如何理解Modem的协议和标准
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摘 要 本文介绍Modem在调制解调和压缩纠错方面一些常用协议标准的技术特征,供选用Modem时参考。
一、引 言
在通信领域中,协议(Protocol)指的是通信双方应遵守的一套共同的技术规则或规范。
如果这套规则或规范被较多的用户接受,便可以称为标准(Standard)。
由某一生产厂家发明出一种新的技术,并应用这种技术生产出为较多的用户接受的产品时,这种技术便成为一种标准,习惯上称为工业标准。但并不排除别的厂家也研制出类似效果的其它技术,成为一种并行的工业标准。除工业标准外,国际电讯界的一个权威性组织CCITT(国际电话电报咨询委员会,现已更名为ITU-TSS,即国际电讯联盟技术标准部)颁布的一系列技术文件则成为更令人瞩目的国际标准。由于历史和市场的原因,现今的Modem产品往往支持多种技术标准,包括国际标准和工业标准。
Modem最基本的功能是调制和解调,近年来已发展出一系列技术标准;此外,现今的Modem产品为提高传输速度,大都还将压缩和纠错技术引入其中。本文主要介绍这两个方面的技术标准。
二、调制解调技术的标准调制解调器的基本功能是在计算机提供的二进制数字信号与电话网支持的模拟信号之间进行转换,使计算机可以利用电话网进行远距离的数据通信。调制解调技术的核心就是如何在带宽有限(≤4KHz)的电话信道中提高数字信息的传输速度,这个速度常以比特率,即每秒钟传输的二进制位数(bit sper second,简写为bps)来衡量。
最早的调制解调器可以追溯到1958年由AT&T公司推出的数据电话,用于将终端设备与远地的主机连接起来。这种Modem的技术标准称为 Bell103,它采用了简单的调频技术FSK(Frequency Shift Keying),仅提供300bps的传输速度。CCITT根据Bell103颁布了一个类似的技术标准V.21。
此后,调制解调技术发展缓慢,直到70年代才出现第二个较有影响的Modem标准:AT&T的Bell212。Bell212采用调幅与调相结合的4-DPSK技术,实现了1200bps的传输速度。CCITT的一个类似标准称为V.22。
Bell103(V.21)和Bell212(V.22)现在已很少使用,但为了与早期的Modem兼容,不少Modem仍将这两项技术集成在产品中,作为选项。
进入80年代中期,随着微机的广泛普及和Modem专用芯片的推出,调制解调技术进入了一个飞速发展的时期。首先是CCITT V.22 bis(bis是法语“第二个”的意思)标准被大多数Modem厂家采用,它的16-QAM(12个相位角和4个调幅相的正交调制)调制技术实现了 2400bps的传输速度。接下来,CCITT又颁布了采用32-TCM(格栅编码调制)技术,可实现9600bps速度的V.32标准。尽管开始时有些厂家,如Hayes、 Telebit和Motorola等,从技术垄断的目的出发,推出了依靠自己专利技术实现的9600 bps的Modem产品,但最终都统一到了V.32标准。此后,CCITT加强了Modem标准的研究力度,于1991年颁布了V.32bis标准。V.32bis采用128-TCM调制技术,可以实现最高14400bps的传输速度,并能根据线路质量的变化,退至12000 bps、 9600bps、 7200bps和4800bps等4个速度档进行工作。1993年,CCITT推出V.FAST试用标准,并随后修正为正式标准V.34,可实现 28800bps的最高速度,这也是迄今为止Modem能够达到的最高线路速度。该标准还可按28.8K/26.4K/21.6K/19.2K /16.8K/14.4K/12K/9600/7200/4800bps等多个速度档降速工作。
除了上述主流的调制解调标准外,还有一些适用于美式四线制电话和专用于传真机的协议标准,如V.26bis、 V.27bis、 V.29、 V.33等,在此不多介绍。主要的调制解调标准及其技术特征。
三、压缩纠错技术的协议标准
为了进一步提高Modem对数据的传输速度,除了上述对调制解调技术的不断改进之外,数据压缩技术也在近年来被引入Modem。纠错技术则是随着压缩技术的采用而被引入的。因为当Modem中增加了压缩和解压的处理之后,对线路传输中的误码变得敏感起来,线路中的一点微小的传输错误可能导致解压时一长串的数据错误。
美国Microcom公司是使用纠错和压缩技术的先驱。Microcom的纠错和压缩协议常简写为MNP(Microcom Network Protocol),它由一系列独立的纠错和压缩协议组成。其中,MNP1～MNP4和MNP10是纠错协议,MNP5和MNP7是压缩协议。由于大多数 Modem厂家都购买了MNP专利技术的使用许可证,并在他们的Modem产品中实现,因此,MNP已成为压缩纠错技术的工业标准。
MNP1和MNP2采用面向字符的纠错方法,因其纠错能力较差且降低传输效率,现已很少采用。MNP3是面向比特的全双工纠错协议,它将Modem送来的异步格式的数据转换成同步格式的帧,加上CRC检错码,然后采用同步帧的检错和重发纠错的方法进行处理。而MNP4则在MNP3的基础上增加了自适应帧长的特性,进一步提高了传输效率,因而成为一种广泛使用的Modem纠错协议。MNP10是一个纠错能力更强的协议,它适用于像蜂窝电话网(大哥大)这样的噪音环境,但一般的Modem不支持这种协议。
1988年,CCITT开始介入Modem纠错领域,颁布了V.42纠错标准。V.42采用的纠错技术称为LAP-M(Link Access Procedure for Modem),实际上是将X.25网的链路协议LAP-B引入Modem, 实现类似的纠错处理。同时,V.42也将MNP4作为它的一个选项。如果两台Modem中的一台支持V.42,另一台支持MNP4,则二者可以自动协商执行MNP4的纠错处理。
在数据压缩协议方面,MNP5和V.42bis最为流行。MNP5使用了两种压缩算法,一种是霍夫曼编码(Huffman Code),另一种为运行长度编码(Run-Length Code)。对于普通的ASCII字符型文本文件,MNP5可获得2∶1的压缩比,即经压缩后实现传输的数据量仅为原来的一半。MNP7在MNP5的基础上更进了一步,增加了按“字符对”的出现频率进行霍夫曼编码的压缩处理,压缩比提高到3∶1。
CCITT 于1989年颁布的V.42bis是一种更为有效的压缩协议。V.42bis采用自适应字典算法Lempel-Ziv,对典型的ASCII码文本可达到4∶1的压缩比,而且实时性比MNP5要好。
如果传输的文件已经先作过压缩(如用ARC、LHA、PKZIP),则最好不要在Modem中选用MNP压缩协议。因为此时Modem的MNP压缩不仅不能产生实际的压缩效果,反而要耗费一定的处理时间。但是,由于V.42bis具有自动测试功能,可以通过在线测试自动地在压缩模式与透明模式(不作压缩处理)之间进行切换,因此V.42bis的适应性比MNP5要好。如果可能,建议尽可能使Modem工作在V.42bis协议。
值得指出的是,压缩技术与纠错技术是紧密相关的,如果选择了V.42bis压缩协议,则Modem将自动启用V.42纠错协议;而如果用MNP5压缩,则自然采用MNP纠错。表2列出了上述压缩和纠错协议的主要特性。