Модемы DSL и кабельные

Модемы (кабельные  модемы ,DSL – модемы)

Моде́м (акроним, составленный из слов модулятор и демодулятор) — устройство, применяющееся в системах связи для физического сопряжения информационного сигнала со средой его распространения, где он не может существовать без адаптации (то есть переносе его на несущую с модуляцией), и выполняющее функцию модуляции и демодуляции этого сигнала (чаще всего в речевом диапазоне).

Модулятор в модеме осуществляет модуляцию несущего сигнала, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор — осуществляет обратный процесс. Модем выполняет функцию оконечного оборудования линии связи. Само формирование данных для передачи и обработку принимаемых данных осуществляет т. н. терминальное оборудование (в его роли может выступать и персональный компьютер).

Модемы широко применяются для связи компьютеров (одно из их периферийых устройств), позволяющее одному из них связываться с другим (также оборудованным модемом) через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем). Также модемы ранее применялись в сотовых телефонах (пока не были вытеснены цифровыми способами передачи данных).

 
Типы компьютерных модемов

Внешний аппаратный модем

Внутренний модем  для шины PCI

Ещё один внутренний модем

По исполнению:

• внешние — подключаются через COM или LPT^[1], USB порт или стандартный разъем в сетевой карте RJ-45, обычно имеют отдельный блок питания (существуют и USB-модемы с питанием от шины USB).
• внутренние — дополнительно устанавливаются внутрь аппарата (в слот ISA, PCI, PCI-E, PCMCIA, AMR, CNR)
• встроенные — являются частью аппарата, куда встроены (например ноутбука или док-станции).

По принципу работы:

• аппаратные — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например с использованием DSP, контроллера). Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.
• программные (софт-модемы, Host based soft-modem) — все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. В модеме находится только входные аналоговые цепи и преобразователи (ЦАП и АЦП), также контроллер интерфейса (например USB).
• полупрограммные (Controller based soft-modem) — модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.

По виду соединения:

• Модемы для коммутируемых телефонных линий — наиболее распространённый тип модемов
• ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий
• DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов тем, что используют другой частотный диапазон, а также тем, что по телефонным линиям сигнал передается только до АТС. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке.
• Кабельные — используются для обмена данными по специализированным кабелям — к примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS.
• Радио — работают в радиодиапазоне, используют собственные наборы частот и протоколы.
• Сотовые — работают по протоколам сотовой связи — GPRS, EDGE, и т. п. Часто имеют исполнения в виде USB-брелка. В качестве таких модемов также часто используют терминалы мобильной связи.
• Спутниковые
• PLC — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

Наиболее распространены в настоящее время:

• внутренний программный модем
• внешний аппаратный модем
• встроенные в ноутбуки модемы.

Устройство

Плата модема Acorp Sprinter@ADSL LAN120M

1. Порты ввода-вывода — схемы, предназначенные для обмена данными между телефонной линией и модемом с одной стороны, и модемом и компьютером — с другой. Для взаимодействия с аналоговой телефонной линией зачастую используется трансформатор.
2. Сигнальный процессор (Digital Signal Processor, DSP) Обычно модулирует исходящие сигналы и демодулирует входящие на цифровом уровне в соответствии с используемым протоколом передачи данных. Может также выполнять другие функции.
3. Контроллер управляет обменом с компьютером.
4. Микросхемы памяти:
• ROM — энергонезависимая память, в которой хранится микропрограмма управления модемом — прошивка, которая включает в себя наборы команд и данных для управления модемом, все поддерживаемые коммуникационные протоколы и интерфейс с компьютером. Обновление прошивки модема доступно в большинстве современных моделей, для чего служит специальная процедура описанная в руководстве пользователя. Для обеспечения возможности перепрошивки для хранения микропрограмм применяется флэш-память (EEPROM). Флэш-память позволяет легко обновлять микропрограмму модема, исправляя ошибки разработчиков и расширяя возможности устройства. В некоторых моделях внешних модемов она так же используется для записи входящих голосовых и факсимильных сообщений при выключенном компьютере.
• NVRAM — энергонезависимая электрически перепрограммируемая память, в которой хранятся настройки модема (профиль модема)^[2]. Пользователь может изменять установки, например используя набор AT-команд.
• RAM — оперативная память модема, используется для буферизации принимаемых и передаваемых данных, работы алгоритмов сжатия и прочего.

Дополнительные  функции

Факс-модем — позволяет компьютеру, к которому он присоединён, передавать и принимать факсимильные изображения на другой факс-модем или обычную факс-машину.

Голосовой модем — с функцией оцифровки сигнала с телефонной линии и воспроизведения произвольного звука в линию. Часть голосовых модемов имеет встроенный микрофон. Такой модем позволяет осуществить:

• передачу голосовых сообщений в режиме реального времени на другой удалённый голосовой модем, приём сообщений от него и воспроизведение их через внутренний динамик;
• использование в режиме автоответчика и для организации голосовой почты.

История

Акустический  модем

Компания AT&T Dataphone Modems в Соединённых Штатах была частью SAGE (ПВО системы) в 50-х годах. Она соединяла терминалы на различных воздушных базах, радарах и контрольных центрах с командными центрами SAGE, разбросанными по США и Канаде. SAGE использовала выделенные линии связи, но устройства на каждом из концов этих линий были такими же по принципу как современные модемы.

Первым модемом  для персональных компьютеров стало устройство компании Hayes Microcomputer Products, которая в 1979 году выпустила Micromodem II для персонального компьютера Apple II. Модем стоил 380 долл. и работал со скоростью 110/300 б/сек.

В 1981 году фирма Hayes выпустила модем Smartmodem 300 б/сек, система команд которого стала стандартом де-факто. 

   Кабельная сеть

   Кабельное телевидение появилось как способ доставки десятков, а затем сотен  аналоговых видеоканалов на 6 МГц в квартиры и дома. С технической точки зрения выделить канал на 6 МГц для цифровых данных и с помощью известных методов модуляции передавать их со скоростью 30 Мбит/с по коаксиальному кабелю не составляет труда. (Общий диапазон рабочих частот коаксиального кабеля близок к 1 ГГц.) Канал на 20 Мбит/с способен поддерживать любую мыслимую информационную услугу, и при этом еще останется место для поддержки видеоконференций и одного-двух каналов видео по запросу. Однако на практике пропускная способность кабельных информационных систем ограничена 10 Мбит/с ввиду использования ими интерфейсов Ethernet.

   Применение  систем кабельного ТВ для интерактивного обмена данными осложняют следующие  два архитектурных вопроса. Во-первых, в большинстве своем они предназначены  для передачи сигналов только в одном  направлении, а во-вторых, используются обычно совместно десятками, а то и сотнями пользователей в  одном доме.

   Бум сетей кабельного ТВ в Америке  пришелся на 80-е годы. Однако только после 1990 года операторы КТВ стали  устанавливать усилители для  разделения используемого диапазона  частот кабеля на два - прямой и обратный, чтобы обратный трафик не блокировался ранее установленными однонаправленными  усилителями. Такие усилители необходимо размещать через каждые полкилометра, или даже чаще, так что подобная задача оказывается весьма непростой.

   Кроме того, сети кабельного ТВ и, в частности, частотный диапазон между 5 МГц и 42 МГц, выделенный для обратных информационных каналов, чрезвычайно чувствительны  к внешним помехам со стороны  радиопередатчиков, бытовых приборов и регуляторов освещенности. Усилители  обратного трафика вместе с сигналом усиливают и шум, так что иерархическая "шинная" топология способствует концентрации шумов по мере приближения  сигнала к распределительному устройству (см. Рисунок 1).

    
Рисунок 1. В гибридной оптической/коаксиальной сети КТВ оптический кабель прокладывается между распределительным устройством и блоком оптической сети (Optical Network Unit). Оставшуюся часть пути сигнал передается по коаксиальному кабелю.

   Некоторые операторы КТВ просто отступили  перед таким количеством проблем  организации обратного потока и  устанавливают кабельные модемы со встроенными аналоговыми модемами для передачи обратного трафика  по обычным коммутируемым телефонным линиям. Но такое решение увеличивает общую стоимость, вносит обычную задержку на ожидание ответа модема на другом конце и ограничивает максимальную скорость прямого канала (в общем случае, подтверждениям TCP о приеме требуется обычно 10% от пропускной способности прямого соединения; таким образом, прямой поток не может быть больше               288 Кбит/с, если обратный представляет собой модемное соединение на 28,8 Кбит/с). Однако данное решение может рассматриваться только в качестве временной меры. Для пользователей оно имеет целый ряд неудобств. Для работы в Internet им по-прежнему нужна будет телефонная линия, а это не может не вызывать недовольство других домочадцев. Кроме того, им придется ждать какое-то время, пока будет установлено модемное соединение, тем самым они лишатся такого преимущества использования кабельных модемов, как мгновенный доступ. Наконец, это решение недостаточно или вообще непригодно для симметричных приложений — ICQ, видеоконференции и т. п. Использование обратной телефонной линии может причинять неудобства и самому оператору. Это и усложнение конфигурации системы, и необходимость выделения двух портов маршрутизатора для одного клиента, и усложнение диагностирования и поддержки системы.