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Text File  |  1991-01-03  |  18KB  |  352 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8.  
  9.              COMMUNICATIONS PROTOCOLS FOR PERSONAL COMPUTERS
  10.              
  11.  
  12.  
  13.  
  14.  
  15.  
  16.  
  17.  
  18.  
  19.  
  20.  
  21. Hayes Microcomputer Products, Inc.
  22. 705 Westech Drive
  23. Norcross, Georgia 30092
  24.  
  25.  
  26.  
  27. INTRODUCTION
  28.  
  29.         Since the beginning of human communications, man has defined 
  30. "protocols," or sets of rules, to provide for the orderly interchange
  31. of information.  These have included agreement on sounds, languages, 
  32. alphabets, vocabularies, grammar, syntax, punctuation, and 
  33. formatting.  The precision required in electronic communications 
  34. needs similar, very carefully defined and precisely implemented 
  35. protocols.
  36.  
  37.         Such protocols begin with agreement on the binary 
  38. representation of data.  Standards such as the American Standard Code
  39. for Information Interchange (ASCII) and the Extended Binary-Coded 
  40. Decimal Interchange Code (EBCDIC), define specific bit patterns that 
  41. are interpreted as particular characters.  These are the "alphabets" 
  42. of computers, and provide the basis for the orderly use and exchange 
  43. of information.
  44.  
  45.         Encoded characters can be transferred between computers using
  46. two methods: parallel or serial.  Parallel communications requires a 
  47. separate wire for each bit.  The ability to send all of the bits of a
  48. character simultaneously makes parallel the preferred method of 
  49. transfer when high speed is required.  When such speed is not 
  50. required, or when it is not feasible to have eight individual 
  51. circuits between the devices, serial communications is used.  In 
  52. serial communications, each character is sent as a series of bits one
  53. at a time on a single wire between the systems and the systems 
  54. assemble or disassemble characters to create this stream of bits.
  55.  
  56.  
  57. ASYNCHRONOUS AND SYNCHRONOUS COMMUNICATIONS
  58.  
  59.         There are two basic methods of communicating characters 
  60. serially between computers: asynchronous and synchronous.  
  61. Historically, they have been implemented separately.  Today, we bring
  62. their application fields together in the personal computer 
  63. communications environment.  In asynchronous communications, each 
  64. character is transmitted as an individual entity, separated from 
  65. preceding and following characters by an indeterminate period of 
  66. time.  Special bits are sent preceding and following the actual data 
  67. bit of each character to synchronize the receiver with the 
  68. transmitter.  These additional bits result in at least a 20 percent 
  69. overhead of non-information bits.
  70.  
  71.         In synchronous communications, data are grouped and sent as a
  72. continuous series of characters called "blocks" or "frames." Rather 
  73. than synchronize the receiver at the beginning of each character, a 
  74. special bit pattern is sent at the beginning of each frame.  The 
  75. following data can be separated into characters because of the fixed 
  76. timing relationship between them. Using this method, overhead becomes
  77. a smaller factor as block sizes increase, resulting in more efficient
  78. use of the communications channel.
  79.  
  80.         Historically, the asynchronous method has been used for 
  81. interactive terminal communications in which throughput is limited by
  82. the capabilities of the terminal hardware and the operator's typing 
  83. speed.  The synchronous method has been predominant in 
  84. computer-to-computer communications where high volume of data is the 
  85. rule and high speeds are required.  As corporations rely more on 
  86. personal computers, and the need for sharing data between them and 
  87. corporate mainframes increases, the trend will be toward higher speed
  88. for microcomputer communications, and the greatest efficiency 
  89. provided by synchronous communications. This separation of 
  90. asynchronous and synchronous communications into exclusive 
  91. environments has changed and, today, they have into one, more 
  92. comprehensive communications environment.
  93.  
  94.         Computers are able to communicate a bit of information by 
  95. asserting a voltage level on a wire connected to the intended 
  96. recipient.  The most basic "physical" communications interface 
  97. standards, such as RS-232, specify which voltage levels correspond to
  98. which bit values, what type of connectors are to be used, and the 
  99. ancillary control and timing signals and their meanings.  A direct 
  100. connection of this sort is well suited to short distance between 
  101. nearby systems.
  102.  
  103.  
  104. MODEMS AND DATA COMMUNICATIONS
  105.  
  106.         When connecting to widely separated systems, direct wired 
  107. connections are not feasible.  The cost of the physical circuit is 
  108. prohibitive, and the incapability of sharing the circuit makes it 
  109. impossible to spread this cost over multiple users. most common 
  110. solution for long-distance data communication is to connect through 
  111. the public telephone network.  Virtually any site can be reached, and
  112. the cost is low compared to a direct wired connection because the 
  113. facilities are shared by many users.
  114.  
  115.         The public switch telephone system represents a significant 
  116. capital investment and connects to almost every part of the world 
  117. with a steadily improving level of quality.  The telephone system is 
  118. designed to carry sounds (voices) rather than voltage levels, and it 
  119. is therefore not possible to communicate through that system as one 
  120. would over a wire.  Instead, it is necessary to convert the digital 
  121. voltage levels into sounds (modulation), and to convert them back to 
  122. digital signals at the other end (demodulation).  The device that 
  123. accomplishes this task is known as a "modem" which is a contraction 
  124. of modulator-demodulator.
  125.  
  126.         Early modems required total manual control - the human 
  127. operator had to physically dial the telephone, and switch to "data 
  128. mode" or place the telephone handset into a device that transferred 
  129. the sounds to and from the telephone.  As modems came into wider use,
  130. and use by non-technical personnel demanded simplication of the 
  131. communications process, Hayes Microcomputer Products, Inc. introduced
  132. its innovative modem series.  A Hayes modem can be directly connected
  133. to the telephone system, eliminating the error-prone acoustic 
  134. connection.  It also permits the terminal operator or computer to 
  135. control modem functions, such as dialing a number or switching from 
  136. command to data mode from the keyboard or with software.  The Hayes 
  137. Standard "AT" Command Set has since become the standard method of 
  138. controlling modem functions from software.  The "AT" refers to the 
  139. letters that precede each command string that allow the modem to 
  140. detect the baud rate and parity the computer is using.  The Hayes 
  141. Standard "AT" Command Set has been adopted by many modem 
  142. manufacturers, thus claims such as "Hayes compatible" are frequently 
  143. seen.
  144.  
  145.         The Hayes Standard "AT" Command Set specifies a method of 
  146. controlling modem functions from the attached equipment, but does not
  147. define the means of signalling between modems.  Protocols such as the
  148. Bell 212 standard established by AT&T for use on its domestic 
  149. circuits, and the V.22 standard established by the CCITT for 
  150. international circuits ensure that the operating capabilities of the 
  151. telephone network are not exceeded, and provide a standard modulation
  152. method so that the receiving modem can decode the transmitted 
  153. signals.  These standards, among others, are implemented by Hayes so 
  154. that Hayes modems can be used to communicate with those produced by 
  155. other manufacturers that follow the same standards.
  156.  
  157.         While standards such as Bell 212 and CCITT V.22 provide for 
  158. signalling in such a way that the receiver can usually decode the 
  159. sounds accurately, it is possible for the sounds to be corrupted by 
  160. interference (noise, background hiss, or pops and clicks) so that the
  161. received data does not match the transmitted data.  Noise is a 
  162. characteristic of the public switched telephone network and system 
  163. implementers have to be aware of the existence of transmission 
  164. errors.
  165.  
  166.         In interactive applications, where the typist sees an echo of
  167. the results of the communications, these problems can be corrected 
  168. immediately.  Even so, the frequent introduction of errors can be 
  169. very frustrating and confusing.  In file transfer applications, the 
  170. user does not see the data directly, and it is not feasible to 
  171. examine it for errors.  Errors might go uncorrected, resulting in the
  172. data being useless as received.
  173.  
  174.         Additional protocols are used to ensure correctness of data 
  175. delivered by the physical devices.  The next section describes the 
  176. protocols that Hayes has selected for this higher-level 
  177. error-control, and our justification for this decision.
  178.  
  179.         
  180. ERROR-CORRECTING PROTOCOLS
  181.  
  182.         Various protocols have been defined by computer users, 
  183. manufacturers, and international standardization bodies.  These 
  184. include protocols for transferring files between microcomputers (such
  185. as Hayes Verification and XMODEM), for block-mode communications 
  186. between terminals and mainframes, between modems, between mainframes,
  187. to public data networks, and between public data networks.
  188.  
  189.         Hayes selected the protocols it feels are best suited to 
  190. simplify migration to the communications environment that will exist 
  191. through the eighties and beyond.  The following points were critical 
  192. to the decision:
  193.  
  194.         - For speed, efficiency, and integration with mainframe 
  195. communications networks, synchronous communications must be 
  196. supported.
  197.  
  198.         - An easy migration path for current users of asynchronous 
  199. equipment to the synchronous environment must be provided.
  200.  
  201.         - Bidirectional, error-free communications must be provided 
  202. with minimal overhead or loss of performance.
  203.  
  204.         - Interactive, file transfer, and other applications must be 
  205. supported.  - Considering the worldwide nature of communications, and
  206. the desire to minimize barriers to free flow of information, the 
  207. protocol must be recognized by international standards organizations 
  208. and accepted in all countries.
  209.  
  210.         - Information regarding the protocol must be publicly 
  211. available so that implementation will be compatible and supportable, 
  212. further minimizing barriers to data interchange.
  213.  
  214.         - The protocol must be compatible with the planned Integrated
  215. Services Digital Networks (ISDN) of the future, again providing an 
  216. easy migration path for users.
  217.  
  218.  
  219. THE X.25 PROTOCOL
  220.  
  221.         The International Telegraph and Telephone Consultative 
  222. Committee (CCITT) in 1976 established Recommendation X.25 as a 
  223. standard for communications between terminals and public data 
  224. networks.  X.25 uses bit-oriented synchronous communications to 
  225. provide an error-free, bidirectional communications service to 
  226. communicating applications.  The CCITT enhanced X.25 in 1980 and 1984
  227. to provide increased flexibility and to address technology such as 
  228. satellite communications, proving the intention of maintaining X.25 
  229. as a "living" specification.  ISDN protocols compare closely with 
  230. X.25, making adaptation of X.25 products to ISDN a simple task.  X.25
  231. is public information, and, being an international standard, all 
  232. implementations can therefore be compatible.
  233.  
  234.         For these reasons, Hayes has selected X.25 as its standard 
  235. for error-correcting protocols in future hardware and software 
  236. products.  Companion standards, such as X.32 (defining the method by 
  237. which a dialed connection can be made with a network) will also be 
  238. adhered to.  The protocols will be implemented both in modems (so 
  239. that existing applications can take advantage of an error-free 
  240. connection) and in software (so that new applications can take 
  241. advantage of advanced X.25 features such as multiple simultaneous 
  242. connections).  Other advanced products are planned that will 
  243. implement X.25 and deliver its advantages to the communications user.
  244.  
  245.         Hayes will continue to support the Hayes Verification 
  246. Protocol, XMODEM, and other accepted file-transfer protocols for the 
  247. microcomputing community.  We will support and contribute to the 
  248. development of international standards in the area of file-transfer 
  249. protocols (such as the proposed FTAM standard) and intend to 
  250. implement protocols in our products.
  251.  
  252.  
  253. LAYERS OF CCITT PROTOCOLS
  254.  
  255.         X.25 is a "multi-layer" standard, meaning that it consists of
  256. separate distinct parts each designed to perform a specific function.
  257. The "packet layer" provides multiple circuits (the capability for one
  258. terminal to communicate with several hosts simultaneously) or for 
  259. several terminals to share a single physical circuit to a network and
  260. then on to the same or different hosts.  Information at the packet 
  261. layer is transferred in "packets," which contain the user data plus 
  262. routing information necessary to get the data to its proper 
  263. destination.
  264.  
  265.         The packet layer uses the services of the next lower layer, 
  266. the "link layer." The link layer establishes a single communication 
  267. path between adjacent nodes.  The basic unit of information transfer 
  268. between link layer entities is the "frame." A portion of an "I" 
  269. (Information) frame contains the "packet" (if the packet layer is 
  270. being used).  The link layer protocol used in X.25 is known as 
  271. "LAPB," which stands for "Link Access Procedure-Balanced." It is 
  272. "balanced" because the stations on each end of the link have equal 
  273. rights to send an appropriate frame type at any time, unlike a 
  274. "master-slave" relationship in which the slave can only transmit when
  275. "polled" by the master.
  276.  
  277.         In situations where only one connection exists between two 
  278. stations, and there is no need to route information to other stations
  279. beyond those two, it is possible (and desirable) to use only the link
  280. layer of X.25 (LAPB) rather than the entire packet layer, in order to
  281. reduce protocol overhead.  The new Hayes V╨series system modems, 
  282. which provide a single-channel error-control link, use only LAPB 
  283. without the overhead of the X.25 packet layer.  Hayes future V-series
  284. system products will implement the packet layer as well and provide 
  285. multiple connection capability to the user.
  286.  
  287.         The upcoming Integrated Services Digital Networks (ISDN) use 
  288. a protocol very similar to LAPB for communication on the "D" channel.
  289. This protocol, known as "LAPD," provides multiple virtual circuit 
  290. capability at the link layer, in addition to supporting the X.25 
  291. packet layer.  Hayes has implemented LAPD in our prototype ISDN PC 
  292. card, and it will become increasingly important to other ISDN-related
  293. products in the future.  LAPD has also been discussed in the CCITT as
  294. a possible standard for modem error-correction, and Hayes would 
  295. support this standard, if adopted, by designing modems which would 
  296. support both the new CCITT standard and the present V-series system 
  297. LAPB protocol.
  298.  
  299.  
  300. ASYNCHRONOUS FRAMING TECHNIQUE
  301.  
  302.         Although the overwhelming trend is toward synchronous 
  303. transmission, asynchronous hardware and software currently dominate 
  304. the personal computer marketplace.  X.25 as it is currently defined 
  305. requires a synchronous data transmission link, and thus cannot be 
  306. used with most of the existing equipment.  To address this need, 
  307. Hayes has proposed (in the CCITT and the International Standards 
  308. Organization) Asynchronous Framing Technique (AFT) which can be used 
  309. with any bit-synchronous protocol such as LAPB, LAPD, or IBM's SDLC. 
  310. AFT replaces the lowest-level framing and error detection portions of
  311. these protocols, adapting them for operation over asynchronous 
  312. transmission links while retaining all of the formats and 
  313. error-correction and frame sequencing procedures.  Higher layer 
  314. protocols, such as the X.25 packet layer, can be used without 
  315. modification on an AFT-adapted link layer.
  316.  
  317.         The advantages to this approach, as opposed to adoption of an
  318. entirely different non-X.25-compatible protocol, are many.  AFT 
  319. provides an easy migration path to synchronous X.25 and can be used 
  320. as a stopgap measure until synchronous becomes more widespread.  It 
  321. requires minimal modification to existing implementations, making it 
  322. easy for a vendor who already provides X.25 to add support for 
  323. asynchronous transmission.  AFT takes advantage of the wide knowledge
  324. and experience with now present in the worldwide data communications 
  325. industry.  Existing certification procedures and equipment for X.25 
  326. are easily adapted to AFT.  Familiarity with the protocol will 
  327. shorten the development cycle for adoption and implementation of 
  328. X.25/AFT.
  329.  
  330.         Hayes will support X.25/AFT, in addition to X.25, in those 
  331. future products in which transition from asynchronous to synchronous 
  332. communications is important, including both software and advanced 
  333. hardware products.  The goal is to move to the speed and efficiency 
  334. of synchronous communications as quickly as possible, and X.25/AFT 
  335. facilitates this by providing a compatible interim asynchronous 
  336. standard.
  337.  
  338.  
  339. THE HAYES COMMITMENT
  340.  
  341.         As the leader in communication hardware and software products
  342. for microcomputer systems, Hayes takes seriously its responsibility 
  343. to analyze present and future requirements, and to provide products 
  344. for our customers to accomplish their communications and data 
  345. management tasks.  As we grow into a world of high-speed data 
  346. communications between systems produced by various manufacturers on 
  347. many continents, the adoption of and adherence to international 
  348. standards becomes increasingly important.  Our commitment to quality,
  349. service, and value will allow our customers to continue to benefit 
  350. from Hayes products in the future.
  351.  
  352.