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Lemodem (acronyme, pourmodulateur-démodulateur[1]) est unpériphérique informatique, qui relie un ordinateur à un réseau analogique, comme leréseau téléphonique classique. Il convertit les données numériques de l’ordinateur en signal modulé, dit « analogique », transmissible par un réseau analogique et réciproquement.
Six boitiers de modem externes, les uns sur les autres.
L'un des premiers modèles commerciaux de modem de la firme CXR Anderson Jacobson dans les années 1970. Le combiné du téléphone devait être posé sur les supports.
Un modem est un dispositifélectronique, disponible en boîtier indépendant ou en carte à insérer dans un ordinateur, qui permet de faire circuler (réception et envoi) desdonnéesnumériques sur uncanalanalogique. Il effectue la modulation : codage des données numériques, synthèse d’un signalanalogique qui est en général unefréquenceporteuse modulée. L’opération de démodulation effectue l’opération inverse et permet au récepteur d’obtenir l’information numérique.
En automatisme industriel, on parle aussi beaucoup de modems pour les « machines » : machines d'emballage, chaudières collectives, stations d'épuration... Dans ce cas précis, on vient, via Internet, modifier à distance le programme des automates de gestion de ces « machines ». Ceci se fait par le biais de modem-routeurs souvent associés à un logiciel assurant une liaison sécurisée (VPN).
Les modems ont été utilisés pour la première fois dans le système américain de défense aérienSAGE à la fin desannées 1950. Le but était de connecter desterminaux situés sur des bases aériennes, des sites deradars et les centres de commande et de contrôle aux centraux SAGE éparpillés auxÉtats-Unis et auCanada. SAGE utilisait un système de lignes dédiées mais les équipements à leurs extrémités étaient similaires aux modems modernes.
IBM était le principal fournisseur de SAGE pour les ordinateurs et les modems. Quelques années plus tard,American Airlines et IBM donnèrent naissance à un réseau civil inspiré de SAGE qui offrait un système automatique de billetterie, pour lequel les terminaux placés dans les agences vendant les billets, étaient reliés à unordinateur central chargé de gérer les disponibilités et lecalendrier. Le système, connu sous le nom de « Sabre », est un parent éloigné du système moderneSabre.
Durant des années, le développement de nouvellestechniques decommunication a permis une large multiplication des modems de manière indirecte. LaFrance fut, durant près d’une décennie, lepays disposant du nombre de modems par habitant le plus élevé, à cause de la forte diffusion de terminauxMinitel qui intégraient un modem dans chacun d'eux. Lefax a lui aussi joué un rôle dans cette évolution.
Différents types de modulation sont utilisés dans les modems :
lamodulation d’amplitude (AM,Amplitude Modulation) ; celle-ci sera par exemple réalisée à l’aide d’un multiplicateur analogique recevant sur une entrée la porteuse, sur l’autre le signal numérique à transporter ;
laModulation par déplacement de fréquence (FSK,Frequency Shift Keying) ; les diverses fréquences peuvent être obtenues à l’aide d’unoscillateur commandé en tension (VCO,Voltage-Controlled Oscillator, peu précis) ou par traitement numérique d’un signal produit par une horloge àquartz (division de fréquence, synthèse numérique…) ;
lamodulation de phase différentielle (DPSK,Differential Phase Shift Keying) : à la fin de chaque cycle de la porteuse, un changement de phase de 180° représente un bit 0, pas de changement de phase un bit 1 ; ceci peut être obtenu en plaçant à la sortie de l’oscillateur générant la porteuse un inverseur et un commutateur qui sélectionne, à chaque passage par 0 de la porteuse, soit la sortie directe, soit la sortie inversée ;
lamodulation d'amplitude en quadrature (QAM,Quadrature Amplitude Modulation) : on crée deux sinusoïdes de même fréquence mais déphasées de 90° ; les deux signaux sont combinés en leur donnant des amplitudes adéquates ; une des normes précise seize combinaisons possibles (trois niveaux d’amplitude, douze déphasages) ; l’ensemble des combinaisons constituent ce que l’on appelle une constellation ; une constellation de 16 points permet de transmettre l’état de 4 bits simultanément, c’est ce qui permet une cadence plus élevée que les autres systèmes décrits ci-dessus, qui ne transmettent qu’un bit à la fois ;
un modulateur, pour moduler une porteuse qui est transmise par la ligne téléphonique ;
un démodulateur, pour démoduler le signal reçu et récupérer les informations sous forme numérique ;
un circuit de conversion 2 fils / 4 fils : le signal du modulateur est envoyé vers la ligne téléphonique alors que le signal arrivant par la ligne téléphonique est aiguillé vers le démodulateur ; c’est grâce à ces circuits, disposés de part et d’autre de la ligne téléphonique, que les transmissions peuvent se faire en duplex intégral (full duplex, c’est-à-dire dans les deux sens à la fois) ;
un circuit d’interface à la ligne téléphonique (DAA,Data Access Arrangement) constitué essentiellement d’un transformateur d’isolement et de limiteurs desurtensions.
Ces circuits seraient suffisants pour transmettre des informations en mode manuel ; toutes les opérations telles que décrochage de la ligne, composition du numéro… sont alors effectuées par l’utilisateur. Afin de permettre un fonctionnement automatisé, où toutes les tâches sont effectuées sous le contrôle d’un logiciel de communication, les modems comportent généralement quelques circuits auxiliaires :
un circuit de composition du numéro de téléphone ; on peut généralement spécifier composition par impulsions ou par tonalités (DTMF,Dual Tone Multiple Frequency) ;
un circuit de détection de sonnerie ; ce circuit prévient l’ordinateur lorsque le modem est appelé par un ordinateur distant ;
un détecteur de tonalités, qui détecte les différentes tonalités indiquant que la ligne est libre, occupée, en dérangement, etc. ;
Les différents signaux échangés entre un ordinateur (DTE,Data Terminal Equipment) et un modem (DCE,Data Communications Equipment) sont précisés dans la norme RS.232/V.24 :
les données à transmettre arrivent au DCE par la ligne Émission ;
les données reçues par le DCE apparaissent sur la ligne Réception ;
DSR (Data Set Ready, modem prêt) est au niveau actif quand le DCE est alimenté et raccordé à une ligne téléphonique ;
DTR (Data Terminal Ready, ordinateur prêt) est actif quand le DTE est prêt ;
RTS (Request To Send, demande d’émission) est activé par le DTE lorsqu’il veut envoyer des données ;
CTS (Clear To Send, prêt à émettre) est activé par le DCE lorsqu’il a établi la liaison et est prêt à recevoir les données à transmettre ;
CD (Carrier Detect, porteuse détectée) est activé par le DCE lorsqu’il reçoit une porteuse provenant d’un autre DCE ;
RI (Ring Indicator, indicateur d’appel) est activé par le DCE lorsqu’il reçoit un signal de sonnerie ;
la norme prévoit aussi deux connexions de masse, une pour le signal (obligatoire), l’autre pour un blindage (facultatif).
Le connecteur prévu initialement était un connecteur sérieRS-232 25 broches, le DB-25. Toutefois, comme de nombreuses broches étaient inutilisées, la tendance actuelle est d’utiliser des connecteurs avec moins de broches, tels le DB-9 qui compte 9 broches[3].
Un adaptateurNull Modem.Schéma des connexions des broches d'un câblenull modem simple.
Pour transmettre des informations entre deux ordinateurs se trouvant dans la même pièce, il suffit de déconnecter les deux modems et de placer entre les deux ordinateurs un boîtier muni de deux connecteurs DB-25 ou DB-9 ; ce boîtier, dont la fonction est de remplacer les deux modems est appelé modem nul (Null Modem). À l’intérieur du boîtier, les broches des deux connecteurs sont reliées de la façon suivante[3] :
la broche émission A est raccordée à la broche réception B ;
la broche émission B est raccordée à la broche réception A ;
les broches CTS et RTS sont court-circuitées de chaque côté ;
DTR A va vers DSR B ;
DTR B va vers DSR A ;
la masse signal A va vers la masse signal B ;
parfois RTS A va aussi vers CD B et RTS B vers CD A ;
parfois, DTR A va aussi vers RI B et DTR B vers RI A.
L’UIT-T (Union Internationale des Télécommunications - standardisation des Télécommunications ; cet organisme était appelé jusqu’en 1992 CCITT, Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique) a émis un certain nombre d’avis concernant le fonctionnement des modems. Ces avis spécifient les conditions de fonctionnement des appareils : vitesses de transmission autorisées, types de modulation, systèmes de compression et/ou de détection d’erreurs éventuelles ; ils constituent en réalité des normes qui sont respectées par de nombreux constructeurs. Ci-après quelques normes importantes :
Plus la vitesse de transmission est élevée, plus petit est l’écart entre les différents états de la ligne. Le taux d’erreurs a donc tendance à augmenter, particulièrement lorsque la ligne de transmission est perturbée. Ceci a amené la mise au point de normes pour détecter et corriger les erreurs, telles que les normes V.42 et MNP 1 à MNP 4 (ces dernières normes ont été mises au point par la firme Microcom).
Par ailleurs, comme, avec la norme V.90, on arrive près de la vitesse de transfert théorique maximum d’une ligne téléphonique standard, on a mis au point des techniques permettant d’augmenter le débit en procédant, avant l’envoi, à une compression des données :
la normeV.42bis, qui utilise la technique de compressionBTLZ, permet de réduire jusqu'à 4 fois la quantité d'information à transmettre ;
la norme MNP 7 est un protocole de compression d’un facteur 3 ;
la norme MNP 9 tente d’accroître labande passante en plaçant les ACK (accusés de réception) dans les paquets de données plutôt que séparés ;
la norme MNP 10 utilise une compression MNP 5 ou V.42bis, mais parvient à accroître encore le débit ; si, par suite de mauvaises conditions de transmission (bruit, parasites…), les modems ont réduit leur cadence, MNP 10 leur permet d’accroître à nouveau la cadence si l’état de la ligne s’améliore.
La firme Hayes, fabricant de modems, a développé un protocole pour la commande d’un modem externe à partir d’un ordinateur. Le protocole définit diverses commandes permettant par exemple :
de composer un numéro de téléphone ;
de commander le raccordement du modem à la ligne (l’équivalent de décrocher le téléphone) ;
de connaître l’état de la ligne : tonalité d’invitation à transmettre, ligne occupée, etc. ;
de spécifier le type de transmission et le protocole de liaison à utiliser ;
de régler le volume sonore duhaut-parleur interne du modem ;
d’envoyer les caractères transmis simultanément vers l’écran ;
d’afficher certains renseignements concernant le modem ;
