Протоколы связи

Протоколы связи

Сообщение Sliver » 05 май 2009 09:57

Протоколы связи, которые всегда реализованы в модеме на аппаратном уровне, определяют самое важное - скорость передачи и метод модуляции аналогового сигнала цифровым. Модем, который не соблюдает какой-либо из этих протоколов, просто не сможет связаться ни с каким другим модемом. В настоящее время самые распространённые протоколы связи определяются рекомендациями МККТТ(Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии). Вот основные из этихи стандартов:
V.21 Очень древний стандарт для скорости 300bps.

V.22 Тоже древность, скорость до 1200bps.

V.22bis Включает в себя V.22, но поддерживает скорость до 2400bps.

V.32 Обеспечивает скорость до 9600bps. Поддерживается большинством выпускаемых сейчас модемов.

V.32bis Усовершенствованный V.32, предусматривающий скорость до 14400bps. До недавнего времени это был самый последний скоростной протокол, который являлся промышленным стандартом. Если говорилось, что модем работает на скоростях до 14400, то подразумевалось, что он использует именно этот протокол для работы. Протокол хорош при работе на хороших и средних линиях, но если Вам не повезло, и нет возможности поменять номер (АТС, место жительства, страну проживания), то при работе на V.32bis могут быть проблемы.
В частности, он очень неустойчив, если на линии периодически возникает треск или имеется тихий, но сплошной шум. В случае шума протокол просто не даст вам скорости, обеспечивая каких-нибудь 200-300 cps (символов в секунду) при работе на любой скорости от 4800 до 14400 вместо положенных 1600 на 14400.
В случае же тресков он имеет довольно большую вероятность просто слететь с линии по причине невозможности выполнить пересогласование контуров приёма-передачи (retrain). Кроме того, есть ряд линий, где V.32bis не работает вообще. Достаточно распространенное кое-где мнение о том, что скоростные
протоколы на наших плохих линиях, практически, неработоспособны, связано именно с этими проблемами V.32bis.

V.34 Разработан в 1994г. Расчитан на скорости до 28800bps. Пока не был официально утверждён под именем V.34, производители модемов, опережая события, выпускали устройства на 28800bps, совместимые с
ещё не существующим стандартом (который тогда называли условно V.fast или V.fc). V.34 пришёл на смену давно устаревшему промышленному стандарту V.32bis. В отличие от последнего, реализующего скорости от 4800 до 14400 bps, протокол V.34 позволяет работать на тех же самых линиях со скоростями 2400-28800, то есть, в два раза быстрее, отличаясь при этом не меньшей, а большей надёжностью и устойчивостью к возмущениям на линии. Такие особенности, как встроенный (заложенный в спецификацию протокола) аналог ASL (tm) by USRobotics, дают возможность получить на конкретной линии всё то, что только возможно. А возможность компрессии данных с помощью протокола V.42bis даёт производительность до 10000 символов в секунду (примерно 5 печатных листов).

ASL (tm) (Adaptive Speed Leveling) - это запатентованное фирмой USRobotics расширение протокола V.32bis, направленное на повышение производительности работы в условиях изменяющегося качества линии. Помимо таких стандартных средств, как fall-back и fall-forward (то есть, автоматического понижения и
повышения скорости связи при изменении состояния линии; кстати, модемы серии Sportster умеют только снижать скорость, но не повышать ее) ASL включает в себя такие возможности, как Quick Connect (QC), Quick Retrain (QR) и независимую подстройку скоростей в каналах приема-передачи.
QC и QR обеспечивают установление связи между двумя модемами за 5 секунд в отличие от 12-15 при обычной процедуре коннекта. Если сам коннект (собственно, установление соединения после дозвона) ещё можно подождать, то особенно заметно неудобство протокола V.32bis при наличии периодических шумов в линии, вызывающих частые или постоянные ретрейны. В этом случае разница по длительности в 8 или 2 секунды соответственно без и с ASL при многократном повторении становится уже заметной и потеря времени на ретрейны способна значительно снизить суммарную производительность передачи данных.
Hезависимая подстройка скоростей в каналах приема-передачи - вторая основная особенность технологии ASL. Большинство телефонных линий несимметричны по качеству. В частности, бывает так, что в одном направлении
модем способен работать на 14400, а в другом - только на 4800. Все модемы в такой ситуации свяжутся на минимально возможной, а именно 4800. Исключением является модемы серии Courier with ASL: они в такой ситуации допускают работу на разных скоростях в разных направлениях: 14400 в одном и 4800 в другом.
Если направление с лучшим качеством совпадает с основным потоком передаваемых данных, то Вы получаете значительное сокращение времени передачи. Если добавить к вышесказанному ещё и способность в процессе связи подстраивать скорости также независимо при изменении условий как в худшую, так и в лучшую
стороны, то очевидно, что ASL стоит того, чтобы платить за нее дополнительные деньги: как и HST, ASL присутствует только в моделях серии Courier. В моделях серии Sportster ASL, как и HST, нет.

V.fast/V.FC(fast class) - Фирменный протокол фирмы Rockwell, поддерживающий скорости 14400-28800. Благодаря наличию специализированного модемного набора микросхем для V.FC многие фирмы давно уже выпускают модемы с поддержкой V.FC или производят апгрейд своей продукции путём замены чипсета на плате модема. V.FC поддержан в модели USR с целью совместимости с миллионным парком модемов V.FC в мире, поскольку при наличии V.34 целесообразно работать именно на нём. Теперь это
общепринятое название стандарта на дуплексные модемы для 2-проводных коммутируемых и выделенных линий со скоростью более 19.2 Кбит/с. Многие модемы с фирменными протоколами на скорости равные или больше 19.2 Кбит/с. также называются V.fast модемами.

V.34bis Развитие V.34. Скорость работы - 33600 bps.

Некоторые фирмы-производители модемов сочли стандарты МККТТ недостаточно хорошими и разработали свои фирменные протоколы связи, которые нередко выигрывают в сравнении со стандартами МККТТ по устойчивости, помехозащищённости, приспосабливаемости к линии, однако главный их недостаток - то, что с ними могут работать только модемы данной фирмы и для связи нужно, чтобы на обоих концах линии были совместимые модемы. Самые популярные из фирменных протоколов:

ZyX (фирмы ZyXEL) является простым расширением V.32bis до 19200, как и V.32terbo.

V.32terbo Протокол фирмы AT&T, являющийся фирменным расширением стандарта V.32bis. Допускает работу на скоростях 4800-19200. V.32terbo, как и протокол ZyX фирмы ZyXEL, является расширением стандарта V.32bis, только в другом направлении. Благодаря тому, что AT&T не спрятали спецификацию протокола,
как это сделал ZyXEL, а сделали её публичным достоянием, на сегодня на рынке много модемов разных производителей, имеющих протокол V.32terbo. Если не считать новых стандартов V.34 и V.FC, то V.32terbo является наиболее скоростным из всех протоколов, на котором обеспечивается совместимость модемов
разных производителей. Корпорация USRobotics развила этот протокол ещё дальше, и при работе с себе подобными модемы серии Courier позволяют работать на V.32terbo со скоростью до 21600 bps.

PEP (фирмы Telebit).

HST (High Speed Technology) - это фирменный протокол, разработанный фирмой USRobotics специально для обеспечения высокой скорости и надёжности при работе на самых плохих телефонных линиях. В условиях нашей страны это особенно актуально: далеко не у всех линии позволяют работать на других протоколах, например, V.32bis. Тем, кто впервые увидел работу HST на 16800 (до 2000 cps в идеальном случае) там, где раньше связь была возможна только на 2400 (150-220 cps), а выше просто не удавалось соединиться, кажется
невероятным увидеть на той же самой линии CONNECT 16800/Arq/Hst/Hst/V42bis, и получить при этом скорость 1000-1500-1900 cps. Если Вы слышали, с каким трудом происходит порой соединение на скоростях от 4800 и выше на других протоколах (ZyX, V.32bis), то Вы будете удивлены скорости коннекта на HST: это всего лишь 5-7 секунд в отличие от 12-15 и больше на V.32bis. При этом основным критерием качества линии является работоспособность на ней протокола V.22bis (2400). Если 2400 работает, то на HST вы всегда получите CONNECT 16800 и cps не менее 800-1000, а, как правило, даже выше. Дополнительный плюс - это крайне быстрая процедура пересогласования схем модемов при изменении параметров линии (т.н. ретрейн). Hа V.32bis ретрейн занимает порядка 8-12 секунд (это если только он прошёл с первого раза). Технология Quick Retrain
фирмы USR позволяет при работе с ASL сократить это время до пары секунд при работе на V.32bis. В случае же HST фирма пошла еще дальше: ретрейн на HST занимает всего четверть (0.25) секунды! При этом протокол почти никогда не обрывается, один раз соединившись, что крайне полезно при междугородних и международных звонках, всегда даст свою скорость.



Протоколы коррекции ошибок.
В разработке и реализации этих протоколов раньше всех преуспела фирма Microcom. Ей принадлежит группа стандартов MNP (Microcom Networking Protocol), которые сейчас поддерживаются большинством выпускаемых модемов.
MNP1 Обеспечивает коррекцию ошибок, предназначен для модемов, передающих информацию в асинхронном полудуплексном режиме*. Это самый простой из протоколов MNP, однако вследствие его малой эффективности большинство современных модемов с аппаратной реализацией коррекции ошибок его не поддерживают.

MNP2 Близок к MNP1, но использует полнодуплексную связь, что повышает пропускную способность. MNP2 собирает байты данных их в блоки переменного размера, снабжая каждый блок контрольной суммой, что позволяет добиться стопроцентного обнаружения ошибок.

MNP3 Начиная с MNP3, устаревшая технология стартовых и стоповых битов больше не поддерживается. Получив асинхронный** байт от компьютера, модем убирает из него стартовые, стоповые и контрольные биты,
оставляя только голый байт данных. Затем эти байты, как обычно, собираются в блоки и снабжаются контрольной суммой и другой служебной информацией. За счёт этого удаётся ещё больше повысить
производительность (примерно на 20%).

MNP4 Отличается от MNP3 тем, что способен (как и MNP2) на ходу менять размер блока данных, приспосабливаясь к качеству линии***, - если ошибок слишком много, модем с MNP4 уменьшает объём блока, повышая тем самым надёжность передачи. Кроме того, в этом протоколе уменьшены затраты на передачу служебной информации. В результате и надёжность, и производительность у MNP4 выше, чем у MNP3 (по сути,
этот протокол объединил всё лучшее из MNP2 и MNP3).

MNP5 Отличается от MNP4 только умением сжимать передаваемые данные****, что позволяет заметно повысить пропускную способность (в частности, при передаче текстов или баз данных). Символы, часто встречающиеся в передаваемом блоке, кодируются цепочками битов меньшей длины, чем редко встречающиеся символы. Дополнительно кодируются длинные цепочки одинаковых символов. Обычно при этом текстовые файлы сжимаются до 35% своей исходной длины. Однако, если данные уже сжаты архивный файл), MNP5 работает даже медленнее MNP4, так как безуспешно пытается сжать несжимаемое. Модем, поддерживающий MNP5, работает и с протоколами MNP1-MNP4. Связавшись, модемы сами (не заметно для пользователя) договариваются, по какому протоколу будет происходить передача, пытаясь установить возможно более высокий класс MNP.

MNP6 Дополняет протокол MNP4 и MNP5 автоматическим переключением между дуплексным и полудуплексным режимами в зависимости от типа передаваемой информации, обеспечивает совместимость с протоколом CCITT V.29 (стандарт на передачу факсимильных сообщений на скорости 7200 и 9600 бит/с). Создание этого протокола было вызвано появлением факс-модемов, имеющих свои особенности (например, все протоколы факсимильных аппаратов группы 3, к которым относятся и факс-модемы, являются полудуплексными, то есть в отличие от модемов факсам не нужно сразу и передавать, и принимать сообщение).

MNP7 Дальнейшее развитие протокола MNP5, применена усовершенствованная процедура сжатия данных (Enchanced Data Transmission), совместимая с процедурой MNP5, но более эффективная. Коэффициент сжатия возрастает до 2,4:1.

MNP8 Объединение метода сжатия MNP7 с алгоритмом "Fast Train" для модемов по Рекомендации V.29, это делает возможной передачу со скоростью до 30000 бит/с. Предусмотрены 2 новые процедуры: "Piggyback Acknowledgements" - интеграция пакетов обратных сообщений в пакетах передачи данных и минимизация канального заголовка: "Multiple Selektive Negative Acknowledgements" - исключение части обратной передачи путём селективного подавления блоков при наличии ошибок передачи.

MNP9 Аналогичен протоколу MNP7, но дополнительно используется процедура "Enchanced Universal Link Negotiation", что позволяет оптимизировать реальную дуплексную передачу по Рекомендации V.32bis в сочетании с усовершенствованным сжатием данных и достигнуть эффективности 300%.

MNP10 применяется в модемах фирмы Microcom (MNP1-MNP5 предоставляются Фирмой Microcom по лицензии другим производителям модемов). Это протокол предназначен для связи по сильно "зашумленным" каналам, таким, как линии сотовой связи, международные или сельские линии. Стабильность работы достигается при помощи следующих методов:
многократного повторения попытки установить связь;
изменения размера пакетов в соответствии с изменением уровня помех на линии;
динамического изменения протокола соединения*****.
* В полудуплексном режиме данные передаются не одновременно в двух направлениях, как в дуплексном, а поочередно.
** Собственно, слово "синхронный" звучит несколько некорректно: модем с компьютером всегда обмениваются данными в асинхронном режиме; но при синхронном методе передачи данных из передаваемой компьютером информации удаляются старт/стопные биты, а получившийся сплошной поток данных передаётся удалённому модему уже с синхронизацией.
*** При увеличении числа ошибок размер блоков уменьшается, повышая вероятность успешного прохождения отдельных блоков.
**** Суть сжатия информации заключается в том, что символы, часто встречающиеся в передаваемом блоке, кодируются цепочками битов меньшей длины, чем редко встречающиеся. Кроме того, кодируются длинные цепочки одинаковых символов. В совокупности это позволяет сжать текстовые файлы до 35% их исходной длины. Однако следует учесть, что если данные изначально не содержали избыточной информации, или содержали, но перед пересылкой были сжаты одним из архиваторов (например, ТАR или PkZIP), то дополнительного увеличения эффективности за счёт сжатия данных модемом не происходит - даже наоборот, объём передаваемой информации может увеличиться.
***** Например, модемы связались по спецификации V.32terbo, затем, из-за ухудшения условий связи, произошёл переход на V.32, а когда помехи исчезли - на V.32bis, а потом и V.34.

V.42 - это протокол автоматической коррекции ошибок при передаче. Совместим с MNP1-MNP4, но содержит более гибкие и эффективные методы коррекции ошибок и применяет методику LAPM (Link Access Protocol for Modems). Большинство выпускаемых сейчас модемов поддерживают и MNP1-MNP5, и V.42.

V.42bis - это протокол динамического сжатия данных 'на лету' при передаче их через модем с целью повышения эффективной производительности, развитие V.42, которое отличается высокой эффективностью и иногда даёт некоторый выигрыш даже при пересылке сжатых файлов. Обеспечивается сжатие до 4-х раз. Поддерживается большинством модемов.


BTLZ Первым отличием протокола BTLZ от других является способ организации справочника, в котором хранятся более короткие коды, используемые для передачи вместо повторяющихся более длинных отрезков данных. В то время, как при других алгоритмах справочник заранее определён и хранится в ПЗУ, алгоритм BTLZ динамически формирует идентичные справочники на передающей и приёмной сторонах, и последние хранятся в ОЗУ. Поэтому достигаемая степень сжатия при этом тем больше, чем больший объём памяти занят справочником, в то время, как степень сжатия при других алгоритмах ограничена фиксированным объёмом справочника.
Другим преимуществом протокола BTLZ является его способность распознавать наличие последовательностей данных, близких к случайным. При обнаружении этого алгоритм выключает механизм сжатия, продолжает контроль, и включает этот механизм при пропадании случайного характера последовательности данных. Другие рассмотренные протоколы в такой ситуации снижают пропускную способность до величины меньшей, чем даже номинальная скорость модема.
В то же время, МККТТ был сделан вывод, что эффективность сжатия конкурирующих протоколов примерно одинакова.
При сжатии текстов с помощью протокола BTLZ могут быть получены отношения до 3:1, в то время, как для более регулярных данных, таких, как файлы динамических таблиц и некоторые графические файлы, коэффициент сжатия может достигать значений 4:1.
Данный метод сильно чувствителен к ошибкам в потоке данных, которые приводят к изменению передающего и приёмного справочников. Поэтому он должен использоваться в сочетании с исправлением ошибок; по этой причине он введён как Рекомендация V.42.bis - добавление к предварительно принятой Рекомендации V.42.
Возможны 2 варианта реализации метода: недорогая и сложная, но зато обеспечивающая более высокую степень сжатия информации.

LAPM (Link Access Procedure for Modems) - протокол защиты от ошибок для модемов основан на стандартной процедуре HDLC (Стандарт ISO 4335) и приведён в Рекомендации V.42. Протокол имеет следующие основные характеристики:
взаимодействие в режиме без исправления ошибок с модемами серии V., имеющими асинхронно-синхронное преобразование по Рекомендации V.14, но не реализующими функции защиты от ошибок;
обнаружение ошибок с помощью циклического кода;
исправление ошибок путём автоматического запроса повторения данных, принятых с ошибками (метод ARQ);
синхроннаая передача стартстопных данных;
процедура начального вхождения в связь
проведение начального вхождения в связь для определения типа протокола защиты от ошибок, используемого в дальнем модеме;
установка режима работы с защитой от ошибок или без неё в процессе вхождение в связь;
координация согласования необходимых параметров и факультативных процедур;
стартстопно-синхронное преобразование данных.
Устройства защиты от ошибок модемов взаимодействуют между собой при помощи кадров, состоящих из: открывающего и закрывающего флагов ("01111110"), поля адреса, поля управления, информационного поля, проверочной комбинации FCS. На передаче и приёме предусматриваются меры для исключения появления в передаваемой информации комбинации флага путем вставки двоичного нуля после пяти двоичных единиц на передачи и исключения их на приёме.
Комбинация проверки кадров FCS может иметь 16 битов или 32 бита. В первом случае используется образующий полином 16 12 5
" X + X + X + 1" (биты, вводимые для обеспечения прозрачности, не учитываются);
во втором случае используется образующий полином 32 26 23 22 16 12 11 10 8 7 5 4 2
" X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + 1".
В поле управления передаются номера кадров, а также команды и ответы (например, "Готовность к приёму", "Неприём", "Разъединение", всего 12 команд и ответов). Обмен командами и ответами позволяет осуществить запрос повторной передачи, временную остановку передачи, восстановление обмена кадрами и другие необходимые рабочие процедуры.
В одном из добавлений к Рекомендации V.42 приведены возможные направления усовершенствования протокола LAPM, например путём введения дополнительных процедур:
сжатия данных (реализовано в Рекомендации V.42bis);
исправления ошибок без обратной связи (с помощью ошибкоисправляющего кода);
статистического мультиплексирования;
обмена служебной информацией между функциями управления;
согласования скорости, формата знака;
работы по несимметричному или полудуплексному соединению.




Протоколы передачи файлов.
Эти протоколы реализуются коммуникационной программой и работают только при пересылке файлов. В их функции тоже входит разбиение данных на блоки, вычисление контрольной суммы, повторная пересылка ошибочно принятых блоков, гибкое изменение размеров блоков в зависимости от качества связи и т.д.
Но кроме того, у них есть свои особенности: многие из них передают имя, размер и дату посылаемого файла, пересылают несколько файлов в одном пакете, некоторые в случае обрыва связи запоминают, до какого места был передан файл, и в следующий раз возобновляют его передачу именно с этого места. Если в модеме реализован аппаратный протокол коррекции ошибок, то протокол передачи файлов работает «поверх» него, проверяя посылаемые данные, что снижает эффективность работы, поэтому созданы протоколы передачи файлов, предназначенные для модемов с аппаратной коррекцией, - в них контроль ошибок сведен к минимуму,
что даёт заметный выигрыш в скорости. Так как протоколы передачи файлов реализуются в программе (протоколы высокого уровня), пользователь может сам выбрать протокол прежде чем начать пересылку файла. Поэтому важно разбираться в этих протоколах и знать отличия их друг от друга. Вот основные из протоколов передачи файлов:
ASCII Этот протокол работает без коррекции ошибок. В результате при передаче файлов по телефонным линиям из-за шума принятый файл может сильно отличаться от передаваемого. Если вы передаёте выполняемый файл, то ошибки при передаче могут стать роковыми - полученная програма не будет работать. Если же вы передаёте короткие текстовые сообщения, то ошибки легко могут быть исправлены.

Xmodem Самый старый протокол (70-е годы). Использует небольшие блоки (128 байт) и простой метод вычисления контрольной суммы. Имя файла не передаётся, восстановления после обрыва нет.
Эффективность довольно низка.

Xmodem-CRC Разновидность Xmodem с более сложным алгоритмом вычисления контрольной суммы.

Xmodem-1K Разновидность Xmodem с размером блока 1Кб.

Kermit Разработан в начале 80-х годов. Передаёт все атрибуты файла (имя, дату, размер), способен посылать несколько файлов в одном пакете. Сжимает данные. Коррекция ошибок более надёжна, чем у Xmodem. Тем не менее, из-за малого размера блоков и большого количества служебной информации эффективность этого
протокола крайне низка.

Ymodem Разработан в 1981г. Подобно Kermit, передаёт атрибуты файлов и несколько файлов в одном пакете. Размер блока - 1Кб, но из-за того, что протокол не способен менять эту величину во время передачи, он (как и Xmodem-1K) отличается низкой надёжностью на шумных линиях.

Zmodem Создан в 1986 г. Первый из потоковых (streaming) протоколов. Это означает, что он посылает блоки данных с контрольными суммами без остановок, единым потоком. Только после передачи всего файла приёмник выдаёт список блоков, для которых контрольная сумма не совпадает, и просит послать их ещё раз.
Потоковый протокол позволяет передатчику не ждать подтверждения после отправки каждого блока, что существенно повышает скорость. Zmodem также передаёт атрибуты файлов и посылает несколько файлов в одном пакете. Кроме того, в Zmodem'е впервые введено восстановление после обрыва. Почти идеален для модемов с аппаратной коррекцией ошибок, так как тратит минимум времени на контроль правильности передачи.

Ymodem-G Особый протокол. Он вообще не заботится о правильности передачи, посылая данные сплошным потоком безо всяких контрольных сумм. Поэтому он очень быстрый, но применять его можно только на линиях, абсолютно свободных от помех.

HS/Link Обладает всеми достоинствами Zmodem, но является двунаправленным (bidirectional), то есть позволяет сторонам обмениваться файлами - посылать их в обе стороны одновременно.

HyperProtocol Один из самых быстрых протоколов. Как и Zmodem, является потоковым, но к тому же ещё и сжимает посылаемые данные. В HyperProtocol приёмник высылает подтверждение не после каждого файла, а в конце всего сеанса передачи. Этот протокол широко применяется для высокоскоростных модемов и выделенных линий.

Jmodem Использует сжатие данных и гибкое изменение размера блока в зависимости от уровня помех - если ошибок много, данные передаются меньшими порциями, и наоборот.

BiModem Быстрый двунаправленный протокол с возобновлением после обрыва и гибким изменением размера блоков (от 16 байт до 16 Кб). Кроме того за счёт двунаправленности BiModem позволяет заказывать
файлы, которые вы хотите переслать, прямо во время передачи. К сожалению, BiModem плохо работает на шумных линиях.
Аватара пользователя
Sliver
Пилот
Пилот
 
Сообщения: 1046
Зарегистрирован:
25 янв 2008 09:57

Вернуться в Статьи и документация

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1