Le r�le du modem est d'adapter les signaux rectangulaires de donn�es, que le r�seau t�l�phonique ne peut pas transmettre tels quels, en signaux transmissibles par ce r�seau.
Il a en fait deux fonctions :
Il tient donc exactement le m�me r�le fonctionnel qu'une couche de communication (TCP, par exemple). Il poss�de une interface permettant un dialogue avec un utilisateur se trouvant � un niveau sup�rieur. Ici il s'agit d'une interface physique (y compris �lectrique). Il communique avec une entit� paire (un autre modem) selon un protocole.
La structure interne d'un modem est d�crite ci-dessous :
+-----+ +--------+ +-------------+ +----------------+ | J +----->| codeur +-------> | modulateur +------>| | | O | +--------+ +-------------+ | | | N | | | | C | | transformateur | | T | | | | I | | ligne | | O | +----------+ +--------------+ | | | N |<-----+ decodeur |<------+ demodulateur |<-----| | +-----+ +----------+ +--------------+ +----------------+
Les param�tres caract�risant un modem sont :
Nous aborderons assez rapidement l'ensemble de ces param�tres, selon l'utilisation que nous aurons � en faire. La notion de d�bit devrait maintenant �tre assimil�e.
Penchons-nous rapidement sur les modes et les supports de transmission utilis�s. Voyons ensuite plus pr�cis�ment le r�le d'adaptation du signal du modem, puis le dialogue qui met en jeu la jonction et la ligne.
Commen�ons par d�finir un vocabulaire commun.
Un avis est une recommandation �dict�e par l'U.I.T (Union Internationale des T�l�communications), organisation intergouvernementale comp�tente en t�l�communications. Les avis ont valeur de norme au sein de l'Europe, puisque les organismes de T�l�com nationaux ont encore le monopole. Les recommandations sont issues de travaux de diverses commissions d'�tudes et sont adopt�es lors des assembl�es pleini�res (d�lai de l'ordre de neuf mois, �tant donn� l'�volution rapide des technologies). La section Etat actuel de la normalisation d�crit les diff�rents avis actuellement en vigueur.
Dans sa normalisation, l'U.I.T d�finit l'�quipement informatique comme un ETTD (�quipement Terminal de Traitement de Donn�es) et le modem comme un ETCD (�quipement Terminal de Circuit de Donn�es). La connexion d'un �quipement informatique � un modem, par exemple, est r�alis�e par l'interm�diaire d'une jonction ou interface.
On appelle half-duplex (bidirectionnel � l'alternat), une transmission s'effectuant dans un seul sens � la fois. On appelle full duplex (bidirectionnel simultan�), une transmission pouvant s'effectuer dans les deux sens en m�me temps. Ces transmissions peuvent avoir lieu indiff�remment sur liaison 2 ou 4 fils.
Une transmission de donn�e est toujours li�e au facteur temps. Dans les transmissions en s�rie qui constituent la majorit� des transmissions, l'�metteur et le r�cepteur doivent travailler � la m�me cadence. Dans le mode synchrone, ils sont cal�s sur le m�me rythme gr�ce � des signaux d'horloge �mis avant la transmission. Dans le mode asynchrone, l'horloge du r�cepteur n'est d�clench�e puis arr�t�e que sur r�ception de bits de d�but et de fin. On les appelle bits de start et de stop. Ce mode, bien que moins performant, est le plus utilis� actuellement dans les communications � travers le r�seau public.
Un modem est utilisable principalement sur deux types de supports : le r�seau commut� ou la ligne sp�cialis�e. Sur chaque type de support, les liaisons peuvent �tre � deux ou quatre fils.
Dans le cas qui nous int�resse, le modem est reli� au r�seau t�l�phonique commut� et la liaison est � deux fils. Nous l'utilisons soit en half duplex, soit en full duplex selon l'avis (voir d�finition de ce mot au paragraphe Vocabulaire.
A ce propos, r�fl�chissons un peu sur l'utilisation qui est faite actuellement du R�seau T�l�phonique Commut� (appel� aussi RTC). Nous l'utilisons bien souvent en full duplex sur liaison deux fils (avis V.32 ou V.34). Lorsqu'on utilise des lignes � quatre fils, il est facile d'imaginer que l'on consacre deux fils � chaque sens de transmission. Pour chaque sens, consid�rant les vitesses de modulations maximales possibles, on con�oit qu'il faut combiner plusieurs types de modulations pour obtenir des d�bits maintenant courants de l'ordre de 28800 bits/s.
Or le RTC n'utilise que deux fils. Pour travailler en full-duplex � des d�bits relativement faibles (en fait jusqu'� l'avis V22 bis), il �tait possible de partager la bande de fr�quence en deux moiti�s, une pour chaque sens. Avec les d�bits employ�s actuellement ce n'est plus possible. Pour travailler en full-duplex � d'importants d�bits, il est fait appel � des algorithmes complexes dits "de suppression d'�cho" (proche et lointain). Imaginez le travail � r�aliser : chaque modem re�oit les donn�es envoy�es par le distant m�lang�es � ses propres donn�es. Le tout est encore pollu� par de l'�cho ! Et pour compliquer le tout, tout ceci varie dans le temps, et bien s�r d'une communication � l'autre.
Vous comprendrez donc qu'avec une telle utilisation du RTC, les modems soient continuellement soumis � rude �preuve pour ce qui est de la correction, ceci pouvant conduire � des d�bits variables selon le moment.
Nous avons vu aux sections pr�c�dentes ce qu'�taient une modulation et un d�bit. Rassemblons maintenant un peu toutes ces id�es. Bien souvent, c'est sur ce point d�licat que les esprits se perdent. Nous avons vu que la rapidit� de modulation est une caract�ristique essentielle de la bande passante. Plus cette rapidit� est grande, plus la bande passante demand�e est large. Sur le r�seau t�l�phonique, la bande maximale officielle est de 3100 hertz (300 � 3400 Hz). Dans les centraux t�l�phoniques modernes, elle va jusqu'� 3500 Hz.
Pour bien comprendre le m�canisme de l'adaptation du signal, imaginez maintenant que nous disposions d'un appareil �lectrique capable d'�mettre quatre niveaux de tensions possibles.
Les donn�es � transmettre sont quant � elles toujours pr�sent�es sous forme d'un flot ininterrompu (ou presque) d'informations binaires.
L'id�e serait de regrouper les bits deux par deux et de les faire passer par ce dispositif, afin d'obtenir en sortie le niveau de tension correspondant. Un tel signal en sortie est dit de valence 4. Plus g�n�ralement, la valence d'un signal est le nombre d'�tats qu'il peut prendre. Cette transformation du signal est appel�e codage.
Afin d'adapter ce signal de sortie au support, il faut maintenant le moduler, par exemple en choisissant d'effectuer une modulation de phase. Etant donn�e sa valence, nous avons besoin de quatre d�calages de phase.
A chaque fois que deux bits se pr�sentent, il est possible d'effectuer une modulation. A l'autre bout, l'�quipement est capable de reg�n�rer deux bits. Le d�bit (en bits/s) est donc bien double de la vitesse de modulation (exprim�e en bauds).
Vous configurez un modem � 4800 bits par seconde (V.27 ter). Que va-t-il se passer ? Selon cette norme, le modem va r�aliser une modulation de phase diff�rentielle octovalente. Il va donc regrouper les bits par trois (tribits) pour moduler le signal. La vitesse de modulation est donc de 1600 bauds et le d�bit de 4800 bits/seconde. Pour obtenir un d�bit de 9600 bits par seconde, il faudra combiner un autre type de modulation. La section D�bits et modulations pr�sente l'essentiel des modulations utilis�es dans les diff�rentes normes actuelles.
L'adaptation du signal peut se faire de trois mani�res :
La rapidit� de modulation s'exprime en bauds. Elle correspond au nombre de changements d'�tats du signal par seconde sur la ligne de transmission. Une rapidit� de b bauds ne correspond pas forc�ment � b bits/s sur la ligne. Une configuration binaire (un ou plusieurs bits selon la valence) correspond � un �tat du signal.
Int�ressons-nous maintenant au dialogue entre l'�quipement informatique et la jonction.
La jonction sp�cifie les caract�ristiques m�caniques, �lectriques et fonctionnelles des signaux. Bien entendu ces jonctions sont normalis�es (voir plus loin les tableaux r�capitulatifs sur l'�tat actuel de la normalisation) et celle qui nous int�resse plus particuli�rement est r�f�renc�e sous le nom V.24 par l'U.I.T, sensiblement �quivalente de la norme RS-232C d�finie par l'E.I.A
Electronic Industries Association..
Voici une description des signaux de l'interface V.24 les plus couramment utilis�s :
+------+-----------+-----------+--------+------+--------------------------------+
| Code | No broche | No broche | RS-232 | V.24 | Signification |
| | ISO 2110 | DB 9 | | | |
+------+-----------+-----------+--------+------+--------------------------------+
| 101 | 1 | | PG | TP | Terre de protection |
| | | | | | |
| 102 | 7 | 5 | SG | TS | Terre de signalisation |
+------+-----------+-----------+--------+------+--------------------------------+
| 103 | 2 | 3 | TD | ED | Emission de donnees |
| | | | | | |
| 104 | 3 | 2 | RD | RD | Reception de donnees |
+------+-----------+-----------+--------+------+--------------------------------+
| 105 | 4 | 7 | RTS | DPE | Demande pour emettre |
| | | | | | |
| 106 | 5 | 8 | CTS | PAE | Pret a emettre |
| | | | | | |
| 107 | 6 | 6 | DSR | PDP | Poste de donnees pret |
| | | | | | |
| 108 | 20 | 4 | DTR | TDP | Terminal de donnees pret |
| | | | | | |
| 109 | 8 | 1 | DCD | DS | Detection du signal de ligne |
+------+-----------+-----------+--------+------+--------------------------------+
| 125 | 22 | 9 | RI | IA | Indicateur d'appel |
+------+-----------+-----------+--------+------+--------------------------------+
+-----------+ +---------------------------------------+
| 5 4 3 2 1 | | 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 |
\ 9 8 7 6 / \ 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 /
`---------' `-------------------------------------'
DB 9 ISO IS 2110
Prenons deux postes de travail �quip�s d'un modem chacun et souhaitant communiquer.
Nous passerons rapidement sur le fait que les �quipements doivent �tre reli�s � la masse. Ceci est r�alis� gr�ce au circuit 101. D'autre part, il est n�cessaire de d�finir une r�f�rence de signalisation : c'est le r�le du circuit 102.
D�s sa mise sous tension, l'ETTD pr�sente un �tat logique "1" sur le circuit 108 : Terminal de Donn�es Pr�t (DTR). D�s la mise sous tension de l'ETCD, celui-ci pr�sente l'�tat Poste de Donn�es Pr�t (DSR) correspondant � un �tat logique "1" sur le circuit 107, assurant ainsi que le modem est sous tension et connect� � la ligne.
L'ETTD ayant des donn�es � �mettre, demande � �mettre. Il pr�sente sur la jonction l'information Demande Pour �mettre (RTS) sur le circuit 105. Ceci valide le modulateur de l'ETCD qui �met alors une porteuse.
Du cot� appel�, l'ETCD d�tecte la pr�sence de la porteuse sur la ligne de transmission et le signale � l'ETTD sur le circuit 109 : D�tection de signal (porteuse). Les circuits 107 et 108 auront �t� initialis�s au pr�alable comme ci-dessus.
L'ETTD ayant signal� son intention d'�mettre sur le circuit 105 re�oit en r�ponse peu de temps apr�s le signal Pr�t � �mettre (CTS) sur le circuit 106.
Les donn�es peuvent ensuite circuler via les circuits 103 et 104.
Lorsqu'un �metteur �met de fa�on syst�matique plus de donn�es que le r�cepteur ne peut en accepter, il se pose alors un probl�me qui ne peut �tre r�solu que gr�ce au m�canisme de contr�le de flux.
Le contr�le de flux peut �tre de diff�rents types :
Le modem ins�re des caract�res de contr�les dans le flot de donn�es circulant entre l'ETCD et l'ETTD : XOFF pour arr�ter l'envoi et XON pour le reprendre.
G�n�ralement appel� CRTSCTS, il met en oeuvre l'emploi des circuits 105 (RTS) et 106 (CTS). Ce symbole est en fait le nom donn� � la constante du fichier d'inclusion termios.h.
Le fonctionnement du contr�le de flux mat�riel pendant la transmission peut se r�sumer ainsi :
Avant d'�mettre, le terminal doit lever son signal RTS (Request To Send). � partir de ce moment, le modem, s'il est en mesure d'�mettre, l�ve le signal CTS (Clear To Send). Lorsque le buffer du modem est plein, le modem descend CTS. Il le remonte ensuite. Dans l'autre sens de transmission, lorsque le buffer du terminal est plein, le terminal descend RTS.
Maintenant, plusieurs questions se posent, et j'imagine que parmi celles que vous vous posez il y a :
Nous allons maintenant tenter de r�pondre.
Eclaircissons un peu les choses. Le dialogue que nous venons de voir concerne le dialogue th�orique ETTD-ETCD et ETCD-ETTD sans se soucier d'�ventuelles contraintes pouvant provenir du syst�me d'exploitation. Il est toujours vrai. N�anmoins, il ne suffit pas forc�ment pour qu'une communication soit �tablie, notamment via le RTC. Nous allons �tudier ce fonctionnement point par point en prenant un bon syst�me d'exploitation (Linux, mais ce n'est qu'un exemple), un bon port s�rie et du courage. Vous continuez ?
Tout d'abord, nous avons vu qu'une communication commen�ait toujours
par le premier �change DTR/DSR, ou si vous pr�f�rez
108/107. La mont�e du circuit 108 est r�alis�e sous
Linux � l'ouverture du port s�rie (ex. fopen
("/dev/ttyS0", ...)). Cela se voit tr�s bien sur un modem
externe, le voyant TR est allum�. La r�ponse du modem par le
circuit 107 est un peu diff�rente. Dans la section
Le dialogue proprement dit, pour des raisons de
simplicit�, nous supposions que le modem r�pondait sur le
circuit 107 apr�s un d�lai tr�s bref,
c'est-�-dire qu'il �tait instantan�ment
connect� � la ligne.
Cette r�ponse est maintenant conditionn�e par la connexion � la ligne via le r�seau t�l�phonique commut�.
En g�n�ral, c'est juste apr�s l'ouverture du port
s�rie que le modem est initialis�. Cela se fait gr�ce
aux commandes AT que nous ne d�taillerons pas. Simplement, ces
commandes sont envoy�es au modem (par l'interm�diaire du
circuit 103) (ex. write sur le descripteur de fichier du
p�riph�rique) et interpr�t�es par lui,
lorsque :
L'une des commandes d'initialisation permet la composition d'un
num�ro. Le modem d�croche (eh oui, ce terme barbare veut
dire que suite � la fermeture du relais, le central local envoie une
tonalit� � la fr�quence de 440 Hz :-))
puis compose le num�ro.
Sur l'�quipement distant, le circuit 108 est �galement mont�. Le modem appel� d�tecte l'appel. Le signal d'indication d'appel (circuit 125) est utilis� en interne pour m�moriser l'appel, le modem r�alisant donc lui-m�me la connexion � la ligne. Cette m�morisation est maintenue par DTR (jusqu'� d�connexion).
� ce moment pr�cis, le modem appel� r�pond en validant son modulateur qui �met la porteuse.
Le modem appelant, en �tat de d�crochage et attendant la porteuse, met son �metteur en service. Apr�s n�gociation, le circuit 109 (DCD) est alors valid�. Du c�t� de l'appel�, le circuit 109 est �galement valid�. La prise de contact est termin�e. Les circuits 107 (DSR) des deux modems sont alors mont�s en r�ponse � DTR (asservissement des circuits 107-109).
Du c�t� de l'appel�, il est possible de mettre le modem en mode r�ponse automatique. Il r�pond alors tout seul � l'appel apr�s quelques sonneries. Le registre S0 des modems est g�n�ralement r�serv� � la configuration de ce mode.
Lorsque ce registre contient la valeur 0, (ATS0=0), le modem est en r�ponse manuelle. Sous Linux, c'est assez souvent l'option choisie, et c'est le logiciel (notamment getty) qui g�re l'appel. En effet les gestionnaires, de tty tels que getty pr�f�rent prendre en charge la connexion : ce n'est pas au modem � r�pondre � un appel mais � getty lui m�me. Lorsque le modem re�oit un appel, il �met simplement le message RING (bien s�r, si le mode verbeux est bien configur� : ATE1). Sur ce, getty envoie la commande ATA qui valide le mode r�ponse et la porteuse.
Enfin, � la fermeture du port, les signaux 108/107 repassent � l'�tat 0.
Voici � titre d'information l'organigramme d'un appel :
+---------------------------------------+
| Detection de l'invitation a numeroter |
+---------------------------------------+
|
+--------------------------+
| Numerotation |
+--------------------------+
|
+---------------------------------+
| Emission de la tonalite d'appel |
+---------------------------------+
|
+--------------------------+
+------- NON -----| Detection de tonalite |- OUI
| +--------------------------+ |
| | |
| +--------------+ +--------------------------+
| | Occupe | | Retour d'appel |
| +--------------+ +--------------------------+
| | |
| | +--------------------------+
+------------------------- NON -------| Detection arret tonalite |
| | +--------------------------+
| | |
| | +-------------------------------+
| | +-------- NON ----| Detection tonalite de reponse |
| | | +-------------------------------+
| | | |
| | | +--------------------------+
| | | +-NON--| Prise de contact aboutie |
| | | | +--------------------------+
| | | NO | |
TIMEOUT | BUSY | | ANSWER | TIMEOUT | CONNECT
+--------------------------+ +-------------+ +--------------------------+
| Appel infructueux | | Deconnexion | | Transmission de donnees |
+--------------------------+ +-------------+ +--------------------------+
Plusieurs m�thodes permettent de mettre fin � un appel :
+++ATH ;
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Generated: 2007-01-26 18:01:31