Модемы: назначение, типы, выполняемые функции, протоколы.
Модем (аббревиатура, составленная из слов модулятор-демодулятор) — устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию, то есть изменяет характеристики несущего сигнала в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).
-внешние — подключаются к COM или USB порту, обычно имеют внешний блок питания (существуют USB-модемы, питающиеся от USB и LPT-модемы).
-внутренние — устанавливаются внутрь компьютера в слот ISA, PCI, PCMCIA, AMR, CNR
-встроенные — являются внутренней частью устройства, например ноутбука или док-станции.
-аппаратные — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например с использованием DSP, контроллера). Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.
-винмодемы — аппаратные модемы, лишённые ПЗУ с микропрограммой. Микропрограмма такого модема хранится в памяти компьютера, к которому подключён модем. Работоспособен только при наличии драйверов, которые обычно писались исключительно под операционные системы семейства MS Windows.
-полупрограммные (Controller based soft-modem) — модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.
-программные (Host based soft-modem) — все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. При этом в модеме находится аналоговая схема и преобразователи: АЦП, ЦАП, контроллер интерфейса (например USB).
-Аналоговые — наиболее распространённый тип модемов для обычных коммутируемых телефонных линий
-ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий
-DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов кодированием сигналов. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке.
-Кабельные — используются для обмена данными по специализированным кабелям — к примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS.
-PLC — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.
Наиболее распространены в настоящее время:
-внутренний программный модем
-встроенные в ноутбуки модемы.
При установке связи между двумя компьютерами модемы должны договориться между собой о скорости связи, корректировке ошибок и сжатии данных. Для этого и существуют протоколы — стандартизированные алгоритмы работы модема.
Стандартные протоколы утверждены Международным телекоммуникационным союзом (ITU).
V.21 Обеспечивает скорость передачи данных 300 бит/с в дуплексном режиме. Допускает также передачу факсимильных сообщений.
V.22 Скорость составляет 1200 бит/с в полудуплексном режиме.
V.22bis Вторая редакция протокола V.22, отличается увеличенной скоростью 2400 бит/с и допускает дуплексный режим.
V.23 Ассиметричный протокол 75 бит/с в восходящем (от пользователя) канале и 600 или 1200 бит/с- в нисходящем. В конце 1980-х — начале 1990 множество выпускавшихся тогда нестандартных модемов, использовавших нестандартную, как правило — реализуемую программно модуляцию маркировались как соответствующие стандарту «V.23 mode 2». На практике они не были совместимы между собой, а реальная скорость работы более быстрого канала могла колебаться от 300 до 5600 бит/с. Наиболее известным представителем такого типа модемов являлись модемы Лександ Модификация протокола V.23 позволяющая менять восходящий и нисходящий канал местами в процессе работы используется во французской компьютерной сети Минител
V.29 Ассиметричный протокол 2400/2400-4800-7200-9600, позволяющий переключать направление в котором работает более скоростной канал в процессе работы. Является стандартным для факсов, но в модемах большого распространения не получил в связи с более низкой помехоустойчивостью, чем V.32 и рядом проблем с патентами.
V.32 Дуплексный режим. скорость 4800 и 9600 бит/с, допускает автоматическую настройку скорости передачи.
V.32bis Расширение V.32 до скорости 14400 бит/с
V.34 Дуплексный протокол, максимальная скорость 28800 бит/с. Может также поддерживать 24000 и 19200 бит/с.
V.34bis Другое название — V.34+. Максимальная скорость 33600 бит/с. Пониженные скорости: 31200, 24000 и 19200 бит/с.
V.42 Протокол обнаружения и коррекции ошибок для передачи данных с высокими скоростями.
V.42bis Протокол сжатия данных. Допускает переключение из режима сжатия в прозрачный режим и обратно, причем независимо для каждого направления.
V.44 Протокол сжатия данных.
V.70 Обеспечивает одновременную передачу голоса и данных.
V.80 Протокол видеосвязи. Обеспечивает скорость передачи видео до 10-15 кадров в секунду.
V.90 Дуплексный асимметричный высокоскоростной протокол передачи. Скорость в прямом направлении достигает 56000 бит/с, а в обратном — 33600 бит/с.
V.92 Самый современный протокол. Скорость в прямом направлении 56000 бит/с, а в обратном — 48600 бит/с.
Нестандартизированные протоколы
Помимо протоколов утверждённых ITU, существует множество других, которые были разработаны производителями оборудования или же приняты в какой-то стране.
Bell 103 и Bell 212A — применялись в США вместо V.21 и V.22 соответственно
HST — фирменный стандарт компании U.S.Robotics.
K56flex и x2 — Одновременно разработаны компаниями Lucent и Rockwell с одной стороны и Motorola с другой.
Поддерживают скорость связи до 56 кбит/с, но взаимно несовместимы. Для связи приходилось использовать V.34.
Модем
Элементом доступа в глобальную сеть Internet является модем — модулятор-демодулятор. Позволяет модулировать сигналы, получаемые из сети, в сигнал, доступный для обработки на компьютере. Модемы используются для подключения к сети через аналоговую телефонную линию. Суть работы модема довольно проста. Модем представляет собой переферийное устройство, которое обрабатывает принимаемые сигналы в цифровой вид, который доступен для компьютера. Как известно, информация на компьютере кодируется двоичным образом: низкие и высокие сигналы, то есть 0 и 1. Передача таких сигналов через телефонную линию невозможна. Телефонная линия передает только один тип данных: звук. Модемы предназначены для того, чтобы модулировать цифровую компьютерную информацию в аналоговую, то есть в простые звуки. Таким образом, когда мы пытаемся подключиться к сети через обычный модем, он модулирует компьютерную информацию в звуковые сигналы и посылает их к месту назначения. В этом самом месте назначения такой же модем получает информацию в виде звуковых импульсов и обрабатывает ее в компьютерную информацию, этот процесс называется демодуляцией. Не смотря на всю простоту данного устройства, подобное преобразование — дело не такое простое, как кажеться на первый взгляд. Состав модема похож на состав множества других переферийных и системных устройств. Вот что входит в состав стандартного модема:
- Контроллер — важная составляющая часть любого модема, позволяет выполнять роль некого связующего звена между программным обеспечением компьютера и самим модемом. Его можно считать центральным процессором модема.
- ОЗУ — оперативно-запоминающее устройство. Подобно ОЗУ компьютера позволяет временно хранить данные, которые обрабатывает пользователь. В него жу на время работы модема помещаются текущие настройки модема.
- ПЗУ — постоянно-запоминающее устройство. Хранит в себе некий БИОС модема, или прошивку — программу, записанную в микросхему, которая не подлежит изменению и предназначена для работы модема и его адаптации к той или иной среде. В последних моделях модемов данную прошивку можно обновлять, перезаписывать и восстанавливать при повреждениях. Для этого используются специальные вэб-узлы, на которых есть обновления. Обычно подобные обновления можно найти на сайтах производителей модемов.
- Кодек — преобразовывает аналоговый сигнал, поступающий из телефонной линии, в цифровой, понятный для компьютера.
Современные модемы бывают разных видов. Все они отличаются своими функциональными возможностями. Соответственно и цена у них разная. Большинство модемов — телефонные, или аналоговые (оборудование для спутникового интернета сюда не относиться, поскольку таковым не является, пояснение дальше по тексту). Эти модемы используются в большинстве случаев, поскольку на них уже есть драйвера, некоторые операционные системы из разряда UNIX работают с ними вообще без доустановки драйверов, простота установки и настройки, простота подключения, да и большинство линий электросвязи уже адаптированы под них. Название — аналоговый интернет — исходит из того, что именно такой интернет уже стал классикой жанра, я имею в виду, что это классический и устаревший вариант. По крайней мере устаревшим его считают на западе.
Вообще следует отметить, что запад опережает нас не только по компьютерным сетям, но и по всему остальному. Так что удивляться этому не стоит. Телефонные аналоговые модемы можно разделить на две категории: аппаратные (внешние) и программные (внешние и внутренные).
Аппаратные модемы — это самостоятельные модемы, имеющие свое собственное ОЗУ, ПЗУ, кодек и контроллер. Такие модемы являются исключительно внешними и подключаются через разъемы COM 1 — COM 4 или через USB. Для ОС Linux самым лучшим выбором является модем, подключаемый через COM-порт. Несмотря на то, что в западных странах такие модемы уже украшают стены музеев, у нас же они имеют еще очень даже не слабую стоимость, которая все же между тем падает. Так, например, известный своим качеством модем OMNI ZyXEL стоит порядка 60$ (для справки: модуль оперативной памяти DDR2 на 1Гбайт стоит примерно столько же).
Программые модемы — это внутренние модемы, подключаемые через разъем на самой материнской плате. Старые модели подключались через ISA, современные модемы подключаются через PCI и PCI-Ex. Такие модемы полностью зависимы от компьютера, операции модуляции-демодуляции в нем осуществляет сама операционная система. Как правило такие модемы поддерживаются только ОС Windows, на другие операционные системы модем не расчитан вообще, так что пользователи Linux имеют возможность сразу забыть о запуске такого модема в среде этой ОС. Программный модем еще часто называют WinModem — модем для Windows, однако есть программные модемы, которые поддерживаются ОС Linux, но таких мало. Если при работе аппаратный модем зависает, его легко можно перезагрузить, выключив и включив снова кнопку питания. А при зависании программного модема приходиться перезагружать весь компьютер, что само собой неудобно. Такой модем имеет очень низкую стоимость и низкое качество.
Что же касается спутникового интернета, то тут все немного сложней. При подключении к спутниковому интернету используется специальное оборудование, которое по своим характеристикам и функциональным возможностям отличается от обычных аналоговых модемов. Однако само такое оборудование без спутниковой тарелки и платы за установку может иногда стоить дешевле, чем обычные модемы. Да и потом: выход в интернет через спутниковую тарелку невозможен без специального запросного канала, по которому пользователь передает запрос на интернет (имя пользователя и пароль). Этим каналом является линия телефонной связи, а доступ к ней осуществляется как раз с помощью модема или мобильного телефона с настроенным GPRS.