Понятие информации и энтропии. Последовательный интерфейс RS-232. Назначение и классификация модемов. Протоколы коррекции ошибок канального уровня, передачи данных стандарта CCITT (ITU) и сжатия данных. Настройка программы терминала minicom в ОС Linux.
Казанский федеральный университет Институт физики Лаборатория систем передачи данных1.1.Цель лабораторной работы...................................................................................3 1.2.Необходимая теоретическая база.........................................................................3 1.3.Перечень вопросов для теоретической подготовки............................................3 1.4.Необходимые приборы..........................................................................................3 1.5.Порядок выполнения работы................................................................................3 2.Общие сведения о модемах..........................................................................................4 2.1.Понятие информации и энтропии........................................................................4 2.2.Последовательный интерфейс RS-232.................................................................4 2.3.Назначение модемов..............................................................................................4 2.4.Классификация модемов.......................................................................................5 2.5.Протоколы коррекции ошибок канального уровня............................................6 2.6.Протоколы передачи данных стандарта CCITT (ITU).......................................7 2.7.Протоколы сжатия данных..................................................................................10 3.Лабораторное задание................................................................................................11 3.1.Подготовка к работе.............................................................................................11 Настройка программы терминала minicom в ОС Linux.....................................11 Настройка программы HYPERTERMINAL в ОС Windows........................................11 Проверка настройки..............................................................................................12 3.2.Ознакомление с системой команд модема.........................................................12 3.3.Установка соединения и исследование параметров канала.............................13Слово «модем» (англ. modem) происходит от сочетания «модулятор-демодулятор» и используется для обозначения широкого спектра устройств передачи цифровой информации по аналоговым линиям связи с применением различных видов модуляции. Controller based soft-modem) - модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключен модем; При передаче данных по зашумленным телефонным линиям всегда существует вероятность, что данные, передаваемые одним модемом, будут приняты другим модемом в искаженном виде - некоторые передаваемые байты могут изменить свое значение или даже просто исчезнуть [4]. Протокол коррекции ошибок, использующий синхронный дуплексный метод передачи данных между модемами (интерфейс модем - компьютер остается асинхронным). Дальнейший рост скорости передачи возможен только при использовании линий с большей полосой пропускания, что и предусмотрено в стандарте V.90 для модемов со скоростью передачи до 56 Кбит/с, часто обозначаемых как V.90-или 56к-модемы.
Введение
1.1. Цель лабораторной работы
Изучение принципов работы и исследование модема — устройства для двусторонней передачи данных через коммутируемые телефонные линии.
1.2. Необходимая теоретическая база
Перед выполнением лабораторной работы студент должен ознакомиться со следующими теоретическими разделами: 1) основы теории сигналов, виды модуляции, 2) теория информации, 3) принципы передачи данных через линии связи, применяемые протоколы.
1.3. Перечень вопросов для теоретической подготовки
1. Телефонная линия: физический уровень (эквивалентная схема, напряжения), виды применяемых сигналов, частотная полоса, принцип коммутации на АТС, способ передачи информации о набираемом номере абонента (импульсный и тоновый (DTMF)).
2. Основы передачи данных через телефонные линии (ТЛ) связи. Теоретическая пропускная способность телефонного канала (формула Шеннона). Необходимость применения модемов. Структура канала передачи данных через ТЛ. Принцип работы модема.
3. Стандарты и протоколы передачи данных через ТЛ.
4. Протоколы коррекции ошибок (обзорно). Протоколы сжатия данных (обзорно).
5. Система AT-команд и режимы работы модема (обзорно).
1.4. Необходимые приборы
Для проведения лабораторной работы необходимы следующие приборы: 1) модем для коммутируемых телефонных линий типа D-Link DFM-562E или аналогичный в количестве 2-х шт.;
2) телефонный кабель;
3) персональный компьютер с последовательным портом RS-232 в количестве 2-х шт.
1.5. Порядок выполнения работы
Лабораторная работа выполняется двумя студентами, каждый работает за своим персональным компьютером с подключенным модемом.
2. Общие сведения о модемах
2.1. Понятие информации и энтропии
Понятие информационной энтропии определено Шенноном для случая дискретных данных и весьма похоже на понятие термодинамической энтропии. Это величина, обозначающая количество информации, содержащееся в данном сообщении (или последовательности сигналов). Сведения об информационной энтропии необходимы для повышения надежности передачи сигналов. Именно на нее ориентируются при задании избыточной информации, передаваемой по линии связи [1].
Информационная энтропия — неопределенность появления какого-либо символа первичного алфавита. При отсутствии информационных потерь численно равна количеству информации на символ передаваемого сообщения. Например, в последовательности букв, составляющих какое-либо предложение на русском языке, разные буквы появляются с разной частотой, поэтому неопределенность появления для некоторых букв меньше, чем для других. Если же учесть, что некоторые сочетания букв (в этом случае говорят об энтропии n-ого порядка) встречаются очень редко, то неопределенность еще более уменьшается.
2.2. Последовательный интерфейс RS-232
Материал для самостоятельного изучения по источникам [2,3]. Интерфейс RS-232 (стандартный интерфейс подключения модема). Физический и канальный уровень. Формат кадра. Параметры настройки.
2.3. Назначение модемов
Слово «модем» (англ. modem) происходит от сочетания «модулятор -демодулятор» и используется для обозначения широкого спектра устройств передачи цифровой информации по аналоговым линиям связи с применением различных видов модуляции. При этом модулируемый аналоговый сигнал называется несущим (англ. Carrier) и обычно представляет собой сигнал постоянной частоты и амплитуды (несущая частота) [4].
Скорость передачи информации измеряется в бодах (Бод, англ. Buad). Один бод соответствует одному элементарному символу, передаваемому данным способом модуляции за одну секунду. Обычно полагают размер символа равным 1 биту, тогда говорят о скорости передачи в битах в секунду (бит/с или англ. BPS - Bits Per Second). Скорость передачи может измеряться в байтах в секунду (байт/с или англ. CPS - Chars Per Second), в этом случае под термином «символ» понимают восьмибитное данное.
2.4. Классификация модемов
Рассмотрим классификацию модемов согласно [4]. По исполнению: 1) внешние — подключаются к COM или USB порту, обычно имеют внешний блок питания (существуют USB-модемы, питающиеся от USB и LPT-модемы (производитель — Prolink));
2) внутренние — устанавливаются внутрь компьютера в слот ISA, PCI, PCMCIA встроенные — являются внутренней частью устройства, например, ноутбука или докинг-стэйшен.
По принципу работы: 1) аппаратные модемы — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например с использованием DSP, контроллера). Также в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом;
2) программно-определяемые модемы, или Windows-модемы («винмодемы») — аппаратные модемы, лишенные ПЗУ с микропрограммой (firmware). Микропрограмма такого модема хранится в памяти компьютера, к которому подключен модем. Работоспособен только при наличии драйверов, которые обычно писались исключительно под операционные системы семейства MS Windows;
3) полупрограммные (англ. Controller based soft-modem) — модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключен модем;
4) программные (англ. 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).
По типу: 1) модемы для коммутируемых телефонных линий (англ. Dial-up modem) — наиболее распространенный тип модемов , работающих в звуковом диапазоне частот;
2) ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий ; 3) XDSL — модемы, предназначенные для организации выделенных
(некоммутируемых) линий передачи данных используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов типами модуляции, шириной частотной полосы, методами кодирования сигналов. Обычно позволяют одновременно с обменом данными использовать телефонную линию в обычном порядке;
4) кабельные — используются для обмена данными по специализированным кабелям — к примеру, по кабелям систем коллективного телевидения;
5) радиомодемы — широкий спектр радиотелекоммуникационных устройств, предназначенных для передачи данных;
6) спутниковые модемы — радиомодемы, предназначенные для работы в системах спутниковой связи;
7) PLC — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети, т.е. обычно по электропроводке 220 В.
Для того, чтобы модемы могли обмениваться друг с другом информацией, они должны использовать одинаковые способы передачи данных. Для этого был введен ряд стандартов, оговаривающих условия соединения и передачи данных между двумя модемами - протоколов передачи данных.
2.5. Протоколы коррекции ошибок канального уровня
При передаче данных по зашумленным телефонным линиям всегда существует вероятность, что данные, передаваемые одним модемом, будут приняты другим модемом в искаженном виде - некоторые передаваемые байты могут изменить свое значение или даже просто исчезнуть [4]. Для того, чтобы пользователь имел гарантии, что его данные переданы без ошибок, используются различные протоколы коррекции ошибок.
Общая форма передачи данных по протоколам с коррекцией ошибок следующая: данные передаются отдельными блоками (пакетами) по 16-20000 байт, в зависимости от качества связи. Каждый блок снабжается заголовком, в котором указана проверочная информация, например, контрольная сумма блока. Принимающий компьютер самостоятельно подсчитывает контрольную сумму каждого блока и сравнивает ее с контрольной суммой из заголовка блока. Если эти две контрольный суммы совпали, принимающая программа считает, что блок передан без ошибок. В противном случае принимающий компьютер передает передающему запрос на повторную передачу этого блока. Протоколы коррекции ошибок могут быть реализованы как на аппаратном уровне, так и на программном. Аппаратный уровень реализации более эффективен. Так, быстродействие аппаратной реализации протокола MNP примерно на 30% выше, чем программной.
В модемах широко применяются аппаратные протоколы коррекции ошибок серии MNP (англ. Microcom Network Protocols). Протоколы MNP были впервые реализованы на модемах фирмы Microcom. Эти протоколы обеспечивают автоматическую коррекцию ошибок и компрессию передаваемых данных.
Сейчас существуют следующие протоколы серии MNP: MNP1. Протокол коррекции ошибок, использующий асинхронный полудуплексный метод передачи данных. Это самый простой из протоколов MNP. MNP2. Протокол коррекции ошибок, использующий асинхронный дуплексный метод передачи данных.
MNP3. Протокол коррекции ошибок, использующий синхронный дуплексный метод передачи данных между модемами (интерфейс модем - компьютер остается асинхронным).
MNP4. Протокол, использующий синхронный метод передачи, обеспечивает оптимизацию фазы данных.
MNP5. Дополнительно к методам MNP4, MNP5 часто использует простой метод сжатия передаваемой информации.
MNP6. Дополнительно к методам протокола MNP5 автоматически переключается между дуплексным и полудуплексным методами передачи в зависимости от типа информации. Протокол MNP6 также обеспечивает совместимость с протоколом V.29.
MNP7. По сравнению с ранними протоколами использует более эффективный метод сжатия данных.
MNP9. Использует протокол V.32 и соответствующий метод работы, обеспечивающий совместимость с низкоскоростными модемами.
MNP10. Предназначен для обеспечения связи на сильно зашумленных линиях, таких, как линии сотовой связи, междугородними линиями, сельские линии. Все протоколы MNP совместимы между собой снизу вверх. При установлении связи происходит установка наивысшего возможного уровня MNP-протокола. Если же один из связывающихся модемов не поддерживает протокол MNP, то MNP-модем работает без MNP-протокола.
2.6. Протоколы передачи данных стандарта CCITT (ITU)
Для разработки стандартов передачи данных был создан специальный Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии (CCITT) (в 1990 комиссия переименована в ITU - International Telecommunication Union -Международный Телекоммуникационный Союз) и приняты следующие рекомендации: V.21 - 300 bps. Модем, регламентированный данной рекомендацией, предназначен для передачи данных по выделенным и коммутируемым линиям. Он работает в асинхронном дуплексном режиме. Для передачи и приема данных используется способ частотной модуляции.
V.22 - 1200 bps. Модем, работающий в соответствии с данной рекомендацией, использует асинхронно-синхронный дуплексный режим передачи. Для модуляции передаваемого сигнала применяется метод дифференциальной фазовой модуляции.
V.22bis - 2400 bps. Дуплексный модем, со скоростью передачи данных 2400 bps. При передаче со скоростью 2400 bps используется метод квадратурной модуляции, а при скорости 1200 - метод дифференциальной фазовой модуляции. Приставка "bis" в переводе с французского означает "второй" - т.е. указывает на вторую разновидность данного протокола.
V.23 - 600/1200 bps. Асинхронный модем, использующий метод частотной модуляции. Модем может работать в дуплексном режиме со скоростью передачи данных по прямому каналу - 600/1200 bps, а по обратной - только 75 bps. Этот стандарт не совместим с CCITT V. 21, V. 22, V. 22bis.
V.32 - 9600, 4800 бит/с;
V.32bis - 14400, 12000, 9600, 7200, 4800 бит/с;
V.34 и V.34bis - обеспечивает оптимальную производительность (28,8 кбит/с для V.34) при работе по любому имеющемуся телефонному каналу. При высоком качестве канала достижима скорость до 33,6 кбит/с (в версии стандарта V.34bis).
Этот стандарт имеет целый ряд других особенностей, наиболее принципиальные из которых перечислены ниже.
• Более полное использование полосы пропускания телефонной линии. Из шести предусмотренных стандартом V.34 символьных скоростей передачи две наибольшие (3200 и 3429 символов/с) требуют ширины полосы пропускания линии, большей стандартного значения 3100 Гц, но достижимой для ряда реальных телефонных линий.
• Введение в передаваемый сигнал наряду с линейными нелинейных предискажений для частичной компенсации нелинейных искажений, вносимых аппаратурой с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), работающей на линии. На комплексной плоскости такие предискажения выглядят в виде неравномерного (отличающегося от строго решетчатого) расположения сигнальных точек.
• Развитый сервис, включающий возможность организации асимметричной передачи (разные скорости, несущие частоты, число точек на комплексной плоскости и другие режимы работы для модемов на противоположных концах линии), полудуплексного обмена (эхо-компенсация не используется) и дополнительного канала.
• Автоматический адаптивный выбор режимов работы модемов в соответствии с параметрами реальной телефонной линии. Для этого модемы попеременно передают друг другу последовательность из 21 гармонических колебаний с частотами в диапазоне от 150 до 3750 Гц, определяют возможные режимы работы и обмениваются информацией о них. Настройка скорости работы модемов в соответствии с качеством связи (отношением сигнал-шум) означает, что фактически скорость может уменьшаться с шагом 2400 бит/с и в случае отношения сигнал-шум менее 20 ДБ (реальная цифра для некоторых отечественных телефонных линий, особенно при междугородней связи) окажется не более 9600 бит/с.
Как следует из анализа особенностей стандарта V.34, он практически полностью использует возможности, предоставляемые стандартными аналоговыми телефонными линиями. Дальнейший рост скорости передачи возможен только при использовании линий с большей полосой пропускания, что и предусмотрено в стандарте V.90 для модемов со скоростью передачи до 56 Кбит/с, часто обозначаемых как V.90- или 56к-модемы.
V.42 и V.42bis - протокол с коррекцией ошибок и преобразованием асинхронный синхронный. Протокол использует метод компрессии, при котором определяется частота появления отдельных символьных строк и происходит их замена на последовательности символов меньшей длины. Этот метод компрессии носит название LZW. Данный метод компрессии обеспечивает 50% сжатие текстовых файлов. Вместе с 20% выигрышем от синхронного преобразования это увеличивает эффективность на 60%.
V.90 - на 56k — модемы утвержден ITU-T в сентябре 1998 г. На рис. 1 приведена иллюстрация принципа работы обычных (со скоростью передачи до 33600 бит/с на основе стандарта V.34) и 56k (V.90)-модемов в телефонной сети общего пользования.
Большая часть сети цифровая, при работе на обоих концах линии модемы, соответствующие протоколу V.34, используют ее как полностью аналоговую. Это означает необходимость использования аналого-цифровых преобразователей (АЦП) при передаче сигналов в обоих направлениях. В результате дискретизации сигналов по амплитуде АЦП вносят заметный вклад в ухудшение отношения сигнал-шум, и скорость передачи в обоих направлениях одинакова (при самых благоприятных условиях до 33600 бит/с). Если на одном из концов линии (у провайдера) использовать специальный цифровой модем, подключенный к цифровой части телефонной сети, а на другом конце (у клиента) аналоговый V.90-модем, то в направлении от провайдера к пользователю АЦП отсутствует, и скорость может быть увеличена (теоретически) до 56 кбит/с.
Рис. 1 - Иллюстрация принципа работы обычных и 56k (V.90)-модемов.
Цифровая телефонная сеть имеет скорость передачи 64 кбит/с, однако наличие дополнительных искажений и шумов от работы ЦАП и АТС, хотя и меньших по уровню, чем шум дискретизации АЦП, ограничивает достижимую скорость передачи. Кроме того, тестирование 56к-модемов показывает возможность достижения скорости в диапазоне 40...50 кбит/с при связи с местной телефонной станцией и 28...33 кбит/с при работе на международных линиях.
Чтобы работа со скоростью 56 кбит/с была возможной, необходимо выполнение трех дополнительных условий.
1. Цифровое подключение на одном из концов (со стороны провайдера). 2. Поддержка стандарта V.90 на обоих концах. Стандарт V.90 должен поддерживаться на обоих концах соединения: как аналоговым модемом пользователя, так и сервером удаленного доступа или модемным пулом на стороне хост-компьютера. Переход к стандарту V.90 не означает обязательного приобретения нового модема, т.к. некоторые из них допускают чисто программный «upgrade»
3. Одно аналого-цифровое преобразование. На пути следования сигнала между цифровым модемом V.90 и аналоговым модемом может быть только одно аналого-цифровое преобразование.
V.92 56 кбит/с от провайдера к пользователю и с теми же ограничениями. Основных отличий три: Modem-on-Hold (MOH) — особенность, позволяющая пользователю при поступления входящего звонка временно приостановить обмен данными, не разрывая соединения, а по окончании разговора вернуться к приостановленной сессии. Quick Connect (QC) — позволяет уменьшить время установки соединения в части измерения параметров линии связи. V.PCM Upstream — увеличение скорости передачи данных от пользователя к провайдеру до 48 кбит/с.
2.7. Протоколы сжатия данных
Самостоятельно изучить протоколы V.42bis и V.44.
3. Лабораторное задание
3.1. Подготовка к работе
Подключить модемы к ПК. Включить питание ПК. Включить питание модемов.
Настроить программу терминала (minicom в Linux или HYPERTERMINAL в Windows) для работы с последовательным портом с указанными в таблице параметрами для каждого модема.
Параметр
Скорость обмена данными Размер символа
Контроль четности/нечетности Длина стоп-бита
Контроль потока
Значение 115200 бит/с 8 бит отсутствует (N) 1 отсутствует (будет включен аппаратный RTS/CTS в упражнении 3.4)
Настройка программы терминала minicom в ОС Linux
Запустить программу терминального соединения [5]: minicom -s
Примечание: 1) для работы с последовательным портом от имени обычного пользователя (не root) в OPENSUSE Linux данный пользователь должен быть членом группы dialout; 2) для работы программы minicomпользователь должен иметь права на запись в каталог lock-файлов (по умолчанию /var/lock, который лучше изменить на /tmp через настройки «Настройка последовательного порта» > «Размещение lock-файла»).
1. Установить параметры последовательного порта (вход в меню настроек клавишами Ctrl-A, затем O, далее «Настройка последовательного порта»): 1. Последовательный порт: /dev/TTYUSB0 2. Скорость порта: 115200 бит/с
3. Разрядность данных: 8 бит, 1 стоп-бит (8N1) 4. Аппаратное управление потоком: да 5. Программное управление потоком: нет
Настройка программы HYPERTERMINAL в ОС Windows Запустить программу HYPERTERMINAL.
Проверка настройки
Убедиться в правильности настроек, дать команду ATI4. В результате будет выведена информация о модеме с указанием версии микропрограммы: D-Link DFM-562E External Modem 02/14/2003
3.2. Ознакомление с системой команд модема
При работе с модемами используется система строковых AT-команд. Команда набирается на клавиатуре, затем нажимается клавиша «Enter» и команда исполняется модемом. Нужно отметить, что каждый набираемый символ сразу передается на модем по нажатию соответствующей клавиши терминала. Символ CR (код 13) или CR LF (коды 13 10), генерируемые клавишей «Enter», являются лишь «сигналом» к исполнению команды, которая уже находится в памяти модема (в его приемном буфере). Поэтому команды в терминале нужно набирать без ошибок, поскольку редактирование строки такими клавишами, как «Delete» или «Backspace», может происходить некорректно вследствие того, что эти клавиши сами генерируют коды, отправляемые на модем.
Для нормальной работы в терминале пользователь должен видеть набираемые символы, т. е. должен быть включен режим «эхо». Режим «эхо» можно обеспечить средствами программы терминала или самого модема. В первом случае необходимо настроить терминал (в minicom комбинация клавиш Ctrl-A, затем E). Во втором случае необходимо дать команду модему: ATE1
В ответ должно прийти сообщение «OK». Если сообщение не получено, значит последовательный порт настроен неправильно. Если при правильной настройке параметров последовательного порта вы не видите на экране терминала набираемые символы, значит режим «эхо» отключен и на терминале, и на модеме.
Установить все параметры модема в начальные («заводские») значения с помощью команды: AT&F
Установить подробный формат сообщения о параметрах соединения командой ATW1
Установить режим постоянного включения встроенного динамика модема командой
ATM2
Установить среднюю громкость динамика командой ATL2
3.3. Установка соединения и исследование параметров канала
В данной работе соединение модемов осуществляется непосредственно, прямым кабелем, без использования сигналов АТС.
Соединить модемы между собой телефонным кабелем.
Установить соединение. Для этого на терминале с модемом А (далее — терминал А) дать команду
ATX1D
На терминале с модемом Б (далее — терминал Б) дать команду ответа: ATA
После успешного установления соединения в каждом терминале появится сообщение вида: MCR: V34
MRR: 33600,33600
ER: LAPM CONNECT 115200
В первой строке указывается протокол соединения (V34), во второй — скорость установленного между модемами соединения (33600 бит/с в обе стороны), в третьей — протокол коррекции ошибок (LAPM), в четвертой — скорость соединения с терминалом (115200 бит/с).
После установления соединения модемы переходят в режим передачи данных, при этом организовывается дуплексный канал связи между двумя устройствами. В таком режиме данные, передаваемые из коммуникационной программы в последовательный порт одного устройства, сразу передаются на другое устройство и считываются через его последовательный порт, все команды устройством игнорируются и не отправляются никакие сообщения.
Переход (возврат) в командный режим происходит вводом в поток специальной последовательности символов . Переход (возврат) в режим передачи данных осуществляется командой ATO.
Можно проверить прохождение информации по установленному каналу связи путем набора произвольных символов в одном терминале с их наблюдением в другом терминале.
После установления соединения перейти в командной режим на обоих модемах и получить параметры соединения командой: AT&V1
В ответ будет выведено примерно следующее сообщение: TERMINATION REASON.......... NONE
Параметры LAST TX rate и HIGHEST TX rate означают скорость установленного соединения на передачу данных (бит/с), соответственно последнее значение и максимально достигнутое значение. Параметры LAST RX rate и HIGHEST RX rate определяют скорость на прием данных.
Параметр PROTOCOL указывает на применяемый протокол коррекции ошибок, а параметр COMPRESSION — на применяемый протокол сжатия данных.
Поместить указанное сообщение в отчет.
3.4. Определение средней скорости передачи данных при различных протоколах соединения
Общие сведения
Действительная скорость передачи данных в модемном соединении будет определяться множеством факторов, в первую очередь это: 1) качество линии связи (АЧХ линии, соотношение сигнал/шум и др.), 2) номинальная скорость установленного соединения, определяемая применяемым протоколом передачи данных (см. п. 2.6), 3) применяемый протокол коррекции ошибок и сжатия данных (см. п. 2.5,2.6), 4) типом передаваемых данных, а именно энтропией информации.
Передаваемая информация
В данной работе для проведения эксперимента в качестве передаваемой информации будут использованы файлы с данными (находятся в каталоге /home/student/labs на компьютере с ОС Linux и в каталоге c:\labs - на ОС Windows), указанные в таблице 1.
Таблица 1 - Используемые файлы с данными
№ Имя файла
1 zero.dat
2 onegin.txt
3 random64.dat
4 random512.dat
Размер
524288 байт (512 кбайт)
297936 байт
65536 байт (64 кбайт)
524288 байт (512 кбайт)
Тип передаваемой информации
Последовательность нулевых байт
Полный текст романа А.С.Пушкина «Евгений Онегин» в кодировке UTF-8
Последовательность случайных байт, сгенерированных в ОС Linux через устройство /dev/random
Оценка энтропии близка к 0 средняя высокая
Файлы №1, 3 и 4 могут быть сгенерированы следующим образом в командной строке ОС Linux: dd count=512k bs=1 if=/dev/zero of=~/labs/zero.dat dd count=512k bs=1 if=/dev/random of=~/labs/random.dat
Здесь параметр count определяет размер файла (в килобайтах), параметр of — имя файла. В данном случае файлы будут сгенерированы в домашнем каталоге пользователя (символ ~) в подкаталоге labs.
Протокол передачи данных
В режиме передачи данных, т. е. после установления соединения на канальном уровне, возможно организовать передачу файлов, при этом необходима программная реализация протокола передачи данных транспортного уровня с функциями проверки целостности и подтверждения. Сетевой уровень в данной модели взаимодействия отсутствует, поскольку применяется соединение типа «точка — точка». Примерами протоколов передачи файлов через дуплексный канал являются: xmodem, ymodem, zmode, kermit и ascii. В данной работе будет применяться только протокол zmodem.
Определение средней скорости передачи данных
1. Выполнить подготовительные действия, указанные в п. 3.2.
2. Включить аппаратный контроль потока на основе сигналов RTS/CTS в каждом модеме с помощью команды
AT&K3.
Убедиться, что контроль включен по значению регистра S39 модема с помощью команды (выйдет значение 003): ATS39?
3. Включить аппаратный контроль потока на основе сигналов RTS/CTS в каждом терминале.
4. Отключить протоколы сжатия данных V.42bis и V.44 в каждом модеме с помощью команд
AT DS=0
AT DS44=0
5. Изменить протокол соединения в модеме А на V.22bis с помощью команды AT MS=V22B и установить соединение между модемами на номинальной скорости 2400 бит/с.
6. Проверить в командном режиме параметры соединения с помощью команды AT&V1
В сообщении параметр COMPRESSION должен быть в значении NONE. 7. Вернуться в режим передачи данных.
8. С терминала А отправить файл №3 на терминал Б. Для этого в программе minicom нажать комбинацию Ctrl-A S, выбрать протокол zmodem, затем выбрать требуемый файл. Для выбора файла сначала нужно перейти в каталог, где он расположен (см. краткое руководство [5]). Прием файла на другой стороне — терминале Б начнется автоматически.
9. Зафиксировать время передачи файла по секундомеру или по индикатору времени в диалогом окне терминалов. Определить среднюю скорость передачи данных как отношение длины файла к времени передачи (байт/с). Результат занести в таблицу (пример см. в таблице 2).
10.Передать файл в обратную сторону, предварительно изменив его имя. Результат также занести в таблицу.
11.Разорвать соединение с помощью команды ATH0 или через терминал (для minicom комбинация клавиш Ctrl-A H). 12.Провести определения скорости передачи аналогичным образом (с п.5 по п.11) для остальных протоколов, указанных в таблице 2, при этом с учетом большей скорости передачи использовать файл №4. Перед отправкой файл на принимающей стороне удалять или переименовывать. Каждый раз перед установлением соединения на новой скорости разрывать предыдущее соединение. Соответствующие команды переключения протокола имеют вид: AT MS=V32
AT MS=V32B AT MS=V34,1,300,28800,300,28800
В данном случае команда AT MS установит не только требуемый протокол соединения (V.34), но также диапазон возможных скоростей приема (от 300 до 28800 бит/с) и передачи (от 300 до 28800 бит/с) данных.
AT MS=V34
В данном случае команда установит требуемый протокол соединения (V.34) с максимально возможной скоростью передачи (33600 бит/с).
13.Результаты занести в таблицу. Сделать выводы, сравнить номинальную и фактическую скорость передачи данных.
Таблица 2 - Результаты определения скорости передачи данных в зависимости от типа протокола передачи (файл с максимальной энтропией)
Протокол передачи
V.22bis V.32 V.32bis V.34
V.34
Номинальная скорость, бит/с
2400 9600 14400 28800
33600
Номиналь- Размерная файла, скорость, кбайт байт/с
Время передачи А>Б, с
Средняя скорость А>Б, байт/с
Время передачи Б>А, с
Средняя скорость Б>А, байт/с
3.5. Определение эффективности протокола сжатия данных
1. Установить протокол соединения V.34, т. е. максимальную скорость передачи данных 33600 бит/с.
2. Отключить протокол сжатия данных V.42bis и V.44 в каждом модеме, если они еще не были отключены.
3. Включить вывод информации о типе используемого протокола сжатия при установлении соединения командой: AT DR=1
4. Установить соединение между модемами.
5. С терминала А отправить trial №1,2 и 4 на терминал Б. Зафиксировать время передачи каждого файла. Определить среднюю скорость передачи данных как отношение длины файла к времени передачи (байт/с). Результат занести в таблицу (пример см. в таблице 3).
6. Включить протокол сжатия данных V.42bis на обоих модемах командой AT DS=3
7. Выполнить передачу файлов аналогично п. 4 для данного протокола сжатия, результат занести в таблицу.
8. Включить протокол сжатия данных V.44 на обоих модемах и установить размер словаря 256 слов командой
AT DS44=3,0,0,256,256
9. Выполнить передачу файлов аналогично п. 4 для данного протокола сжатия, результат занести в таблицу.
10.Включить протокол сжатия данных V.44 на обоих модемах и установить размер словаря 2048 слов командой
AT DS44=3,0,0,2048,2048
11.Выполнить передачу файлов аналогично п. 4 для данного протокола сжатия, результат занести в таблицу.
12.Сделать выводы по упражнению.
Таблица 3 - Результаты определения скорости передачи данных в зависимости от типа протокола сжатия (максимальная номинальная скорость 33600 бит/с)
Протокол сжатия нет
V.42bis
V.44
V.44
Размер № файла словаря, слов
1 2 4
1 по умолчанию 2
4 256 1
2 4
1 2048 2
4
Размер файла, байт
Время передачи, с
Средняя скорость, байт/с
Список литературы
1. Бекман И.Н. Курс лекций по информатике. МГУ, 2009. http://profbeckman.narod.ru/INFORMLEKC.htm
2. Гук М.Ю. Интерфейсы ПК. Справочник. СПБ: Питер, 1999.
3. Гук М.Ю. Аппаратные средства IBM PC. СПБ: Питер, 2001 или 2005.
4. Изучение устройства компьютерного модема. Лабораторная работа №5 . http://www.kafedra-des.narod.ru/
5. Владимиров С. С., Доронин Е. М. Методические указания к лабораторным работам по курсу «СИСТЕМЫ ДОКУМЕНТАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ». Учебно-методический материал кафедры обработки и передачи дискретных сообщений. СПБГУТ, 2010. - http://opds.sut.ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
