Канальний рівень

2. Канальний рівень.

На канальном рівні реалізовуються такі основні функції:

·  формування з послідовності біт інформаційних кадрів для передачі по каналу;

·  кодування кадру завадостійким кодом (з виявленням помилок);

·  відновлення початкової послідовності даних на приймальній стороні;

·  забезпечення кодонезалежної передачі даних (припускає довільний вибір коду подання даних);

·  управління потоком даних на рівні каналу, тобто темпу їх видачі в DTE одержувача;

·  усунення наслідків втрат, спотворень або дублювання кадрів, що передаються в каналі.

Як стандарт для протоколів другого рівня організацією ISO рекомендується протокол HDLC (High Level Data Link Control).

На основі протоколу HDLC розроблено ряд спрощених протоколів для конкретної області застосування:

·  SDLC (Synchronous Data Link Control),

·  LAP (Link Access Procedure),

·  LAPB (Link Access Procedure Balanced),

·  LAPD (Link Access Procedure D-channel),

·  LAPM (Link Access Procedure for Modems) = V.42,

·  LLC (Logical Link Network),

·  LAPX (Link Access Procedure Extention) та ін.

Наприклад, протоколи LAPB та LAPD застосовують в цифрових мережах ISDN; LAPM є базовим для стандарту корекції помилок V.42; LAPX є напівдуплексним варіантом HDLC і використовується в термінальних мережах і системах, працюючих в стандарті Teletex, а протокол LLC (Link Logic Control) реалізований практично у всіх мережах з множинним доступом (наприклад, у безпровідних локальних мережах).

У деяких мережах сигнал, що приймається кожним DCE, є сумою сигналів, що передаються від інших DCE. Канали зв'язку в таких мережах називають каналами з множинним доступом або моноканалами, а самі мережі називають мережами множинного доступу. Такими є деякі супутникові мережі, наземні пакетні радіомережі, а також локальні проводові та безпроводові мережі.

4. Класифікація модемів

Основні ознаки класифікації модемів: 1) область застосування; 2) метод передачі; 3) реалізація додаткових функцій; 4) конструктивне виконання; 5) засоби керування; 6) підтримка протоколів модуляції, виправлення помилок і стиснення даних.

За областю застосування:

1. Для комутованих телефонних каналів.

Більшість модемів призначена для роботи з комутованими телефонними каналами. Такі модеми мають взаємодіяти з АТС, розрізнювати їх сигнали і передавати свої сигнали набору номера.

2. Для виділених телефонних каналів.

3. Для фізичних з'єднувальних ліній.

Особливість модемів для фізичних ліній полягає в тому, що смуга пропускання фізичних ліній не обмежена значенням 3,1 кГц (характерним для телефонних каналів), а залежить від типу лінії (екранована і неекранована віта пара, коаксіальний кабель тощо) та її довжини.

До цієї групи належать модеми низького рівня (лінійні драйвери), або модеми на короткі відстані (Short Rang Modеms), і модеми основної смуги (Baseband modems).

У модемах першої групи використовуються цифрові методи біімпульсної передачі, що дозволяють формувати імпульсні сигнали без постійної складової, що звужує смугу частот порівняно з початковою послідовністю. Швидкість передачі – до 19 кбіт/с.

Використання в модемах другої групи різних видів квадратурної амплітудної модуляції (КАМ) дозволяє скоротити смугу частот і забезпечити швидкість передачі до 100 кбит/с.

4. Для цифрових систем передачі – адаптери CSU/DSU (Channеl Sеrvicе Unit/Data Sеrvicе Unit).

Модеми для цифрових систем передачі забезпечують підключення до стандартних цифрових каналів, таких як Е1/Т1 або ISDN, і підтримують функції відповідних канальних інтерфейсів.

До категорії цифрових належать також xDSL-модеми. У технології xDSL (Digital Subscriber Line) збільшення смуги пропускання (швидкості передачі) базується на двох ідеях – використанні ширшого спектра носійних коливань і підвищенні ефективності його використання. Смуга частот розширена до одиниць МГц, а ефективне використання досягається застосуванням сучасних методів модуляції 2B1Q, CAP, DMT. Швидкості передачі: від 160 кбіт/с (для DSL-технології) до одиниць (ADSL) і десятків Мбіт/с (для VDSL).

5. Для стільникових систем зв'язку.

Вирізняються компактністю виконання і підтримкою спеціальних протоколів модуляції і виправлення помилок, які дозволяють ефективно передавати дані в умовах стільникових каналів з високим рівнем завад і змінюваними параметрами. До таких протоколів належать ZyCELL, ETC і MNP10.

6. Для пакетних радіомереж.

Пакетні радіомодеми призначені для передачі даних по радіоканалу. При цьому декілька радіомодемів використовують один радіоканал в режимі множинного доступу, наприклад, у відповідності з протоколом АХ.25. Радіоканал за своїми характеристиками близький до телефонного і організується з використанням радіостанцій з однаковою робочою частотою в УКВ (KB) діапазоні.

7. Для локальних радіомереж.

Локальні радіомережі є перспективною мережною технологією, яка доповнює проводові локальні мережі. Головним їх елементом є спеціалізовані радіомодеми (адаптери локальних радіомереж). На відміну від пакетних радіомодемів вони забезпечують передачу даних на невеликі відстані (до 300 м) з високою швидкістю (2 – 10 Мбіт/с), близькою до швидкості передачі в проводових локальних мережах. Крім того, в локальних радіомодемах застосовують сигнали складної форми, наприклад, сигнали з псевдовипадковою перебудовою робочої частоти.

8. Для телевізійних кабельних мереж.

Такі модеми використовують вільні телевізійні канали зі смугою пропускання 6 МГц в діапазоні від 50 до 450 МГц. Широка смуга телевізійних каналів обумовлює високі швидкості передачі – до 36 Мбіт/с.

9. Для супутникових каналів зв'язку.

10. Для електричних мереж.

За методом передачі.

За методом передачі модеми поділяються на асинхронні та синхронні.

Асинхронний режим передачі використовується, коли дані, що передаються, генеруються у випадкові моменти часу. При цьому одержуючий пристрій має відновлювати синхронізацію на початку кожного отримуваного символу. З цією метою кожен символ, що передається, супроводжується додатковим стартовим і одним або більше стоповими бітами.

Недоліки асинхронного методу: низька ефективність і необхідність використання простих методів модуляції (АМ, ЧМ).

Складніші методи модуляції, наприклад відносна фазова модуляція (ВФМ), КАМ, потребують підтримки постійного синхронізму опорних тактових генераторів відправника і одержувача.

При синхронному методі передачі велику кількість символів або байт об'єднують в окремі блоки (кадри). Кадр передається як один ланцюжок бітів без яких-небудь затримок між 8-бітними елементами. Щоб приймаючий пристрій міг забезпечити різні рівні синхронізації, мають виконуватися такі вимоги:

1) послідовність бітів, що передається, не повинна містити довгих послідовностей нулів або одиниць, щоб приймаючий пристрій міг стало виділяти тактову частоту синхронізації;

2) кожен кадр повинен мати зарезервовані послідовності бітів або символів, що позначають його початок і кінець.

Якщо синхронний режим застосовується для передачі по інтерфейсу DTE‑DCE, то для синхронізації використовуються додаткові кола, по яких передається сигнал тактової частоти від відправника до одержувача.

За реалізацією додаткових функцій:

1) без системи керування;

2) з підтримкою АТ-команд.

Сучасні модеми мають широкі інтелектуальні можливості. Стандартом де-факто стала множина АТ-команд, розроблених фірмою Hayes, що дозволяє користувачеві керувати характеристиками модему і параметрами зв'язку. Модеми, які підтримують АТ-команди, називають Hayes-сумісними модемами;

3) з підтримкою команд рекомендації ITU-T V.25bis (ITU – International Telecommunications Union – міжнародна спілка електрозв’язку, ITU-T – комітет по стандартизації телекомунікацій у складі ITU);

4) з фірмовою системою команд.

Спеціалізовані модеми для промислового застосування часто мають фірмову систему команд, відмінну від набору АТ-команд;

5) з підтримкою протоколів мережного керування;

Промислові модеми часто підтримують протокол мережного керування SMNP (Simple Manager Network Protocol), який дозволяє адміністратору керувати елементами мережі з віддаленого термінала;

6) голосові модеми.

Здатні одночасно передавати голос і дані. В голосових модемах частіше застосовують метод аналогової передачі потоків голосу і даних, рознесених по частотах – ASVD (Analoguе Simultanious Voicе/Data). Інший підхід – DSVD (Digital SVD) ґрунтується на оцифровуванні голосу і передачі отриманих відліків у загальному потоці даних.

За конструкцією:

1) зовнішні; 2) внутрішні; 3) портативні; 4) групові.

Зовнішні модеми є автономними пристроями, що приєднуються до комп'ютера або іншого DTE за допомогою одного із стандартних інтерфейсів DTE – DCE.

Внутрішній модем – це плата розширення, що вставляється у відповідний слот комп'ютера.

Портативні модеми призначені для використання спільно з комп'ютерами класу Notebook. Мають малі габарити і високу ціну. За можливостями не поступаються повнофункціональним модемам. Оснащені інтерфейсом PCMCIA.

Груповими модемами називають сукупність окремих модемів, які об'єднані у спільний блок і мають спільне живлення, пристрої керування і відображення. Окремий модем, розрахований на малу кількість каналів, є платою з рознімом, що встановлюється в блок.

За засобами керування: апаратні та програмні.

Основна відмінність програмного модему від апаратного полягає в тому, що частина його функцій реалізовується за допомогою центрального процесора і програмного забезпечення. Іноді від модему залишається лише кодек, а всі інші функції виконує драйвер, який використовує ресурси комп’ютера.

Основні недоліки програмних модемів: використання ресурсів ЦП, залежність від операційної системи; переваги – компактність, швидка реалізація нових функцій і протоколів; відсутність прив'язки до шини ISA, низька вартість.

За підтримкою міжнародних і фірмових протоколів.

Протоколи міжнародного рівня розробляються під егідою ITU-T і приймаються їм як рекомендації. Всі рекомендації ITU-T щодо модемів належать до серії V (рис.2).

Фірмові протоколи розробляють компанії-виробники модемів (AT&Т, Motorolla, U.S.Robotics, ZyXEL).

З функціональної точки зору модемні протоколи поділяють на групи:

1) протоколи, що визначають взаємодію модему з каналом (V.2, V.25);

2) протоколи, що регламентують з'єднання і алгоритми взаємодії модему і DTE (V.10, V.11, V.24, V.25, V.25bis, V.28);

3) протоколи модуляції, що визначають основні характеристики модемів, призначених для комутованих і виділених телефонних каналів (V.17, V.22, V.32, V.34, V.90, HST, ZyX та ін.);

4) протоколи захисту від помилок (V.41, V.42, MNP1 – MNP4);

5) протоколи стиснення даних (MNP5, MNP7, V.42bis);

6) протоколи діагностування модемів, які стосуються випробування і вимірювання параметрів каналів зв'язку (V.51, V.52, V.53, V.54, V.56);

7) протоколи узгодження параметрів зв'язку на етапі його встановлення (Handshaking), наприклад V.8.

Звичайно, префікси "bis" і "ter" в назвах протоколів означають модифікацію існуючих протоколів (крім V.42bis).