3. Модемы

Технология модемов

Модем (modem) — это устройство, которое позволяет компьютерам обмениваться данными по телефонной линии.

Когда компьютеры расположены слишком далеко друг от друга и их нельзя соединить стандартным сетевым кабелем, связь между ними устанавливается с помощью модема. В сетевой среде модемы служат средством связи между отдельными сетями или между ЛВС и остальным миром.

Основные функции модемов

Осуществлять связь по телефонной линии компьютеры не могут, так как обмениваются данными с помощью цифровых электронных импульсов, а по телефонной линии можно передавать только аналоговые сигналы (звуки).

Цифровой сигнал (синоним двоичного) может принимать лишь два значения: 0 или 1. Аналоговый сигнал — это плавная кривая, которая может иметь бесконечное множество значений.

Модем на передающей стороне преобразует цифровые сигналы компьютера в аналоговые и посылает их по телефонной линии. Модем на принимающей стороне преобразует входящие аналоговые сигналы в цифровые для компьютера-получателя.

Другими словами, передающий модем модулирует (modulate) цифровой сигнал в аналоговый, а принимающий модем демодулирует (demodulate) аналоговый сигнал обратно в цифровые сигналы.

Примечание. При использовании цифровых линий необходимо установить в компьютер специальные цифровые платы.

Аппаратное обеспечение модемов

Модемы — оборудование передачи данных (DCE), они имеют два стандартных физических интерфейса:

последовательный интерфейс передачи данных (RS-232);

интерфейс с телефонной линией RJ-11 (четырехконтактный телефонный разъем).

Существуют внутренние и внешние модемы. Внутренние модемы устанавливаются в слоты расширения подобно любой другой плате.

Внешний модем представляет собой небольшую коробочку, подключаемую к компьютеру с помощью последовательного (RS-232) кабеля. Этот кабель соединяет последовательный порт компьютера с тем разъемом модема, который предназначен для связи с компьютером. Для подключения модема к телефонной сети используется кабель с разъемами RJ-11.

Стандарты модемов

Промышленные стандарты существуют практически для каждой области сетевых технологий, и модемы не являются исключением. Стандарты обеспечивают взаимодействие модемов от разных производителей. Здесь Вы найдете описание некоторых общих стандартов модемов.

Hayes

В начале 1980-х годов компания Hayes Microcomputer Products, Inc. разработала модем, который получил название Hayes Smartmodem. Он был назван “интеллектуальным”, потому что мог автоматически набрать номер. Sinartmodem превратился в стандарт, на который стали ориентировать другие модемы, — вскоре возник термин “Hayes-совместимый”. Точно так же персональный компьютер фирмы IBM дал жизнь термину “IBM-совместимый”. Поскольку производители подчинились стандартам Hayes, через некоторое время все модемы могли “общаться” друг с другом.

Первые Hayes Smartmodem передавали и принимали данные со скоростью 300 битов в секунду. Целый ряд последующих модификаций увеличил эту скорость в четыре раза до 1200 бит/с (bps). В настоящее время Hayes предлагает модемы со скоростью 28 800 бит/с и более.

Международные стандарты

С конца 1980-х годов организация International Telecommunications Union (ITU) разрабатывает стандарты для модемов.

Эти спецификации, известные как V-серии, включают номер стандарта. Иногда включается также слово “bis” (латинское “дважды”). Оно указывает на то, что данный стандарт — пересмотренная версия более раннего стандарта. Если в названии стандарта содержится слово “terbo” (французское “ter” — “третий”), это значит, что второй, или “bis”, стандарт также был модифицирован. Например, модему V.22bis для передачи текста в 1000 слов требуется 25 секунд. Модем V.34 передает этот же текст за две секунды, а модему со скоростью 14400 бит/с, удовлетворяющему стандарту сжатия данных V.42bis, на это потребовалась бы только одна секунда.

В следующей таблице представлены стандарты сжатия, разработанные с 1984 года, и их параметры. Стандарт сжатия и скорость модема не всегда взаимозависимы. Стандарт может использоваться с модемом любой скорости.

Стандарт	бит/с	Год выпуска	Примечание
V.22bis	2400	1984	Старый стандарт. Модемы этого стандарта иногда входят в комплект поставки компьютера
V.32	9600	1984	Модемы этого стандарта иногда входят в комплект поставки компьютера
V.32bis	14400	1991	Модемы этого стандарта в настоящее время широко распространены
V.32terbo	19200	1993	Неофициальный стандарт. Может соединяться только с другим V.32terbo
V.FastClass (V. FC)	28800	1993	Неофициальный стандарт
V.34	28800	1994	Усовершенствованный V.FastClass. Сохраняет обратную совместимость с ранними V-модемами
V.42	57600	1995	Сохраняет обратную совместимость с ранними V-модемами

Производительность модема

Изначально скорость модемов измерялась в битах в секунду или в единицах, называемых “бод” (baud), и многие путали их, считая, что они обозначают одно и то же.

Бод относится к частоте осцилляций звуковой волны, переносящей биты данных по телефонной линии. Свое название эта единица получила от имени французского офицера-связиста Ж. Бодо. В начале 1980-х годов скорость в бодах равнялась скорости передачи модемов. В то время 300 бод было эквивалентно 300 битам в секунду.

Затем инженеры связи разработали методы сжатия и кодирования данных. В результате каждая модуляция звука могла переносить больше одного бита информации. Это означает, что скорость в битах в секунду может быть выше скорости в бодах. Например, модем со скоростью модуляции 28 800 бод может в действительности передавать 115 200 битов в секунду. Именно поэтому сначала нужно обращать внимание на скорость в битах в секунду, а затем уже — в бодах.

Современные модемы применяют такие индустриальные стандарты сжатия данных, как V.42bis/MNP5, и имеют скорость передачи данных 57 600 бит/с, а некоторые — 76 800 бит/с.

Типы модемов

Существуют различные типы модемов, поскольку существуют различные типы среды передачи, для которых требуются разные методы передачи данных. Эти среды можно грубо поделить на два типа, взяв как критерий синхронизацию связи. Итак, связь бывает: асинхронная; синхронная.

Тип модема, используемого в сети, будет зависеть и от среды, и от назначения сети.

Асинхронная связь

Асинхронная связь — самая распространенная форма передачи данных. Причина такой популярности кроется в том, что асинхронный метод связи использует стандартные телефонные линии. При асинхронном методе данные передаются последовательным потоком.

Каждый символ — буква, число или знак — раскладывается в последовательность битов. Каждая из этих последовательностей отделяется от других стартовым битом и стоповым битом. Передающее и принимающее устройства должны согласовывать комбинацию стартовых и стоповых битов. Принимающий компьютер для управления синхронизацией использует стартовые и стоповые биты, готовясь тем самым к приему следующего байта данных.

Связь этого типа не синхронизируется, т. е. отсутствует синхронизирующее устройство или метод для координации действий между передатчиком и приемником. Передающий компьютер просто шлет данные, а принимающий компьютер просто их получает. Затем принимающий компьютер проверяет данные, чтобы убедиться в том, что они приняты без ошибок. Двадцать пять процентов трафика данных при асинхронной связи состоит из управляющей и координирующей информации.

Скорость асинхронной передачи по телефонным линиям может достигать 28 800 бит/с и выше. Однако новейшие методы сжатия данных в непосредственно соединенных системах обеспечивают скорость до 115 200 бит/с.

Контроль ошибок

Вероятность ошибок никогда не исключена, поэтому при асинхронной связи может использоваться специальный бит — бит четности. Схема проверки и коррекции ошибок, которая его применяет, называется контролем четности. При контроле четности количество посланных и принятых единичных битов должно совпадать.

Стандарт модемов V.32 не предусматривал контроля ошибок. Чтобы решить эту проблему, компания Microcom создала собственный стандарт асинхронного контроля ошибок данных, который был назван Microcom Network Protocol (MNP), Этот метод работал так хорошо, что другие компании заимствовали не только начальную версию протокола, но и другие версии, называемые классами. В настоящее время разные производители модемов используют MNP классов 2, 3 и 4.

В 1989 году комитет СС1ТТ опубликовал схему асинхронного контроля ошибок, названную V.42. Этот стандарт аппаратной коррекции ошибок включает в себя два протокола. Основная схема контроля ошибок — это Link Access Procedure for Modems, LAPM (процедура доступа к каналу связи для модемов), однако V.42 также использует MNP Class 4. Протокол LAPM используется при соединении двух модемов, удовлетворяющих стандарту V.42. Если один из модемов поддерживает только стандарт MNP 4, будет использоваться MNP 4.

Увеличение скорости передачи

На производительность канала связи оказывают влияние два фактора. Скорость канала.

Этот параметр характеризует, насколько быстро биты кодируются и передаются по каналу связи.

Пропускная способность (throughput). Этот параметр характеризует долю полезной информации, передаваемой по каналу.

Скорость передачи и пропускная способность — это не одно и то же. Например, за счет сжатия (compressing) данных можно удвоить пропускную способность и не оплачивать при этом более быстрый канал связи.

Сжатие уменьшает время, необходимое для передачи данных (за счет удаления избыточных элементов или пустых участков). Один из распространенных в настоящее время стандартов сжатия — протокол сжатия данных MNP Class 5 фирмы Microcom.

Если на обеих сторонах линии связи используется протокол MNP Class 5, время передачи данных может быть сокращено наполовину.

Следуя стандарту V.42bis, можно добиться даже большей производительности, так как он описывает аппаратную реализацию непрерывного сжатия данных. Например, с модемом на 9 600 бит/с при использовании V.42bis можно достичь пропускной способности 38 400 бит/с.

Комбинирование стандартов

Различные стандарты определяют различные аспекты работы модема. Поэтому один и тот же модем, чтобы увеличить производительность, иногда использует некую комбинацию протоколов передачи данных и контроля ошибок. Например, при использовании модемов на асинхронном аналоговом канале связи между локальными сетями хорошие, устойчивые результаты может дать следующая комбинация: V.32bis — передача; V.42 — контроль ошибок; V.42bis — сжатие.

Асинхронные, или последовательные, модемы дешевле синхронных, поскольку не нуждаются в схемах и компонентах для управления синхронизацией (необходимой при синхронной связи).

Синхронная связь

Синхронная связь основана на схеме синхронизации, согласованной между двумя устройствами. Ее цель — выделить биты из группы при передаче их блоками. Эти блоки называют кадрами. Для установки синхронизации и периодической проверки ее правильности используются специальные символы.

Поскольку биты передаются в синхронном режиме, стартовые и стоповые биты не нужны. Передача завершается в конце одного кадра и начинается вновь на следующем кадре. Этот метод более эффективен, чем асинхронная передача.

В случае ошибки синхронная схема распознавания и коррекции ошибок просто повторяет передачу кадра. Синхронные протоколы выполняют некоторые действия, не предусмотренные асинхронными протоколами, а именно: разбивают данные на блоки; добавляют управляющую информацию; проверяют данные на наличие ошибок. Основные протоколы синхронной связи:

SDLC (Synchronous Data Link Control) — протокол синхронного управления каналом;

HDLC (High-level Data Link Control) — высокоуровневый протокол управления каналом;

BISYNC (Binary SYNchronous Communications protocol) — протокол двоичной синхронной связи.

Синхронная связь используется практически во всех цифровых системах связи и сетях. Допустим, что для соединения удаленных компьютеров Вы используете цифровые линии. Тогда, чтобы подключить компьютер к цифровой линии, Вы будете устанавливать синхронный модем, а не асинхронный. Справедливости ради заметим, что из-за высокой стоимости и сложности синхронные модемы для домашних условий, как правило, не предлагаются.

Линии связи

Сам по себе модем бесполезен, если он не может поддерживать связь с другими устройствами. Связь через модем всегда осуществляется по какому-нибудь кабелю или коммуникационной линии. Тип кабеля, а также коммуникационная компания, предоставляющая линию связи и соответствующие услуги, определяют различия в производительности и стоимости канала связи.

Общая закономерность такова: чем быстрее и на большие расстояния передавать данные, тем задача сложнее, тем выше ее стоимость. Обдумывая методы реализации модемной связи, администратор должен принимать во внимание три фактора: пропускную способность; расстояние; стоимость.

Выбирая тип телефонных линий, который Вы собираетесь использовать, также необходимо учитывать эти факторы.

Телефонные линии

Существует два типа телефонных линий, по которым может осуществляться модемная связь. Каналы общедоступной коммутируемой телефонной сети (коммутируемые линии).

Это самые обычные телефонные линии. Они требуют, чтобы пользователь вручную устанавливал соединение для каждого сеанса связи. Медленны и не очень надежны при передаче данных.

Однако некоторые компании считают весьма удобным для передачи файлов или обновления баз данных ежедневно на некоторое время устанавливать связь по коммутируемым линиям.

Телефонные компании непрерывно улучшают качество предоставляемых ими услуг и коммутируемых каналов. На некоторых цифровых линиях связи за счет использования коррекции ошибок, сжатия данных и синхронных модемов достигается скорость 56 Кбит/с. Арендуемые (leased) [выделенные (dedicated)] линии.

Эти линии обеспечивают круглосуточную связь, при которой, чтобы установить соединение, последовательность коммутаторов не нужна. Качество выделенных линий обычно выше, чем качество телефонных, которые были созданы только для передачи речи. Типичный диапазон скорости — от 56 Кбит/с до 45 Мбит/с и больше.

Однако на практике при связи на большие расстояния обычно используются коммутируемые каналы, которые, правда, выглядят как выделенные линии. Они называются виртуальными частными сетями (VPN).

Удаленный доступ

Для соединения сетей могут использоваться коммутируемые телефонные линии. Модем на одном конце набирает номер модема на другом конце — и две сети соединены. Однако даже при наличии быстрого модема и сжатия данных этот метод обычно приводит к большим расходам на оплату телефонных счетов. Поэтому те компании, которые непрерывно поддерживают связь между сетями, предпочитают арендованные линии, обеспечивающие стабильный удаленный доступ (remote access).

Большинство сетей предлагает пользователям некоторые возможности для удаленного доступа. Ведь иногда им приходится подключаться к сети и за пределами организации, Microsoft Windows NT Server, например, имеет службу удаленного доступа (RAS). Она обеспечивает одновременное подключение к сети до 256 удаленных клиентов.

Служба удаленного доступа — через сервер удаленного доступа — подключает пользователей по телефонным линиям к сети Windows NT. Как только связь установлена, телефонные линии становятся “прозрачными”, и пользователь может работать со всеми ресурсами сети, как будто он сидит за компьютером, непосредственно подключенным к сети.

Резюме

Модемы обеспечивают связь компьютеров по телефонным линиям. Модемы получают от компьютера цифровой сигнал и преобразовывают его в аналоговый сигнал (звуковую волну), который может быть передан по телефонным линиям. На принимающей стороне они выполняют обратное действие. Модемы могут быть внутренними или внешними.

Существует два типа телефонных линий, которые подходят для модемной связи: общедоступная коммутируемая телефонная сеть и арендуемые линии. Коммутируемые линии требуют, чтобы пользователь вручную выполнял подключение каждый раз, когда он использует модем. Арендуемые линии обеспечивают непрерывное подключение.

Производительность модема может быть увеличена благодаря сжатию данных. Организация International Telecommunications Union (ITU) разработала целый ряд стандартов сжатия данных для модемов.

Существует два типа модемов: синхронные и асинхронные. Шире используются асинхронные модемы, передающие данные по телефонным линиям последовательным потоком. При синхронной связи биты данных передаются в синхронном режиме. Это более эффективный метод передачи данных, однако он значительно дороже асинхронного.

Билет 7. 1. Назначение драйверов

Драйверы (driver) [иногда их называют драйверами устройств (device driver)] — это программное обеспечение, позволяющее компьютеру работать с различными устройствами. Даже если некоторое устройство и подключено к компьютеру, операционная система не сможет взаимодействовать с ним до тех пор, пока не будет установлен и правильно сконфигурирован драйвер этого устройства. Драйвер — программа, которая “говорит” компьютеру, как надо управлять или работать с устройством, чтобы оно правильно выполняло все свои функции.

Драйверы существуют почти для каждого типа устройств компьютера и периферии, например:

устройств ввода (мыши);

SCSI- и IDE-дисковых контроллеров;

жестких и гибких дисков;

устройств мультимедиа (микрофонов, видеокамер, записывающих устройств);

плат сетевого адаптера;

принтеров, плоттеров, накопителей на магнитной ленте и т.д.

Как уже говорилось, обычно именно операционная система взаимодействует с драйверами, обеспечивая функционирование устройств. Хорошим примером использования драйверов может служить драйвер принтера. Принтеры производятся большим количеством фирм и обладают различными функциями и особенностями. Производители компьютеров просто не в состоянии оснастить свои компьютеры программным обеспечением для работы с каждым типом принтера. Вместо этого производители принтеров создают драйверы для своих принтеров. Чтобы Ваш компьютер мог посылать документы на принтер, сначала надо загрузить драйвер этого принтера, который обеспечит взаимодействие компьютера с этим устройством.

Согласно сложившейся практике, производители периферийных устройств и устанавливаемых в компьютер плат отвечают и за поставку к ним драйверов. Драйверы поставляются на дисках вместе с оборудованием или с операционными системами. Кроме того, они могут быть взяты с таких служб, как The Microsoft Network (MSN) или CompuServe.

К другому типу устройств, требующих наличия драйверов и доставляющих пользователям массу неприятностей, относятся дисковые контроллеры. В основном используется два типа контроллеров: Small Computer System Interface (SCSI); Integrated Device Electronic (IDE).

SCSI-контроллеры позволяют связывать цепочкой несколько различных устройств, например жестких дисков и CD-ROM-дисководов. Этот контроллер, помимо корректного драйвера, требует правильной настройки устройства. Если Вы заменили SCSI-адаптер одного производителя на SCSI-адаптер другого производителя, Вам придется установить корректный драйвер и правильно его сконфигурировать. Дисковый накопитель типа IDE имеет встроенный контроллер, поэтому его установка и обслуживание проще.

Сетевая среда

Сетевые драйверы обеспечивают связь между платами сетевого адаптера и работающими на компьютере редиректорами. Редиректор — это часть сетевого программного обеспечения, которая принимает запросы ввода/вывода, относящиеся к удаленным файлам, и переадресовывает их по сети на другой компьютер. Для установки драйвера часто используется специальная утилита.

Драйверы и модель OSI

Драйверы платы сетевого адаптера располагаются на подуровне Управление доступом к среде (Канальный уровень модели OSI). Подуровень Управление доступом к среде отвечает за совместный доступ плат сетевого адаптера к Физическому уровню. Другими словами, драйвер платы сетевого адаптера обеспечивает прямую связь между компьютером и самой платой. Это, в свою очередь, связывает компьютер с сетью.

Сетевое программное обеспечение

Ї Ї Ї Виртуальные связи Ї Ї Ї

Драйвер

Ї Ї Ї Виртуальные связи Ї Ї Ї

Плата сетевого адаптера

Рис. 3.6. Связь между платой сетевого адаптера и сетевым программным обеспечением

Драйверы и сетевое программное обеспечение

Производители сетевых адаптеров обычно предоставляют драйверы разработчикам сетевого программного обеспечения, которые включают их в состав своих продуктов.

Производители сетевых операционных систем публикуют списки совместимого оборудования (Hardware Compatibility List, HCL) — списки устройств, драйверы которых протестированы и включены в состав операционной системы.

Например, HCL для операционной системы Microsoft Windows NT Server содержит более 100 моделей плат сетевых адаптеров (от различных производителей), драйверы которых были протестированы и включены в состав данной операционной системы. Это означает, что в комплект поставки Microsoft Windows NT Server входит более 100 драйверов, которые позволят ей работать более чем с сотней различных плат сетевого адаптера.

И последнее. Даже если драйвер какой-то конкретной платы не был предусмотрен сетевой операционной системой, не расстраивайтесь. Обычно производители плат сетевого адаптера сами включают в комплект поставки диск с драйверами для наиболее популярных сетевых операционных систем. Однако перед покупкой платы стоит все-таки убедиться в том, что для Вашей сетевой операционной системы есть драйвер.

Ввод в действие

Ввод в действие и управление драйверами подразумевает их установку, настройку, обновление и удаление.

Установка

В настоящее время наиболее популярные сетевые операционные системы обычно используют для установки интерактивный графический интерфейс.

Например, в Microsoft Windows NT Server это делается с помощью утилиты Control Panel.

Настройка

Обычно платы сетевого адаптера имеют несколько параметров, от правильной установки которых зависит корректная работа самого адаптера. Как уже говорилось на занятии 6, настройку параметров можно осуществить перестановкой перемычек или DIP-переключателей.

Однако большинство современных плат сетевого адаптера не имеет ни перемычек, ни DIP-переключателей. Они конфигурируются программно — при установке драйверов или после нее.

Обновление

Время от времени производители вносят в драйверы дополнения или изменения, которые увеличивают производительность сетевых компонентов. Эти изменения распространяются или по почте (зарегистрированным пользователям), или через электронную доску объявлений, или с помощью оперативных служб, таких, как The Microsoft Network (MSN) или CompuServe. Процесс обновления драйверов обычно аналогичен процессу их установки.

Удаление

Иногда может возникнуть ситуация, когда необходимо удалить драйверы. Чаще всего это происходит при конфликте исходных драйверов с новыми. Например, удаляя из системы некоторое оборудование, надо удалить и связанные с ним драйверы, чтобы исключить возможный конфликт этих драйверов с теми, которые будут установлены впоследствии.

Процесс удаления драйверов обычно аналогичен процессу их установки или обновления.

Резюме

Драйвер — это программа-утилита, позволяющая компьютеру работать с определенным устройством. Такие устройства, как мышь, дисковые накопители, платы сетевого адаптера и принтеры, поставляются вместе со своими драйверами. Операционная система компьютера не распознает устройство до тех пор, пока не будет установлен необходимый драйвер (если операционная система не поддерживает спецификацию Plug and Play).

Большинство драйверов предоставляется производителями операционных систем. Если же драйвера для какого-то устройства нет, попробуйте найти его на диске, входящем в комплект поставки оборудования. В некоторых случаях драйверы можно получить у оперативных служб типа The Microsoft Network (MSN) или CompuServe.

В сетевой среде каждый компьютер обладает платой сетевого адаптера и соответствующим ей драйвером, благодаря которым компьютер посылает данные по сети. Современные процедуры (с графическим интерфейсом пользователя) облегчают установку драйвера платы сетевого адаптера. Иногда возникает необходимость в обновлении или удалении драйвера. Эти процедуры аналогичны его установке.