт V.90; часть их точек доступа будет оставаться на базе протоколов x2 или K56flex.
Так кому же имеет смысл покупать модем стандарта V.90? Любому, кто пользуется модемом со скоростью 33,6 кбит/с и менее, регулярно подключается к Internet и имеет телефонную линию, позволяющую передавать информацию быстрее 33,6 кбит/с. Судя по всему, модем стандарта V.90 будет последним аналоговым модемом. «Теоретический предел составляет 64 кбит/с, — поясняет аналитик компании Dataquest Лайза Пелгрим. — Большого смысла в переходе от 56 к 64 кбит/с нет, поскольку необходимые для научно-исследовательских работ деньги производитель может потратить на что-нибудь другое». Свои собственные недостатки имеют и более быстрые цифровые протоколы. Так, ISDN отличается дороговизной установки и использования, а DSL и кабельные модемы требуют модернизации оборудования. В случае, когда вам нужно недорогое и широкодоступное ныне решение, наилучшим вариантом будет V.90, особенно потому, что цены на модемы сегодня низки как никогда ранее.
Однако V.90 подойдет не всем. Если ваше рабочее место или дом расположены далее 5,5 км от телефонного узла, есть вероятность, что максимально вы сможете достичь не более 33,6 кбит/с. Если ваша телефонная линия сильно зашумлена (необязательно звуковыми шумами) и модему стандарта V.34 редко удавалось соединяться со скоростью свыше 21,6 кбит/с, трудности могут возникнуть и при соединении на скоростях V.90. Дополнительные неприятности может вызвать перегруженная телефонная линия; четыре и более подключенных к одной линии устройств способны препятствовать соединению со скоростью 56 кбит/с. Если вы уже пользуетесь модемом с протоколом x2 или K56flex, то, вероятно, заботиться о модернизации не стоит: при переходе на V.90 вряд ли можно получить какое-либо повышение производительности.
Какой бы модем вы ни выбрали, можно с уверенностью утверждать, что заплатите вы за него меньше, нежели когда-либо ранее. Для начала скажем, что средняя цена рассмотренных в данном обзоре устройств менее 100 долл. Год назад средняя цена пяти лучших внутренних модемов находилась на отметке 155 долл. А самый дешевый протестированный модем — NetPacer Pro фирмы Maxtech — стоит сейчас всего 45 долл.
Все дело в скорости
Скорость модема, указанная на упаковочной коробке (обычно это 33,6 или 56 кбит/с), не всегда соответствует тому, что вы получите. Реально на нее влияют четыре фактора.
Во-первых, «прошитое» в модеме матобеспечение и драйверы. Компании, производящие модемы, иногда обновляют код контроллера (собственную операционную систему модема), после чего пользователи могут модернизировать свои устройства. Часто обновляются и драйверы — программные инструкции, используемые компьютером для общения с модемом. Как правило, чем новее код контроллера и драйверы, тем выше производительность.
Во-вторых, модемы, имеющие собственную микросхему контроллера, обеспечивают обычно более высокую производительность, поскольку им для работы не требуется центральный процессор ПК.
В-третьих, скорость зависит от примененного в модеме набора микросхем. Стандарт V.90 призван устранить различия между x2 и K56flex, однако некоторая разница остается. Если набор микросхем модема V.90 изначально предназначался для протокола x2 (как, например, набор от USR/TI), он обычно работает быстрее при соединении с модемом провайдера, также рассчитанного на x2. То же самое относится и к модемам, начавшим свою жизнь как устройства K56flex; обычно они выполнены на базе набора микросхем Rockwell. Тесты показали, что при соединении моделей x2 с x2 и K56flex с K56flex производительность повышается до 23%. Этот результат неудивителен, так как V.90 является смесью протоколов x2 и K56flex. Поставщики модемов не стали создавать для нового стандарта абсолютно новую технологию, а просто модернизировали имеющуюся.
Наконец, в-четвертых, непосредственное влияние на производительность оказывает надежность соединения. К примеру, модем, устанавливающий связь с провайдером в 90% случаев, может опередить более быстрое устройство, у которого удачными оказываются лишь 80% попыток соединения, поскольку он экономит время на ожидании и повторном наборе номера.
При выборе стоит также обратить внимание на репутацию компании-поставщика. Прокатившаяся за несколько последних лет волна закрытий и слияний фирм доказала, что даже самые именитые производители не застрахованы от острой конкуренции на модемном рынке.
В поисках скорости
Покупка у хорошо известной компании еще не гарантирует того, что вы получите наиболее производительный модем.
Как показали тесты, модемы, не имеющие контроллеров (т. е. все изделия для шины PCI и модем компании IBM), обеспечивали заметно более низкий процент удачных соединений, чем модемы, оснащенные своими собственными микросхемами контроллеров (все модели для шины ISA за исключением изделия IBM). На это есть по крайней мере две причины. Модемы без контроллеров зависят от центрального процессора ПК, которому приходится выполнять гораздо больше функций, включая управление соединением, чувствительным к временным параметрам. Если ЦП даже на мгновение отвлечется, скажем, когда вы решили загрузить таблицу Excel, — соединение может быть потеряно. Кроме того, поскольку PCI-модемы еще очень новы и у них хуже отработан код контроллера, иногда возникают сложности с соединением. Действительно, PCI-платы на некоторых задачах более производительны, особенно при пересылке и приеме хорошо сжимаемых данных, например графических и текстовых файлов. Однако остановив свой выбор на одном из этих новых модемов без контроллеров, вы идете на некоторый риск повышения сбоев при соединении, поэтому при покупке убедитесь, что в случае неудачи вам гарантируют возврат денег.
Как правило, модемы работают лучше всего при соединении с провайдером тогда, когда его модем основан на том же наборе микросхем. Например, модемы на базе микросхем Rockwell функционировали несколько лучше с «провайдерским» модемом Ascend, также выполненным на кристалле Rockwell. Впрочем, большинство рядовых пользователей вряд ли заметят разницу в скорости, зафиксированную нами при соединениях изделий на микросхемах одного производителя, и кроме того, вы все равно не сможете определить, установлен ли у вашего провайдера именно тот модем, который вам нужен. На общую производительность может повлиять и версия прошитого в модеме матобеспечения. Поскольку производители часто обновляют ПО для прошивки, производительность модема со временем может изменяться.
Модернизация
Большинство новых модемов модернизируются программно. Таким образом, вы сможете воспользоваться будущими версиями протокола V.90, в которых могут быть исправлены найденные ошибки и даже добавлены некоторые функции. Чаще всего фирмы снабжают свои изделия инструкциями о том, как их модернизировать или где найти необходимые средства на Web-узле поставщика.
У вас V.90 есть, а у провайдера. Нет смысла устраивать вечеринку, если на нее никто не придет. Подобная аналогия применима в случае, когда вы приобретаете модем с протоколом V.90, а ваш провайдер услуг Internet не поддерживает этот стандарт. Мы побеседовали с представителями наиболее крупных провайдеров США: большинство из них заявили о планах полной поддержки V.90 в первом квартале 1999 г. Впрочем, в других географических областях внедрение V.90 может быть не столь стремительным.
Итак, вы можете соединиться по протоколу V.90 при небольшом трафике, а если он более напряженный, то по x2, K56flex или даже V.34.
Теоретически следует приобретать модем, выполненный на базе той же микросхемы, которая используется в модемах провайдера. К сожалению, сделать это не так просто. Прежде всего, сложно получить необходимую информацию у самого провайдера. И даже если вам удастся найти нужных технических специалистов, они не всегда смогут дать вам конкретный ответ. Провайдер может использовать сеть стороннего поставщика до тех пор, пока число пользователей в городе не достигнет критической массы, и только тогда перейти на свою собственную систему, что способно повлечь за собой смену серверных модемов. Кроме того, в одном регионе провайдер может использовать модемы одного типа, а в другом — другого. Наконец, если вы даже и выясните марку серверного модема, провайдеру ничто не мешает заменить его уже после того, как вы приобретете соответствующий ему. Учитывая сказанное выше, имеет смысл предпочесть модем, хорошо работающий с протоколами x2 и K56flex.
Впрочем, несмотря на все трудности и несовместимости, провайдеры внедряют протокол V.90 весьма энергично.
Злоключения с модернизацией
У вас есть модем стандарта x2 или K56flex, и вы готовы модернизировать его до V.90. Каковы же будут ваши действия? Основная масса производителей модемов x2 и K56flex предлагают своим клиентам бесплатные обновления флэш-ПЗУ. Для их получения нужно посетить Web-узел фирмы-поставщика модема или обратиться в службу технической поддержки. В большинстве случаев вы можете переписать с Web-узла файл, который сделает ваш модем таким же функциональным, как и новое изделие стандарта V.90
www.ronl.ru
3
Содержание
Введение
1 История развития протоколов передачи данных
2 Развитие протоколов передачи данных
3 Основные протоколы передачи данных. Стеки протоколов. Привязка
4 Модель ISO/OSI
5 Уровни модели ISO/OSI
Заключение
Список использованных источников
Приложение
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра Строительного материаловедения и технологий
Курсовая работа
Информатика
Теоретические основы информатики
КР-2069823-270800-21-12
Выполнил: Л.Е. Каурцева
студент гр. ПГС-12
Руководитель: А.М. Даминова
к.т.н., доцент
Братск 2012
Содержание
Введение 4
1 История развития протоколов передачи данных 5
2 Развитие протоколов передачи данных 7
3 Основные протоколы передачи данных. Стеки протоколов. Привязка 13
3.1 TCP/IP 14
3.2 IPX/SPX 15
3.3 NetBIOS/SMB 15
3.4 HTTP 16
3.5 FTP 17
3.6 РОРЗ и SMTP 17
3.7 IMAP 18
3.8 SLIP 18
3.9 РРР 18
3.10 Х.25 19
3.11 Frame Relay 19
3.12 AppleTalk 19
4 Модель ISO/OSI 21
5 Уровни модели ISO/OSI 23
5.1 Физический уровень 23
5.2 Канальный уровень 24
5.3 Сетевой уровень 24
5.4 Транспортный уровень 25
5.5 Сеансовый уровень 25
5.6 Уровень представления данных 25
5.7 Прикладной уровень 26
Заключение 27
Список использованных источников 28
Приложение 29
Благодаря возникновению и развитию сетей передачи данных появился новый, высокоэффективный способ взаимодействия между людьми. Первоначально сети использовались главным образом для научных исследований, но затем они стали проникать буквально во все области человеческой деятельности. При этом большинство сетей существовало совершенно независимо друг от друга, решая конкретные задачи для конкретных групп пользователей. В соответствии с этими задачами выбирались те или иные сетевые технологии и аппаратное обеспечение. Построить универсальную физическую сеть мирового масштаба из однотипной аппаратуры просто невозможно, поскольку такая сеть не могла бы удовлетворять потребности всех ее потенциальных пользователей. Одним нужна высокоскоростная сеть для соединения машин в пределах здания, а другим - надежные коммуникации между компьютерами, разнесенными на сотни километров. Тогда возникла идея объединить множество физических сетей в единую глобальную сеть, в которой использовались бы как соединения на физическом уровне, так и новый набор специальных "соглашений" или протоколов. Эта технология, получившая название internet, должна была позволить компьютерам "общаться" друг с другом независимо от того, к какой сети и каким образом они подсоединены.
Осознав важность идеи internet, несколько правительственных организаций в США стали работать над ее реализацией. И наибольшего успеха в этом добилось агентство Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), создавшее стек протоколов TCP/IP. Возникший в конце 60-х гг. как проект объединения сетей нескольких крупных исследовательских организаций, в наше время TCP/IP стал одним из наиболее популярных протоколов сетевого взаимодействия и стандартом de facto для реализации глобальных сетевых соединений. Сеть Internet - это одна из реализаций технологии internet, которая объединяет около 10 млн. компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов TCP/IP.
Серия протоколов TCP/IP - яркий пример открытой системы в том смысле, что, в отличие от протоколов, используемых в коммуникационных системах разных поставщиков, все спецификации этого стека протоколов и многие из его реализаций общедоступны (предоставляются бесплатно или за символическую цену). Это позволяет любому разработчику создавать свое программное обеспечение, необходимое для взаимодействия по Internet. TCP/IP привлекает своей масштабируемостью, предоставляя одинаковые возможности глобальным и локальным сетям.
С каждым годом растет количество передаваемой информации, ширится сеть Интернет, растут предоставляемые услуги по использованию средств связи, появляются новые технологии, а что же происходит в России с ее огромными просторами и, доставшейся в наследство от СССР, устаревшей инфраструктурой кабельных сетей и связного оборудования (таблица 1). Рассмотрим историю возникновения протоколов передачи данных на примере сетей и модемов (диаграмма 1).
Год утверждения | Скорость ППД Международного союза электросвязи (бит/с) | Скорость фирменных ППД (бит/с) | Общая средняя скорость (бит/с) |
1964 | 1200 | 9600 | 5400 |
1973 | 2400 | 9600 | 6000 |
1979 | 2400 | 16800 | 9600 |
1980 | 4800 | 21600 | 13200 |
1984 | 4800 | 10800 | 7800 |
1988 | 9600 | 14400 | 12000 |
1991 | 14400 | 21600 | 18000 |
1993 | 14400 | 19200 | 16800 |
1995 | 14400 | 23000 | 18700 |
1997 | 33600 | 28800 | 31200 |
1999 | 56700 | 59700 | 58200 |
2001 | 57700 | 61000 | 59350 |
Таблица 1- Общая средняя скорость протоколов передачи данных 1964-2001 гг
Рисунок 1- Средняя скорость протоколов передачи данных
В 1993 для передачи информации использовались различные сети. Это Телефонная сеть общего пользования (ТфОП), Цифровая сеть делового обслуживания (ЦСДО) Искра-2, выделенные аналоговые каналы. В то время в качестве аппаратуры передачи данных использовались обычные 2-проводные модемы ничем не отличаемые от тех, которые можно было приобрести на рынке, например, Discovery 2400 CM/D. Этот модем поддерживал протокол передачи V.22 bis ,созданный в 1957 году, и протокол сжатия MNP-5 и протокол коррекции ошибок MNP-4. Восемь лет назад эта был неплохой модем и было бы также неплохо, если бы он работал на максимальной скорости, но, к сожалению, дела обстояли не очень хорошо. Соединение часто рвалось, качество передаваемой информации было низко, да и скорость не всегда соответствовала максимальной. В чем же были причины этого, прежде всего, конечно, в каналах связи и самое главное в прямых проводах, которые шли от АТС (автоматическая телефонная станция) или МТС (междугородняя телефонная станция) до пользователя.
Спустя некоторое время после выхода протокола V.32 bis в нашей стране появились модемы, обеспечивающие максимальную скорость 14400 бит/с. Были приобретены модемы поддерживающие данный протокол. Это были Unicom 1414 VQE, USRobotics, ZyXEL. Кроме этого протокола последние содержали и фирменные, такие как HST и ZyX. Перечисленные выше модемы позволяли работать со скоростями до 14400 – 16800 бит/с, но в реальности скорость передачи данных редко превышала 4800 – 9600 бит/с.
Как видно из таблицы 2, первые протоколы имели низкую скорость передачи данных, что обуславливалось, тем, что в пору их создания, существующие телефонные сети обладали рядом характеристик, которые не позволяли передавать по ним информацию с большей скоростью [3].
Таблица 2 - Протоколы передачи данных Международного союза электросвязи
Стандарт | Год утверждения | Максимальная скорость, бит/с | Дуплекс/ полудуплекс | Коммутируемые/ выделенные | Тип модуляции |
V.21 | 1964/1984 | 200/300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK |
V.22 | 1980/1988 | 1200 | FDX(FDM) | PSTN | DPSK |
V.22 bis | 1984/1988 | 2400 | FDX(FDM) | PSTN | QAM |
V.23 | 1964/1988 | 1200 | HDX | PSTN | FSK |
V.26 | 1968/1984 | 2400 | HDX | Private | DPSK |
V.26 bis | 1972/1984 | 2400 | HDX | PSTN | DPSK |
V.26 ter | 1984/1988 | 2400 | FDX(EC) | PSTN | DPSK |
V.27 | 1972/1984 | 4800 | HDX | Private | DPSK |
V.27 bis | 1976/1984 | 4800 | HDX | Private | DPSK |
V.27 ter | 1976/1984 | 4800 | HDX | PSTN | DPSK |
V.29 | 1976/1988 | 9600 | HDX | Private | QAM |
V.32 | 1984/1988 | 9600 | FDX(EC) | PSTN | QAM/TCM |
V.33 | 1985/1988 | 14400 | FDX | Private | TCM |
V.17 | 1991 | 14400 | FDX(EC) | PSTN | TCM |
V.32 bis | 1991 | 14400 | FDX(EC) | PSTN | TCM |
V.34 | 1996 | 33600 | FDX | PSTN | QAM |
V.90 | 1998 | 56700/33600 | FDX | PSTN | PCM/QAM |
V.92 | 2000 | 56700/48000 | FDX | PSTN | PCM |
Оборудование, используемое на сетях связи, в большинстве своем было аналоговое, что вносило следующие негативные характеристики:
В связи с перечисленным выше первые протоколы разрабатывались для ограниченной полосы частот, на которой такие мешающие факторы, как ГВП и сужение полосы пропускания, не оказывали значительного влияния. В качестве вида модуляции использовалась частотная и фазоразностная. В качестве протоколов использующих этот вид модуляции можно привести V.21 - V.27, а также протоколы AT&T, приведенные в таблице 2. Так как на выделенных каналах не используется коммутация, то и качество передаваемой информации на них значительно превосходит коммутируемую сеть, так и появился протокол V.29, который использует квадратурную амплитудную модуляцию и большую, нежели низшие протоколы полосу частот.
Время шло, шло развитие коммутационного и каналообразующего оборудование, а также развитие микропроцессоров, как следствие улучшаются характеристики каналов связи, а значит, появляется возможность создания более высокоскоростных модемов (таблица 3). [1]
Таблица 3 - Протоколы передачи данных AT&T
Стандарт | Максимальная скорость, бит/с | Дуплекс/ полудуплекс | Коммутируемые/ выделенные | Тип модуляции |
Bell 103J | 300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK |
Bell 108 | 300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK |
Bell 113 | 300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK |
Bell202 | 1200 | FDX(FDM) | Private | DPSK |
Bell212A | 1200 | FDX(FDM) | PSTN | DPSK |
Bell 201 | 2400 | HDX | PSTN | DPSK |
Bell 208 | 4800 | HDX | Private | QAM |
Но замена каналообразующего оборудования происходила не в один момент, и поэтому выпуск более скоростных протоколов, таких как V.33 для выделенных каналов и V.32, V.32 bis для ТфОП, был нацелен все еще на то, чтобы использовать не всю возможную полосу частот каналов ТЧ, а только ее часть – от 600 до 3000 Гц [2]. Этим страдали и другие фирменные протоколы:
Исключение составляли лишь полудуплексные протоколы семейства PEP разработаны фирмой Telebit и реализованы в модемах фирмы серий TrailBlazer (PEP) и WorldBlazer (TurboPEP), начиная с 1985 года, которые в 1988 году достигли скорости 19200 бит/с, а в последствии и 23000 бит/с (таблица 4). [2]
Таблица 4 - Фирменные протоколы передачи данных
Стандарт | Год утверждения | Максимальная скорость, бит/с | Дуплекс/ полудуплекс | Коммутируемые/ выделенные | Тип модуляции |
CSP | 1991 | 9600 | FDX(EC) | PSTN | QAM/TCM |
Express96 | 1987 | 9600 | FDX(EC) | PSTN | QAM/TCM |
V.32 ter | 1993 | 19200/16800 | FDX(EC) | PSTN | TCM |
V.32 ter/ASL | 21600 | FDX(EC) | PSTN | TCM | |
ZyX | 19200/16800 | FDX(EC) | PSTN | TCM | |
HST | 1992 | 16800/14400 | FDX | PSTN | TCM |
HST/ASL | 21600 | FDX | PSTN | TCM | |
PEP | 1988 | 19200 | HDX | PSTN | QAM |
TurboPEP | 23000 | HDX | PSTN | TCM | |
V.fast | 1994 | 28800 | FDX | PSTN | TCM |
X2 | 1997 | 56700/33600 | FDX | PSTN | PCM/QAM |
K56Flex | 1997 | 56700/33600 | FDX | PSTN | PCM/QAM |
referat911.ru
