Modem

Den modem ( portmanteau , for modulator-demodulator) er en datamaskin perifer gått ut av bruk, noe som er koblet en datamaskin til et analogt nettverk, som det tradisjonelle telefonnett . Den konverterte datamaskinens digitale data til et modulert signal, kalt " analog ", overført av et analogt nettverk og omvendt. Siden ankomsten av tale over IP kan modulerte data også overføres i kodet stemmekommunikasjon uten noen form for komprimering.

Teknologi

Et modem er en elektronisk enhet , tilgjengelig i en uavhengig boks eller som et kort som skal settes inn i en datamaskin, som lar digitale data sirkulere (motta og sende) på en analog kanal . Den utfører modulasjon: koding av digitale data, for syntese av et analogt signal som vanligvis er en modulert bærefrekvens . Demoduleringsoperasjonen utfører omvendt operasjon og lar mottakeren få digital informasjon.

Vi snakker om modem for å utpeke enheter ment å få digitale maskiner til å kommunisere med hverandre (f.eks. Datamaskiner, innebygde systemer), for å få tilgang til Internett , for å sende eller motta fakser , for å lage digital telefoni, og dette gjennom et analogt nettverk ( slått telefonnett , elektrisk nettverk , radionettverk , etc.).

I industriell automatisering snakker vi også mye om modemer for “maskiner”: emballasjemaskiner, kollektive kjeler, avløpsrenseanlegg ... styring av disse “maskinene”. Dette gjøres gjennom modemrutere som ofte er assosiert med programvare som gir en sikker tilkobling (VPN).

Siden slutten av 1990-tallet har mange telekommunikasjonsstandarder dukket opp og derfor like mange nye typer modemer: ISDN (eller ISDN ), ADSL , GSM , GPRS , Wi-Fi , Wimax ...

Historie

Modemer ble først brukt i det amerikanske SAGE luftvernsystemet på slutten av 1950 - tallet . Målet var å koble terminaler plassert ved flybaser, radarsteder og kommando- og kontrollsentre til SAGE-kontorer spredt over USA og Canada . SAGE brukte et dedikert linjesystem, men sluttapparatene lignet på moderne modemer.

IBM var SAGEs hovedleverandør for datamaskiner og modemer. Noen år senere fødte American Airlines og IBM et sivilt nettverk inspirert av SAGE som tilbød et automatisk billettsystem, som terminalene som ble plassert i byråene som solgte billetter, var koblet til en sentral datamaskin som var ansvarlig for å administrere tilgjengeligheten og tidsplanen . Systemet, kjent som "Sabre", er en fjern slektning til det moderne Sabresystemet .

I mange år tillot utviklingen av nye teknologier for kommunikasjon en bred spredning av modem indirekte. Det Frankrike var, for nesten et tiår, landet med antall modemer per innbygger høyest, på grunn av de sterke diffusjon terminaler Minitel som innlemmet et modem i hver av dem. Den faks spilte også en rolle i denne utviklingen.

Modem for oppringt Internett-tilgang

Kjennetegn

Hovedkarakteristikken til et modem er overføringshastigheten. Dette uttrykkes i bits per sekund (bit / s, b / s eller bps) eller i kilobit per sekund (kbit / s, kb / s eller kbps) (ikke forveksle bps [bits per sekund] og Bps [ byte per sekund , dvs. byte per sekund]). Når det kobles til, lager modemet en gjenkjennelig lyd. Suksessive modemmodeller har tilbudt økende hastigheter: 150, deretter 300, deretter 600, deretter 1200 bit / s ; deretter 4,8 eller 9,6 eller 14,4 eller 28,8 eller 33,6 eller 56 kbit / s . 56 kbit / s- standarden har blitt en standard; med denne hastigheten kommer vi nær de teoretiske grensene for informasjonshastigheten for en telefonlinje ved bruk av en enkelt bærefrekvens . For høyere datahastigheter er systemer som bruker flere bærere utviklet, for eksempel ADSL som krever bruk av spesifikke modemer.

Typer modulering

Ulike typer modulering brukes i modemer:

amplitudemodulasjon (AM, Amplitude Modulation ); dette vil for eksempel bli utført ved bruk av en analog multiplikator som mottar på den ene inngangen bæreren, på den andre det digitale signalet som skal transporteres;
frekvensmodulering (FSK, Frequency Shift Keying ); de forskjellige frekvensene kan oppnås ved bruk av en VCO ( Voltage-Controlled Oscillator , imprecise) eller ved digital prosessering av et signal produsert av en kvartsklokke (frekvensdeling, digital syntese, etc.);
differensialfasemodulasjon (DPSK, Differential Phase Shift Keying ): på slutten av hver bæresyklus representerer en faseendring på 180 ° en 0 bit, ingen faseendring representerer en 1 bit; dette kan oppnås ved å plassere ved utgangen fra oscillatoren som genererer bæreren en inverter og en bryter som ved hver passasje gjennom 0 av bæreren velger enten direkte utgang eller invertert utgang;
kombinert amplitude og fasemodulasjon (QAM, Quadrature Amplitude Modulation ): to sinusoider med samme frekvens, men 90 ° utenfor fase, opprettes; de to signalene kombineres for å gi dem tilstrekkelige amplituder; en av standardene spesifiserer seksten mulige kombinasjoner (tre amplitudenivåer, tolv faseforskyvninger); settet med kombinasjoner utgjør det som kalles en konstellasjon; en konstellasjon på 16 punkter gjør det mulig å overføre tilstanden til 4 bits samtidig, dette er det som tillater en høyere hastighet enn de andre systemene beskrevet ovenfor, som bare overfører en bit av gangen;
en variant av QAM er gitterkoding; her brukes en konstellasjon med 32 tilstander, som skal tillate samtidig overføring av 5 bits; men den 5 th bit er en kontrollbiten, som tilveiebringer forbedret beskyttelse mot transmisjonsfeil; tilstanden på 4 bits overføres derfor, som i QAM;
56 kbit / s- modemer er designet for å fungere i det digitale nettverksmiljøet; de bruker pulskodemodulasjonen (PCM, Pulse Code Modulation ) for å konvertere den modulerte digitale signalsekvensen: amplituden måles 8000 ganger per sekund, med en oppløsning på 8 bits; Den teoretiske hastigheten skal nå 64 kbit / s , men den faktiske hastigheten er vanligvis mellom 40 og 56 kbit / s , avhengig av tilstanden til overføringslinjen.

Struktur

Et modem har følgende blokker:

en modulator for å modulere en bærer som overføres av telefonlinjen;
en demodulator for å demodulere det mottatte signalet og gjenopprette informasjonen i digital form;
en 2-leder / 4-leder konverteringskrets: modulatorsignalet sendes til telefonlinjen mens signalet som kommer via telefonlinjen blir dirigert til demodulatoren; det er takket være disse kretsene, arrangert på hver side av telefonlinjen, at overføringene kan gjøres i full dupleks ( full dupleks , det vil si i begge retninger samtidig);
en telefonlinjegrensesnittkrets (DAA, Data Access Arrangement ) som i hovedsak består av en isolasjonstransformator og overspenningsvern .

Disse kretsene ville være tilstrekkelig til å overføre informasjon i manuell modus; alle operasjoner som å koble av linjen, slå nummeret osv. blir deretter utført av brukeren. For å tillate automatisk drift, der alle oppgaver utføres under kontroll av kommunikasjonsprogramvare, inkluderer modemer vanligvis noen få hjelpekretser:

en krets for å ringe telefonnummeret; det er generelt mulig å spesifisere oppringing ved pulser eller etter toner (DTMF, Dual Tone Multiple Frequency );
en ringdeteksjonskrets; denne kretsen varsler datamaskinen når modemet blir ringt opp av en ekstern datamaskin;
en tonedetektor, som oppdager de forskjellige tonene som indikerer at linjen er ledig, opptatt, i trøbbel osv. ;
en krets for identifikasjon av den som ringer eller den som ringer.

Kontrollsignaler

De forskjellige signalene som utveksles mellom en datamaskin (DTE, dataterminalutstyr ) og et modem (DCE, datakommunikasjonsutstyr ) er spesifisert i RS.232 / V.24-standarden:

dataene som skal overføres ankommer DCE via Send-linjen;
dataene mottatt av DCE vises på mottakslinjen;
DSR ( Data Set Ready , modem ready) er på det aktive nivået når DCE får strøm og kobles til en telefonlinje;
DTR ( Data Terminal Ready ) er aktiv når DTE er klar;
RTS ( Request To Send ) aktiveres av DTE når den vil sende data;
CTS ( Clear To Send , ready to send) aktiveres av DCE når den har opprettet lenken og er klar til å motta dataene som skal overføres;
CD ( Carrier Detect ) aktiveres av DCE når den mottar en carrier fra en annen DCE;
RI ( Ring Indicator ) aktiveres av DCE når den mottar et ringsignal;
standarden gir også to jordforbindelser, den ene for signalet (obligatorisk), den andre for et skjold (valgfritt).

Koblingen opprinnelig planlagt var en 25-pinners RS-232 seriell kontakt, DB-25. Men siden mange pinner var ubrukt, er den nåværende trenden å bruke kontakter med færre pinner, for eksempel DB-9 som har 9 pinner.

Typisk utstedelsesprosedyre

Som et eksempel, la oss vise hvordan disse forskjellige signalene kan brukes:

før dataoverføring startes, verifiserer datamaskin A at modem A er slått på ved å sjekke DSR-nivået;
datamaskin A instruerer modem A om å ringe telefonnummeret;
det kallte modemet, som vi vil kalle B, oppdager ringingen og advarer datamaskinen B som den er koblet til ved å aktivere linjen RI;
når datamaskin B er klar til å motta data, aktiverer den sin RTS-linje;
modem B aktiverer deretter sin bærer;
modem A oppdager transportøren og varsler datamaskin A ved å aktivere CD;
datamaskin A aktiverer RTS for å spørre om den kan starte overføring;
modem B reagerer ved å aktivere CTS, og dataoverføring kan begynne.

Nullt modem

For å overføre informasjon mellom to datamaskiner i samme rom, er det bare å koble fra de to modemene og plassere en boks utstyrt med to DB-25- eller DB-9-kontakter mellom de to datamaskinene. denne boksen, hvis funksjon er å erstatte de to modemene, kalles et nullmodem . Inne i saken er pinnene på de to kontaktene koblet sammen som følger:

sendestiften A er koblet til mottaksstiften B;
sendestiften B er koblet til mottaksstiften A;
CTS- og RTS-pinner er kortsluttet på hver side;
DTR A går til DSR B;
DTR B går til DSR A;
signaljord A går til signaljord B;
noen ganger går RTS A også til CD B og RTS B til CD A;
noen ganger går DTR A også til RI B og DTR B går til RI A.

Ulike standarder

ITU-T (International Telecommunications Union - Telecommunications Standardization; frem til 1992 ble dette organet kalt CCITT, International Telefon and Telegraph Consultative Committee) har avgitt en rekke meninger om driften av modemer. Disse merknadene spesifiserer driftsforholdene til enhetene: autoriserte overføringshastigheter, typer modulering, kompresjonssystemer og / eller mulig feilregistrering; de utgjør faktisk standarder som respekteres av mange produsenter. Her er noen viktige standarder:

V.21 standard : hastighet på 300 b / s i full dupleks ( full dupleks , begge retninger samtidig); FSK-modulering; asynkron modus; brukte frekvenser: 980 og 1180 Hz (for 0 og 1) i den ene retningen, 1650 og 1850 Hz i den andre retningen;
standard V.22bis : Flow 2400 b / s full dupleks; asynkron eller synkron modus; bærefrekvenser på 1200 Hz den ene veien, 2400 Hz den andre; QAM-modulering med en konstellasjon på 16 poeng;
V.23-standard: hastighet på 1200 b / s nedstrøms for 75 oppstrømsbiter, standard brukt av Minitel ;
standard V.32 : Flow 9600 b / s full dupleks; bærer ved 1800 Hz for både overføring og mottakelse (må derfor tilveiebringe ekkodempere for å unngå interferens mellom signaler som forplanter seg i begge retninger); modulering ved 2400 baud, med en konstellasjon på 32 poeng; den overfører derfor 5 biter pr intervall, men det 5 th bit bli overflødige, er den virkelige hastigheten 4 x 2400 eller 9600 b / s ;
V.32bis standard : gjennomstrømning på 14,4 kb / s ; QAM eller trellis modulering;
V.32terbo- standard : bithastighet 14,4, 16,8 eller 19,2 kb / s ; DPSK modulering og espalier;
V.FAST- standard : gjennomstrømning på 28,8 kb / s ;

V.34 standard : bithastighet 28,8 kb / s ;
V.90- standard : hastighet på 56 kb / s for nedlinken ( nedstrøms , til brukeren), men 33,6 kb / s for opplink ( oppstrøms , til nettverket); vi har derfor en asymmetrisk lenke, som for ADSL ;
V.92 standard : nedstrøms datahastighet opp til 56 kb / s , og oppstrøms datahastighet opp til 48 kb / s . V92 legger også til noen tilleggsfunksjoner (eksempel: V44 mer effektiv enn V42, telefonsamtaler ...).

Jo høyere overføringshastighet, jo mindre er forskjellen mellom de forskjellige tilstandene på linjen. Feilfrekvensen har derfor en tendens til å øke, spesielt når overføringslinjen blir forstyrret. Dette har ført til utvikling av standarder for å oppdage og korrigere feil, som standardene V.42 og MNP 1 til MNP 4 (disse sistnevnte standardene ble utviklet av firmaet Microcom).

Videre, ettersom vi, med V.90-standarden, kommer nær den maksimale teoretiske overføringshastigheten til en standard telefonlinje, har teknikker blitt utviklet for å øke hastigheten ved å fortsette, før sending, datakomprimering:

V.42bis- standarden , som bruker BTLZ- komprimeringsteknikken , gjør det mulig å redusere mengden informasjon som skal overføres med opptil 4 ganger;
MNP 5-standarden gjør at flyten kan dobles;
MNP 6-standarden beskriver prosedyren for å etablere overføringshastighet; hvert modem starter med å koble til med laveste hastighet (vanligvis 2400 bps ), og øker deretter hastigheten gradvis til det andre modemet slutter å følge;
MNP 7-standarden er en 3-faktor kompresjonsprotokoll;
MNP 9 forsøker å øke båndbredden ved å plassere ACKer (bekreftelser) i datapakker i stedet for separate;
MNP 10-standarden bruker MNP 5 eller V.42bis-komprimering, men klarer å øke gjennomstrømningen ytterligere; hvis modemene har redusert hastigheten som følge av dårlige overføringsforhold (støy, forstyrrelser, etc.), tillater MNP 10 dem å øke hastigheten igjen hvis linjens tilstand forbedres.

AT-kommandoer

Hayes-firmaet, produsent av modemer, har utviklet en protokoll for å kontrollere et eksternt modem fra en datamaskin. Protokollen definerer forskjellige kommandoer som tillater for eksempel:

ringe et telefonnummer;
bestille modemet som skal kobles til linjen (tilsvarer å plukke opp telefonen);
å kjenne linjens tilstand: tone på invitasjon til å overføre, opptatt linje osv. ;
for å spesifisere overføringstype og koblingsprotokoll som skal brukes;
justere lydvolumet til modemets interne høyttaler;
sende de samtidig overførte tegnene til skjermen;
vise viss informasjon om modemet;
for å manipulere de interne registerene til modemet.

Merknader og referanser

Laurent Viennot, " En kort historie om telekommunikasjonsnett " , på Interstices ,2014.
56K Modem Emulator - Karakteristisk lyd produsert av et telefonmodem når den er tilkoblet.
(en) Nullmodem.Com - Informasjon og referanse område på kontakt pinouts .

Bibliografi

Daniel Battu, Guide des modems Paris, Eyrolles , koll. "Management of new communication", 1993 ( ISBN 978-2-212-04119-4 ) .