звук интернета через телефон подключения
Разбираем звук Dial-up модема
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. 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.
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.
Древний доисторический акустический модем, на который клалась телефонная трубка, «вживую» такой застать уже не удалось:
В голливудских фильмах тех времен хакеры использовали портативную версию такого модема, где капсюль прижимался к трубке телефона-автомата, впрочем, насколько это правда, ручаться не могу. Теоретически, наверно, вполне могло работать.
Последняя версия модема со скоростью до 56К:
Еще интересный момент — судя по Amazon, модемы US Robotics Courier 56K Business продаются и сейчас, 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.
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.
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.
Разумеется, я не ставил целью разобрать каждый бит в сигнале, выше приведена лишь общая информация. Желающих изучить тему более подробно можно отослать к статье 2012г (на английском) или к описанию стандартов ITU, но для первого знакомства думаю, информации достаточно.
Что за звук издает Dial-Up модем при подключении к Интернету?
На самом деле такой звук был слышен далеко не на всех моделях, скорее был такой опцией, включенной по дефолту. Для ответа на этот вопрос стоит для начала выяснить, как вообще осуществляется такое подключение.
Дело в том, что модемы используют обычные телефонные линии, которые были предназначены для передачи звуков (голосов). Умные чуваки поняли, что при помощи частоты или продолжительности звука можно кодировать каким-либо образом сетевые пакеты (или, скорее, поправьте, просто бинарный код).
То, что вы слышите при подключении это звуки этих самых пакетов, которые дают важную диагностическую информацию. Звуки подключения так и называются: handshake audio, так как при модемном подключении «здороваются» два модема. Приветствие заключается в диагностике вызываемого модема, его идентификации, а также настройке скорости подключения.
Процесс показан в прикрепленной картинке, но продублирую ее словами (глагол в каждом предложении обозначает звук или серию звуков):
Удаленный модем начинает транзакцию по доступному ему протоколу связи. Вызывающий запрашивает переход в состояние передачи информации, выдает свою информацию о протоколах и диагностическую информацию.
Удаленный и вызывающий модемы соглашаются на передачу данных по определенному протоколу.
Удаленный модем передает указание станции об отмене режима погашения эхо (наверняка нужно для более быстрого соединения).
Модемы выясняют, какие режимы модуляции (а соответственно и максимальные скорости), они могут использовать вместе. Посылаются взаимные широкополосные сигналы, которые должны совпасть для настройки на одну частоту.
Последним (и самым страшным по звуку, как по мне) этапом идет точная подстройка частот под конкретные условия телефонной линии.
После этого модем отключает динамик, хотя во время работы команды и сигналы точно так же передаются и звучат.