Протоколы и стандарты модемов определены в рекомендациях ITU-T серии V и делятся на группы:

• стандарты, определяющие скорость передачи и метод кодирования;

• стандарты исправления ошибок;

• стандарты сжатия данных.

Стандарты метода кодирования и скорости передачи данных. Модемы являются одними из наиболее старых и заслуженных устройств передачи данных; в процессе своего развития они прошли долгий путь, прежде чем научились работать на скоростях до 56 Кбит/с.

Первые модемы работали со скоростью 300 бит/с и исправлять ошибки не умели. Эти модемы функционировали в асинхронном режиме, означающем, что каждый байт передаваемой компьютером информации передавался асинхронно по отношению к другим байтам, для чего он сопровождался стартовыми и стоповыми символами, отличающимися от символов данных. Асинхронный режим упрощает устройство модема и повышает надежность передачи данных, но существенно снижает скорость передачи информации, так как каждый байт дополняется одним или двумя избыточными старт-стопными символами.

Современные модемы могут работать как в асинхронном, так и синхронном режимах.

Переломным моментом в истории модемов стало принятие стандарта V.34, который повысил максимальную скорость передачи данных в два раза, с 14 до 28 Кбит/с по сравнению со своим предшественником — стандартом V.32. Особенностью стандарта V.34 являются процедуры динамической адаптации к изменениям характеристик канала во время обмена информацией. В V.34 определено 10 согласительных процедур, по которым модемы после тестирования линии выбирают свои основные параметры: несущую полосу и полосу пропускания, фильтры передатчика и др. Адаптация осуществляется в ходе сеанса связи — без прекращения и без разрыва установленного соединения. Затем модемы продолжают переговорный процесс до тех пор, пока не будет достигнута максимально возможная в данных условиях производительность. Применение адаптивных процедур сразу позволило поднять скорость передачи данных более чем в два раза по сравнению с предыдущим стандартом — V.32 bis.

Принципы адаптивной настройки к параметрам линии были развиты в стандарте 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, а 9,8. Усовершенствованный метод кодирования дает скорость передачи данных в 33,6 Кбит/с.

Протоколы V.34 и V.34+ позволяют работать на 2-проводной выделенной линии в дуплексном режиме. Дуплексный режим передачи в стандартах V.34, V.34+ обеспечивается не путем частотного разделения канала, а одновременной пере­дачей данных в обоих направлениях. Принимаемый сигнал определяется вычи­танием передаваемого сигнала из общего сигнала в канале.

ПРИМЕЧАНИЕ

Заметьте, что метод передачи данных, описанный в проекте стандарта 802.ЗаЬ, определяющего работу технологии Gigabit Ethernet на витой паре категории 5, взял многое из стандартов V.32-V.34+.

Стандарт V.90 описывает технологию, направленную на обеспечение недорогого и быстрого способа доступа пользователей к сетям поставщиков услуг. Этот стан­дарт описывает асимметричный обмен данными: со скоростью до 56 Кбит/с из сети и со скоростью до 33,6 Кбит/с в сеть. Стандарт совместим со стандартом V.34+.

В стандарте V.92 учитывается возможность принятия модемом второго вызова во время соединения. В таких случаях современные станции передают на телефонный аппарат специальные двойные тоновые сигналы, так что абонент может распознать эту ситуацию и, нажав на аппарате кнопку Flash, переключиться на второе соединение, переведя первое соединение в режим удержания. Модемы предыдущих стандартов в таких случаях просто разрывают соединение, что не _t всегда удобно для абонента — может быть в этот момент он заканчивает загружать из Интернета большой файл, и вся его работа пропадает.

Типовая структура соединения двух компьютеров или локальных сетей через маршрутизатор с помощью аналоговых окончаний приведена на рис. 2.

Коррекция ошибок. 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 фирменным протоколам Microcom. Эта компания реализовала в своих модемах несколько разных процедур коррекции ошибок, назвав их сетевыми протоколами Microcom (Microcom Networking Protocol, MNP) классов 2-4.

В стандарте V.42 основным является другой протокол — протокол доступа к линии связи для модемов (Link Access Protocol for Modems, LAP-M). Однако стандарт V.42 поддерживает и процедуры MNP 2-4, поэтому модемы, соответствующие рекомендации V.42, позволяют устанавливать связь без ошибок с любым модемом, поддерживающим этот стандарт, а также с любым MNP-совместимым модемом.

С помощью кадров взаимной идентификации (Exchange Identification, XID) модемы при установлении соединения могут договориться о некоторых параметрах протокола, например о максимальном размере поля данных кадра, о величине тайм-аута при ожидании квитанции, о размере окна и т. п. Эта процедура напоминает переговорные процедуры протокола РРР.

Сжатие данных. Почти все современные модемы при работе по асинхронному интерфейсу поддерживают стандарты сжатия данных CCITT V.42bis и MNP-5 (обычно с коэффициентом 1:4, некоторые модели — до 1:8). Сжатие данных увеличивает пропускную способность линии связи. Передающий модем автоматически сжимает данные, а принимающий их восстанавливает. Модем, поддерживающий протокол сжатия, всегда пытается установить связь со сжатием данных, но если второй модем этот протокол не поддерживает, то и первый модем переходит на обычную связь без сжатия.

При работе модемов по синхронному интерфейсу наиболее популярным является протокол сжатия синхронных потоков данных (Synchronous Data Compression, SDC) компании Motorola.

Виртуальные частные сети

Одно из преимуществ использования телефонных линий для удален­ного доступа к сети состоит в том, что для них не нужно специально­го оборудования: только компьютер, модем и телефонный разъем. Это означает, что владелец портативного компьютера может подключить­ся к сети офиса откуда угодно. Однако, если сотрудники компании много разъезжают, их междугородные звонки будут обходиться ком­пании очень недешево. Чтобы сократить подобные затраты, приду­маны виртуальные частные сети (virtual private network, VPN).

Виртуальная частная сеть обеспечивает соединение между удален­ным компьютером и сетью, в котором в качестве сетевой среды ис­пользуется Интернет. Сама сеть при этом постоянно подключена к Интернету и располагает сервером, который сконфигурирован на прием входящих соединений через Интернет. Удаленный пользователь подключается к Интернету с помощью модема через ближайше­го провайдера. Многие провайдеры предоставляют свои услуги в раз­ных городах и даже странах, поэтому подключение к Интернету, ско­рее всего, будет местным звонком. Затем удаленный компьютер и се­тевой сервер устанавливают защищенное соединение, которое делает передачу данных по Интернету безопасной. Эта техника называется туннелированием (tunneling), поскольку связь через Интернет устанав­ливается по недоступному со стороны каналу, действительно похо­жему на туннель.

Туннелирование осуществляется, главным образом, с помощью протокола РРТР (Point-to-Point Tunneling Protocol). Соединение меж­ду компьютером-клиентом и сервером в целевой сети устанавливает­ся с помощью протокола РРР и начинается с набора номера провайде­ра и подключения к Интернету, то есть с установки обычного РРР-соединения. Подключившись к Интернету, компьютер устанавлива­ет управляющее соединение (control connection) с сервером с помощью протокола TCP. Это управляющее соединение и есть РРТР-туннель, через который компьютеры будут обмениваться данными.

Когда туннель создан, компьютеры инкапсулируют данные, кото­рые при обычном соединении шли бы по телефонной линии, в IP-дейтаграммы. Затем компьютер по туннелю отправляет дейтаграммы другому компьютеру. В нарушение правил модели OSI, фактически кадр канального уровня передается внутри дейтаграммы сетевого уровня. Кадры РРР инкапсулируются IP, но они в то же время могут содержать другие IP-дейтаграммы уже с реальными данными, пере­даваемыми с компьютера на компьютер. Таким образом, сообщения, передаваемые по соединению TCP, то есть по туннелю, являются IP-дейтаграммами, которые содержат кадры РРР. А уже в кадрах РРР содержатся сообщения, сгенерированные любым протоколом сетево­го уровня. Иными словами, поскольку данные РРР содержатся внут­ри IP-дейтаграмм, они сами могут быть IP-дейтаграммой, а также сообщением IPX или NetBEUI (рис. 1). Поскольку данные в тун­неле зашифрованы и защищены протоколом аутентификации, пере­хватить их нельзя. Когда IP-дейтаграмма проходит по туннелю и дос­тигает другого компьютера, кадры РРР извлекаются из нее и обрабатывается получателем обычным способом.

IP-дейтаграмма

Данные пользователя

IP-дейтаграмма

(данные пользователя)

Трейлер PPP

Заголовок PPP

Кадр РРР

IP-дейтаграмма

(данные пользователя

Заголовок PPP

IP-заголовок

Трейлер PPP

IP-

IP-дейтаграмма

Рис. 3 РРТР нарушает правила инкапсуляции данных, передавая РРР- кадры внутри IР- дейтаграмм

ISDN

Популярность цифровой сети комплексных услуг ISDN (Integrated Services Digital Network) в США стала расти лишь недавно. Зато в Европе, где выделенные телефонные линии непомерно дороги, она используется уже в течение нескольких десятилетий. ISDN — это цифровая коммуникационная служба, использующая ту же инфра­структуру, что и PSTN. ISDN разрабатывалась как полная цифровая замена аналоговой телефонной сети, но в США у нее до недавнего времени было очень мало сторонников. Лишь потребность в быстро­действующем подключении к Интернету заставила начать изучение ее возможностей. Правда, в последние годы появились и другие спо­собы быстрой связи с Интернетом, например, цифровые абонентские линии (Digital Subscriber Line, DSL) и кабельное телевидение (CATV). Они, как правило, оказываются быстрее и дешевле ISDN, что плохо сказывается на ее популярности.

В ISDN, как и в PSTN, используется набор номера, но сигналы по кабелям передаются цифровые, поэтому необходимости в модемах нет. Хотя на линиях ISDN допускается использование телефонов, факс-аппаратов и других устройств, в США ISDN чаще всего приме­няется исключительно для передачи данных. За счет использования набора номера ISDN можно применять для подключения к различ­ным сетям. Например, если Вы подключаетесь с помощью ISDN к Интернету, для смены провайдера Вам достаточно набрать другой номер. Вмешательства телефонной компании не потребуется. С дру­гой стороны, для ISDN нужно специальное оборудование, поэтому использовать эту службу с портативными компьютерами нельзя.

Скорость передачи данных по линиям ISDN выше, чем по теле­фонным линиям PSTN. Базовый вариант ISDN — BRI (Basic Rate Interface) — состоит из двух каналов со скоростью 64 кбит/сек (5-ка­налы) для передачи данных пользователя и одного канала со скорос­тью 16 кбит/сек (D-канал) для передачи управляющего графика. Из-за названий каналов службу BRI иногда называют 2B+D. В-каналами можно пользоваться по отдельности или объединить их в один канал со скоростью 128 кбит/сек. Служба более высокого класса — PRI (Primary Rate Interface) — состоит из 23 В-каналов и одного D-канала со скоростью 64 кбит/сек. Полная полоса пропускания в этом случае такая же, как у выделенной линии Tl. PRI в США используется редко.

В ISDN используются такие же кабели, как и в PSTN, но конеч­ному пользователю необходимо дополнительное оборудование. Теле­фонная компания предоставляет Вам U-интерфейс, то есть двухпро­водную линию. Она подключается к терминальному устройству NT1 (network termination), на выходе которого имеются уже 4-проводные разъемы — S/T-интерфейсы.. Для его работы необходим терминальный адаптер (terminal adapter), который подключается к S/T-интерфейсу и имеет разъем для устройства ТЕ2.

Если Вы планируете подключать к службе ISDN несколько ус­тройств, покупайте NT1 в виде отдельного устройства. Однако в США ISDN чаще всего применяется только для выхода в Интернет, поэто­му на рынке широко представлены устройства, объединяющие NT1 и терминальный адаптер. Такие объединенные устройства продаются как в виде плат расширения, так и в виде отдельных устройств, под­ключаемых к последовательному порту компьютера. В США ISDN никогда не была особенно популярна. Отчасти это связано с ее репутацией дорогой и не очень надежной службы. Мно­гие телефонные компании, предоставляющие ISDN-услуги, берут за это как ежемесячную абонентскую плату, так и поминутную плату (как правило, около 1 цента за минуту). Если Вы с помощью ISDN подключаетесь к Интернету, добавьте к этим платежам еще и абонент­скую плату провайдеру. Одним словом, удовольствие может оказать­ся довольно дорогим, по сравнению с DSL и CATV. Пользователи ISDN любят рассказывать о том, как сложно уста­новить ISDN, как она часто выходит из строя и как они непрерывно звонят в службу поддержки. В какой-то степени плохая репутация ISDN оправдана. Но в целом в последние годы эта служба стала го­раздо удобнее. Например, если Вы решите выходить с помощью ISDN в Интернет, многие провайдеры сами организуют Вам ее установку.