Разбираем звук Dial-up модема

Привет.

Как-то случайно вспомнив про модемный интернет и про «тот самый» звук коннекта, я задумался, а что собственно там было внутри.

Я нашел на просторах сети звук модема в WAV и программу Signals Analyzer. Попробуем разобраться.

Разумеется, я не первый, кто за много лет задумался над этим вопросом. Как показал поиск в Гугле, финский инженер описал фазы коннекта модема еще в 2012 году ^[1]. Но для тех, кто не читает регулярно блоги на финском, наверное не грех и описать это еще раз, изучив спектр более подробно.

Введение

Небольшое отступление для «поколения Next», кто не застал те времена: модем это была такая волшебная коробочка, подключающаяся, если память не изменяет, в COM-порт (USB еще не было) и передающая данные через обычную телефонную линию в «голосовом» диапазоне. Соответственно, соединению с Интернетом (а еще раньше это было FIDO или BBS) предшествовал такой веселый писк, весь процесс можно посмотреть например, здесь ^[2].

Модемы эволюционировали от совсем древних, работающих через телефонную трубку со скоростью 300bps, до наиболее навороченных, дававших теоретически до 56Кбит/с, больше уже не позволял канал телефонной линии.

Еще интересный момент — судя по Amazon, модемы US Robotics Courier 56K Business продаются и сейчас ^[3], причем весьма недешево. Зачем не знаю, вероятно есть места, где другого типа коннекта до сих пор нет.

На этом мы закончим с введением, и перейдем к сигналу.

Коннект

Первый интересный момент — когда мы слышим (точнее слышали) звук модема, на самом деле, мы слышим не один модем, а сразу два — свой модем, и модем провайдера. На картинке обведены красным сигналы вызывающего модема:

Теперь посмотрим, какие виды модуляции мы можем встретить в этом сигнале.

1. Тональный набор (DTMF)

Самая левая часть картинки, тут ничего необычного нет, обычный тональный набор, который также использовался в обычных телефонах (кто-то наверно помнит кнопку переключения Tone-Pulse на корпусе проводных телефонов).

У меня кстати, была еще более старая АТС с импульсным набором, так что таких звуков не было, как и коннекта в 56К.

2. Соединение

Модем провайдера, получив звонок, «снимает трубку» и посылает в линию пару тонов, «наш» модем отвечает тоном другой частоты и посылает в линию информацию о доступных протоколах:

Как можно видеть, здесь используется FSK — частотная модуляция, где бинарный код передается с помощью чередования двух тонов. Скорость передачи всего 300бит/с.

Модем провайдера отвечает в таком же режиме, подтверждая прием.

Соединение завершается передачей достаточно длинного тона с низкочастотной амплитудной модуляцией.

Интересно, что если посмотреть подробнее, то видно что в местах «стыков» меняется также и фаза тона:

Зачем это сделано, сказать сложно.

3. Обмен «расширенными настройками»

Название я поставил в кавычки, т.к. точно не знаю, а могу лишь предполагать. Здесь модемы обмениваются различной информацией о доступных протоколах:

Слева — уже описанный выше амплитудно-модулированный сигнал, затем уже знакомый нам сигнал с FSK. А вот с краю справа — другой тип модуляции. На картинке видно, что здесь меняется не частота и не амплитуда, а фаза сигнала (PSK, Phase Shift Keying):

Длина сигнала составляет всего лишь 0.15с.

4. Проверка линии

Здесь оба модема посылают широкополосный (на все доступные 3.7КГц:) сигнал длительностью ~0.4с, результат посылается другому модему.

В завершении модем передает отдельный сигнал для настройки эквалайзера и подавления эха в линии.

Дальше динамик выключается, и выполняются более высокоуровневые процедуры — проверка логина/пароля, и если все нормально, пользователь подключается к Сети.

Заключение

Как можно видеть, в звуке модема заложено довольно много всего, и при разборе возник вопрос, а собственно, зачем так сложно? Зачем чередовать разные виды модуляции, чтобы просто обменяться данными?

Ответ вероятно, прост — legacy. Каждый новый модем должен не только работать максимально быстро и поддерживать наиболее новые протоколы, но и уметь соединиться с более старыми моделями. Поэтому в самом начале модемы соединяются на минимальной скорости в 300 бод и обмениваются информацией о протоколе, «расширенные настройки» передаются другим видом модуляции, которые старый модем проигнорирует, а новые модемы смогут использовать.

Желающих изучить тему более подробно можно отослать к статье 2012г ^[1] (на английском), но для общего знакомства думаю, информации достаточно.

P.S.: Под спойлером звук модема с раскладкой по времени:

Автор: DmitrySpb79

Источник ^[4]