Módem

El módem ( acrónimo de modulador-demodulador) es un periférico de computadora en desuso, que conecta una computadora a una red analógica, como la red telefónica tradicional. Convirtió los datos digitales de la computadora en una señal modulada, llamada " analógica ", transmisible por una red analógica y viceversa. Desde la llegada de la voz sobre IP , los datos modulados también se pueden transmitir en comunicaciones de voz codificadas sin ningún tipo de compresión.

Tecnología

Un módem es un dispositivo electrónico , disponible en una caja independiente o como una tarjeta para ser insertada en una computadora, que permite que los datos digitales circulen (reciban y envíen) por un canal analógico . Realiza modulación: codificación de datos digitales, síntesis de una señal analógica que generalmente es una frecuencia portadora modulada. La operación de demodulación realiza la operación inversa y permite que el receptor obtenga la información digital.

Hablamos de módem para designar dispositivos destinados a hacer que las máquinas digitales se comuniquen entre sí (por ejemplo, computadoras, sistemas de a bordo), para acceder a Internet , para enviar o recibir faxes , para hacer telefonía digital, y esto a través de una red analógica ( conmutada). red telefónica , red eléctrica , redes de radio , etc.).

En automatización industrial también hablamos mucho de módems para "máquinas": envasadoras, calderas colectivas, depuradoras ... En este caso concreto, venimos, vía Internet, a modificar remotamente el programa de los sistemas de control automático. .gestión de estas "máquinas". Esto se hace a través de enrutadores de módem asociados a menudo con software que proporciona una conexión segura (VPN).

Desde finales de la década de 1990 han aparecido multitud de estándares de telecomunicaciones y, por tanto, tantos nuevos tipos de módems: ISDN (o ISDN ), ADSL , GSM , GPRS , Wi-Fi , Wimax ...

Historia

Los módems se utilizaron por primera vez en el sistema de defensa aérea SAGE de EE. UU . A fines de la década de 1950 . El objetivo era conectar terminales ubicadas en bases aéreas, sitios de radar y centros de comando y control a las oficinas de SAGE repartidas por los Estados Unidos y Canadá . SAGE utilizó un sistema de línea dedicado, pero los dispositivos finales eran similares a los módems modernos.

IBM era el principal proveedor de computadoras y módems de SAGE. Unos años más tarde, American Airlines e IBM dieron a luz a una red civil inspirada en SAGE que ofrecía un sistema de ticketing automático, para lo cual las terminales ubicadas en las agencias vendedoras de boletos, se conectaban a una computadora central encargada de administrar la disponibilidad y el horario . El sistema, conocido como "Sabre", es un pariente lejano del sistema Sabre moderno .

Durante años, el desarrollo de nuevas tecnologías de comunicación permitió una amplia proliferación de módems de forma indirecta. La Francia fue, durante casi una década, el país con el número de módems per cápita más alto, debido a las fuertes terminales de difusión Minitel , que incorporan un módem en cada uno de ellos. El fax también jugó un papel en esta evolución.

Módem para acceso telefónico a Internet

Caracteristicas

La principal característica de un módem es su velocidad de transmisión. Esto se expresa en bits por segundo (bit / s, b / so bps) o en kilobits por segundo (kbit / s, kb / so kbps) (no confunda bps [bits por segundo] y Bps [ bytes por segundo , es decir, bytes por segundo]). Cuando se conecta, el módem hace un ruido reconocible. Los sucesivos modelos de módem han ofrecido velocidades crecientes: 150, luego 300, luego 600, luego 1200 bit / s ; luego 4,8 o 9,6 o 14,4 o 28,8 o 33,6 o 56 kbit / s . El estándar de 56 kbit / s se ha convertido en un estándar; a esta velocidad, nos acercamos a los límites teóricos de la velocidad de información para una línea telefónica que utiliza una sola frecuencia portadora . Para velocidades de datos más altas, se han desarrollado sistemas que utilizan múltiples portadoras, como ADSL, que requieren el uso de módems específicos.

Tipos de modulación

En los módems se utilizan diferentes tipos de modulación:

modulación de amplitud (AM Modulación de Amplitud ); esto se realizará, por ejemplo, mediante un multiplicador analógico que reciba en una entrada la portadora y en la otra la señal digital a transportar;
modulación de frecuencia (FSK, modulación por desplazamiento de frecuencia ); las distintas frecuencias pueden obtenerse mediante un VCO ( Oscilador controlado por voltaje , impreciso) o mediante el procesamiento digital de una señal producida por un reloj de cuarzo (división de frecuencia, síntesis digital, etc.);
Modulación de fase diferencial (DPSK, Modulación por desplazamiento de fase diferencial ): al final de cada ciclo de portadora, un cambio de fase de 180 ° representa un bit 0, ningún cambio de fase representa un bit 1; esto se puede obtener colocando a la salida del oscilador que genera la portadora un inversor y un interruptor que selecciona, en cada paso por 0 de la portadora, la salida directa o la salida invertida;
modulación combinada de amplitud y fase (QAM, modulación de amplitud en cuadratura ): se crean dos sinusoides de la misma frecuencia pero desfasadas en 90 °; las dos señales se combinan dándoles amplitudes adecuadas; uno de los estándares especifica dieciséis combinaciones posibles (tres niveles de amplitud, doce cambios de fase); el conjunto de combinaciones constituye lo que se llama una constelación; una constelación de 16 puntos permite transmitir el estado de 4 bits simultáneamente, esto es lo que permite una tasa más alta que los otros sistemas descritos anteriormente, que solo transmiten un bit a la vez;
una variante de QAM es la codificación trellis; aquí se utiliza una constelación de 32 estados, lo que debería permitir la transmisión simultánea de 5 bits; pero el 5 º bit es un bit de comprobación, que proporciona una mayor protección contra errores de transmisión; por tanto, se transmite el estado de 4 bits, como en QAM;
Los módems de 56 kbit / s están diseñados para funcionar en un entorno de red digital; utilizan la modulación de código de pulso (PCM, Modulación de código de pulso ) para convertir la secuencia de señal digital modulada: la amplitud se mide 8000 veces por segundo, con una resolución de 8 bits; La velocidad teórica debería alcanzar los 64 kbit / s , pero la velocidad real suele estar entre 40 y 56 kbit / s , según el estado de la línea de transmisión.

Estructura

Un módem tiene los siguientes bloques:

un modulador, para modular una portadora que es transmitida por la línea telefónica;
un demodulador, para demodular la señal recibida y recuperar la información en forma digital;
un circuito de conversión de 2 hilos / 4 hilos: la señal del modulador se envía a la línea telefónica mientras que la señal que llega a través de la línea telefónica se enruta al demodulador; es gracias a estos circuitos, dispuestos a ambos lados de la línea telefónica, que se pueden realizar transmisiones en full duplex ( full duplex , es decir en ambos sentidos al mismo tiempo);
un circuito de interfaz de línea telefónica (DAA, arreglo de acceso a datos ) que consiste esencialmente en un transformador de aislamiento y protectores de sobretensión .

Estos circuitos serían suficientes para transmitir información en modo manual; Todas las operaciones, como descolgar la línea, marcar el número, etc., las realiza el usuario. Para permitir la operación automatizada, donde todas las tareas se realizan bajo el control del software de comunicación, los módems generalmente incluyen algunos circuitos auxiliares:

un circuito para marcar el número de teléfono; generalmente es posible especificar la marcación por pulsos o por tonos (DTMF, frecuencia múltiple de tono dual );
un circuito de detección de anillo; este circuito notifica a la computadora cuando el módem es llamado por una computadora remota;
un detector de tonos, que detecta los diferentes tonos que indican que la línea está libre, ocupada, en problemas, etc. ;
un circuito para la identificación de la persona que llama o del identificador de llamadas .

Señales de control

Las diferentes señales intercambiadas entre una computadora (DTE, Data Terminal Equipment ) y un módem (DCE, Data Communications Equipment ) se especifican en el estándar RS.232 / V.24:

los datos a transmitir llegan al DCE a través de la línea de envío;
los datos recibidos por el DCE aparecen en la línea de Recepción;
DSR ( conjunto de datos listo , módem listo) está en el nivel activo cuando el DCE está encendido y conectado a una línea telefónica;
DTR ( Terminal de datos listo ) está activo cuando el DTE está listo;
RTS ( Solicitud de envío ) es activado por el DTE cuando desea enviar datos;
CTS ( Clear To Send , ready to send) es activado por el DCE cuando ha establecido el enlace y está listo para recibir los datos que se van a transmitir;
El CD ( detección de portadora ) es activado por el DCE cuando recibe una portadora de otro DCE;
El DCE activa el RI ( indicador de llamada) cuando recibe una señal de llamada;
la norma también prevé dos conexiones a tierra, una para la señal (obligatoria) y la otra para una pantalla (opcional).

El conector originalmente planeado era un conector serial RS-232 de 25 pines, el DB-25. Sin embargo, dado que muchos pines no se usaron, la tendencia actual es usar conectores con menos pines, como el DB-9 que tiene 9 pines.

Procedimiento de emisión típico

Como ejemplo, mostremos cómo se pueden usar estas diferentes señales:

antes de iniciar una transmisión de datos, la computadora A verifica que el módem A esté encendido verificando el nivel de DSR;
la computadora A indica al módem A que marque el número de teléfono;
el módem llamado, al que llamaremos B, detecta el timbre y avisa al ordenador B al que está conectado activando su línea RI;
cuando la computadora B está lista para recibir datos, activa su línea RTS;
el módem B activa entonces su portadora;
el módem A detecta el operador y alerta a la computadora A activando el CD;
la computadora A activa RTS para preguntar si puede iniciar la transmisión;
El módem B responde activando CTS y puede comenzar la transmisión de datos.

Módem nulo

Para transmitir información entre dos ordenadores ubicados en la misma habitación, basta con desconectar los dos módems y colocar entre los dos ordenadores una caja dotada de dos conectores DB-25 o DB-9; esta caja, cuya función es reemplazar los dos módems, se denomina módem nulo . Dentro de la caja, los pines de los dos conectores se conectan de la siguiente manera:

el pin de envío A está conectado al pin de recepción B;
el pin de envío B está conectado al pin de recepción A;
Los pines CTS y RTS están en corto en cada lado;
DTR A pasa a DSR B;
DTR B pasa a DSR A;
la tierra de la señal A va a la tierra de la señal B;
a veces, RTS A también va al CD B y RTS B al CD A;
a veces DTR A también va a RI B y DTR B va a RI A.

Diferentes estándares

La UIT-T (Unión Internacional de Telecomunicaciones - Normalización de las Telecomunicaciones; hasta 1992 este organismo se llamaba CCITT, Comité Consultivo Internacional de Teléfonos y Telégrafos) ha emitido una serie de opiniones sobre el funcionamiento de los módems. Estos avisos especifican las condiciones de funcionamiento de los dispositivos: velocidades de transmisión autorizadas, tipos de modulación, sistemas de compresión y / o posible detección de errores; en realidad, constituyen normas respetadas por muchos fabricantes. A continuación, se muestran algunos estándares importantes:

Estándar V.21 : velocidad de 300 b / s en dúplex completo (dúplex completo , ambas direcciones simultáneamente); Modulación FSK; modo asincrónico; frecuencias utilizadas: 980 y 1180 Hz (para 0 y 1) en una dirección, 1650 y 1850 Hz en la otra dirección;
Estándar V.22bis : rendimiento de 2400 b / s en dúplex completo; modo asíncrono o síncrono; frecuencias portadoras de 1200 Hz en un sentido, 2400 Hz en el otro; Modulación QAM con una constelación de 16 puntos;
Estándar V.23: velocidad de 1200 b / s en sentido descendente para 75 bits en sentido ascendente, estándar utilizado por Minitel ;
estándar V.32 : flujo 9600 b / s full duplex; portadora a 1800 Hz tanto para transmisión como para recepción (por lo tanto, es necesario proporcionar supresores de eco para evitar interferencias entre señales que se propagan en ambas direcciones); modulación a 2400 baudios, con una constelación de 32 puntos; por lo tanto, transmite 5 bits por intervalo, pero el 5 º mordió ser redundante, la velocidad real es 4 × 2400 o 9600 b / s ;
Estándar V.32bis : rendimiento de 14,4 kb / s ; Modulación QAM o Trellis;
Estándar V.32terbo : tasa de bits 14,4, 16,8 o 19,2 kb / s ; Modulación DPSK y trellis;
Estándar V.FAST : rendimiento de 28,8 kb / s ;

Estándar V.34 : velocidad de bits 28,8 kb / s ;
Estándar V.90 : velocidad de 56 kb / s para el enlace descendente ( descendente , al usuario), pero 33,6 kb / s para el enlace ascendente ( ascendente , a la red); por tanto, tenemos un enlace asimétrico, como para ADSL ;
Estándar V.92 : velocidad de datos en sentido descendente de hasta 56 kb / s y velocidad de datos en sentido ascendente de hasta 48 kb / s . V92 también agrega algunas funciones adicionales (ejemplo: V44 más eficiente que V42, toma de llamadas telefónicas…).

Cuanto mayor sea la velocidad de transmisión, menor será la diferencia entre los diferentes estados de la línea. Por lo tanto, la tasa de error tiende a aumentar, particularmente cuando se interrumpe la línea de transmisión. Esto ha llevado al desarrollo de estándares para la detección y corrección de errores, como los estándares V.42 y MNP 1 a MNP 4 (estos últimos estándares fueron desarrollados por la firma Microcom).

Además, como con el estándar V.90 nos acercamos a la máxima velocidad de transferencia teórica de una línea telefónica estándar, se han desarrollado técnicas para aumentar la velocidad procediendo, antes del envío, a la compresión de datos:

el estándar V.42bis , que utiliza la técnica de compresión BTLZ , permite reducir hasta 4 veces la cantidad de información a transmitir;
el estándar MNP 5 permite duplicar el caudal;
el estándar MNP 6 describe el procedimiento para establecer la velocidad de transmisión; cada módem comienza conectándose a su velocidad más baja (generalmente 2400 bps ), luego aumenta gradualmente su velocidad hasta que el otro módem deja de seguir;
el estándar MNP 7 es un protocolo de compresión de 3 factores;
MNP 9 intenta aumentar el ancho de banda colocando ACK (reconocimientos) en paquetes de datos en lugar de separarlos;
el estándar MNP 10 usa compresión MNP 5 o V.42bis, pero logra aumentar aún más el rendimiento; si, como resultado de malas condiciones de transmisión (ruido, interferencias, etc.), los módems han reducido su tasa, MNP 10 les permite aumentar la tasa nuevamente si mejora la condición de la línea.

AT comandos

La firma Hayes, fabricante de módems, ha desarrollado un protocolo para controlar un módem externo desde una computadora. El protocolo define varios comandos que permiten, por ejemplo:

marcar un número de teléfono;
ordenar que el módem se conecte a la línea (el equivalente a descolgar el teléfono);
para conocer el estado de la línea: tono de invitación a transmitir, línea ocupada, etc. ;
especificar el tipo de transmisión y el protocolo de enlace que se utilizará;
ajustar el volumen del sonido del altavoz interno del módem;
enviar los caracteres transmitidos simultáneamente a la pantalla;
mostrar cierta información sobre el módem;
manipular los registros internos del módem.

Notas y referencias

Laurent Viennot, " Una breve historia de las redes de telecomunicaciones " , en Intersticios ,2014.
56K Modem Emulator - Sonido característico producido por un módem telefónico cuando está conectado.
(en) Nullmodem.Com - Información y sitio de referencia sobre el conector de patillas de salida .

Bibliografía

Daniel Battu, Guide des modems Paris, Eyrolles , coll. "Gestión de nuevas comunicaciones", 1993 ( ISBN 978-2-212-04119-4 ) .