ВСТУПЛЕНИЕ
Кто-то сказал: " Если вы думаете, что образование дорого-попро-
буйте невежество ". В области модемов и передачи данных особенно
требуется наличие хорошей книги, верится, что данная публикация
поможет Вам.
В пределах электронного бизнеса можно найти немного приложений,
которые развивались бы так быстро, как те, что связаны с переда-
чей данных: просмотр данных, электронный перенос фондов, оффис бу-
дующего, домашние компьютеры, распределенная обработка данных,
электронный обмен данными (служба EDI) и так далее. Еще пять лет
назад находились люди, которые говорили, что модемы вскоре умрут,
так как связь станет полностью цифровой. Однако мы считаем, что
модемы еще послужат долго и вполне оправдано издание книги, посвя-
щенной им.
Многие существующие книги по передаче данных были написаны исследо-
вателями и академиками и предназначены для увеличения информации по
по теоретическим аспектам, подготавливали почву для новых теорий и
идей.
Однако пользователю систем передачи данных, менеджеру по системам
связи или обработки данных, гораздо более интересно чего можно дос-
тичь и как с помощью передачи данных, вплоть до вопроса, а что про-
исходит на конкретной ножке разъема модема. Такого рода практическая
информация, чтобы быть полной, нуждается в поддержке общей теорией и
знанием телефонной сети. Эта книга является попыткой предоставить
такие сбалансированные знания.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Эта книга зародилась из проекта по исследованию степени в которой
стандарты модемов реализуются на практике. Существует около двух
дюжин стандартов различного рода, имеющих отношение к интерфейсу
терминал/модем, начиная от стандартов международной организации по
стандартизации (ISO) и рекомендаций МККТТ (CCITT) до торговых стан-
дартов и индивидуальных стандартов производителей, многие из которых
содержат опции подключениия способные, потенциально, вызвать пробле-
мы. И все же, на практике , оказывается, что интерфейс терминал/модем
вызывает не много трудностей; пользователи находят, что это одна из
наименьших проблем в системах передачи данных. Обычно любой обще-
принятый терминал будет работать с любым модемом. Такая совместимость
довольно редкая вещь в вычислительной технике и интересно рассмотреть
почему так происходит. Есть 3 основных причины:
1. Хорошие стандарты
Они хороши в смысле того, что соединение между терминалом и модемом
- это вполне разумный интерфейс для стандартизации. Это граница меж-
ду вычислительной системой и системой передачи данных, и это вполне
"естественная" граница. Стандарты также хороши, так как они
вполне устоявшиеся, возникнув в 60-х годах к сегоднешнему дню из
них удалены все ошибки. Также, эта зрелость или стабильность
обеспечивает производителям недежный рынок, который в свою очередь
дал им уверенность в инвестициях для развития новых технологий -
такой как внедрение микропроцессоров.
2. Производители модемов приспособились.
Различные опции возможные в различных стандартах могли очень
просто привести к несовместимости комбинаций терминал/модем, но
производители модемов, обеспечивая возможности конфигурации моде-
мов под различные нужды за счет переключателей, перемычек и прог-
раммых опций, сделали возможным адаптировать свои модемы для боль-
шинства конфигураций терминалов данных.
3. Администрации связи выступали как органы сертификации и одобре-
ния для стандартов.
Это само по себе явилось наиважнейшей причиной почему стандарты
модемов с успехом внедрены на практике.
Обычно администрации связи настаивают на использовании их
собственных модемов на коммутируемой телефонной сети общего поль-
зования (PSTN), и обычно требуют, чтобы терминалы подсоединенные
к этим модемам были одобренного типа и соответствовали междуна-
родным стандартам интерфейса терминал/модем. Существование огром-
ного семейства терминалов соответствующих одобренному администра-
цией связи стандарту интерфейса, в свою очередь обеспечивает то,
что частые поставщики модемов так же обеспечивают стандарт, даже
в том случае, когда администрация связи требует только одобрения
на интерфейс включения со стороны линии передачи.
В Великобритании очень часто критикуют эту роль организации -
сертификатора Почтовую Службу ; обычно жалуясь на стоимость,
задержки или на факт того, что сертификация является монополией
и Почтовая Служба в состоянии не допустить производителя обору-
дования для работы на национальных линиях связи. Однако,любому
специалисту стоит только посмотреть на уровень стандартизации
в любых других областях вычислительной техники, чтобы оценить
сколь эффективна эта сертификация, позволяющая надежно связывать
устройства. Это открытый вопрос, были бы достигнуты теже самые
результаты при другой политике сертификации, но в данной книге
мы не намерены идти вглубь этой проблемы.
Цель.
Эта книга предназначена для пользователей модемов. Она описывает,
что делает модем, как он взаимодействует с другими компонентами
системы передачи данных, но мы не пытаемся описать модем изнутри.
Эта книга не является гидом покупателя по модемам, но она поможет
потенциальным пользователям понять жаргон рекламных проспектов
производителей модемов.
1. ТЕОРИЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ.
ВСТУПЛЕНИЕ.
Первый трансатлантический кабель для телеграфа был успешно проло-
жен в 1858 году. Это был настолько большой прорыв в электросвязи
- начало международной передачи данных - что он обратил на себя
внимание королевы Виктории, которая послала поздравления тогдаш-
нему президенту Соединенных Штатов. Говорили,что телеграмма
длинной в 100 слов потребовала 16 часов для передачи - не очень
впечатляющая скорость передачи данных даже по тем стандартам,
когда 25 слов/в минуту считалось нормальным для наземной связи.
Первые пионеры обнаружили, что когда напряжение прикладывалось
к одному концу кабеля, оно не появлялось немедленно на другом
конце и вместо скачкообразного нарастания достигало стабильного
значения после некоторого периода времени. Когда снимали напряже-
ние, напряжение приемного конца не падало резко, а медленно сни-
жалось. Кабель вел себя как губка, накапливая электричество
когда прикладывали напряжение и разрешая ему стекать, когда убира-
ли напряжение. Это свойство мы теперь называем емкостью. Этим
сильно снижалась скорость сигнализации; с каждым сигналом необхо-
димо было достаточно долго заниматься, чтобы он достиг уровня
детектирования и затем дать время на снятие, перед тем как послать
следующий сигнал.
В попытке обойти "медлительность" кабеля и для достижения разумной
скорости передачи данных при использовании приемников на реле,
прикладывали все большие и большие напряжения, пока в конечном сче-
те, спустя 11 недель после прокладки, пробили изоляцию кабеля и он
стал бесполезным. Прошло еще 8 лет, когда через Атлантику проло-
жили другой кабель. Достаточно большой интервал, однако, он дал
время на становление и распространение теории передачи данных по
кабелю. Одним из блестящих умов работавших с проблемами телегра-
фии был Вильям Томсон, позже получивший титул лорда Кельвина,
который в свою очередь питался теориями француза Фурье по переносу
тепла.
Как мы увидим работы Фурье имели более широкие приложения, чем он
возможно догадывался, и сегодня они являются фундаментальными в
теории передачи данных.
В 1866 году возобновилась телеграфная передача через Атлантику, и
в течении следующих 90 лет все трансатлантические кабели были те-
леграфными. Первый телефонный кабель, ТАТ-1, был проложен в 1951
году.
На суше развитие шло другим путем. Следом за представлением Беллом
в 1876 году телефона, телефонные сети расширялись очень быстро и
скоро обогнали телеграфные сети, как в размерах, так и в пере-
носимом трафике,несмотря на пессимизм телеграфных операторов, ко-
торые сомневались, что публике можно доверить обращение с "тех-
ническим оборудованием электросвязи".
Потребность в передаче данных, как мы ее понимаем сегодня,встала в
50-х годах, с развитием вычислительной техники. Низкоскоростные
телеграфные цепи не удовлетворяли на перспективу, и стали искать
средства для использования более высокой пропускной способности
телефонных каналов. Цифровой сигнал совершенно отличается от ана-
логовых разговорных сигналов, и для передачи данных через теле-
фонную цепь было разработано преобразующее устройство - модем.
Что из себя представляет модем и рассматривается в этой книге, но
но перед этим приведем несколько основных положений о цифровых
данных, которые необходимо знать.
ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ.
Цифровой сигнал, который генерирует типичный терминал данных, яв-
ляется прямоугольной волной, подобно изображенной на рис.1.1. Два
различных состояния могут быть двумя различными тонами или напря-
жениями. От ранней телеграфии остались в наследие термины:
"метка"(mark) и " пробел"(space), что соответствует "1" и "0", в
те времена сигналы регистрировались чернильной меткой или ее от-
сутствием на бумажной ленте. Сигнал с двумя состояниями называют
бинарным.
Фактически на рис.1.1. воспроизведен полярный сигнал, так как два
состояния имеют одинаковую положительную и отрицательную величину.
При следовании по оси времени вправо, биты из рисунка 1.1. будут
передоваться в последовательности 0,1,1,0,1,0,0. В технике пере-
дачи данных принято, что первым передается всегда наименее зна-
чащий бит.
Наибольшая скорость изменения информации в бинарном сигнале про-
исходит когда передается последовательность нулей и единиц. Если
скорость битов равна N бит/сек, то из рис. 1.2. можно увидеть,
что бинарный сигнал 0,1,0,1,0,1..... переносит информацию с той
же скоростью, что и синусоидальная волна частотой N/2 Герц. (На-
помним,герц - единица частоты.1 Гц = 1 период в секунду).Поэтому,
если бы мы намеривались передать эти данные в виде прямоугольной
волны по каналу связи с ограничением на верхнюю частоту в N/2 Гц,
мы бы обнаружили, что прямоугольная волна совершенно округлилась.
Если мы взглянем на формы волн на рис.1.2.с, то поймем почему.
Время необходимое сигналу для перехода от своего максимального до
минимального значения показано как "R". Чем выше частота, тем ко-
роче R. Прямоугольная волна изменяет свои состояния почти мгновен-
но (т.е. R мало), это говорит о присутствии очень высоких частот.
Фактически полный анализ непрерывной прямоугольной волны показыва-
ет, что она состоит из целого ряда гармоник синусоидальных и коси-
нусоидальных волн с различными амплитудами. Такие ряды называют
рядами Фурье. Таким образом, чтобы перенести прямоугольную волну
неискаженной, а у нее вертикальные концы, потребуется канал связи
с безграничной полосой. (Под "полосой" понимается полоса частот,
которую может переносить канал связи, она измеряется в Гц). Теперь
мы можем предположить, что результаты полученные на первом транс-
атлантическом телеграфном кабеле соответствуют очень низкой полосе
частот цепи.
Фурье также занимался анализом единичного прямоугольного импульса.
