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

Как уже говорилось в п. 2.1, модемы могут быть синхронными,

асинхронными и синхронно-асинхронными.

Модемы, работающие только в асинхронном режиме, обычно поддерживают

низкую скорость передачи данных — до 1200 бит/с. Так, модемы, работающие по

стандарту V.23, могут обеспечивать скорость 1200 бит/с на 4-проводной

выделенной линии в дуплексном асинхронном режиме, а по стандарту V.21 — на

скорости 300 бит/с по 2-проводной выделенной линии также в дуплексном

асинхронном режиме. Дуплексный режим на 2-проводном окончании

обеспечивается частотным разделением канала. Асинхронные модемы

представляют наиболее дешевый вид модемов, так как им не требуются

высокоточные схемы синхронизации сигналов на кварцевых генераторах. Кроме

того, асинхронный режим работы неприхотлив к качеству линии.

Модемы, работающие только в синхронном режиме, могут подключаться

только к 4-проводиому окончанию. Синхронные модемы используют для выделения

сигнала высокоточные схемы синхронизации и поэтому обычно значительно

дороже асинхронных модемов. Кроме того, синхронный режим работы предъявляет

высокие требования к качеству линии.

Для выделенного канала тональной частоты с 4-проводным окончанием

разработано достаточно много стандартов серии V. Все они поддерживают

дуплексный режим:

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

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

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

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

Для выделенного широкополосного какала 60-108 кГц существуют три

стандарта:

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

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

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

Коррекция ошибок в синхронном режиме работы обычно реализуется по

протоколу HDLC, но допустимы и устаревшие протоколы SDLC и BSC компании

IBM. Модемы стандартов V.35, V.36 и V.37 используют для связи с DTE

интерфейс V.35.

Модемы, работающие в асинхронном и синхронном режимах, являются

наиболее универсальными устройствами. Чаще всего они могут работать как по

выделенным, так и по коммутируемым каналам, обеспечивая дуплексный режим

работы. На выделенных каналах они поддерживают в основном 2-проводное

окончание и гораздо реже — 4-проводное.

Для асинхронно-синхронных модемов разработан ряд стандартов серии V:

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

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

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

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

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

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

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

Стандарт V.34, принятый летом 1994 года, знаменует новый подход к

передаче данных по каналу тональной частоты. Этот стандарт разрабатывался

CCITT довольно долго — с 1990 года. Большой вклад в его разработку внесла

компания Motorola, которая является одним из признанных лидеров этой

отрасли. Стандарт V.34 разрабатывался для передачи информации по каналам

практически любого качества. Особенностью стандарта являются процедуры

динамической адаптации к изменениям характеристик канала во время обмена

информацией. Адаптация осуществляется в ходе сеанса связи — без прекращения

и без разрыва установленного соединения.

Основное отличие V.34 от предшествующих стандартов заключается в том,

что в нем определено 10 процедур, по которым модем после тестирования линии

выбирает свои основные параметры: несущую и полосу пропускания (выбор

проводится из 11 комбинаций), фильтры передатчика, оптимальный уровень

передачи и другие. Первоначальное соединение модемов проводится по

стандарту V.21 на минимальной скорости 300 бит/с, что позволяет работать на

самых плохих линиях. Для кодирования данных используются избыточные коды

квадратурной амплитудной модуляции QAM. Применение адаптивных процедур

сразу позволило поднять скорость передачи данных более чем в 2 раза по

сравнению с предыдущим стандартом — V.32 bis.

Принципы адаптивной настройки к параметрам линии были развиты в

стандарте V.34+, который является усовершенствованным вариантом стандарта

V.34. Стандарт V.34+ позволил несколько повысить скорость передачи данных

за счет усовершенствования метода кодирования. Один передаваемый кодовый

символ несет в новом стандарте в среднем не 8,4 бита, как в протоколе V.34,

a 9,8. При максимальной скорости передачи кодовых символов в 3429 бод (это

ограничение преодолеть нельзя, так как оно определяется полосой пропускания

канала тональной частоты) усовершенствованный метод кодирования дает

скорость передачи данных в 33,6 Кбит/с (3429 х 9,8 - 33604). Правда,

специалисты отмечают, что даже в Америке только 30 % телефонных линий

смогут обеспечить такой низкий уровень помех, чтобы модемы V.34+ смогли

работать на максимальной скорости. Тем не менее модемы стандарта V.34+

имеют преимущества по сравнению с модемами V.34 даже на зашумленных линиях

— они лучше «держат» связь, чем модемы V.34.

Протоколы V.34 и V.34+ позволяют работать на 2-проводной выделенной

линии в дуплексном режиме. Дуплексный режим передачи в стандартах V.32,

V.34, V.34+ обеспечивается не с помощью частотного разделения канала, а с

помощью одновременной передачи данных в обоих направлениях. Принимаемый

сигнал определяется вычитанием с помощью сигнальных процессоров (DSP)

передаваемого сигнала из общего сигнала в канале. Для этой операции

используются также процедуры эхо-подавления, так как передаваемый сигнал,

отражаясь от ближнего и дальнего концов канала, вносит искажения в общий

сигнал (метод передачи данных, описанный в проекте стандарта 802.3ab,

определяющего работу технологии Gigabit Ethernet на витой паре категории 5,

взял многое из стандартов V.32-V.34+).

На высокой скорости модемы V.32-V.34+ фактически всегда используют в

канале связи синхронный режим. При этом они могут работать с DTE как по

асинхронному интерфейсу, так и по синхронному. В первом случае модем

преобразует асинхронные данные в синхронные.

Модемы для работы на выделенных цифровых каналах

Цифровые выделенные линии образуются путем постоянной коммутации в

первичных сетях, построенных на базе коммутационной аппаратуры, работающей

на принципах разделения канала во времени — TDM, описанного в главе 2.

Существуют два поколения технологий цифровых первичных сетей — технология

плеэио-хронной («плезио» означает «почти», то есть почти синхронной)

цифровой иерархии (Plesiochronic Digital Hierarchy, PDH) и более поздняя

технология — синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy,

SDH). В Америке технологии SDH соответствует стандарт SONET.

Цифровая аппаратура мультиплексирования и коммутации была разработана в

конце 60-х годов компанией AT&T для решения проблемы связи крупных

коммутаторов телефонных сетей между собой. Каналы с частотным уплотнением,

применяемые до этого на участках АТС-АТС, исчерпали свои возможности по

организации высокоскоростной многоканальной связи по одному кабелю. В

технологии FDM для одновременной передачи данных 12 или 60 абонентских

каналов использовалась витая пара, а для повышения скорости связи

приходилось прокладывать кабели с большим количеством пар проводов или

более дорогие коаксиальные кабели. Кроме того, метод частотного уплотнения

высоко чувствителен к различного рода помехам, которые всегда присутствуют

в территориальных кабелях, да и высокочастотная несущая речи сама создает

помехи в приемной аппаратуре, будучи плохо отфильтрована.

Для решения этой задачи была разработана аппаратура Т1, которая

позволяла в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать

(на постоянной основе) данные 24 абонентов. Так как абоненты по-прежнему

пользовались обычными телефонными аппаратами, то есть передача голоса шла в

аналоговой форме, то мультиплексоры Т1 сами осуществляли оцифровывание

голоса с частотой 8000 Гц и кодировали голос с помощью импульсно-кодовой

модуляции (Pulse Code Modulation, PCM). В результате каждый абонентский

канал образовывал цифровой поток данных 64 Кбит/с. Для соединения

магистральных АТС каналы Т1 представляли собой слишком слабые средства

мультиплексирования, поэтому в технологии была реализована идея образования

каналов с иерархией скоростей. Четыре канала типа Т1 объединяются в канал

следующего уровня цифровой иерархии — Т2, передающий данные со скоростью

6,312 Мбит/с, а семь каналов Т2 дают при объединении канал Т3, передающий

данные со скоростью 44,736 Мбит/с. Аппаратура Т1, Т2 и Т3 может

взаимодействовать между собой, образуя иерархическую сеть с магистральными

и периферийными каналами трех уровней скоростей.

С середины 70-х годов выделенные каналы, построенные на аппаратуре Т1,

стали сдаваться телефонными компаниями в аренду на коммерческих условиях,

перестав быть внутренней технологией этих компаний. Сети Т1, а также более

скоростные сети Т2 и Т3 позволяют передавать не только голос, но и любые

данные, представленные в цифровой форме, — компьютерные данные,

телевизионное изображение, факсы и т. п.

Технология цифровой иерархии была позже стандартизована CCITT. При этом

в нее были внесены некоторые изменения, что привело к несовместимости

американской и международной версий цифровых сетей. Американская версия

распространена сегодня кроме США также в Канаде и Японии (с некоторыми

различиями), а в Европе применяется международный стандарт. Аналогом

каналов Т в международном стандарте являются иналы типа E1, E2 и ЕЗ с

другими скоростями — соответственно 2,048 Мбит/с, 8,488 Мбит/с и 34,368

Мбит/с. Американский вариант технологии также был стандартизован ANSI.

Физический уровень технологии PDH поддерживает различные виды кабелей:

витую пару, коаксиальный кабель и волоконно-оптический кабель. Основным

вариантом абонентского доступа к каналам Т1/Е1 является кабель из двух

витых пар с разъемами RJ-48. Две пары требуются для организации дуплексного

режима передачи данных со скоростью 1,544/2,048 Мбит/с. Для представления

сигналов используется: в каналах Т1 биполярный потенциальный код B8ZS, в

каналах El-биполярный потенциальный код HDB3. Для усиления сигнала на

линиях Т1 через каждые 1800 м (одна миля) устанавливаются регенераторы и

аппаратура контроля линии.

Коаксиальный кабель благодаря своей широкой полосе пропускания

поддерживает канал Т2/Е2 или 4 канала Т1/Е1. Для работы каналов Т3/Е3

обычно используется либо коаксиальный кабель, либо волоконно-оптический

кабель, либо каналы СВЧ.

Таким образом, модемы, предназначенные для работы в цифровых выделенных

линиях, принадлежат к следующим классам:

38. модемы для 4-х проводных медных линий;

39. модемы для оптоволоконных линий;

40. модемы для радиоканалов (радио-модем, сотовый модем);

41. кабельные модемы (используют коаксиальный кабель).

Более подробно они будут рассмотрены ниже.

2.2.2 Модемы для коммутируемых каналов

Выделенные линии представляют собой наиболее надежное средство

соединения локальных сетей через глобальные каналы связи, так как вся

пропускная способность такой линии всегда находится в распоряжении

взаимодействующих сетей. Однако это и наиболее дорогой вид глобальных

связей — при наличии N удаленных локальных сетей, которые интенсивно

обмениваются данными друг с другом, нужно иметь Nx(N–1)/2 выделенных линий.

Для снижения стоимости глобального транспорта применяют динамически

коммутируемые каналы, стоимость которых разделяется между многими

абонентами этих каналов.

Наиболее дешевыми оказываются услуги телефонных сетей, так как их

коммутаторы оплачиваются большим количеством абонентов, пользующихся

телефонными услугами, а не только абонентами, которые объединяют свои

локальные сети. Телефонные сети делятся на аналоговые и цифровые в

зависимости от способа мультиплексирования абонентских и магистральных

каналов. Более точно, цифровыми называются сети, в которых на абонентских

окончаниях информация представлена в цифровом виде и в которых используются

цифровые методы мультиплексирования и коммутации, а аналоговыми — сети,

которые принимают данные от абонентов аналоговой формы, то есть от

классических аналоговых телефонных аппаратов, а мультиплексирование и

коммутацию осуществляют как аналоговыми методами, так и цифровыми. В

последние годы происходил достаточно интенсивный процесс замены

коммутаторов телефонных сетей на цифровые коммутаторы, которые работают на

основе технологии TDM. Однако такая сеть по-прежнему останется аналоговой

телефонной сетью, даже если все коммутаторы будут работать по технологии

TDM, обрабатывая данные в цифровой форме, если абонентские окончания у нее

останутся аналоговыми, а аналого-цифровое преобразование выполняется на

ближней к абоненту АТС сети. Новая технология модемов V.90 смогла

использовать факт существования большого количества сетей, в которых

основная часть коммутаторов являются цифровыми.

Пока географическая распространенность аналоговых сетей значительно

превосходит распространенность цифровых, особенно в нашей стране, но это

отставание с каждым годом сокращается.

Модемы для работы на коммутируемых аналоговых линиях

Для передачи данных по аналоговым коммутируемым телефонным каналам

используются модемы, которые:

42. поддерживают процедуру автовызова абонента;

43. работают по 2-проводному окончанию, так как в телефонных сетях для

коммутируемых каналов предусмотрено именно это окончание.

Чаще всего сегодня для коммутируемых каналов используются те же модели

модемов, что и для выделенных, так как последние стандарты определяют два

режима работы — по выделенным каналам и по коммутируемым. Естественно,

такие комбинированные модели дороже моделей, поддерживающих только один

режим работы — по коммутируемым каналам.

Для передачи данных по коммутируемым каналам CCITT разработал ряд

основных стандартов, определяющих скорость и метод кодирования сигналов.

Стандарты первой группы являются основными и состоят из следующих

спецификаций:

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

45. V.22 – дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на скорости

1,2 Кбит/с;

46. V.22 bis – дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на

скоростях 1,2 и 2,4 Кбит/с;

47. V.26 ter – дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на

скоростях 1,2 и 2,4 Кбит/с;

48. V.32 – дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на скоростях

4,8 и 9,6 Кбит/с;

49. V.32 bis – дуплексная асинхронная/синхронная передача на скорости до

14,4 Кбит/с;

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

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

На практике сегодня в основном применяют модемы, поддерживающие

стандарт V.34+, которые могут адаптироваться к качеству линии.

Для реализации функций автовызова современные модемы поддерживают

несколько способов. При работе с модемом по асинхронному интерфейсу обычно

используется система команд, предложенная компанией Hayes для своей модели

Smartmodem в начале 80-х годов. Каждая команда состоит из набора обычных

символов, передаваемых модему в старт-стопном режиме. Например, для

указания набора номера в импульсном режиме необходимо послать модему

команду ATDP. Это можно сделать даже вручную, если модем подключен к

обычному алфавитно-цифровому терминалу через интерфейс RS-232C.

Для синхронных интерфейсов между модемом и DTE используются два

стандарта автонабора номера: V.25 и V.25bls. Стандарт V.25 требует, чтобы,

помимо основного интерфейса для передачи данных, модем соединялся с DTE

отдельным интерфейсом V.25/RS-366 на специальном 25-контактном разъеме. В

стандарте V.25 bis для передачи команд автовызова предусмотрен тот же

разъем, что и в основном интерфейсе, то есть RS-232C. Интерфейсы V.25 и

V.25 bis могут работать не только в синхронном режиме с DTE, но и в

асинхронном, но в основном характерны для синхронных интерфейсов, так как в

асинхронном режиме для автовызова чаще используются Hayes-команды.

Для модемов, работающих с DTE по асинхронному интерфейсу, комитет CCITT

разработал протокол коррекции ошибок V.42. До его принятия в модемах,

работающих по асинхронному интерфейсу, коррекция ошибок обычно выполнялась

по протоколам фирмы Microcom, еще одного лидера в области модемных

технологий. Эта компания реализовала в своих модемах несколько различных

процедур коррекции ошибок, назвав их протоколами MNP (Microcom Networking

Protocol) классов 2-4.

В стандарте V.42 основным является другой протокол — протокол LAP-M

(Uric Access Protocol for Modems). Однако стандарт V.42 поддерживает и

процедуры MNP 2-4, поэтому модемы, соответствующие рекомендации V.42,

позволяют устанавливать свободную от ошибок связь с любым модемом,

поддерживающим этот стандарт, а также с любым MNP-совместимым модемом.

Протокол LAP-M принадлежит семейству HDLC и в основном работает так же, как

и другие протоколы этого семейства — с установлением соединения,

кадрированием данных, нумерацией кадров и восстановлением кадров с

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11