Системы телекоммуникации и как они устроены

Следующая статья: Цифровые и мобильные системы связи

Содержание

• Методы последовательной передачи
• Каналы телекоммуникаций
• Таблица частотных диапазонов каналов связи и передачи информации
• Кабельные каналы
• Витая пара
• Оптоволоконные линии
• Универсальный стандарт кабельной связи
• Таблица характеристик различных типов UTP
• Структурированные кабельные решения
• Беспроводные каналы
• Модуляция
• Протоколы обмена данными модемов
• Протоколы серии V
• Модем 56 Кбит/с
• Модем и протокол V. 90
• Модем и протокол V. 92
• Таблица некоторые характеристики протоколов сжатия и обнаружения ошибок MNP
• Аппаратурная реализация
• Командный язык модемов
• Таблица команд для модемов

Методы последовательной передачи

Для передачи данных в информационных системах наиболее часто применяется последовательная передача. Широко используются следующие методы последовательной передачи: асинхронная и синхронная.

Каналы телекоммуникаций

Рассмотрим далее основные средства и среды (каналы) телекоммуникации (первичной сети связи). К ним относятся:

• кабельные каналы (витая пара и коаксиальные кабели);
• оптоволоконные каналы;
• радиоканалы.

Основным параметром всякого канала связи является его пропускная способность, определяющая максимальное количество информации, передаваемое в единицу времени без потерь и искажений.

Общепринятой мерой измерения пропускной способности является бод, или 1 бит/с. Например, низкокачественная телефонная связь обеспечивает не более 2400 бод, высококачественная - до 32 килобод (Кбод), цифровая телефония - до 64 Кбод и так далее

Не вдаваясь в подробности, заметим здесь лишь, что уровень пропускной способности, в свою очередь, определяется двумя характеристиками:

• частотным диапазоном канала - интервалом частот («широкополосность») синусоидальных колебаний, передаваемых без повреждений; динамическим диапазоном или отношением «сигнал/шум», измеряемым обычно в децибеллах (дБ), - логарифмическая мера отношения, ослабления, усиления сигнала и пр. (20 дБ - ослабление или усиление в 10 раз, 40 дБ - в 100 раз, 60 дБ - в 1000 раз и так далее ). Спектр используемых для связи частот делится на ряд диапазонов.

Таблица частотных диапазонов каналов связи и передачи информации

Далее следуют диапазоны видимого света, ультрафиолетовых, рентгеновских и у (гамма)-лучей.

Кабельные каналы

Кабельные каналы для целей телекоммуникаций исторически использовались первыми, основную долю этих каналов составляют телефонные медные кабели, которые содержат десятки или даже сотни витых пар проводов. Полоса пропускания таких кабелей обычно составляет 3-3.5 кГц при длине 2-10 км. Эта полоса диктовалась ранее нуждами аналогового голосового обмена в рамках коммутируемой телефонной сети. С учетом возрастающих требований к широкополосности каналов витые пары проводов стали заменять коаксиальными кабелями, которые имеют полосу от 100 до 500 МГц (до 1 Гбит/с), и полыми волноводами. Именно коаксиальные кабели стали вначале транспортной средой локальных сетей ЭВМ.

Витая пара

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение, часто называемое «витой парой» (или скрученная пара, twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 100 Мбит/с, легко наращивается, однако отличается слабой устойчивостью к помехам. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 10 Мбит/с.

Различают два типа данного кабеля:

• экранированная витая пара (STP - Shielded Twisted Pair);
• неэкранированная витая пара (UTP - Unshielded Twisted Pair).

Образцы средств проводной связи

• а - витая пара;
• б - коаксиальный кабель;
• 1 - центральный проводник;
• 2 - изолятор;
• 3 - проводник-экран;
• 4 - внешний изолятор.

Оба типа состоят из пары витых медных проводов. Кабель «неэкранированная витая пара» стал наиболее популярным благодаря своей низкой стоимости, гибкости и простоте установки. Единственным недостатком такого кабеля является уязвимость к электрическим помехам и шумам в линии. Экранирование проводов витой пары увеличивает стоимость и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля. Кабели «витая пара» бывают разной Категории (3.4, 5 или 6). Чем выше номер Категории, тем большую скорость передачи поддерживает кабель.

Витые пары бывают одинарными, объединенными в многопарный кабель, или оформленными в виде плоского ленточного кабеля. Несколько витых пар часто объединяют и помещают в одну защитную оболочку. В качестве такого кабеля можно использовать обычный телефонный провод (Категория 3). Сетевые адаптеры, способные работать с витой парой, имеют разъем (RJ 45), аналогичный применяемому в телефонных аппаратах.

Коаксиальная (соосная) система проводников из-за своей симметричности вызывает минимальное внешнее электромагнитное излучение. Сигнал распространяется по центральной медной жиле, контур тока замыкается через внешний экранный провод. При заземлении экрана в нескольких точках по нему начинают протекать выравнивающие токи. Такие токи могут стать причиной внешних наводок (иной раз достаточных для выхода из строя интерфейсного оборудования), именно это обстоятельство является причиной требования заземления кабеля локальной сети только в одной точке. Наибольшее распространение получили кабели с волновым сопротивлением 50 Ом. Это связано с тем, что эти кабели из-за относительно толстой центральной жилы характеризуются минимальным ослаблением сигнала (волновое сопротивление пропорционально логарифму отношения диаметров внешнего и внутреннего проводников).

Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащитен и применяется для связи на относительно большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.

Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высока. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передаче информации в базисной полосе частот на расстояние более 1.5 км требуется усилитель (репитер, повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).

Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick) или желтый кабель (yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие повышенной помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям.

Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м (если общая длина сети больше 500 м, ее необходимо разбить на сегменты, соединенные друг с другом через специальное устройство - репитер), а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.

Cheapernet-кабель. Более дешевым, чем Ethernet-кабель, является соединение Cheapernet-кэбель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации 10 Мбит/с. Как правило, большинство сетей Ethernet используется именно на базе тонкого кабеля.

Оптоволоконные линии

Наиболее дорогими являются оптические проводники, называемые также оптоволоконным кабелем. Разработка стекловолокон с низким коэффициентом поглощения в инфракрасном диапазоне (менее 0.2 дБ/км) сделала возможным широкое распространение этих типов каналов связи. Пластиковые волокна применяются при длинах соединений не более 100 м и при ограниченном быстродействии (менее 50 МГц).

Данные передаются с помощью световых импульсов, проходящих по оптическому волокну. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. Они обеспечивают защиту данных, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Вероятность ошибки при передаче по оптическому волокну составляет менее 10^-10, что во многих случаях делает ненужным контроль целостности сообщений. Допустимое удаление более 50 км.

Оптоволоконные линии связи работают в частотном диапазоне 10¹³-10¹⁶ Гц, что на 6 порядков больше, чем в случае радиочастотных каналов (теоретическая пропускная способность 50 000 Гбит/с). В настоящее время оптоволоконный кабель поддерживает скорость передачи данных (в виде пакетов) 10.100 или 1000 Мбит/с. Это связано с ограниченным быстродействием оборудования, преобразующего оптический сигнал в электрический и обратно.

При построении сетей используются многожильные кабели (существуют и другие разновидности кабеля: например, двух- или четырехжильные, а также плоские). Свет (длина волны от 1350 до 1500 нм) вводится в оптоволокно (диаметром менее 100 мкм) с помощью светоизлучающего диода или полупроводникового лазера. Центральное волокно покрывается слоем (клэдинг), коэффициент преломления которого меньше, чем у центрального ядра (стрелками условно показан ход лучей света в волокне). Для обеспечения механической прочности извне волокно покрывается полимерным слоем. Кабель может содержать много волокон, например 8. В центре кабеля помещается стальной трос, который используется при прокладке кабеля. С внешней стороны кабель защищается стальной оплеткой и герметизируется эластичным полимерным покрытием.

Универсальный стандарт кабельной связи

В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают следующие параметры:

• стоимость монтажа и обслуживания;
• скорость передачи информации;
• ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей (репитеров));
• безопасность передачи данных.

В 1985 года Ассоциация промышленности компьютеров и связи (Computer Communications Industry Association - CCIA) обратилась к Ассоциации электронной промышленности (Electronic Industries Association - EIA) с предложением разработать универсальный стандарт проводной связи, который будет способен к охвату всех текущих и будущих сетевых систем, имеющих обычную топологию, использующих обычные носители и соединители.

К 1987 года ряд производителей разработали оборудование Ethernet, которое могло использовать телефонный кабель витой пары, а в 1990 году IEEE выпустил стандарт 802.31, Ethernet 10BaseT («Т» относится к витой паре - Twisted pair cable). В 1991 года EIA вместе с Ассоциацией промышленности передачи данных (Telecommunications Industry Association - TIA) издала первый стандарт проводной передачи данных по имени EIA/TIA 568. В основе помещалась спецификация неэкранированных витых пары Категории 3 (Unshielded Twisted Pair cable - UTP), и через месяц были разработаны спецификации более высоких сортов кабеля UTP (Категории 4 и 5).

Таблица характеристик различных типов UTP

Развитие в технологии Ethernet привели к разработке «Расширенной Категории 5» которая, подобно основной Категории 5, обеспечивает нормы передачи до 100 Мбит/с. Однако испытательные параметры для основной Категории 5 предполагают, что сигналы данных будут использовать только две из четырех пар (одна пара для передачи и одна - для приема), и уровень перекрестных помех измерялся только между каждой комбинацией пар. В сетях Гигабит Ethernet, однако, могут использоваться все четыре пары для одновременной передачи, так что перекрестные помехи относительно каждой пары должны учитывать объединенный эффект других трех пар. Расширенная Категория 5 рассчитана на Гигабит Ethernet.

Стандарт 802.3 предусматривает широкое разнообразие вариантов, используя различные формы кабеля:

• соединяющий кабель для стандартного Ethernet (10Base5) - также называется «Толстый Ethernet» или «ThickNet» - предусматривает использование сетевого устройства - модуля присоединения носителей (Media attachment unit - MAU) вместо приемопередатчика. 10Base5 использует толстый коаксиальный кабель, который может работать на расстоянии до 500 м, не используя повторители;
• Ethernet витой пары (10BaseT) использует в своих интересах существующие экономичные телефонные кабели. Предполагается звездообразная конфигурация, в которой узлы соединяются с центральным концентратором, используя витые пары и разъемы RJ45;
• быстрый Ethernet (100BaseT) - совместимая с IEEE 802.3u высокоскоростная версия, подобная 10BaseT, но использующая различные конфигурации кабеля. 100BaseTX использует две пары UTP Категории 5.100BaseT4 используют четыре пары Категории 3, и 100BaseFX использует многомодальные оптические волокна и прежде всего предназначен для использования в магистральных линиях.
• тонкий Ethernet (10Base2), также именуемый «ThinNet» или «CheaperNet», использует более тонкий, менее дорогой коаксиальный кабель, который удобнее для соединения, но имеет ограничение 180 м в сегменте. ThinNet использует разъемы миниатюрного байонетного соединителя Т-типа, а приемопередатчики встроены в платы адаптера.
• волоконно-оптический Ethernet (10BaseF и 100BaseFX) устойчив к внешним помехам и часто используется, чтобы расширить сегменты Ethernet до 2-3 км.

Разработаны предложения также по Категориям 6 и 7 - уровень 6 должен обеспечить скорости передачи более чем 200 Мбит/с при использовании улучшенных кабелей и разъемов RJ45. Категория 7 предложена, чтобы работать на скорости 600 Мбит/с, используя кабель с экранированными парами и новым типом разъема.

Структурированные кабельные решения

В последние годы получили широкое распространение так называемые структурированные кабельные системы, использующие одинаковые кабели для передачи данных в локальной вычислительной сети, локальной телефонной сети, передачи видеоинформации или сигналов от датчиков пожарных или других охранных систем. К структурированным кабельным системам относятся, например, SYSTIMAX SCS фирмы AT&T, OPEN DECconnect компании Digital, кабельная система корпорации IBM.

Понятие «структурированность» означает, что кабельную систему здания можно разделить на несколько уровней в зависимости от назначения и месторасположения компонентов кабельной системы. Например, кабельная система SYSTIMAX SCS включает в себя:

• внешнюю подсистему (campus subsystem);
• аппаратные помещения (equipment room);
• административную подсистему (administrative subsystem);
• магистраль (backbone cabling);
• горизонтальную подсистему (horizontal subsystem);
• рабочие места (work location subsystem).

Внешняя подсистема состоит из медного оптоволоконного кабеля, устройств электрической защиты и заземления и связывает коммуникационную и обрабатывающую аппаратуру в здании (или комплексе зданий). Кроме того, в эту подсистему входят устройства сопряжения внешних кабельных линий с внутренними.

Аппаратные служат для размещения различного коммуникационного оборудования, предназначенного для обеспечения работы административной подсистемы.

Административная подсистема предназначена для быстрого и легкого управления кабельной системой при изменении планов размещения персонала и отделов. В ее состав входят кабельная система (неэкранированная витая пара и оптоволокно), устройства коммутации и сопряжения магистрали и горизонтальной подсистемы, соединительные шнуры, маркировочные средства и так далее

Магистраль состоит из медного кабеля или комбинации медного и оптоволоконного кабеля и вспомогательного оборудования. Она связывает между собой этажи здания или большие площади одного и того же этажа.

Горизонтальная система на базе витого медного кабеля расширяет основную магистраль от входных точек административной системы этажа к розеткам на рабочем месте.

Оборудование рабочих мест включает в себя соединительные шнуры, адаптеры, устройства сопряжения и обеспечивает механическое и электрическое соединение рабочего места с горизонтальной кабельной подсистемой.

Наилучшим способом защиты кабеля от физических (а иногда и температурных и химических воздействий, например, в производственных цехах) является прокладка кабелей с использованием в различной степени защищенных коробов. При прокладке сетевого кабеля вблизи источников электромагнитного излучения необходимо выполнять следующие требования:

• неэкранированная витая пара должна отстоять минимум на 15-30 см от электрического кабеля, розеток, трансформаторов и так далее;
• требования к коаксиальному кабелю менее жесткие - расстояние до электрической линии или электроприборов должно быть не менее 10-15 см.

Другая важная проблема правильной инсталляции и безотказной работы кабельной системы - соответствие всех ее компонентов требованиям международных стандартов.

Беспроводные каналы

Применение электромагнитных волн для телекоммуникаций имеет более чем столетнюю историю. Если не используется направленная антенна и на пути нет препятствий, радиоволны распространяются по всем направлениям равномерно и сигнал уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния между передатчиком и приемником (удвоение расстояния приводит к потерям 6 дБ). Радиоканалы для целей передачи информации используют частотные диапазоны 902-928 МГц (расстояния до 10 км, пропускная способность до 64 Кбит/с), 2.4 ГГц и 12 ГГц (до 50 км, до 8 Мбит/с). Они используются там, где нет кабельных или оптоволоконных каналов или их создание по каким-то причинам невозможно или слишком дорого. Более низкие частоты (например, 300 МГц) мало привлекательны из-за ограничений пропускной способности, а большие частоты (более 30 ГГц) работоспособны для расстояний не более 5 км из-за поглощения радиоволн в атмосфере.

При использовании диапазонов 4.5 и 6 следует иметь в виду, что любые препятствия на пути волн приведут к их практически полному поглощению. Для этих диапазонов заметное влияние оказывает и поглощение в атмосфере. Заметную роль в поглощении радиоволн играет вода. По этой причине сильный дождь, град или снег могут привести к прерыванию связи. Поглощение в атмосфере ограничивает использование частот более 30 ГГц. Атмосферные шумы, связанные в основном с грозовыми разрядами, доминируют при низких частотах вплоть до 2 МГц. Галактический шум, приходящий из-за пределов Солнечной системы, дает существенный вклад вплоть до 200 ГГц.

Мощность передатчика обычно лежит в диапазоне 50 мВт - 2 Вт. Для устройств на частоты 2.4 ГГц и выше, как правило, используются направленные антенны и необходима прямая видимость между приемником и передатчиком. На аппаратном уровне здесь могут использоваться радиорелейное оборудование, радиомодемы или радиобриджи.

Схемы этих устройств имеют много общего, отличаются они лишь сетевым интерфейсом. Антенна служит как для приема, так и для передачи. Трансивер (приемопередатчик) может соединяться с антенной через специальные усилители. Между трансивером и модемом может включаться преобразователь частот. Модемы подключаются к локальной сети через последовательные интерфейсы типа RS-232 или V. 35 (RS-249), для многих из них такие интерфейсы являются встроенными. Длина кабеля от модема до трансивера лежит в пределах 30-70 м, а соединительный кабель между модемом и ЭВМ может иметь длину 100-150 метров. Трансивер располагается обычно рядом с антенной.

Схема оборудования радиоканала передачи данных

Модуляция

Модуляция - метод изменения основного аналогового сигнала определенным образом - так, чтобы закодировать в этом сигнале информацию. Сигнал, который модулируется, называют сигналом несущей, потому что он переносит цифровую информацию с одного конца канала связи к другому.

Устройство, которое изменяет сигнал, называют модулятором а устройство на приемном конце канала, которое извлекает цифровую информацию из модулированного сигнала, называют демодулятором.

Амплитудная модуляция (AM) изменяет амплитуду синусоидальной волны. В самых ранних модемах преобразование заключалось в передаче волне синуса большой амплитуды для «1» и нулевой амплитуды для «0», как показано на рисунке, а (вспомните звуковую «морзянку»).

При частотной модуляцией (ЧМ) частота сигнала несущей изменяется согласно данным. Передатчик посылает различные частоты для «1» и «0». Его неудобства - то, что скорость изменений частоты ограничена шириной полосы линии и что искажение, вызванное линиями, затрудняет обнаружение даже более, чем в случае амплитудной модуляции. Сегодня эта техника используется в асинхронных модемах низкой скорости (до 1200 бод).

Модуляции

• а - Амплитудная модуляция;
• б - частотная модуляция;
• в - фазовая модуляция;
• г - дифференциальная фазовая модуляция.

Фазовая модуляция (ФМ) - процесс, где две синусоидальной формы волны сравниваются друг с другом. Случай, где эти две формы волны проходят в одном и том же направлении одновременно, считается нулевым сдвигом фазы. Если фазовый сдвиг достигает 180°, волна В начинается в средней точке волны А, так что, когда волна А положительна, волна В отрицательна, и наоборот. Два состояния фазы позволяют представлять 1 бит цифровых данных, дополнительные 90° и 270° изменений фазы обеспечивают четыре состояния и способность представить 2 бита (четыре представления цифровых данных).

Вариант фазовой модуляции - дифференциально-фазовая модуляция (ДФМ). В этом методе модем сдвигает фазу каждого последующего сигнала на некоторое количество градусов для «0» (90°, например) и другое число для «1» (270°, например). Этот метод более легок для распознавания, чем предыдущий. Приемник должен обнаружить изменения фазы между символами, а не абсолютной фазы. Эту технику также называют модуляцией сдвига фазы (phase shift keying - PSK). В случае двух возможных сдвигов фазы модуляцию называют двойной ФМ BPSK (binary PSK). В случае четырех различных сдвигов фазы, что означает, что каждый символ представляет 2 бита, модуляцию называют 4-кратной фазовой манипуляцией QPSK, и в случае восьми различных стадий перемещения технику модуляции называют 8PSK.

Квадратурная амплитудная манипуляция (Quadrature Amplitude Modulation - QAM) - КВАМ - позволяет передачу данных, используя как изменение фазы, так и амплитуды одновременно. Чем больше используется фазовых сдвигов и уровней амплитуды, тем больше данных может быть передано.

В настоящее время модемы представляют собой сложные аппаратурно-программные комплексы управления коммуникацией и реализуют следующие функции:

• интерпретацию команд, поступающих от оператора или ЭВМ;
• выдачу сообщений о состоянии связи в ЭВМ или оператору;
• сохранение в регистрах памяти информации (в частности, телефонных номеров) и ее использование;
• набора номеров и установления связи;
• автодозвона и/или автоответа;
• использования различных форматов/протоколов передачи данных и распознавания форматов при приеме данных и так далее

Протоколы обмена данными модемов

Для повышения помехоустойчивости и скорости связи большинство модемов реализуют алгоритмы (протоколы), разделяемые на четыре группы:

• протоколы модуляции;
• обнаружения/коррекции ошибок;
• сжатия данных;
• передачи файлов.

При этом протоколы серии V были предложены МККТТ (Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии - CCITT), серии Bell являются американским национальным стандартом, протоколы/предложения MNP (Microcomm Networking Protocols) разработаны фирмой Microcomm и являются стандартом де-факто. Известны также другие требования, например ВАВТ (British Approvals Boards of Telecommunications) - Британское бюро Телесвязи. Модемы, которые не одобрены ВАВТ, не являются легальными для использования в Великобритании.

Протоколы серии V

V.22bis, V.32 и V.32bis - были ранние стандарты, определяющие скорости 2.4, 9.6 и 14.4 Кбит/с соответственно.

Стандарт V. 34 был введен к концу 1994 года, поддерживает 28.8 Кбит/с и теперь считается минимально приемлемым стандартом. V. 34-модемы способны изменять скорость, чтобы связаться с более медленными модемами и проводить связь, регулируя скорость согласно преобладающим свойствам линии.

В 1996 года стандарт V. 34 был модернизирован к V. 34+, который учитывает скорости передачи данных до 33.6 Кбит/с, обратно совместим со всеми предыдущими стандартами и приспосабливается к условиям линии, занимая максимальное количество годной к употреблению ширины полосы частот.

Таблица 7.3 показывает скорости передачи несжатых данных для различных типов модема. Сжатие данных может увеличить пропускную способность в 2 или 3 раза. Однако, поскольку графические изображения на WWW-страницах уже сжаты, реальное увеличение скорости при работе с WWW-страницами составляет приблизительно от 1.5 до 2 раз.

Другие важные стандарты серии V включают V. 17, который описывает связь с обычными автономными факс-машинами, V. 42, который является общепринятым стандартом исправления ошибок, разработан, чтобы справляться с искажениями данных, вызванными помехами на телефонных линиях, и V. 42bis, который является протоколом сжатия данных. В конце 1999 года Hughes Network Systems предложила новый стандарт сжатия на канальном уровне как потенциальную замену V42bis. Алгоритм был впоследствии рассмотрен американскими и международными органами стандартов связи и принят как новый стандарт сжатия по имени V. 44. Новый стандарт предлагает более высокое отношение сжатия, чем V. 42bis, что приводит к увеличению пропускной способности обычно от 20 до 60 %.

Модем 56 Кбит/с

В 1997 года появляются модемы на 56 Кбит/с, несмотря на отсутствие международного стандарта для этой скорости. Группа компаний K56Flex, включая 3Com, Ascend, Hayes, Motorola, Lucent и Rockwell, использовали чипсет Rockwel, чтобы достигнуть более быстрой скорости, в то время как, например, американская US Robotics использовала ее собственную «х2» технологию. Эти две системы не были совместимы, вынуждая пользователей и провайдеров служб Интернет выбирать тот или другой вариант. Кроме того, основным ограничением технологии 56 Кбит является асимметричность скорости передачи данных и высокая скорость может быть достигнута только при разгрузке данных с сервера Интернет-провайдера.

Большинство центральных телефонных станций почти в каждой стране во всем мире используют цифровое оборудование и связаны между собой по цифровым каналам (в Европе это Е1 или ISDN). Однако линии, подведенные к большинству домов и офисов, все еще аналоговые, что является проблемой, когда необходимо осуществлять обмен данными: они обладают ограниченной шириной полосы и подвержены шуму в линии (главным образом электростатическому). Таким образом, возникает нонсенс - цифровые данные от персонального компьютера должны быть преобразованы в аналог (модемом) и назад к цифровому коду (телефонной компанией), прежде чем все это попадет в сеть.

Модемы 56 Кбит максимально используют наиболее быструю часть канала связи - цифровые линии. Здесь используется импульсно-кодовая модуляция - ИKM (pulse code modulation - PCM), чтобы перекрыть аналоговый сигнал и осуществить сжатие в максимально возможной степени на аналоговом участке линии связи. Однако технология 56 Кбит рассчитана только на преобразование от цифрового к аналоговому сигналу, так что если случайно в канале связи есть звено, которое восстанавливает аналог и затем возвращается к цифровому, то максимально возможная скорость соединения - 33.6 Кбит/с.

Структура связи с использованием модемов

Модем и протокол V. 90

В феврале 1998 года Международный Союз по телекоммуникациям согласовал стандарт на 56 Кбит/с, известный как V.90. Этот стандарт использует методы обеих спецификаций - как «х2», так и K56Flex. Это фактически два стандарта в одном, определение технических требований: цифровой модем и аналоговая пара модема, способные к передане данных входящего информационного потока на 56 Кбит/с и исходящего на 33.6 Кбит/с. В этом случае входящий информационный поток означает «от цифрового на аналоговый модем». Первый связан с коммутируемой телефонной сетью общего пользования через линию ISDN. Аналоговый модем включается в коммутируемую телефонную сеть общего пользования на стороне абонента. В основе V. 90 находится схема ИКМ, предложенная разработчиками спецификаций, предшествующих стандарту. Коды ИКМ - цифровые представления сигналов звуковой частоты. Они имеют длину 8 бит и передаются со скоростью 8000 в секунду - полная пропускная способность составит 64 Кбит/с.

Модем и протокол V. 92

Объявленный в 2000 году V. 92 - стандарт Международного Союза по телекоммуникациям для аналоговых модемов - устанавливает ту же скорость входного потока, как и V. 90 (56 Кбит/с), но повышает максимум выходной скорости от 33.6 до 48 Кбит/с. Кроме этого, усовершенствование производительности названного ИКМ исходящего потока (PCM Upstream) - новый стандарт также вводит пару пользовательских удобств:

• быстрое соединение «QuickConnect», или сокращение времени установления связи (обычные 30 с могут быть уменьшены на 50%). Это достигается путем введения в память модема характеристик телефонных линий, по которым ранее устанавливалась связь;
• «Modem-on-Hold» позволяет пользователям при связи с Интернет через даную телефонную линию одновременно использовать ее для обычного телефонного разговора.

Таблица некоторые характеристики протоколов сжатия и обнаружения ошибок MNP

Протоколы MNP. В таблице приводятся характеристики некоторых протоколов серии MNP.

Примечания:

1. Синхронный метод предполагает удаление служебных битов из кадра данных (ST, Р, SP), что приводит к сокращению передаваемой информации.
2. Алгоритмы сжатия аналогичны используемым в архиваторах и состоят в замене байтов (битовых строк, байтовых групп) исходного кода битовыми строками разной длины в зависимости от частоты. Очевидно, при передаче архивированных файлов выигрыш отсутствует.

Аппаратурная реализация

В случае персональных компьютеров, принято две конфигурации модемов - внутренний и внешний.

Внутренний модем подключается непосредственно к магистрали (общей шине) путем вставки в свободный разъем (слот) системной платы персонального компьютера и содержит в себе как микросхемы СОМ-порта так и собственно модем. На торце карты, выходящей наружу системного блока, находятся один или два четырех контактных разъема RJ11-C (международный стандарт подключения телефона). При наличии двух разъемов к одному из них (LINE или WALL) подключается внешняя линия, к другому (PHONE) - телефонный аппарат пользователя (ТАП).

Внешний модем подключается кабелем к разъему RS-232 и снабжен автономным источником питания. Он оснащен светодиодными индикаторами, расположенными на передней панели.

Командный язык модемов

Модем имеет два основных режима работы:

• командный;
• обмен (прием/передача) данных (ПД).

Режим обмена данными - реализация основного функционального назначения модема - позволяет посылать / получать информацию.

Модем автоматически переходит в командный режим работы, если:

• включено («передернуто») питание;
• произошла потеря канала (связи) из-за недопустимо низкого качества линии, канала и так далее или если повешена трубка («hook-on», «hang up») на одном из концов канала;
• в режиме ПД нажаты клавиши <Esc> и <Enter>.

После выпуска фирмой Hayes модемов серии SmartModem командный язык, примененный в ней, становится стандартом де-факто, которого придерживаются основные производители оборудования. Эта система команд получила название hayes-команд, или АТ-команд. Со времени выпуска первых модемов набор команд несколько расширился, но основные команды остались без изменений.

Таблица команд для модемов

Все команды, передаваемые компьютером модему, начинаются префиксом AT (ATtention - внимание) и заканчиваются нажатием <Enter> (или <CR>, <Return>).

Видео: «Станция Спортивная - Грузчик»

Команда КВН представляет музыкальную композицию «Грузчик».