MODEMS

Caractéristiques d'un Modem:

Un Modem abréviation de MOdulateur DEModulateur est un convertisseur digital/analogique ou adaptateur digital/digital destiné à convoyer des données sur des lignes habituellement réservées au téléphone.

Il y a deux familles principales de Modems:

Modems pour ligne commutées:

Ci-dessus, le schéma le plus simple de connexion entre un terminal (ou un PC utilisé comme tel) et un ordinateur hôte.

Le Modem appelé DCE - Data Communication Equipment connecté au PC appelé DTE - Data Terminal Equipment est configuré en mode appelant et celui raccordé à l'hôte en mode appelé.

Mode appelant:

Mode appelé:

Fréquences vocales, Bande passante et Modulation:

La bande passante garantie par les opérateurs du téléphone se situe entre 800 et 3800 Hz, mais bien souvent, la limite supérieure n'est pas atteinte. C'est pourquoi il a été défini deux canaux (1080 et 1750 Hz) définis par des filtres passe bande.

On pourra ainsi utiliser simultanément les deux canaux pour pouvoir travailler en mode Full Duplex.

Les deux canaux utilisés en Full Duplex et les fréquences d'excursion de la modulation

On modulera la porteuse d'un canal en fréquence et en amplitude, de manière à obtenir

Modems dits intelligents:

En étudiant le schéma d'un Modem

Normes et vitesses de transmission:
 

AVIS CCITT VITESSE MODULATION
V21/Bell 103 300 Bits/s FSK
V22/Bell 212a 1200 Bits/s DPSK
V23 1200/75 Bits/s DPSK
V22bis 2400 Bits/s QAM
V32 9600 Bits/s QAM
V32bis 14.400 Bits/s QAM
V34 28.800 Bits/s QAM
V34+ 33.600 Bits/s QAM
V90 56.600 Bits/s 1) QAM

1) V90 = 56K pour le canal descendant et 33K pour le canal montant

Programmation des modems, le code AT:

Les séquences de programmation AT pour Attention Code inventées par le constructeur de modems Hayes est devenu un standard de facto.

Il défini un certain nombre de commandes qui permettent de dialoguer avec le modem, qui commencent toutes par les deux lettres AT.

Exemple: AT DT 7773456 signifie Dial Tone No de telephone 7773456

A chaque requête acceptée, le modem répond par OK et par ERROR en cas de fonction erronnée.

Considérons un ordinateur (DTE) qui à son port série connecté au modem (DCE), et qui est configuré à 57600Bits/s, 8 bits, no parity. Les deux lettres AT sont envoyées dans ce format.

A réception, le modem qui lui est configuré (par exemple) à 9600Bits/s, 7 bits, even parity, comparera dans une table les deux caractères erronés reçus, ce qui lui permet d'ajuster ses propres paramètres à celui de l'ordinateur (DTE).

Il répondra par OK pour faire savoir qu'il travaille selon les mêmes paramètres.

Hayes a défini un certain nombre de codes résultants de base aux commandes AT:
 

(0) OK Commande acceptée
(1) CONNECT Connecté
(2) RING Détection d'appel
(3) NO CARRIER Pas de porteuse
(4) ERROR Erreur de commande
(5) CONNECT 1200 Connecté à 1200
(6) NO DIALTONE Pas de tonalité
(7) BUSY Signal "Occupé"
(8) NO ANSWER Pas de réponse
(9) CONNECT 2400 Connecté à 2400

Il va sans dire que les codes résultants de base du tableau ci-dessus ont évolué avec les modems.

Il faut se référer au manuel du modem pour obtenir les séquences AT et les codes résultants de cet appareil.

Les constructeurs proposent généralement une séquence d'initialisation standards appelée Factory Default qui est stockée dans une ROM.

On peut appeler cette configuration par la commande AT&F

Pour écrire sa propre configuration par défaut dans la NVRAM, on entrera une chaîne de commandes terminée par &W. (write)

Exemple: AT\N3\J0\Q3&W

\N3: Mode "autoreliable" - \J0: Pas de "Fallback" - \Q3: Flow control bidirectionnel

Fallback: En cas de dégradation de la qualité de la ligne durant la transmission ou à l'initialisation, un des modem partenaire peut demander le Fallback, ce qui veut dire que la vitesse de transmission sera descendue par paliers, pour tenter d'améliorer la qualité des messages.

Les registres S: Permettent de paramétrer tous les timings entre signaux et la durée de ceux-ci. Se référer au manuel pour en connaître les valeurs. 

   Voir aussi la démonstration d'une session modem en GIF animés.

Contrôle de flux:

Il y a deux manières de contrôler le débit des données entre le DTE et le DCE:

  • In Band au moyen de caractères de contrôle (XON et XOFF ou ACK et NACK). Ces caractères peuvent traverser, si on l'a demandé avec une séquence AT, la liaison modem de bout en bout, afin d'avoir un contrôle transparent entre le PC et son hôte.
  • Out Of Band en utilisant les signaux de contrôle (RTS et CTS)

NB: Le contrôle de flux XON / XOFF ne peut être utilisé que pour les basses vitesses (< 9600 bits/s)

Correction d'erreurs:

Les modems sont capables de demander la retransmission du paquet entre-eux deux en cas de problème, ceci de manière transparente au niveau de l'utilisateur.

Il existe plusieurs standards ou standards de facto pour la correction des erreurs:

  • MNP 3&4 de Microcom Networking Protocol
  • V42 du CCITT combinaison de MNP3&4 et LAP-M
  • ARQ Automatic Repeat Request

Modems ISDN:

Modems pour lignes ISDN (Ou RNIS pour Réseau Numérique à Intégration de Système) qui permettent une vitesse de transmission de 64 Kbits/s, ce qui permet de fonctionner au niveau de la connexion DTE/DCE à 128 voire 256 Kbits/s.

 

Modems pour ligne louées:

Pour relier deux réseaux distants, on peut utiliser les mêmes lacets téléphoniques des PTT, mais qui ne passent par aucun organe de commutation. Si la ligne est très longue, il se peut qu'elle passe par des amplificateurs logés dans les centraux PTT.

On parle alors de ligne louée, ligne dédiée ou de ligne point-à-point.

Les Modems à basse vitesse (Jusqu'à 64k) utilisent la transmission dite en "Bande de base", ce qui veut dire l'image analogique du signal digital.

Actuellement, les Modems rapides utilisent les techniques de modulation en quadrature QAM, mais à plus haute fréquence et avec plus de niveaux de modulation que les Modems pour ligne commutée.

  • 64, 128 Kbits/s sur 2 fils
  • 256 Kbits/s à 2Mbits/s sur 4 fils

L'interface avec le routeur ou le bridge sera de type V35, en paire différentielles par signal.

 

G 703.6

Pour réaliser une liaison rapide à 2Mbits/s, on peut louer une "tranche" de 2 Mbits/s dans un canal PTT à 34 Mbits/s réalisé en fibre optique.

Dans ce cas, Les PTT fourniront le convertisseur optique / cuivre (paire torsadée ou coaxial). Ce système est moins onéreux pour des liaisons à moyenne et longue distance.

Pour de courtes distances, il est préférable d'utiliser des lignes téléphoniques cuivre.

 

En résumé:

  • Un Modem MOdulateur - DEModulateur est un appareil permettant de transmettre des données sur des lignes destinées au téléphone
  • Un Modem "intelligent" est capable de s'adapter aux paramètres de l'ordinateur auquel il est connecté et de gérer la transmission sur la ligne cuivre (Retransmission en cas d'erreur et compression des données)
  • Pour relier deux réseaux de manière permanente, on utilise des Modems pour ligne(s) louée(s)

Compression:

On peut optimiser un transfert en faisant appel aux techniques de compression sur la ligne téléphonique:

  • MNP5 Run-Lenght Encoding qui est le codage des répétitions (Ex: AAAABBCCC= 4A2B3C) - Compression 2 à 1
  • MNP7 idem - Compression 3 à 1
  • V42bis du CCITT LAPM Link Access Procedure (V42 + BTLZ British Telecom Lempel-Ziv) - Compression 4 à 1

De plus, la méthode dite d'échange des dictionnaires, qui a lieu au début de la connexion (phase de négociation), permet d'optimiser la transmission, puisque chaque modem va échanger une table contenant à son début les caractères qu'il a le plus souvent transmis.

, on retrouve la structure en bus classique d'un ordinateur, plus quelques fonctions analogiques:

  • Un processeur rapide capable d'analyser les fenêtres de la modulation QAM (32 Mips pour un modem 28.8 Kbits/s..!)
  • De la mémoire vive pour établir des tampons en émission et réception
  • De la mémoire non volatile pour conserver les configurations
  • Un amplificateur et convertisseur digital/analogique pour l'émission
  • Un amplificateur à contrôle automatique de gain et un convertisseur analogique/digital pour la réception
  • Des circuits pour la fonction téléphonique (décrocher, raccrocher la ligne)
  • Des circuits pour la gestion des signaux RS232

un certain nombre d'états (16 dans l'exemple ci-dessus qui est celui d'un modem à 14.4 Kbits/s) auxquels on associe 4 bits. Ainsi, en deux excursions de modulation et/ou d'amplitude, on a transmis la représentation d'un octet.

Ce type de modulation est appelé QAM - Quadrature Amplitude Modulation.

Mode de transmission:

Le mode de transmission est asynchrone (RS232) entre le Modem et le PC. La vitesse de transmission et le contrôle de flux (XON/XOFF ou RTS/CTS) est ainsi que la taille des caractères et la parité sont définie par la première séquence AT.

Le mode de transmission est synchrone entre les deux Modems, puisque celui qui émet crée une trame issue d'une série de caractères asynchrone auxquels on a enlevé les start et stop bits.