Modem

A modem ( portmanteau , a modulátor-demodulátor számára) egy használaton kívül eső számítógép-periféria , amely a számítógépet egy analóg hálózathoz köti, mint a hagyományos telefonhálózat . A számítógép digitális adatait átalakította " analógnak " nevezett modulált jellé, amelyet egy analóg hálózat továbbít, és fordítva. Az IP-n keresztüli hang megjelenése óta a modulált adatok kódolt hangkommunikációban is továbbíthatók mindenféle tömörítés nélkül.

Technológia

A modem egy elektronikus eszköz , rendelkezésre áll egy önálló dobozban, vagy a kártyát kell illeszteni egy számítógép, amely lehetővé teszi a digitális adatok áramlását (fogadás és küldés) egy analóg csatornán . Ez modulációt hajt végre: kódolás a digitális adatok, szintézisét egy analóg jel , amely általában egy modulált hordozó frekvenciát . A demodulációs művelet végrehajtja a fordított műveletet, és lehetővé teszi a vevő számára, hogy megszerezze a digitális információkat.

Modemről beszélünk olyan eszközök kijelölésére, amelyek célja a digitális gépek egymással való kommunikációja (pl. Számítógépek, fedélzeti rendszerek), az internet eléréséhez , faxok küldéséhez vagy fogadásához , digitális telefonáláshoz, és ezt analóg hálózaton keresztül ( kapcsolt kapcsolaton keresztül). telefonhálózat , elektromos hálózat , rádióhálózatok stb.).

Az ipari automatizálásban sokat beszélünk a "gépek" modemeiről is: csomagológépekről, gyűjtőkazánokról, szennyvíztisztító telepekről ... Ebben a konkrét esetben az interneten keresztül érkezünk, hogy távolról módosítsuk az automatikus vezérlőrendszerek programját e "gépek" kezelése. Ez modem-útválasztókon keresztül történik, amelyek gyakran biztonságos kapcsolatot (VPN) biztosító szoftverekhez társulnak.

Az 1990-es évek vége óta számos telekommunikációs szabvány jelent meg, és ezért annyi új típusú modem: ISDN (vagy ISDN ), ADSL , GSM , GPRS , Wi-Fi , Wimax ...

Történelem

A modemeket az Egyesült Államok SAGE légvédelmi rendszerében az 1950- es évek végén használták először . A cél az volt, hogy a légibázison, radarhelyeken , valamint a parancsnoki és irányító központokban található terminálokat összekapcsolják az Egyesült Államokban és Kanadában szétszórt SAGE irodákkal . A SAGE külön vonalas rendszert használt, de a végberendezések hasonlóak voltak a modern modemekhez.

Az IBM volt a SAGE számítógépek és modemek fő szállítója. Néhány évvel később az American Airlines és az IBM megszülte a SAGE által ihletett civil hálózatot, amely automatikus jegyrendszert kínált, amelyre a jegyeket árusító ügynökségekben elhelyezett terminálok egy központi számítógéphez voltak csatlakoztatva, amely felelős az elérhetőség és az ütemezés kezeléséért . A "Saber" néven ismert rendszer a modern Saber rendszer távoli rokona .

Évekig az új technológiák a kommunikáció számára széles elterjedése modemek közvetve. A Franciaország volt, közel egy évtizede, az ország a modemek száma egy főre jutó legmagasabb, mert az erős diffúzió terminálok Minitelt amely magába foglal egy modemet mindegyikre. A fax is szerepet játszott ebben az evolúcióban.

Modem telefonos internet-hozzáféréshez

Jellemzők

A modem fő jellemzője az átviteli sebessége. Ezt kifejezzük bit / másodperc (bit / s, b / s vagy bps) vagy kilobits / másodperc (kbit / s, kb / s vagy kbps) értékben (ne keverjük össze a bps [bit / másodperc] és a Bps [ bájt / másodperc ] értéket , azaz bájt másodpercenként]). Csatlakozáskor a modem felismerhető zajt ad. Az egymást követő modemek egyre nagyobb sebességet kínálnak: 150, majd 300, majd 600, majd 1200 bit / s ; akkor 4,8 vagy 9,6 vagy 14,4 vagy 28,8 vagy 33,6 vagy 56 kbit / s . Az 56 kbit / s szabvány szabványossá vált; ezzel a sebességgel közelítünk az egy hordozó frekvenciát használó telefonvonal információs sebességének elméleti határaihoz . A nagyobb adatátviteli sebesség érdekében több hordozót használó rendszereket fejlesztettek ki, például az ADSL-t, amely speciális modemek használatát igényli.

A moduláció típusai

Különböző típusú modulációkat használnak a modemekben:

amplitúdó moduláció (AM amplitúdó moduláció ); ezt például egy analóg szorzóval hajtják végre, amely az egyik bemeneten vivő vevőt fogad, a másikon pedig a szállítandó digitális jelet;
frekvenciamoduláció (FSK, frekvenciaváltás-billentyűzet ); a különböző frekvenciák elérhetők VCO ( feszültség-vezérelt oszcillátor , pontatlan) vagy kvarcóra által előállított jel digitális feldolgozásával (frekvenciaosztás, digitális szintézis stb.);
differenciális fázis moduláció (DPSK, Differential Phase Shift Keying ): az egyes vivőciklusok végén a 180 ° -os fázisváltozás 0 bitet jelent, egyetlen fázisváltozás sem 1 bitet jelent; ez úgy érhető el, hogy a vivőt létrehozó oszcillátor kimenetéhez invertert és kapcsolót helyezünk, amely a vivő 0-n keresztüli minden egyes áthaladásakor kiválasztja a közvetlen vagy az invertált kimenetet;
kombinált amplitúdó és fázismoduláció (QAM, Quadrature Amplitude Modulation ): két azonos frekvenciájú, de fázissal 90 ° -on kívüli szinuszoid jön létre; a két jel kombinációja megfelelő amplitúdót biztosít számukra; az egyik szabvány tizenhat lehetséges kombinációt határoz meg (három amplitúdószint, tizenkét fáziseltolás); a kombinációk halmaza az úgynevezett csillagkép; egy 16 pontos konstelláció lehetővé teszi a 4 bit állapotának egyidejű továbbítását, ez teszi lehetővé a nagyobb sebességet, mint a fent leírt többi rendszer, amelyek csak egy bitet adnak egyszerre;
a QAM egyik változata a rácsos kódolás; itt 32 állapot konstellációt használnak, amelynek lehetővé kell tennie 5 bit egyidejű továbbítását; de az 5 -én kicsit egy ellenőrző bit, amely fokozott védelmet átviteli hibákkal szemben; a 4 bit állapota tehát továbbításra kerül, mint a QAM-ban;
Az 56 kbit / s-os modemeket digitális hálózati környezetben való működésre tervezték; az impulzus kód modulációt (PCM, Pulse Code Modulation ) használják a modulált digitális jelsorozat átalakítására: az amplitúdót másodpercenként 8000-szer mérik, 8 bit felbontással; Az elméleti sebességnek el kell érnie a 64 kbit / s-ot , de a tényleges sebesség általában 40 és 56 kbit / s között van, a távvezeték állapotától függően.

Szerkezet

A modem a következő blokkokkal rendelkezik:

modulátor a telefonvonalon továbbított vivő modulálására;
demodulátor a vett jel demodulálására és az információ digitális formában történő helyreállítására;
2-vezetékes / 4-vezetékes átalakító áramkör: a modulátor jelét a telefonvonalra küldik, míg a telefonvonalon érkező jelet a demodulátorra továbbítják; ezeknek a telefonvonal két oldalán elrendezett áramköröknek köszönhető, hogy az adások teljes duplexben ( full duplex , azaz egyszerre mindkét irányba) történhetnek ;
telefonvonal interfész áramkör (DAA, Data Access Arrangement ), amely lényegében egy leválasztó transzformátorból és túlfeszültség-védőkből áll .

Ezek az áramkörök elegendőek lennének az információk kézi üzemmódban történő továbbításához; Az összes műveletet, például a vonal lekapcsolását, a szám tárcsázását stb. a felhasználó végzi. Az automatizált működés lehetővé tétele érdekében, ahol az összes feladatot kommunikációs szoftver vezérlése mellett hajtják végre, a modemek általában néhány kiegészítő áramkört tartalmaznak:

áramkör a telefonszám tárcsázására; általában lehetséges meghatározni a tárcsázást impulzusokkal vagy hangokkal (DTMF, Dual Tone Multiple Frequency );
gyűrű detektáló áramkör; ez az áramkör értesíti a számítógépet, amikor a modemet egy távoli számítógép hívja meg;
hangérzékelő, amely érzékeli a különböző hangokat, jelezve, hogy a vonal szabad, foglalt, bajban van stb. ;
áramkör a hívó vagy a hívóazonosító azonosítására.

Vezérlőjelek

A számítógép (DTE, Data Terminal Equipment ) és a modem (DCE, Data Communications Equipment ) között kicserélt különböző jeleket az RS.232 / V.24 szabvány határozza meg:

a továbbítandó adatok a Küldés vonalon keresztül érkeznek a DCE-be;
a DCE által kapott adatok megjelennek a Recepció sorban;
A DSR ( Data Set Ready , modem ready) aktív szinten van, amikor a DCE-t táplálják és telefonvonalhoz csatlakoztatják;
A DTR ( Data Terminal Ready ) akkor aktív, amikor a DTE készen áll;
Az RTS-t ( Request To Send ) a DTE aktiválja, amikor adatokat akar küldeni;
A CTS-t ( Clear To Send , ready to send) a DCE aktiválja, amikor létrehozta a kapcsolatot és készen áll a továbbítandó adatok fogadására;
A CD-t ( Carrier Detect ) a DCE aktiválja, amikor egy másik DCE-től kap hordozót;
Az RI-t ( Ring Indicator ) a DCE aktiválja, amikor csengőjelet kap;
a szabvány két földi csatlakozást is előír, az egyiket a jelhez (kötelező), a másikat egy árnyékoláshoz (opcionális).

Az eredetileg tervezett csatlakozó egy 25 tűs RS-232 soros csatlakozó volt, a DB-25. Mivel azonban sok tű nem volt használatos, a jelenlegi tendencia az, hogy kevesebb csatlakozóval rendelkező csatlakozókat kell használni, például a 9 tűs DB-9-et.

Tipikus kibocsátási eljárás

Példaként mutassuk meg, hogyan használhatók ezek a különböző jelek:

az adatátvitel megkezdése előtt az A számítógép a DSR szintjének ellenőrzésével ellenőrzi, hogy az A modem be van-e kapcsolva;
az A számítógép utasítja az A modemet a telefonszám tárcsázására;
a hívott modem, amelyet B-nek fogunk hívni, észleli a csengést és az RI vonal aktiválásával figyelmezteti a B számítógépet, amelyhez csatlakozik;
amikor a B számítógép készen áll az adatok fogadására, aktiválja az RTS vonalát;
a B modem aktiválja a hordozóját;
az A modem felismeri a hordozót és riasztja az A számítógépet a CD aktiválásával;
az A számítógép aktiválja az RTS-t, hogy megkérdezze, meg tudja-e kezdeni az adást;
a B modem válaszol a CTS aktiválásával, és megkezdődhet az adatátvitel.

Null modem

Az információk átadásához két, ugyanazon helyiségben elhelyezkedő számítógép között mindössze annyit kell tennie, hogy leválasztja a két modemet, és a két számítógép közé helyez egy két DB-25 vagy DB-9 csatlakozóval ellátott dobozt; ezt a négyzetet, amelynek feladata a két modem cseréje, null modemnek nevezzük . A tokban a két csatlakozó csapjai az alábbiak szerint vannak összekötve:

az A küldőtű csatlakozik a B vevőcsaphoz;
a B küldőcsap össze van kötve az A vevőcsappal;
A CTS és RTS csapok rövidre záródnak mindkét oldalon;
A DTR megy a DSR B-hez;
A DTR B a DSR A-hoz megy;
az A jel föld a B jel földre megy;
néha az RTS A CD B-re és az RTS B CD A-ra is megy;
néha a DTR is megy az RI B-hez, a DTR B pedig az AI-hez.

Különböző szabványok

Az ITU-T (Nemzetközi Telekommunikációs Unió - Távközlési Szabványosítás; 1992-ig ezt a testületet CCITT-nek, Nemzetközi Telefonos és Távirati Tanácsadó Bizottságnak hívták) számos véleményt adott ki a modemek működésével kapcsolatban. Ezek a közlemények meghatározzák az eszközök működési feltételeit: az engedélyezett átviteli sebességeket, a moduláció típusait, a tömörítési rendszereket és / vagy az esetleges hibák észlelését; valójában olyan szabványokat alkotnak, amelyeket sok gyártó betart. Íme néhány fontos szabvány:

V.21 szabvány : 300 b / s sebesség full duplexben ( full-duplex , mindkét irány egyszerre); FSK moduláció; aszinkron mód; felhasznált frekvenciák: 980 és 1180 Hz (0 és 1 esetén) az egyik irányba, 1650 és 1850 Hz a másik irányba;
V.22bis szabvány : 2400 b / s átviteli sebesség teljes duplexben; aszinkron vagy szinkron mód; az egyik irányba 1200 Hz, a másik irányba 2400 Hz vivőfrekvenciák ; QAM moduláció 16 pont konstellációval;
V.23 szabvány: 1200 b / s sebesség lefelé 75 felfelé irányuló bit esetén, a Minitel által használt szabvány ;
V.32 szabvány : 9600 b / s átfolyású teljes duplex; vivő 1800 Hz-en mind az átvitelhez, mind a vételhez (ezért visszhangcsillapítókat kell biztosítani a két irányban terjedő jelek közötti interferencia elkerülése érdekében); moduláció 2400 baudon, 32 pontos konstellációval; Ezért továbbítja 5 bit intervallum, de a 5 -én bitet redundáns, a tényleges sebesség 4 × 2400 vagy 9600 b / s ;
V.32bis szabvány : átviteli sebesség 14,4 kb / s ; QAM vagy rácsos moduláció;
V.32terbo standard : bitsebesség 14,4, 16,8 vagy 19,2 kb / s ; DPSK moduláció és rács;
V.FAST szabvány : átviteli sebesség 28,8 kb / s ;

V.34 szabvány : bitsebesség 28,8 kb / s ;
V.90 szabvány : 56 kb / s sebesség a lefelé irányuló összeköttetéshez ( lefelé , a felhasználóhoz), de 33,6 kb / s a felfelé irányuló kapcsolathoz ( upstream , a hálózathoz); ezért aszimmetrikus kapcsolat áll rendelkezésünkre, mint az ADSL esetében ;
V.92 szabvány : lefelé irányuló sebesség 56 kb / s-ig , és az upstream sebesség 48 kb / s-ig . A V92 emellett néhány további funkcióval is kiegészül (például: V44 hatékonyabb, mint a V42, telefonhívások fogadása ...).

Minél nagyobb az átviteli sebesség, annál kisebb a különbség a vonal különböző állapota között. A hibaarány ezért növekszik, különösen akkor, ha a távvezeték megszakad. Ez a hibák felderítésére és kijavítására vonatkozó szabványok, például a V.42 és az MNP 1 - MNP 4 szabványok kidolgozásához vezetett (ezeket az utóbbi szabványokat a Microcom cég fejlesztette ki).

Ráadásul, mivel az V.90 szabvány segítségével a szabványos telefonvonal maximális elméleti átviteli sebességéhez közelítünk, technikákat fejlesztettek ki a sebesség növelésére azáltal, hogy az elküldés előtt tömörítést folytatnak:

a V.42bis szabvány , amely a BTLZ tömörítési technikát használja , lehetővé teszi a továbbítandó információk mennyiségének akár négyszeresét is;
az MNP 5 szabvány lehetővé teszi az áramlás megduplázását;
az MNP 6 szabvány leírja az átviteli sebesség megállapításának eljárását; mindegyik modem először a legkisebb sebességgel (általában 2400 bps ) csatlakozik, majd fokozatosan növeli a sebességét, amíg a másik modem nem követi tovább;
az MNP 7 szabvány 3 faktoros tömörítési protokoll;
Az MNP 9 megpróbálja növelni a sávszélességet azáltal, hogy az ACK-kat (nyugtákat) az adatcsomagokba helyezi, nem pedig külön;
az MNP 10 szabvány MNP 5 vagy V.42bis tömörítést használ, de tovább növeli az átvitelt; ha a rossz átviteli körülmények (zaj, interferencia stb.) következtében a modemek csökkentették sebességüket, az MNP 10 lehetővé teszi számukra, hogy ismét növeljék a sebességet, ha javul a vonal állapota.

AT parancsok

A Hayes cég, a modemeket gyártó cég kifejlesztett egy protokollt egy külső modem számítógépről történő vezérlésére. A protokoll különféle parancsokat határoz meg, például:

tárcsázzon egy telefonszámot;
rendelje el, hogy a modemet csatlakoztassa a vonalhoz (a telefon felvételének megfelelője);
a vonal állapotának ismerete: továbbításra hívás hangja, foglalt vonal stb. ;
meghatározni az átvitel típusát és a használni kívánt kapcsolati protokollt;
a modem belső hangszórójának hangerejének beállítása;
küldje el az egyidejűleg továbbított karaktereket a képernyőre;
bizonyos információk megjelenítése a modemről;
manipulálni a modem belső regisztereit.

Megjegyzések és hivatkozások

Laurent Viennot, " A távközlési hálózatok rövid története " az Interstices-en ,2014.
56K modememulátor - jellegzetes hang, amelyet csatlakoztatva telefonmodem produkál.
(en) Nullmodem.Com - információ és hivatkozás oldalt csatlakozó kivezetésre .

Bibliográfia

Daniel Battu, Guide des modems Paris, Eyrolles , koll. "Új kommunikáció kezelése", 1993 ( ISBN 978-2-212-04119-4 ) .