Сетевой протокол Микроком

Сетевые протоколы Microcom , почти всегда сокращаемые до MNP , — это семейство протоколов исправления ошибок, обычно используемых в первых высокоскоростных (2400 бит/с и выше) модемах . Первоначально разработанный для использования в собственном семействе модемов Microcom , позже протокол был открыто лицензирован и использовался большинством производителей модемов, особенно «большой тройкой»: Telebit , USRobotics и Hayes . Позже MNP был вытеснен V.42bis , который использовался почти повсеместно, начиная с первых модемов V.32bis в начале 1990-х годов.

Обзор

Хотя Xmodem был представлен в 1977 году, уже в 1985 году The New York Times сначала описала XMODEM, затем обсудила MNP как ведущего соперника, и что модемы со скоростью 9600 бод «начинают появляться». К 1988 году « Таймс» говорила о 9600 и 19,2К и о том, что «по крайней мере 100 других марок модемов следуют» MNP (по сравнению с использованием Хейсом LAP-B).

Основы исправления ошибок

Модемы по своей природе являются устройствами, подверженными ошибкам. Шум в телефонной линии, обычное явление, может легко имитировать звуки, используемые модемами для передачи данных, тем самым внося ошибки, которые трудно заметить. Для некоторых задач, таких как чтение или написание простого текста, небольшое количество ошибок может быть допущено без возникновения особых проблем. Для других задач, например, перевода компьютерных программ в машинный формат, даже одна ошибка может сделать полученные данные бесполезными. По мере увеличения скорости модемов за счет использования большей части доступной полосы пропускания вероятность того, что случайный шум приведет к ошибкам, также увеличивается; выше 2400 бит/с эти ошибки довольно распространены.

ряд протоколов передачи файлов Для решения этой проблемы был введен , которые были реализованы в различных программах. Как правило, эти протоколы разбивают файл на серию кадров или пакетов, содержащих определенное количество байтов исходного файла. К каждому пакету добавляются какие-то дополнительные данные, обычно контрольная сумма или CRC , чтобы указать, произошла ли ошибка при получении пакета. Затем пакет отправляется в удаленную систему, которая пересчитывает контрольную сумму или CRC данных и сравнивает ее с полученной контрольной суммой или CRC, чтобы определить, правильно ли он был получен. Если это так, получатель отправляет обратно сообщение ACK ( подтверждение ), предлагая отправителю отправить следующий пакет. Если возникла какая-либо проблема, вместо этого он отправляет сообщение NAK ( неподтвержденное ), а отправитель повторно отправляет поврежденный пакет.

Этот процесс вносит «накладные расходы» в передачу. Во-первых, дополнительная контрольная сумма или CRC использует время работы в канале, которое в противном случае можно было бы использовать для отправки дополнительных данных. Однако это незначительная проблема, если только пакеты не очень малы (например, в UUCP ). Более серьезной проблемой является время, необходимое получателю для проверки пакета, сравнения его с CRC и а затем отправьте ACK обратно отправителю. Эта задержка растет в относительном выражении по мере увеличения скорости модема; задержка телефонной линии постоянна, но объем данных, которые могут быть отправлены за этот фиксированный промежуток времени, растет по мере увеличения скорости. Чтобы решить эту проблему, новые протоколы используют систему, известную как « скользящие окна », позволяющую отправителю начать передачу следующего пакета без получения сообщения ACK; только если подтверждение не придет в течение некоторого времени, пакет будет отправлен повторно.

MNP-квитирование связи

Соединения MNP были настроены после успешного подключения модемов. Исходная система (модем, осуществивший вызов, а иногда и компьютер, к которому он был подключен) отправляла короткую серию 8-битных символов, известную как «шаблон обнаружения отправителя» (ODP). Строка состояла из DC1 с четным соотношением ( 10001000) в начале один или два $FF ( 11111111), DC1 с нечетной четностью ( 10001001) и такое же количество $FF снова.

После отправки ODP отправитель запускает «Таймер фазы обнаружения» или T400. Автоответчик должен был правильно отреагировать на ODP в течение этого времени, иначе исходная система предположила бы, что MNP не поддерживается.

Если отвечающий модем поддерживал MNP или более поздние стандарты V.42 , пришедшие на смену ему, он отвечал одним из «шаблонов обнаружения автоответчика» (ADP). Если модем поддерживает сжатие, он отвечает 8-битной версией строки. E$FF[ $FF] C$FF[ $FF], что означает «EC» или «Коррекция ошибок и сжатие». Если коррекция ошибок поддерживалась, но сжатие не было, ADP был E$FF[ $FF] NUL$FF[ $FF], обозначающее «E» или «Исправление ошибок». Стандарт позволял любому значению последних четырех битов второго символа указывать стандарты различия, но это так и не было реализовано. ADP нужно было отправить как минимум десять раз.

Если ADP успешно получен в течение времени T400, система успешно определила, что две системы поддерживают некоторую коррекцию ошибок и/или сжатие. На этом этапе системы вступают в «фазу разработки протокола», на которой определяются и выбираются детали этих стандартов. Это начинается с того, что исходная система отправляет строку L-ESTABLISH, указывающую, что режим переключается в режим исправления ошибок, а отвечающая система отвечает тем же L-ESTABLISH. Автоответчик может отклонить попытку, отправив L-RELEASE. Эта фаза синхронизируется T401.

Последним шагом в процессе установления связи является отправка пакета MNP, содержащего команду «SABME», сокращенно от «установить расширенный асинхронный сбалансированный режим». Он отправляется отправителем и содержит ряд полей данных, указывающих точные протоколы, которые он может поддерживать. Автоответчик отвечает измененной версией того же пакета, переключая биты в данных, чтобы указать, что пакет прошел успешно. С этого момента две системы обмениваются данными, используя пакетный протокол с коррекцией ошибок. Если этот последний шаг не завершается в течение таймера T401, отправитель отправляет L-RELEASE и возвращается на канал, отличный от MNP.

МНП «классы»

Идея Microcom заключалась в том, чтобы перенести протокол передачи файлов с главного компьютера и разместить его в модеме. При этом во всех ошибки будут исправлены передаваемых данных, а не только при передаче файлов. Это также означало, что устройства без процессора, такие как тупые терминалы , могли иметь безошибочную связь.

Исходный протокол был чрезвычайно простым и довольно неэффективным, что привело к появлению множества улучшенных протоколов, называемых «классами». Каждый класс в целом улучшил производительность по сравнению с более ранними версиями, которые были сохранены только из соображений обратной совместимости.

МНП 1 и 2

Первый стандарт MNP, задним числом известный как MNP Class 1 или просто MNP 1 , представлял собой простой полудуплексный протокол, аналогичный по своей природе XModem . Из-за отсутствия поддержки скользящих окон эффективность пропускной способности была довольно низкой — около 70%. Это означало, что на модеме со скоростью 2400 бит/с, таком как те, что продавались Microcom, пропускная способность будет ограничена примерно 1690 бит/с при использовании MNP 1. Эта система была создана в первую очередь для того, чтобы ее можно было как можно проще реализовать на ограниченном оборудовании, что и объясняет ее простоту.

Благодаря недорогому повышению вычислительной мощности компания Microcom представила MNP 2 , полнодуплексную версию MNP 1, которая позволяла возвращать сообщения ACK, когда следующий исходящий пакет уже начинался. Это устранило паузу, пока модем ждал возврата ACK, добавив требование, чтобы системе требовался некоторый объем памяти для отслеживания того, было ли получено ACK в течение заданного периода времени. Поскольку задержка между пакетами была уменьшена, остались только издержки CRC, что повысило пропускную способность примерно до 84%.

МНП 3

При обычном использовании модем может отправлять или получать данные в любой момент времени, этот режим работы известен как «асинхронный». Модем может определить скорость данных отправителя, прослушивая отправляемые ему биты и «привязывая» свои часы к скорости принимаемых битов. Поскольку данные могут поступить в любое время, точного времени не существует; часы, возможно, придется перенастроить на паузы, когда пользователь перестает печатать (например).

К сожалению, этот вид декодирования часов не работает, если в данных нет хотя бы некоторых переходов между 1 и 0; длинный поток нулей или единиц не имеет переходов, поэтому невозможно узнать, где начинаются данные для того или иного конкретного байта . Чтобы избежать этой проблемы, кадрирования к каждому концу каждого байта добавляются дополнительные биты , обычно по одному биту с каждой стороны, известному как «стартовый и стоповый биты» . Это гарантирует по крайней мере один переход от 1 к 0 для каждого байта, чего более чем достаточно для блокировки часов. Однако эти биты также расширяют каждые 8 ​​бит данных (один байт) до 10 бит, что составляет 20%.

При использовании протокола передачи файлов пакеты сами имеют собственную структуру. Пакеты всегда будут отправлять непрерывный поток данных, поэтому часы не могут «дрейфовать» так же, как это могло бы произойти с данными, отправляемыми пользователем, печатающим на клавиатуре. Отключив эти биты кадрирования при работе по каналу с исправлением ошибок, можно устранить эти 20% накладных расходов.

Именно это и сделал MNP 3 . После переговоров и определения того, что оба модема поддерживают MNP 3, биты кадрирования были отключены, что повысило общую эффективность примерно на 20%. Это почти идеально компенсирует накладные расходы протокола, а это означает, что при использовании MNP 3 пользователь может рассчитывать на то, что он очень близок к идеальной пропускной способности 2400 бит/с (по сравнению с 1900 бит/с).

МНП 4

MNP 4 был дальнейшим улучшением MNP 3, добавляя систему переменного размера пакетов, которую они назвали Adaptive Packet Assembly .

В случае MNP накладные расходы пакетной системы были относительно небольшими, но даже многобайтовая CRC занимала пространство, которое лучше использовать для данных. Как правило, использование пакета большего размера решает эту проблему, поскольку CRC остается того же фиксированного размера и, следовательно, его относительные издержки уменьшаются по сравнению с объемом данных. Однако в случае возникновения ошибки использование пакетов большего размера также означает, что необходимо повторно отправить больше данных. На шумных линиях это может снизить общую пропускную способность.

При использовании MNP 4 два модема постоянно отслеживают линию на предмет отброшенных пакетов, и если пересекается определенный порог (выбираемый пользователем), модем возвращается к меньшему размеру пакета. Это означает, что при отбрасывании пакета объем данных, которые необходимо отправить повторно, уменьшается, что приводит к повышению пропускной способности. На линиях хорошего качества использование пакетов большего размера означает, что затраты на CRC уменьшаются. Пакеты могли иметь размер от 64 до 256 байт и позволяли пользователю при желании принудительно установить для них определенный размер.

В MNP 4 также была представлена ​​оптимизация фазы данных — простое изменение протокола, которое позволило отбросить часть информации о кадрах пакетов после установки канала, что еще больше снизило накладные расходы протокола. Сочетание этих функций вместе с отсутствием в MNP 3 формирования байтовых кадров позволило еще больше повысить эффективность пропускной способности.

МНП 5

Еще более радикальное изменение было внесено в MNP 5 на лету , введя сжатие данных в модеме. В MNP 5 данные, полученные от компьютера, сначала сжимаются с помощью простого алгоритма, а затем передаются в систему пакетирования MNP 4 для передачи. В лучшем случае система предлагала сжатие примерно 2:1, но в целом типичным было около 1,6:1, по крайней мере, для текста. В результате модем со скоростью 2400 бит/с будет передавать текст со скоростью ~4000 бит/с.

Такое резкое увеличение пропускной способности позволило модемам Microcom оставаться в некоторой степени конкурентоспособными по сравнению с моделями других компаний, которые в остальном номинально были намного быстрее. Например, Microcom обычно производила модемы со скоростью 1200 и 2400 бит/с, используя стандартные детали, в то время как такие компании, как USRobotics и Telebit, предлагали модели со скоростью до 19 200 бит/с.

Однако такое улучшение производительности было доступно только в том случае, если модемы на обоих концах поддерживали MNP. Это делало систему по-настоящему привлекательной только для сайтов, устанавливающих модемы на обоих концах каналов; для услуг коммутируемого доступа, таких как системы досок объявлений (BBS), не было веской причины использовать устройство Microcom, когда у конечного пользователя вряд ли оно будет. Даже в тех случаях, когда пользователь контролировал оба конца канала, «собственные» модемы Microcom были менее интересны, чем модели других компаний, которые предлагали гораздо более высокую «реальную» пропускную способность.

Чтобы создать рынок модемов Microcom, начиная с MNP 5, они предприняли радикальный шаг по бесплатному лицензированию всего пакета MNP. Идея заключалась в том, что это резко увеличит количество модемов с установленным MNP, сделав «настоящие» модемы Microcom более привлекательными. Более того, новые стандарты с улучшенной производительностью будут обеспечивать еще лучшую производительность, если на обоих концах канала будет установлен модем Microcom.

Этот план имел неприятные последствия. Внедрение значительно улучшенной LAPM системы сжатия в стандарте V.42bis опередило собственные достижения Microcom, сведя ценность «настоящей» модели Microcom почти к нулю. Используя V.42bis и стандартные комплектующие, вскоре стало доступно огромное количество недорогих модемов с еще большей производительностью, чем у Microcom. Хотя Microcom продолжала внедрять новые стандарты, их по большей части игнорировали, и Microcom перестала быть силой на рынке.

МНП 6

Внедрение V.32 привело к появлению ряда стандартных модемов со скоростью 9600 бит/с, почти все из которых предлагали MNP 5. Чтобы еще больше отличиться от того, что становилось товарным рынком (хотя и не так до появления V.32 ). 32bis SupraFAXModem 14400 в 1991 году), Microcom создала MNP 6 .

Основной особенностью MNP 6 было статистическое дуплексирование , которое могло выделять большую или меньшую часть полосы пропускания той или иной стороне модемного соединения. Например, если одна машина отправляла большой файл, другой конец отправлял обратно только небольшой объем информации — сообщения ACK и NAK. В этом случае модемы будут отдавать отправителю как можно большую часть канала, обеспечивая одностороннюю полосу пропускания до 19 200 бит/с. На самом деле это не требовало каких-либо изменений в системе модуляции: обычно модем со скоростью 9600 бит/с имел полный канал со скоростью 9600 бит/с в обоих направлениях, что в общей сложности составляло 19200 бит/с; MNP 6 просто позволял передавать ту или иную сторону большую или меньшую часть этой полосы пропускания вместо того, чтобы оставлять ее фиксированной на уровне 9600 в обе стороны.

Эта базовая концепция уже широко использовалась в отрасли, легла в основу Hayes протокола Express 96 компании компании USRobotics , PEP HST Telebit и (кратко) CompuCom SpeedModem . Всем этим стандартам было очень трудно выжить на рынке, где доминировал V.32bis, и, как и они, MNP 6 по большей части игнорировался.

Менее заметным дополнением к MNP 6 стало Universal Link Negotiation . С введением дополнительных режимов модуляции, особенно V.32 и более поздних дополнений, модемам на обоих концах линии связи приходилось тратить все больше времени на согласование общего стандарта. Например, модем V.32bis сначала отправляет в линию тональные сигналы, чтобы попытаться установить соединение 14.4; если через некоторое время это не удастся, он попробует 9600, 2400 и, наконец, 1200 бит/с. Поскольку каждый из этих стандартов определял минимальный период времени для «попытки» соединения, задержка выросла более чем на 10 секунд.

ULN избегал этой задержки, всегда согласовывая канал со скоростью 2400 бит/с без включенной коррекции ошибок. Хотя это исключало совместимость со старыми модемами со скоростью 1200 бит/с, к тому моменту они были крайне редки. Как только соединение было установлено, что произошло быстро, оба модема отправили небольшую идентификационную строку на удаленный модем. Оба модема затем исследовали строку и выбрали самый быстрый общий режим. Затем вызывающий абонент один раз повторно согласовал соединение на более высокой скорости.

МНП 7

В MNP 7 представлены новые алгоритмы сжатия с заявленным улучшением сжатия текстовых файлов до 3:1. Однако к моменту появления MNP 7 стандарт V.42bis предлагал сжатие 4:1.

МНП 9

MNP 9 (по-видимому, не было выпущено 8) улучшил универсальное обнаружение соединения, добавив новые высокоскоростные режимы, но в остальном был идентичен MNP 7.

МНП 10

MNP 10 представил новый протокол исправления ошибок, разработанный специально для эффективной работы на зашумленных телефонных линиях, широко используемых в Восточной Европе. В отличие от более ранних версий, таких как MNP 4, MNP 10 постоянно контролировал качество линии и корректировал размер пакета в случае улучшения условий.

В 1991 году Microcom лицензировала MNP 10 компании Rockwell International для использования в их чрезвычайно популярных наборах микросхем для модемов. Поскольку примерно с 1995 года почти все модемы, за исключением моделей USR, использовали набор микросхем Rockwell, MNP 10 получил довольно широкое распространение (если не использовался). В конечном итоге USR добавила MNP 10 в свои модемы серии V.everything, что фактически сделало его универсальным.

Позже MNP 10 был расширен до MNP 10EC , где «EC» означает «Extended Cellular». Это была серия модификаций, которые позволили MNP 10 справиться с паузами передачи, когда сотовый телефон перемещается из одной соты в другую, что обычно интерпретируется как ошибки в линии. При использовании MNP 10EC эти паузы правильно идентифицируются как «не ошибки», и скорость соединения остается выше. Его успех привел к появлению конкурента ETC , созданного AT&T Paradyne .

MNP 10EC был особенно привлекателен для сотовой связи благодаря включению метода согласования канала ULN, первоначально представленного в MNP 6 (и улучшенного в MNP 9). В сотовой сети, где все эфирное время оплачивается, более быстрая установка позволяет сэкономить деньги. Срок службы MNP 10EC был ограничен, поскольку сотовые сети перешли на множество полностью цифровых систем, которым больше не требовался модем для подключения к компьютеру.

Документация

Хотя MNP является запатентованной технологией, классы от 2 до 4 фактически описаны в спецификации V.42 в Приложении A как альтернативная процедура для функции контроля ошибок. Настоящее Приложение представлено в спецификации до 1996 года. годовая ревизия. В последней версии 2002 года он был удален.

См. также

• X.ПК
• YМодем
• ZМодем
• ВЗРЫВ (протокол)
• Кермит (протокол)