Microcom ネットワーク プロトコル

Microcom Networking Protocolは、ほとんどの場合MNPと略され、^[1]初期の高速 (2400 ビット/秒以上)モデムで一般的に使用されていたエラー訂正プロトコルのファミリーです。このプロトコルはもともとMicrocom独自のモデム ファミリーで使用するために開発されましたが、後にオープン ライセンスとなり、モデム業界のほとんど、特に「ビッグ 3」であるTelebit、USRobotics、Hayesで使用されました。MNP は後にV.42bisに取って代わられ、 1990 年代初頭の 最初のV.32bisモデムからほぼ普遍的に使用されました。

Xmodemは 1977 年に導入されましたが、1985 年になってようやくニューヨーク タイムズ紙がXMODEM について最初に説明し、次にMNP を有力候補として論じ、9600 ボー モデムが「登場し始めている」と述べました。^[2] 1988 年までに、タイムズ紙は9600 と 19.2K について語り、さらに「少なくとも 100 の他のモデム ブランドが MNP に追随している」と述べました (ヘイズが LAP-B を使用したのに対し)。^[3]

モデムは、その性質上、エラーが発生しやすいデバイスです。電話回線のノイズはよく発生しますが、モデムがデータを送信するときに使用する音と簡単に似てしまい、気付きにくいエラーを引き起こします。単純なテキストの読み取りや書き込みなどの一部のタスクでは、エラーが少数であればそれほど問題にならずに済みます。一方、コンピューター プログラムをマシン形式で転送するなどのタスクでは、エラーが 1 つでも受信データが役に立たなくなることがあります。モデムの速度が上がると、使用可能な帯域幅が広く使用されるため、ランダム ノイズによってエラーが発生する可能性も高くなります。2400 ビット/秒を超えると、こうしたエラーはごく一般的に発生します。

この問題に対処するため、多数のファイル転送プロトコルが導入され、さまざまなプログラムに実装されました。一般に、これらのプロトコルは、ファイルを、元のファイルのバイト数を含む一連のフレームまたはパケットに分解します。通常はチェックサムまたはCRC などの何らかの追加データが各パケットに追加され、受信中にパケットにエラーが発生したかどうかを示します。次に、パケットはリモート システムに送信され、データのチェックサムまたは CRC が再計算され、受信したチェックサムまたは CRC と比較して、正しく受信されたかどうかが判断されます。正しく受信された場合、受信側は ACK (確認応答) メッセージを返し、送信側に次のパケットを送信するように促します。問題があった場合は、代わりに NAK (未確認応答) メッセージを送信し、送信側は破損したパケットを再送信します。

このプロセスにより、転送に「オーバーヘッド」が発生します。まず、追加のチェックサムまたは CRC は、本来であれば追加のデータを送信するために使用できるチャネルの時間を消費します。ただし、パケットが非常に小さい場合 (たとえばUUCPの場合) を除き、これは小さな問題です。より深刻な問題は、受信側がパケットを調べ、それを CRC と比較し、^{[引用が必要]}、送信側に ACK を返すのに必要な時間です。この遅延は、モデムの速度が上がるにつれて相対的に大きくなります。電話回線の待ち時間は一定ですが、その一定時間内に送信できるデータの量は、速度が上がるにつれて大きくなります。この問題に対処するために、新しいプロトコルでは「スライディング ウィンドウ」と呼ばれるシステムを使用して、送信側が ACK メッセージを受信せずに次のパケットの送信を開始できるようにしています。ACK がしばらく到着しない場合にのみ、パケットが再送信されます。

MNP 接続は、モデムが正常に接続された後に確立されます。発信システム (通話を発信したモデム、またはモデムが接続されたコンピューター) は、「発信者検出パターン」(ODP) と呼ばれる 8 ビットの短い文字列を送信します。文字列は、先頭にDC1偶数パリティ ( )、1 つまたは 2 つの( )、奇数パリティ ( )、同じ数の( ) で構成されます。^[4]10001000$FF11111111DC110001001$FF

ODPが送信されると、送信者は「検出フェーズタイマー」、つまりT400を開始します。応答システムはこの時間内にODPに適切に応答する必要があり、そうしないと発信システムはMNPがサポートされていないと想定します。^[4]

応答側モデムが MNP またはそれに取って代わった後のV.42標準をサポートしていた場合、応答側モデムは「応答側検出パターン」(ADP) の 1 つで応答しました。モデムが圧縮をサポートしていた場合、8 ビット バージョンの文字列E$FF[ $FF] C$FF[ $FF] で応答し、「EC」つまり「エラー訂正と圧縮」を示しました。エラー訂正はサポートされているが圧縮はサポートされていなかった場合、ADP はE$FF[ $FF] NUL$FF[ $FF] で、「E」つまり「エラー訂正」を示しました。標準では、2 番目の文字の最後の 4 ビットの任意の値で異なる標準を示すことができましたが、これは実装されませんでした。ADP は少なくとも 10 回送信する必要がありました。^[4]

ADP が T400 時間内に正常に受信された場合、システムは 2 つのシステムが何らかのエラー訂正および/または圧縮をサポートしていることを正常に判断します。その時点で、システムは「プロトコル確立フェーズ」に入り、これらの標準の詳細が決定および選択されます。これは、モードがエラー訂正モードに切り替わっていることを示す L-ESTABLISH 文字列を発信システムが送信することから始まり、応答システムは同じ L-ESTABLISH で応答します。応答システムは L-RELEASE を送信することで試行を拒否できます。このフェーズは T401 によって計時されます。^[4]

ハンドシェイク プロセスの最終ステップは、「SABME」コマンド (「set asynchronous balanced mode extend」の略) を含む MNP パケットを送信することです。これは発信側によって送信され、サポートできるプロトコルを正確に示すデータ フィールドの数が含まれます。応答側システムは同じパケットの修正バージョンで応答し、データ内のビットを切り替えて成功を示します。その時点から、2 つのシステムはエラー訂正パケット プロトコルを使用してデータを交換します。この最後のステップがタイマー T401 の間に完了しない場合は、発信側は L-RELEASE を送信し、非 MNP リンクに戻ります。^[4]

Microcom のアイデアは、ファイル転送プロトコルをホスト コンピュータからモデムに移すことでした。これにより、ファイル転送だけでなく、転送されるすべてのデータのエラーが修正されます。これは、ダム端末などのプロセッサのないデバイスでもエラーのないリンクを利用できること も意味しました。

元のプロトコルは非常に単純で非効率的だったため、「クラス」と呼ばれるさまざまな改良されたプロトコルが生まれました。^[5]各クラスは、下位互換性の理由からのみ保持されていた以前のバージョンよりも一般的にパフォーマンスが向上しました。

最初の MNP 標準は、遡ってMNP クラス 1、または単にMNP 1と呼ばれ、本質的にはXModemに似た単純な半二重プロトコルでした。スライディング ウィンドウのサポートがないため、スループット効率は約 70% とかなり低かったです。つまり、Microcom が販売していたような 2400 ビット/秒のモデムでは、MNP 1 の使用時にスループットが約 1690 ビット/秒に制限されることになります。このシステムは、限られたハードウェアでできるだけ簡単に実装できるようにするために作成されたため、そのシンプルさが説明されます。

低コストの処理能力が向上したため、Microcom はMNP 1 の全二重バージョンであるMNP 2 を導入しました。これは、次の送信パケットがすでに開始されている間に ACK メッセージを返すことができるようになりました。これにより、モデムが ACK が返されるのを待つ間の一時停止がなくなり、システムが一定時間内に ACK を受信したかどうかを追跡するためのメモリが必要になるという要件が追加されました。パケット間の遅延が短縮されたため、CRC のオーバーヘッドのみが残り、スループットが約 84% 向上しました。^[6]

通常の使用では、モデムはいつでもデータを送受信できます。これは「非同期」と呼ばれる動作モードです。モデムは、送信されたビットをリッスンし、受信されたビットの速度にクロックを「ロック」することで、送信者のデータの速度を判断できます。データはいつでも到着する可能性があるため、正確なタイミングはありません。たとえば、ユーザーが入力を中止すると、クロックを再調整して一時停止する必要があります。

残念ながら、この種のクロック デコードは、データに 1 と 0 の間の遷移が少なくともいくつかなければ機能しません。0 または 1 の長いストリームには遷移がないため、特定のバイトのデータがどこから始まるかを知ることは不可能です。この問題を回避するために、各バイトの両端に追加のフレーミングビットが追加されます。通常は、両側に 1 ビットずつあり、これらは「スタート ビットとストップ ビット」と呼ばれます。これにより、各バイトに少なくとも 1 つの 1 から 0 への遷移が保証され、クロックをロックするには十分です。ただし、これらのビットによって、8 ビットのデータ (1 バイト) が 10 ビットに拡張されるため、20% のオーバーヘッドが発生します。

ファイル転送プロトコルを使用する場合、パケット自体が独自のフレーミングを提供します。パケットは常に連続したデータ ストリームを送信するため、ユーザーがキーボードで入力して送信するデータの場合と同じようにクロックが「ドリフト」することはありません。エラー訂正リンクで動作しているときにこれらのフレーミング ビットをオフにすると、20% のオーバーヘッドが排除されます。

MNP 3 はまさにこれを実現しました。両方のモデムが MNP 3 をサポートしていることをネゴシエートして確認した後、フレーミング ビットがオフになり、全体的な効率が約 20% 向上しました。これにより、プロトコルのオーバーヘッドがほぼ完全に相殺され、MNP 3 を使用すると、ユーザーは理想的な 2400 ビット/秒のスループット (1900 ビット/秒に対して) に非常に近いスループットを期待できます。

MNP 4 はMNP 3 をさらに改良したもので、 Adaptive Packet Assemblyと呼ばれる可変パケット サイズ システムが追加されました。

MNP の場合、パケット システムのオーバーヘッドは比較的小さいですが、マルチバイト CRC でさえ、データに使用すべきスペースを占有していました。通常、CRC は同じ固定サイズのままなので、データ量に比べて相対的なオーバーヘッドが減少するため、より大きなパケットを使用するとこの問題は解決されます。ただし、エラーが発生した場合、より大きなパケットを使用すると、より多くのデータを再送信する必要が生じます。ノイズの多い回線では、全体的なスループットが低下する可能性があります。

MNP 4 では、2 つのモデムが常に回線上のパケットのドロップを監視し、一定のしきい値 (ユーザーが選択) を超えると、モデムはパケット サイズを小さく戻します。つまり、パケットがドロップされると、再送信するデータの量が少なくなり、スループットが向上します。品質の良い回線では、パケットを大きくすると CRC のオーバーヘッドが減ります。パケットは 64 バイトから 256 バイトまでの範囲で指定でき、ユーザーは必要に応じて特定のサイズに強制できます。

MNP 4 では、データ フェーズ最適化も導入されました。これは、リンクの確立後にパケット フレーミング情報の一部をドロップできるようにするプロトコルへの簡単な変更であり、プロトコルのオーバーヘッドをさらに削減します。これらの機能と、MNP 3 のバイト フレーミングの欠如を組み合わせることで、スループット効率をさらに向上させることができました。

MNP 5ではさらに根本的な変更が行われ、モデムにオンザフライのデータ圧縮が導入されました。MNP 5 では、コンピューターから受信したデータはまず単純なアルゴリズムで圧縮され、その後 MNP 4 パケット化システムに渡されて送信されます。最良のデータの場合、システムは約 2:1 の圧縮率を提供しましたが、一般的には、少なくともテキストの場合、約 1.6:1 が標準でした。その結果、2400 ビット/秒のモデムは、約 4000 ビット/秒でテキストを転送することになります。

このスループットの劇的な向上により、Microcom モデムは、名目上ははるかに高速な他社のモデルとある程度競争力を保つことができました。たとえば、Microcom は一般に、汎用部品を使用して 1200 ビット/秒と 2400 ビット/秒のモデムを製造していましたが、USRobotics や Telebit などの企業は、最大 19200 ビット/秒の速度のモデルを提供していました。

しかし、このパフォーマンスの向上は、両端のモデムが MNP をサポートしている場合にのみ実現できました。そのため、このシステムは、リンクの両端にモデムをインストールするサイトにとってのみ魅力的でした。掲示板システム(BBS) などのダイヤルアップ サービスの場合、エンド ユーザーがデバイスを所有していない可能性が高いため、Microcom デバイスを使用する強い理由はありませんでした。ユーザーがリンクの両端を制御している場合でも、Microcom の「独自」モデムは、はるかに高い「実世界」スループットを提供する他の会社のモデルほど魅力的ではありませんでした。

Microcom モデムの市場を創出するために、MNP 5 から MNP スイート全体を無償でライセンスするという大胆な措置が取られました。この考え方は、MNP がインストールされたモデムの数が大幅に増加し、「本物の」Microcom モデムの魅力が増すというものでした。さらに、パフォーマンスが向上した新しい標準により、リンクの両端に Microcom モデムがある場合、さらに優れたパフォーマンスが実現します。

この計画は裏目に出ました。V.42bis規格で大幅に改善されたLAPM圧縮システムの導入はMicrocom 自身の進歩を上回り、「本物の」Microcom モデルの価値はほぼゼロになりました。V.42bis と市販部品を使用することで、Microcom のものよりもさらに優れたパフォーマンスを持つ多数の低価格モデムがすぐに利用可能になりました。Microcom は新しい規格を導入し続けましたが、それらはほとんど無視され、Microcom は市場での勢力を失いました。

V.32の導入により、数多くの標準 9600 ビット/秒モデムが誕生し、そのほぼすべてが MNP 5 を提供しました。コモディティ化しつつあった市場 ( 1991 年にV.32bis SupraFAXModem 14400が導入されるまでは実際にはそうではありませんでしたが) との差別化をさらに図るため、Microcom はMNP 6を開発しました。

MNP 6 の主な機能は、モデム リンクの一方または他方に割り当てる帯域幅を増減できる統計的デュプレックスでした。たとえば、一方のマシンが大きなファイルを送信している場合、もう一方の端は少量の情報、ACK および NAK メッセージのみを送り返します。この場合、モデムは送信者に可能な限り多くのチャネルを提供し、片方向の帯域幅を最大 19,200 ビット/秒にしました。これは実際には変調システムを変更する必要はありませんでした。通常、9600 ビット/秒のモデムは、両方向に完全な 9600 ビット/秒のチャネルを持ち、合計 19200 ビット/秒です。MNP 6 は、両方向とも 9600 ビット/秒に固定するのではなく、片側または他方に割り当てる帯域幅を増減できるようにしただけです。

この基本概念は業界ですでに広く使用されており、Hayesの Express 96 プロトコル、USRoboticsの HST Telebitの PEP、および (短期間ではあるが) CompuCom SpeedModemの基礎を形成していました。これらの標準はすべて、V.32bis が支配する市場で生き残るのが非常に困難であることが判明し、MNP 6 もそれらと同様にほとんど無視されました。

MNP 6 に追加された機能の中で、あまり目立たないものは、ユニバーサル リンク ネゴシエーションです。追加の変調モード、特に V.32 およびそれ以降の追加が導入されたことにより、リンクの両端にあるモデムは、共通標準のネゴシエーションに費やす時間が増えました。たとえば、V.32bis モデムは、最初に回線にトーンを送信して 14.4 リンクを取得しようとします。しばらく経っても失敗すると、9600、2400、最後に 1200 ビット/秒を試します。これらの標準はそれぞれ、リンクを「試行」するための最小時間を定義していたため、遅延は 10 秒以上増加しました。

ULN は、エラー訂正機能をオンにせずに常に 2400 ビット/秒でリンクをネゴシエートすることでこの遅延を回避しました。これにより、古い 1200 ビット/秒のモデムとの互換性はなくなりましたが、この時点では、そのようなモデムは非常にまれでした。接続が確立されると (これはすぐに行われます)、両方のモデムがリモート モデムに短い識別文字列を送信します。次に、両方のモデムがその文字列を調べ、最も高速な共通モードを選択します。その後、発信者はその高速で 1 回再ネゴシエートします。

MNP 7 では、テキスト ファイルの 3:1 圧縮率の向上を主張する新しい圧縮アルゴリズムが導入されました。ただし、MNP 7 が導入された時点では、V.42bis標準では 4:1 圧縮が提供されていました。

MNP 9 (どうやら 8 はリリースされなかったようです) では、ユニバーサル リンク検出が改善され、新しい高速モードが追加されましたが、それ以外は MNP 7 と同一でした。

MNP 10では、東ヨーロッパで広く使用されているノイズの多い電話回線で適切に動作するように特別に設計された新しいエラー訂正プロトコルが導入されました。MNP 4 などの以前のバージョンとは異なり、MNP 10 は回線品質を常に監視し、状況が改善した場合はパケット サイズを調整しました。

1991 年、Microcom はRockwell Internationalに MNP 10 のライセンスを供与し、同社の非常に人気のあるモデム チップ セットで使用させました。USR のモデルを除くほぼすべてのモデムが 1995 年頃から Rockwell チップセットを使用していたため、MNP 10 はかなり広く導入されました (使用されていない場合もあります)。USR は最終的に MNP 10 を V.everything シリーズ モデムに追加し、事実上これをユニバーサルなものにしました。

MNP 10 は後にMNP 10ECに拡張されました。EC は「Extended Cellular」の略です。これは一連の変更で、携帯電話がセル間を移動するときに通常回線のエラーとして解釈される送信の一時停止に MNP 10 が対処できるようにしたものです。MNP 10EC を使用すると、これらの一時停止は「エラーではない」と正しく識別され、リンク速度は高いままです。この成功は、AT&T Paradyne が作成した競合製品 ETC につながりました。

MNP 10EC は、MNP 6 で最初に導入され (MNP 9 で改良された) ULN リンクネゴシエーション方式が組み込まれているため、携帯電話として特に魅力的でした。すべての通話時間が課金される携帯電話ネットワークでは、セットアップが速いほどコストが節約されます。携帯電話ネットワークがさまざまな完全デジタル システムに移行し、コンピューターへの接続にモデムが不要になったため、MNP 10EC の寿命は限られていました。

MNPは独自のものですが、クラス2から4は、実際にはV.42仕様の付録Aにエラー制御機能の代替手順として記載されています。この付録は、1996年^[7]の改訂までの仕様に記載されています。最新の2002年改訂では削除されました。

• X.PC
• Yモデム
• Zモデム
• BLAST (プロトコル)
• カーミット（プロトコル）