Fehlerkorrektur und Datenkompression im Modem Durch Störungen auf der Telefonleitung gibt es ab und zu Übertragungsfehler. Statt nun die Fehlererkennung und -Korrektur über das Softwareprotokoll abzuhandeln, kann man auch die Hardware des Modems "intelligenter" machen.Das "Microcom Networking Protokoll" (MNP) der Firma Microcom ist ein Fehlerkorrekturverfahren, mit dem auch bei gestörter Leitung eine vollständig fehlerfreie Übertragung möglich ist - sofern beide Seiten das Protokoll beherrschen, was in der Praxis nichts anderes bedeutet, als daß beide Modems die Daten mit Hilfe dieses Protokolls übertragen. Weitere Sufen des MNP-Protokolls erlauben auch Datenkompression in Echtzeit, was den Gesamtdurchsatz des Modems erhöht. Für den europäischen Bereich gibt es die Protokolle nach V.42 (Fehlerkorrektur) und V.42bis (Kompression). Für die am Modem angeschlossenen Computer ist das Verfahren transparent, es sind also keine besonderen Maßnahmen zu treffen. Da durch die Kompression die Datenrate zwischen Modem und Rechner höher sein kann, als diejenige auf der analogen Leitung, ist zwischen Computer und Modem eine höhere Datenrate fest einzustellen. Es gibt mehrere Klassen des MNP-Protokolls, wobei zur Zeit MNP4 und MNP5 die wichtigsten sind. Die Klasse MNP1 entspricht dem BSC-Protokoll, einem asynchronen, byteorientierten Halbduplexverfahren. Durch den Protokollaufwand (einschließlich Start- und Stoppbits) sinkt der Durchsatz auf 70% der Datenrate. Die Anforderungen an Speicher und Prozessor im Modem sind gering. Bei MNP2 arbeitet das Verfahren vollduplex. Durch höhere Prozessorleistung beträgt der Durchsatz ca. 84%. MNP3 arbeitet mit einem anderen Protokoll. Es wird nun synchron, d. h. ohne Start- und Stoppbits übertragen. Der Datenblock wird mit einer CRC-Prüfinfo geschützt. Bei Fehler wird ein Datenblock wiederholt. Das Protokoll lehnt sich an HDLC an. Die Übertragung zwischen Modem und Computer erfolgt aber nach wie vor asynchron mit Start- und Stopbit.
MNP4 fügt zu Klasse 3 zwei neue Konzepte hinzu: Paketlängenoptimierung
("Adaptive Packet Assembly", APA) und Datenphasenoptimierung ("Data
Phase Optimization", DPO). APA prüft ständig die Leitungsqualität.
Bei guten Verbindungen wird nach und nach die Größe der Datenpakete erhöht,
bei schlechter Qualität entsprechend vermindert. So wird er Gesamtdurchsatz
erhöht. Der Nachteil zeigt sich bei sporadischen Störungen - es müssen
größere Blöcke wiederholt werden. DPO soll den Protokollaufwand vermindern.
Das Modem entfernt sich wiederholende Status- und Steurinformationen aus dem Datenstrom.
Die Kombination von APA und DPO erhöht den Durchsatz auf 120%.
MNP5 kann zusätzlich die Daten komprimieren, so daß die Übertragungszeit
kürzer wird (1,3- bis 2mal so schnell). Dazu wird der Datenstrom in Realzeit
analysiert und die Daten komprimiert übertragen (Huffman-Verfahren). Wenn
die Daten schon in komprimierter Form vorliegen, hilft das natürlich nicht
viel. Bei reiner Textübertragung zeigt sich der Vorteil der Datenkompression
jedoch signifikant. Zusätzlich wird der Bitstrom nach MNP4 fehlersicher gemacht.
MNP6 führt zwei weiter Merkmale ein: "Universal Link Negotiation",
ULN und "Statistical Duplexing", SD. ULN soll die bestmögliche Verbindung
zwischen unterschiedlichen Modems herstellen. Dazu wird beim Verbindungsaufbau
mit der niedrigsten Datenrate begonnen und in der Trainingsphase soweit wie möglich
hochgeschaltet. SD simuliert bei Halbduplexprotokollen (z. B. V.29) eine Vollduplexverbindung
zwischen Modem und Computer. Sendedaten werden zwischengespeichert und in Empfangspausen
übertragen (Ping-Pong-System).
MNP7 stellt eine Verbesserung von MNP5 dar. Es wird das Markov-Verfahren verwendet,
das aufgrund der Beobachtung des Datenstroms versucht, eine optimale Kompression
der Daten zu erreichen. Dazu werden die Tabellen der Huffman-Codierung immer wieder
modifiziert. Der Durchsatz kann bis zu 3mal so schnell sein. MNP7 unterstützt
zudem V.42bis (siehe unten).
MNP8 kombiniert MNP6 mit MNP7. Es wird jedoch nicht weiterentwickelt, da es nur
für V.29-Modems von Interesse ist.
MNP9 nimmt auf der Basis von MNP7 eine Anpassung des Protokolls an V.32-Modems
vor. Der Datendurchsatz erreicht vollduplex etwa 300%. Der Zeitaufwand für
die Quittierung wird reduziert, indem nicht ein eigener Quittungsblock gesendet
wird, sondern die Quittierung einem Datenpaket in Gegenrichtung "aufgeschnallt"
wird. Ausserdem wird die nochmalige Sendung fehlerhafter Pakete reduziert. Bei
den vorherigen Verfahren wurden nach einer Fehlerquittung alle bis dahin gesendeten
Blöcke wiederholt (Quittung und Sendeblöcke laufen nicht synchron, sondern
innerhalb eines "Fensters", d. h. es wird nicht die Quittung jedes Blocks
abgewartet, sondern munter gesendet, bis eine Fehlermeldung kommt), sondern nur
die fehlerhaften Blöcke.
MNP10 verspricht der zukünftige Standard zu werden. Dieses Verfahren soll
mit schwankender Leitungsqualität optimal zurechtkommen. Es werden fünf
Verbesserungen eingeführt:
"Robust Auto Reliable Mode", der Störungen beim Verbindungsaufbau
ausfiltern soll (bisherige Stufen brechen den Aufbau bei Störungen ab).
"Dynamic Speed Shift" passt die Datenrate laufend an die Qualität
der Leitung an - es wird also immer mit der höchstmöglichen Datenrate
gearbeitet.
"Agressive Packet Adaptive Assembly" verbessert den Durchsatz, indem die
Paketgröße beginnenen bei 8 Byte Nutzdaten auf maximal 256 Byte vergrößert
wird. Bisher wurde mit der maximalen Paketgröße begonnen und dann stufenweise
herabgeschaltet (MNP4 arbeitet mit fixen Größen: 32, 64, 128, 192, 256
Byte).
"Dynamic Transmit Level Adjustment" paßt den Sendepegel an die Leitungsqualität
an. Selbst bei einem Signal/Störverhältnis von 14 dB sollen noch Verbindungen
möglich sein.
Betrachtet man die derzeit maximale Modemleistung von 28800 BPS, kombiniert mit
MNP10, sind Übertragungsraten bis zu mehr als 80 KByte/s erreichbar.
V.42 entspricht in seiner Leistung dem MNP4-Protokoll, wobei dieser Standard sogar
MNP4-kompatibel ist. V.42 hat jedoch sein eigenes, besseres Protokoll - LAPM (Link
Access Procedure for Modems). Wie bei MNP4 werden auch hier die fehlerhaft übertragenen
Datenblöcke wiederholt. V.42bis ist der Datenkompressions-Standard der ITU-T;
er liefert eine um ca. 35 % höhere Kompressionsrate als MNP5 (Lempel-Ziv-Welch-Kompression).
Ein V.42bis-Modem kann zudem erkennen, ob die Daten bereits in komprimierter Form
vorliegen (in den meisten Mailboxen sind die Daten bereits "gepackt" verfügbar),
und führt die Kompression nur bei solchen Daten durch, die auch komprimiert
werden können. V.42bis setzt die Fehlererkennung von V.42 voraus. Das Verfahren
ist nicht MNP5-kompatibel, kann aber die Fehlererkennung von MNP4 verarbeiten.
Bei der Verwendung von Datenkompression ist die Übertragungsrate zwischen
Computer und Modem auf jeden Fall höher einzustellen als die Datenrate zwischen
den beiden Modems selbst.
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