Модемні протоколи. Лабораторна робота з Комп'ютерні мережі. Робота № 485585

Модемні протоколи

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Кафедра автоматизованих систем управління

Інформація про роботу

Рік:

2011

Тип роботи:

Лабораторна робота

Предмет:

Комп'ютерні мережі

Група:

КН-31

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ, НАУКИ, МОЛОДІ І СПОРТУ УКРАЇНИ Національний університет «Львівська політехніка» Кафедра автоматизованих систем управління Лабораторна робота №2 з дисципліни: “ Комп’ютерні мережі ” на тему: “Модемні протоколи ” Львів 2011 Мета: Ознайомитись з модемними протоколами. Теоретичні відомості: Якби не було комунікаційних стандартів, то процес взаємодії модемів явно був би схожим на будівництво Вавилонської вежі, коли один з пристроїв не зміг би зв'язатися з іншим. Користувачі модемів постійно зіштовхуються з такими словами, як "стандарт" і "протокол". Під протоколом на разі розуміється якась сукупність правил, що регламентують формат і складні процедури обміну. У деякому випадку, там може докладно описуватися, як виконується з'єднання, долається шум на лінії, забезпечується безпомилкова передача даних між модемами. Стандарт в свою чергу включає в себе загальноприйнятий протокол чи набір протоколів. В 1964 р. найбільші виробники модемів довірили встановлення відповідних стандартів міжнародної організації під назвою CCITT (МККТТ - Міжнародний консультативний комітет із телеграфії і телефонії). Сьогодні ця організація називається Міжнародним союзом електрозв'язку (International Telecommunications Union - ITU). Практично всі стандарти, що стосуються модемів, встановлено цієї організацією. Модемні протоколи фізичного рівня телекомyнікації - найдинамічніше розвиваюча галузь в світі. Нерозвиненість, на жаль, сучасних каналів зв'язку не дозволяє повною мірою скористатися світовими досягненнями у сфері високошвидкісних цифрових систем передачі. І тому модеми для комутуючих телефонних каналів зв'язку залишаються незахищеними і ще протягом тривалого часу найбільш поширеним засобом інформаційних комунікацій. Перш ніж розпочати власне огляд, слід зробити кілька зауважень загального характеру щодо прийнятої термінології і приниципов роботи модемів. Це дозволить зняти можливі непорозуміння, пов'язані з нечіткістю уявлення широкої публіки різницю між поняттями бода і біт/с, відповідно між модуляційнної швидкісті та інформаційної. Швидкість Аналогових каналів тональної частоти характеризуються тим, що спектр переданого із них сигналу обмежений діапазоном від 300 гц до 3400 гц. Розглянемо уважніше фізичний рівень роботи модему. Електричний сигнал, що поширюється на каналі, характеризується трьома параметрами - амплітудою, частотою і фазою. Кожному інформаційному елементу відповідає фіксований час, у якому електричний сигнал має певні значення своїх параметрів, характеризуючих значення цієї інформаційного елемента. Цей час називають бодовим інтервалом. Якщо кодуючий елемент відповідає одному біту інформації, який може приймати значення 0 чи 1, то на бодовому інтервалі параметри сигналу відповідно можуть приймати одну з двох визначених сукупностей значень амплітуди, частоти і фази. І тут модуляційна швидкість (ще її називають лінійною чи бодовою) дорівнює інформаційній, тобто 1 бод = 1 біт/с. Але кодуючий елемент може відповідати неодному, а, наприклад, двом бітам інформації. І тут інформаційна швидкість буде вдвічі перевершувати бодову, а параметри сигналу на бодовому інтервалі можуть приймати одну з чотирьох сукупностей значень, відповідних 00, 01, 10 чи 11. У випадку, коли на бодовому інтервалі кодується n біт, то інформаційна швидкість перевершуватиме бодовую в n раз. Але можливих станів сигналу в тривимірному (у випадку) просторі - амплітуда, частота, фаза - дорівнюватиме 2n. Це означає, що демодулятор модему, отримавши на бодовому інтервалі якийсь сигнал, має порівняти його з 2n еталонними сигналами і безпомилково вибрати для них декодування шуканих n біт. Отже, зі збільшенням ємності кодування та зростання інформаційної швидкості щодо бодової, відстань сигнальному просторі між двома сусідніми точками скорочується в прогресії. І це, в свою чергу, накладає все жорсткіші вимоги до "чистоти" каналу передачі. Теоретично можлива швидкість реальному каналі визначається відомої формулою Шеннона: V = F*log2(1+S/N), де F - ширина смуги пропускання каналу, S/N - відношення сигнал/шум. Другий множник який і визначає можливості каналу з точки зору його зашумленості по достовірній передачі, що кодує чимало біт інформації на бодовому інтервалі. Наприклад, якщо відношення сигнал/шум дорівнює 20 dB, тобто потужність сигналу, що доходить до віддаленого модему, в 100 разів перевищує потужність шуму, і використовується повна смуга каналу тональної частоти (3100 гц), максимальний кордон по Шеннону дорівнює 20640 бит/с. Модуляція Ведучи мову про види модуляції, обмежимося лише з тими, які реально використовують у модемах. На насправді всього три: частотна, фазорізницева і багатопозиційна амплитудно-фазова модуляція. При частотній модуляції (FSK, Frequency Shift Keying) значенню 0 і одному інформаційному біту відповідають свої частоти фізичного сигналу при незмінній амплітуді. Частотна модуляція дуже завадостійка, оскільки спотворенню при перешкодах піддається переважно амплітуда сигналу, а не частота. При цьому достовірність демодуляции, отже, і стійкість перед перешкодами тим вища, чим більше періодів сигналу потрапляє у бодовий інтервал. Але збільшення бодового інтервалу крім того знижує швидкість передачі. При фазорізницевій модуляції (DPSK, Differential Phase Shift Keying) змінюваним залежно від значення інформаційного елемента параметром є фаза сигналу при незмінних амплітуді і частоті. При цьому кожному інформаційному елементу ставлять у відповідність не абсолютне значення фази, а її зміну щодо попереднього значення. Якщо інформаційним елементом є біт, то залежність від його значення (00, 01, 10 чи 11) фаза сигналу може змінитися на 90, 180, 270 градусів або не змінитися зовсім. З теорії інформації відомо, що фазова модуляція найбільш інформативна, проте збільшення кількості кодованих біт вище трьох (8 позицій повороту фази) призводить до різкого зниження завадостійкості. Тому на згадуваних високих швидкостях застосовуються комбіновані амплитудно-фазові методи модуляції. Багатопозиційну амплитудно-фазову модуляцію називають ще квадратурною амплітудною модуляцією (QAM, Quadrature Amplitude Modulation). Тут крім зміни фази сигналу використовується маніпуляція його амплітудою, що дозволяє збільшувати число кодованих біт. Проте, застосування QAM в чистому вигляді стикається з серйозними проблемами, які пов'язані з недостатньою завадостійкістю кодування. Тож у всіх сучасних високошвидкісних протоколах використовується різновид цього виду модуляції, так звана модуляція з гратчастим кодуванням чи трелліс-кодуванням (TCM, Trellis Coded Modulation), що дозволяє підвищити завадостійкість передачі інформації - знизити вимоги до відношення сигнал/шум в каналі на величину від 3 до 6 дБ. Дуплекс Під дуплексним режимом роботи розуміється можливість передавати інформацію у обидва боки одночасно. Звичайний телефонний канал - типовий приклад дуплексного каналу. Він дає змогу Вам говорити щось свого співрозмовника в той самий час, коли він у свою чергу намагається щось повідомити Вам. Інше питання, чи зрозумієте ви одне одного, це вже Ваші проблеми. Аналогічно відбувається принцип дії модемного зв'язку. Проблема модему буде полягати у здібності каналу передавати дуплексную інформаці, а можливості демодулятора модему розпізнати вхідний сигнал, а не відбитого від апаратури АТС власного вихідного сигналу, який фактично, стає для модему шумом. Якщо ж треба забезпечувати дуплекс під час роботи по двухпроводовій лінії, то доводиться використовувати інші способи. Один з них частотний поділ каналів. Уся смуга пропускання каналу поділяється на два частотних підканала, з кожного з яких виробляється передача в одному напрямі. Вибір підканала передачі проводиться на етапі установки з'єднання та, зазвичай, вони пов'язані з роллю модему в сеансі зв'язку: викликає чи відповідальний. Існуючі протоколи фізичного рівня, використовують частотний поділ каналів, і забезпечують симметричний дуплексний зв'язок із швидкостями, що не перевищують 2400 бит/с. Іншим методом забезпечення симетричного дуплексу, що використовується у всіх високошвидкісних протоколах, є технологія ехо-відображення (відлуння-компенсації). Суть її у тому, що модеми, володіючи інформацією щодо власного вихідного сигналі, зможуть використати це знання для фільтрації власного шуму з прийнятого сигналу. На етапі входження до зв'язку кожен модем, посилаючи щось що зондує сигнал, визначає параметри ехо-відображення: час запізнення і потужність відображеного сигналу. На процесі сеансу зв'язку ехо-компенсатор модему "віднімає" з прийнятого вхідного сигналу свій власний вихідний сигнал, що скоригований відповідно до отриманих параметріви відлуння-відображення. Ця технологія дозволяє вживати для дуплексної передачі інформації всю ширину смуги пропускання каналу, проте вимагає при реалізації дуже серйозних обчислювальних ресурсів на сигнальну обробку. Нарешті, слід зазначити, що чимало протоколів намагаються забезпечити дуплексний зв'язок. Це так звані напівдуплексні протоколи,зокрема усі протоколи, що призначені для факсимільного зв'язку - напівдуплексні. У цьому випадку інформація передається лише у одну бік. Після закінчення прийому/передачі деякої порції інформації обидва модеми (факси) одночасно перемикають напрям передачі (ping- pong). Через відсутність проблеми з взаємним проникненням підканалов передачі, напівдуплексні протоколи характеризуються більшою завадостійкістю і можливістю використання всієї ширини смуги пропускання каналу. Проте ефективність використання каналу передачі даних в порівнянні з дуплексними протоколами є нижчою. Пов'язано це передусім з тим, що всі протоколи передачі даних, як канального рівня (MNP, V.42), так і рівня передачі файлів (X, Y, Zmodem), вимагають двостороннього обміну, а будь-яке переключення напряму передачі, вимагає додаткових накладних витрат часу на взаємну пересинхронізацію приймальної і передавальної сторони. Подібною до протоколу BSC є група протоколів передавання файлів за допомогою модема. Як і BSC, ці протоколи використовують символи керування коду ASCII. Головна мета цих протоколів — забезпечити передавання даних дуже ненадійною ланкою передавання. Кожен кадр у них має фіксовану довжину та захищений контрольною сумою. Різні протоколи надають різний сервіс передавання. Складніші з них забезпечують захист сполучення від помилок, засвідчення сполучення, перевірку пароля. До протоколів без захисту від помилок належать Xmodem, Xmodem-CRC, Xmodem-lk, Ymodem, Kermit. Протоколами, що забезпечують захист від помилок, є Ymodem-g, Znio-dem. Охарактеризуємо їх детальніше. Xmodem — один з перших модемних протоколів, його розробив у 1977 р. В.Христенсен. Принцип роботи Xmodem полягає у наступному: приймач постійно передає в канал символ NAK. Передавач, прийнявши цей символ з каналу, починає передавання: надсилає в канал символ SOH, два номери інформаційного блока (номер та його двійкове доповнення), блок інформації, що має фіксовану довжину 128 байт, та байт контрольної суми. Останній байт формується як залишок від ділення суми всіх байтів блока на 255. Контрольну суму повторно обчислює приймач. Якщо передане та обчислене значення не збігаються, то приймач передає в канал символ NAK, у протилежному випадку — АСК. Завершується передавання подвійним надсиланням символа EOT. Відсоток виявлення помилок протоколу Xmodem досить значний (99.6%). Однак цей протокол має і суттєві недоліки: малу швидкодію, великий обсяг службової інформації. Xmodem-CRC є модифікацією протоколу Xmodem. Кожен кадр у ньому замість одного має два контрольні байти. Протокол виявляє всі одиничні, подвійні та непарні помилки, а також усі пакети помилок довжиною до 16 знаків. На початку передавання замість NAK приймач передає символ С. Якщо після трьох С відповіді не отримано, то приймач починає роботу за Xmodem. Xmodem-1k — це модифікація протоколу Xmodem-CRC. Довжина інформаційного блока в ньому збільшена до 1024 байтів. Кількість службової інформації зменшена. У системах з розподілом часу зменшується вплив затримок. Ymodem є протоколом Xmodem-CRC з додатковою реалізацією групового передавання файлів. Ім'я файлу та шлях до нього передаються в нульовому інформаційному блоці. У кінці кожного файлу передається до десяти разів символ EOT. Кінець сеансу позначається нульовим, порожнім іменем шляху. Протокол використовують в операційних системах СР/М, RZ/SZ (UNIX), пакеті MTEZ. Ymodem-g застосовують у швидкісних модемах та для захищених від помилок каналів. Передавання цим протоколом ініціює символ G. Передавач, який одержав G, відразу розпочинає передавання на найбільшій можливій швидкості. Швидкістю передавання керує протокол XON/XOFF. Протокол XON/XOFF використовують так: якщо приймач не готовий до роботи, то він надає символ XOFF; тоді передавач тимчасово припиняє передавання, доки не отримає символ XON. Виявивши помилку, приймач передає багато символів CAN. Підтверджує приймання файлу символ АСК. Протокол не захищає від помилок у каналі, у випадку їх виявлення передавання файлу припиняється. Zmodem є продовженням протоколів Xmodem та Ymodem. У ньому реалізовано таке: віконний механізм захисту від спотворення кадрів; динамічна адаптація до якості каналу зв'язку шляхом зміни розміру блока та швидкості передавання; захист інформації керування та доступу до передавання від імітації сигналів керування. Достовірність передавання підвищується завдяки 32-розрядній контрольній комбінації. Якщо передавання файлу було припинене, то воно відновлюється з місця переривання. Протокол Zmodem використовують у каналах з високою імовірністю помилки та у високоякісних каналах як самостійно, так і з протоколами канального рівня Х.25, V.42, MNP, Fastlink. Kermit застосовують для передавання файлів між комп'ютерами різних типів, у тому числі між великими та міні-комп'ютерами. Він оптимізований для роботи в умовах великих завад та затримок сигналу. Протокол Super-Kermit використовує змінне вікно передавання від 1 до 32 пакетів. Хід роботи: Встановлюємо з’єднання між модемами. Тепер коли ми отримали з’єднання передаємо файл. Transfer → Send file… Вибираємо тип протоколу і відсилаємо файл. Результати роботи: File 59928 bytes (59Kb) Тип протоколу Розмір файлу Час Швидкість Z modem with Crash Recovery 59928b 9 c. 6,2162 Kb/c 1K X modem 20 c. 2,95 Kb/c X modem 78 c. 0,7564 Kb/c Y modem 20 c. 2,95 Kb/c Y modem-G 10 c. 5,9 Kb/c Z modem 10 c. 5,9 Kb/c Висновок : На цій лабораторній роботі ознайомились з модемними протоколами і здійснили передачу даних, досліджуючи при цьому швидкість передачі модему. Найкращі протоколи передачі : Z modem with Crash Recovery, Y modem-G, Z modem.

Лабораторна робота Комп'ютерні мережі

22.11.2011 17:11-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись