Bár az elõfizetõk a helyi központhoz egy fémes vezetõ párral csatlakoznak, és elvileg ezeken akár 1-2 Mbit/s-os adatátviteli sebesség is lehetséges, azonban a telefonbeszélgetések váltakozó áramú jeleit szûrõk segítségével 300 Hz - 3 kHz között tartják. Ezért az információt ebbe a hangfrekvenciás tartományba esõ szinuszos hullám valamelyik jellemzõjéhez (és annak diszkrét változásához) célszerû hozzárendelni. (25. ábra)

Ezt a hullám modulálásával érhetjük el, A moduláció tetszõleges fizikai folyamat egy paraméterének megváltoztatása valamilyen elsõdleges vezérlõjel segítségével.

Szinuszos jel esetén annak amplitudóját, frekvenciáját, illetve fázisát lehet modulálni. Azt az eszközt amely a bemenetére adott bináris jel vezérlésével a modulációt elvégzi (modulálja), illetve a modulált analóg jelbõl a bináris jelet visszaállítja (demodulálja) modem-nek (modulátor - demodulátor) nevezzük.

Az amplitudó modulációra jó példa a morze jelek használata. Egy adott amplitudóju jel (a hang), illetve annak hiánya ( csend) hordozza az információt. Jól mûködõ, de lassú átvitelt biztosító megoldás.

A frekvencia modulációt használták elõször a modemeknél, jó zajtûrése és a biteket hordozó frekvenciák szûrõkkel való könnyû szétválaszthatósága miatt. Szokták a módszert FSK-nak (Frequency Shift Keying) is hívni. Mivel a telefonösszeköttetések duplex rendszerûek, ezért a szabványos adási és vételi, 0 és 1 értékû bitekhez tartozó frekvencia kiosztás a 26. ábrán látható. Az adatátviteli sebességet a használt alacsony frekvencia erõsen korlátozza, mivel például a legkisebb, 1070 Hz-es frekvencián a minimális 1 teljes színuszhullám átvitele ~ 1 msec, ami 1 kbit/s átviteli sebességet jelent.

A fázis-moduláció nyújt lehetõséget a telefonvonalon történõ nagyobb adatátviteli sebesség elérésére.

Az adónak 0 - 90 - 180 és 270 fokos fázisszög - kezdettel kell szinusz hullámot elküldenie, ami két bit kódolását, és így, egyszerre való elküldését biztosítja. Ha például 2400 Hz-es szinusz hullámot használunk, akkor másodpercenként 2400 darab szinusz hullámot küldünk át, amelynek négy különbözõ fázishelyzete lehetséges. Ezekhez két bites információt rendelve, az adatátviteli sebesség 4800 bit/s lesz! Az adatátviteli sebesség további növelése úgy lehetséges, ha növeljük a fázisszögek számát, illetve a hordozó szinusz hullámot különbözõ amplitudókkal küldjük. Például 8 fázisszög és 2 amplitudó esetén már egy jel 4 bitet képes kódolni !

Jól látható, hogy a sikeres adatátvitel, az amplitudók és a fáziszögek korrekt detektálását igénylik a vevõ oldalán. Ezt a korszerû modemekben az analóg áramköri technikák kifinomult alkalmazásával lehet csak megoldani, és a modemek minõségét alapvetõen meghatározza.

A modemek mint adatátviteli hálózati eszközök is tárgyalhatók az OSI modell alapján; a 29. ábra ezt mutatja be.

A modemek önállóan mûködõ számítógépes perifériák, amelyeknek az adatátvitel megvalósításához a számítógépnek kell felprogramozni, parancsokkal vezérelni, és állapotát (státuszát) ellenõrizni. Az összekapcsolás a késõbb részletesen ismertetett szabványos soros vonalon keresztül valósul meg.

A modem használatához a modemet a telefonhálózatba a telefon és a hálózati csatlakozó közé kell kötni. A számítógép a szöveges formájú parancsokat soros vonalon keresztül adja ki a modemnek, a modem parancs üzemmódjában értelmezi azokat, és szintén szöveges, általában "OK" üzenettel válaszolva fogadja el, és esetleg egy eredménykódot is visszaküld.

Minden parancs az AT karaktersorzattal kezdõdik, és ezt követi (betûköz nélkül!!!) a parancs további része. Csupán az AT utána Enter begépelésére a modem OK üzenettel jelzi a kapcsolat meglétét. A legfontosabb parancsok ismertetése egy sorban:

A legtöbb modemben 28 regiszter van (SO-S27), amelyek a modem mûködési paramétereit határozzák meg. Ezek szerepe lehet az, hogy idõzítõként vagy számlálóként mûködnek, vagy az, hogy a tartalmuk határoz meg bizonyos jellemzõket (bitminta). Egyes jellemzõk értékei nem törlõdõ memóriában (NVRAM) tárolhatók és a késõbbiekben újra bekapcsoláskor ezek jelentik az alapbeállítást. A regisztertáblázat:

A táblázatban *-al jelölt regiszterek tartalma az NVRAM-ban eltárolható. A regiszterek tartalmának módosítása és kiolvasása két modemvezérlõ paranccsal lehetséges:

Módosítás: ATSn=X ahol n = 0...27 és X = 0...255

Kiolvasás: ATSn? N = 0...27 és kiírja az Sn regiszter értékét decimálisan

A modemek által használt vonalak nem tesznek lehetõvé fizikailag megbízható átvitelt. Ezért meg kellett találni azokat az átviteli hardver és szoftver megoldásokat, ami ezt mégis megbízatóvá teszi.

Az MNP (=Microcom Networking Protocol) egy különleges hibajavító és adattömörítõ eljárás, amely zajos vonalakon is biztosítja a hibátlan adatátvitelt. Az OSI modell hálózati rétegének része, azaz szabványos adatkapcsolatot biztosít a különbözõ eszközök között. Lehet szoftveres és hardveres megoldású. Fokozatai:

MNP1 Aszinkron, bájt-orientált kapcsolatot valósít meg, fél duplex (half duplex) eljárással, ma már nem alkalmazzák. Egy 2400 bit/s sebességû modem ezzel az eljárással 1690 bit/s sebességet tud elérni.

MNP2 Aszinkron teljes (full) duplex átvitelt megvalósító eljárás. A Z80 és Intel 6800 típusú processzorokra dolgozták ki. Nem lassítja az átvitelt, zavart vonalakon az MNP2 egy 2400 bit/s-os modemen valóban eléri ezt a sebességet.

MNP3 Az MNP3 szinkron teljes duplex adatcserét valósít meg. 10 bites adatcsomagokat használ: 1 start-, 8 adat- 1 stopbit. Szinkron átvitelnél nincs start- és stopbit, ami gyorsítja az átvitelt. Az MNP3 már némi tömörítést is eredményez, tehát a modem fizikai sebességénél látszólag gyorsabb az adatátvitel: egy 2400 bit/s-os modem látszólagos sebessége 2600 bit/s lesz.

MNP4 Az MNP4-nél megjelent két új optimalizálási eljárás, amit Adaptive Packet Assembly(tm) és Data Phase Optimization(tm) neveken jegyeztek be. Ezek valamiféle csomag jelleget adtak az átvitelnek. Az egyes adatblokkok átvitele úgynevezett adatkeretekben, azaz csomagokban történik, és a keret tartalmazza a szükséges ellenõrzõ biteket. Szintén kerettel szinkronizálnak és nyugtáznak e rendszerben. Emellett bizonyos adattömörítés is végbemegy, így MNP4 alatt egy 2400 bit/s-os modem 2900 bit/s sebességet tud elérni, ami 20% nyereség.

MNP5 Az MNP5 tovább tökéletesítette az adattömörítést. A valós idejû tömörítés nagy hibája: nem ismeri fel azt, ha az alapinformáció eleve tömörített. Ilyenkor a különbözõ algoritmusokkal kísérletezve erõsen lelassul. A szokásos fájlok esetén egy MNP5-tel mûködõ 2400 bit/s-os modem látszólag 4800 bit/s sebességgel kommunikál.

MNP6 Sajnos nem kompatibilis számos MNP hibakorrekcióval dolgozó modemmel. Az MNP6 félduplex kommunikációt valósít meg, de teljes duplex szolgáltatásokat kapunk tõle. Ezt a Statistical Duplexing nevû eljárással érik el, amely az ellentétes irányú jelfolyamot az egyes keretek között, az adatáramlás szünetében továbbítja.

MNP7 Az MNP7 technológiánál az Enhanced Data Compression eljárást kombinálják az MNP4 szabványos kódolási eljárásával, aminek eredménye a szokásos fájlok továbbításának mintegy 300%-os felgyorsulása.

MNP8 Kimaradt a fejlesztésbõl.

MNP9 Az MNP9 esetében az Enhanced Data Compression eljárást kombinálták a V.32 szerinti kommunikációval, így egy ilyen modem 300%-kal gyorsabb, mint az eredeti CCITT V.32 szerinti modem.

MNP10 Fejlesztés alatt áll. Célja a korábbi eredmények felhasználásával a tömörítési eljárás intelligenssé tétele.

A modemek fejlõdése az elõbbiekben kifejtett okok miatt töretlen. Folyamatosan jelennek meg az egyre nagyobb sebességû modemek (a könyv írása idején 56 kbit/s a sebesség), és a modemek segítségével újabb szolgáltatásokat is megvalósítanak.

Az elõbbiek alapján nyilvánvaló, hogy a telefonvonalon vagy modemes adatátvitel, vagy beszédátvitel folyik, ezek egymást kizárják.

A legkorszerûbb ún. voice-modemek képesek a hangot is felismerni, átalakítóval digitálissá, illetve a digitális jelet analóggá átalakítani, és így a számítógépen tárolni. Segítségével hangposta, üzenetrögzítõ szolgáltatások valósíthatók meg.

Írott anyagok képek átvitelére szintén a modem technológiát felhasználó faxok (facsimile = hasonmás) szolgálnak.

Egyszerûen fogalmazva a fax egy vezérlõegységgel ellátott letapogatót (szkennert), nyomtatót és egy modemet tartalmazó rendszer. Eleinte az analóg faxrendszereket használtak és ezek nem volt szabványosítva. 1966-ban megjelent az elsõ szabvány: az RS238, amit a CCITT is követett a Csoport1 és Csoport2 jelölésû szabvánnyal.

A bináris jeleket FSK technikával átvivõ modemek elterjedése tette lehetõvé a digitális faxok elterjedését.

A Csoport3 szabvány írja le a digitális fax szabványt, amit minden modern fax berendezés alkalmaz, és ami gyors, megbízható átvitelt biztosít szabványos telefonvonalon keresztül. A Csoport4 szabvány elsõdlegesen az ISDN, a kapcsolt adathálózatokban való mûködésre szolgál. Nagysebességû átvitelt, kiváló hibakezelést és fejlett szürkeségi szint és színek átvitelét is biztosítja. A következõkben röviden ismertetjük azt hogy hogyan zajlik a Csoport3 faxok munkája egészen a kezdõ telefon összeköttetéstõl, az adatkódoláson, átvitelen keresztül a dekódolásig.

A CCITT T.30 szabvány specifikálja a fax telefonhívás öt fázisát, amit a következõ táblázatban foglatunk össze.

Az egyes fázisokat most egy kissé részletesebben ismertetjük.

A fázis: Hívásfelvétel. A hívó eszköz "tárcsázza" a számot és egy jelet ad aminek a neve Calling Tone (CNG) azaz hívó hang. Ezt a hangot valószínûleg már sokan hallották, ha egy fax hívás jut ki a telefonra. 1100 Hz-s hang fél másodpercig, három másodperc szünet. Egy elektronikus hang/fax kapcsoló ismeri fel ezt a CNG jelet és kapcsolja a vevõ faxot a vonalra. Hallva ezt a hangot, természetesen kézi úton is rákapcsolható a fax a vonalra. A vevõ válaszul egy éles, 2100Hz-es jelet ad a hívónak, aminek a neve Called Station Identification (CED) azaz hívott állomás azonosítás.

B fázis: Elõüzenet eljárás. Ezek után azonnal a vevõ FSK modulált átvitellel (CCITT V.21 300 bit/s-os modem szabvány) küldi a vevõfaxra vonatkozó információkat üzenetcsomagok formájában, a HDLC (High-level Data-Link Control) szabvány szerint (ld. majd késõbb!). Ez az üzenetcsomag mindig tartalmazza a digitális azonosító jelet (Digital Identification Signal = DIS) amely a vevõkészülék CCITT szabvány szerint tulajdonságait írja le.

Még további két üzenetet tartalmaz: a nem-szabványos tulajdonságok (Nonstandard Facilities =NSF) írja a készülék gyártója által megvalósított nem szabványos részeket, valamint a hívott fél azonosítót (Called Subscriber Identification = CSI), ami a vevõ telefonszámát tartalmazza. Az NSF üzenet, amely akár több csomagból is állhat, nagyfokú rugalmasságot biztosít. Az ezt követõ opcionális hangjelek a lefelé való kompatibilitás megvalósítására szolgálnak. Ezek a Csoport1 és Csoport2 szabványú faxokkal való kapcsolatteremtésre szolgálnak, felhasználva azok saját protokolljait. (Mivel ezek a faxok még nem digitálisak, ezért a digitális átvitelt nem használhatják, de a változó hangmagasságú jeleket venni és értelmezni tudják.) A B fázis ezen részét, amit a hívott fél válaszol a hívónak, a B fázis azonosító részének nevezzük. Ha az összekapcsolódó két fax mindegyike a Csoport3 szabvány szerinti, a hívó felismeri ezt az üzenetet és válaszol rá. (Mivel ez az üzenetváltás a HDLC szabvány szerint zajlik, ezért a hibavédelem is megoldott.)

B fázis: Parancs eljárás ebben a részben a hívó fax válaszol, és magáról ad információt. Ez szintén a V.21 modemjelek használatával történik.

A hívó fax elõször válaszul küld egy digitális parancsjelet (Digital Command Signal =DCS), amelyben közli a vevõvel, hogy milyen módon vegye a faxot. Ilyen közölt paraméterek: modem sebesség, lapszélesség, a kép kódolási módja, és a laphosszúság. (A hívó tudja a hívott fax paramétereit, mivel azokat már megkapta a DIS részben.)

Ezután a hívó küldi az adó elõfizetõi információ (Transmitting Subscriber Information = TSI) csomagot, ami a hívó fél telefonszámát tartalmazza. Így ez könnyen megjeleníthetõ. Majd elküldi a nem-szabványos tulajdonságokat beállító (Nonstandard Facilities Setup =NSS) üzenetcsomagot, válaszolva a NSF üzenetre.

Ezek után az adó megpróbálkozik a V.27ter és V29 szabvány szerinti, a lehetõ legnagyobb modemsebességgel történõ adással. Ezt olyan módon teszi, hogy olyan beállító jelsorozatot küld, ami alapján a vevõ állíthatja a saját vételi paramétereit. Ezt követi a beállítás ellenõrzés jelcsomag (Training Check Frame = TCF).

Ha a vevõ ezt sikeresen vette, V.21 modemszabvány szerint válaszol és egy vétel megerõsítés (Confirmation to Receive = CFR) üzenetet küld. Sikertelen vétel esetén hibás vétel (Failure to Train =FTR) jelt küld, aminek hatására az adó ismét próbálkozik, de már alacsonyabb sebességgel.

C fázis: Üzenetátvitel. Ebben a fázisban a hívó elküldi a faxot. Érdekes, de ebben a fázisban az eredeti CCITT szabvány szerint — eltérõen az elõzõ fázisokhoz — nincs hibaellenõrzés. Miért? Azért, mert mind a V.27ter és V29 szabvány félduplex protokoll. A hibaellenõrzéshez az adásirányt váltani kellene, ami sok idõt vesz igénybe, és evvel az átvitel költsége, a vonalhasználat ideje megnövekedne. A C fázis két részbõl áll: A C1 fázis foglalja magába a szinkronizációt, a vonalfigyelést ás a fellépõ problémák detektálását. A C2 fázisban történik az adatok tényleges átvitele.

D fázis: Üzenet utáni eljárás. Ez a fax elküldése után kezdõdik el. Ha a küldõ több oldalt akar küldeni, egy többlap jelet küld (Multipage Signal = MPS). Ha ezt a vevõ az üzenet megerõsítés (Massage Confirmation = MCF) válasszal nyugtázza, akkor ismét a C fázis következik. Ha nincs több lap, akkor a küldõ ezt vagy az üzenet vége (End of Massage =EOM), vagy az eljárás vége (End of Procedure =EOP) üzenet elküldésével zárja le és várja ennek a nyugtázását.

E fázis: Kapcsolat vége. A hívó fél utoljára küld egy szétkapcsolás (Disconnect = DCN) üzenetet.

Természetesen az itt leírtak csak egy rövid összefoglalója a ténylegesen lejátszódó eseményeknek, de jól illusztrálják egy automatikus kapcsolatfelvétel megvalósítását.

Képtömörítés és kódolás: Egy tipikus fax kép 1728sor*1142oszlop = 1973376 pixelbõl áll. Ha a képet folyamatosan, tömörítés nélkül küldenék 9600 bit/s-os sebességgel akkor az átvitel durván 206 sec-ig tartana, ami megegyezne a Csoport2 szabvány szerinti átvitel idejével (3 perces fax).

Szerencsére az átviteli idõ csökkenthetõ, ha a két tömörítési technika valamelyikét alkalmazzuk. Az elsõ a módosított egy dimenziós Huffmann kódolás, a második a két dimenziós módosított relatív címzés kódolás. Az elsõ a gyakrabban használt. Felhasználja az egy soron belüli pixelek hasonlóságát, de sorok közötti összefüggéseket nem vizsgál. A második módszer a sorok közötti összefüggések figyelembevételével végzi a tömörítést. Az elsõ sort (referencia sor) a fenti elsõ módszer szerint viszi át, majd a második sort (kódolt sor) csak mint az elsõ különbségét, és így tovább.

Sajnos a két dimenziós tömörítésnél probléma, hogy ha a referencia sorban hiba volt, az a további kódolt sorokban továbbterjed. Ezért a faxoknál tipikusan csak egy referencia sor/egy kódsort engednek meg normál felbontásnál, és finom felbontásnál, — ahol collonként dupla számú letapogatott sor van — egy referenciasor/három kódsor-t. Még ilyen módon is az átviteli idõ a felére csökken, ha a vevõ elég gyors.

A PC-s fax kártyák sok dolgot jobban csinálnak mint az önálló fax gépek. A számítógép által készített szöveg és grafika majdnem mindig jobb minõségben jön ki a vevõ oldalon, mintha faxon, letapogatva küldtük volna el. Az összeköttetés létrehozása is egyszerû: csupán a számítógépbe kell bebillentyûzni a hívandó számot, és az létrehozza az összeköttetést. A lézerprinteren nagyon szép nyomtatási képet kapunk, és nyomtatás elõtt lehetséges a kép elõzetes megtekintése a képernyõn.

Alkalmazásukkor figyelembe kell azt a tényt, hogy fax "feléled" a telefoncsengetésre, a számítógép elveszthet hívásokat, ha nincs bekapcsolva 24 órán keresztül. A faxok beépített letapogatóval és nyomtatóval vannak ellátva, a számítógépekhez ezeket esetleg külön kell megvenni.

Ábrajegyzék

Bevezetés

1.fejezet: A hálózatok célja, alkalmazása, alapfogalmak

2. fejezet: Általános elméleti alapok, Vonalak megosztása, Vezetékes átviteli közeg, Vezeték nélküliátviteli közeg, Analóg átvitel (Telefónia, Cellás mobil rádiótelefonok), Digitális átvitel, Párhuzamos és soros adatátvitel, Aszinkron soros adatátvitel, Terminálkezelés, X.21 interfész, ISDN-integrált szolgáltatású digitális hálózat, Beágyazott rendszerek kommunikációja, Soros kommunikáció, Ellenõrzõ kérdések és válaszok

3.fejezet: Közeg-hozzáférési módszerek

4.fejezet: Adatkapcsolati protokollok

5.fejezet: Hálózati réteg

6.fejezet: A felsõbb rétegek

7.fejezet: Lokális hálózatok

8.fejezet: A TCP/IP protokoll és az Internet

9. fejezet: Szótár

Irodalomjegyzék

Tárgymutató