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Historia y composicion del Modem

Resumen: Breve introduccion a la historia de la computadora. Introduccion a la historia del modem. Tipo Caracteristicas. Desarrollo de una conexion a traves de Modem. Modulacion y estandares. Tipos de modems.

Publicación enviada por Britos Pablo




 


Indice
1. Breve introducción a la historia de la computadora
2. Introducción a la historia del modem
3. Tipo Características
4. Desarrollo De Una Conexión A Través De Modem
5. Modulación y estándares
6. Tipos de modems
7. Conclusión

1. Breve introducción a la historia de la computadora:

Comienzos.
Entre 1934 y 1939, en Alemania, Honrad Suze construyó dos máquinas electromecánicas de cálculo que se acercaban bastante a lo que sería el primer computador. La "Z1" contaba con un teclado y algunas lámparas que indicaban valores binarios. Posteriormente, la "Z2" fue una versión mejorada, que utilizaba relés electromagnéticos. Su amigo, Helmut Schreyer le sugirió emplear válvulas de vacío pero la escasez de éstas y la proximidad de la guerra no le permitieron dar este paso decisivo.
En 1937, Claude Shannon demostró definitivamente que la programación de futuros computadoras era un problema de lógica más que de aritmética. Con ello señalaba la importancia del álgebra de Boole, pero -además- sugirió que podían usarse sistemas de conmutación como en las centrales telefónicas, idea que sería decisiva para la construcción del primer computador, el que siguió justamente este modelo. Con posterioridad y con la colaboración de Warren Weaver, Shannon desarrolló lo que llamó "teoría matemática de la comunicación" -hoy más conocida como "Teoría de la Información"-, estableciendo el concepto de "negentropía" (la información reduce el desorden) y la unidad de medida del "bit" (binary digit), universalmente conocida y aplicada tanto en telecomunicaciones (que es el campo a partir del cual trabajaron Shannon y Weaver) como en informática.
En 1939, en un último paso norteamericano antes de la aparición del primer computador, George Stibitz y S.B. Williams, de los Laboratorios Bell, construyeron una calculadora de secuencia automática, que utilizaba interruptores ordinarios de sistemas de conmutación telefónica. Sería el último invento antes de entrar en una nueva era.

Grandes Computadoras
Los primeros computadoras ocupaban varios metros cúbicos, para una potencia de cálculo equivalente a la de una calculadora de bolsillo de hoy. Por esto hablamos de "mastodontes".
El éxito y la divulgación de la computación se deben en su mayor parte al desarrollo del poder de cálculo ligado a la rápida reducción del tamaño de las máquinas.
En Alemania, Honrad Use presenta con éxito el "Z3", un computador electromagnético programable mediante una cinta perforada. Tenía 2000 relés (electroimanes), un peso de 1000 Kg, una memoria de 64 palabras de 22 bits. A 176 bytes) y un consumo de 4000 wattes. Una adición demoraba 0,7 segundo y una multiplicación o división 3 segundos.
Es sin duda el primer computador digno de este nombre, a pesar de que se señala generalmente el Mark I (1944) o el ENIAC (1947). Fue destruido en un bombardeo en 1944.
En Gran Bretaña cobró fama justificada el matemático Halan Turing. Hijo de un funcionario del Servicio Colonial en la India, nacido en 1912, ingresó a Cambridge y a los 22 años fue nombrado profesor en el King's College. En 1937 concibió ya un proyecto (teórico) de cerebro artificial.
Durante la 2º Guerra Mundial, colaboró con el equipo de criptografía del Ejército británico que intentaba descifrar automáticamente los mensajes secretos de los nazis. Participó en la construcción del "Colossus", computador cuya existencia fue un secreto hasta hace pocos años, el que permitía descifrar en pocos segundos los mensajes cifrados generados por la máquina "Enigma" alemana. Esta máquina, construida por un equipo dirigido por el Dr. Tommy Flowers en 1943, era en realidad un computador "dedicado", es decir con una única función (descifrar). Funcionaba con 2.400 válvulas y 5 paneles de lectura óptica de cintas perforadas, capaz también de imprimir los mensajes descifrados. Después de 1945 trabajó en el Laboratorio Nacional de Física, en una máquina de cálculo automático.
Aunque era su objetivo construir un cerebro artificial se encontró bloqueado por su desconocimiento de la neurofisiología.
En 1947 publicó "Maquinaria inteligente" , sobre el tema de la inteligencia artificial, donde comparaba los ordenadores a los cerebros "por programar" de los bebés. Inventó la prueba de diálogo conocida con su nombre: si no podemos distinguir entre un interlocutor vivo y una máquina, ésta puede ser considerada como "inteligente" ("Prueba de Turing"). También es autor de la demostración matemática de que sería imposible redactar un programa computacional (serie finita de instrucciones) capaz de analizar otro programa y predecir si este -de tener algún sistema de recursión o autocontrol- provocaría o no una repetición infinita de las operaciones previstas. Se suicidó en 1954 sin que estén claros sus motivos.
En 1932, James Bryce -inventor que trabajaba para la IBM- instituyó un programa de investigación destinado a desarrollar la aplicación de las válvulas de vacío (o "tubos electrónicos") en máquinas calculadoras. Howard Aiken, estudiante graduado de física de la Universidad de Harvard se interesó por este proyecto en 1937 y logró la firma de un convenio entre la IBM y la universidad en 1939. Con un grupo de graduados de Harvard inició así ese año el diseño y la construcción del primer computador americano, de tipo electromecánico -es decir basado en relés, o interruptores magnéticos (electroimanes)-: es el MARK I, que entró a funcionar en 1944. Este recibía y entregaba información en cintas perforadas, demorándose un segundo por cada 10 operaciones. Medía 18 metros de longitud y 2,5 metros de alto. (Posteriormente se construyeron dos versiones más: los MARK II y MARK III). Aiken, nacido en 1900, falleció en 1973.
Aunque Harvard y la IBM produjeron el primer computador electro-mecánico, la tecnología era más avanzada en otras universidades. Éstas llenaron rápidamente su atraso superando tecnológicamente la innovación de Aiken.
Así John P. Eckert y John W. Mauchly construyeron en 1947, en la Universidad de Pennsylvania, el ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator), primer computador electrónico, compuesto de 17.468 válvulas o "tubos" (más resistencias, condensadores, etc.), con 30 toneladas de peso.
El calor de las válvulas elevaba la temperatura del local hasta los 50º. Para efectuar diferentes operaciones, debían cambiarse las conexiones (cables) como en las viejas centrales telefónicas, lo cual era un trabajo que podía tomar varios días. Era capaz de calcular con gran velocidad la trayectorias de proyectiles, principal objetivo inicial de su construcción. En 1,5 segundos podía calcular le potencia 5000 de un número de 5 cifras.

Las máquinas con válvulas constituyeron la llamada "primera generación" de computadores.
Otro producto importante de la guerra sería la cibernética. Un equipo interdisciplinario (antropólogos, fisiólogos, matemáticos, psicólogos y un economista), bajo la dirección de Norbert Wiener, se enfrentó al problema de las trayectorias de proyectiles dirigidos hacia objetos en movimientos, como los aviones enemigos. Para acertar, debe predecirse la posición futura del blanco, y corregirse la trayectoria si éste cambia de dirección. El equipo de Wiener se dió cuenta que era un problema semejante al que resuelve el cerebro cuando conduce la mano para recoger un objeto (estático o en movimiento). Así formaron el propósito de crear un aparato que imitaría los procesos de control existentes en el ser humano (y eminentes fisiólogos fueron integrados al grupo). Este equipo -que recuperó el concepto de retroalimentación (feed-back) de Babbage-, al avanzar en sus trabajos echó las bases de la cibernética, disciplina hoy rectora de los procedimientos automáticos. De ella se valen las plantas industriales que utilizan robots (dispositivos activos controlados por computadores) en sus procesos de fabricación.
En 1949 fue publicado el resultado (teórico) de los trabajos del equipo de Wiener bajo el título de "Cybernetics". La naciente cibernética se definió como "teoría de la comunicación y autorregulación en sistemas probabilistas extremadamente complejos".

El modelo de Von Neumann
El matemático de origen húngaro, John Von Neumann, trabajaba en 1947 en el laboratorio atómico de Los Alamos cuando se encontró con uno de los constructores de la ENIAC. Compañero de Einstein, Goedel y Turing en Princeton, Von Neumann se interesó por el problema de la necesidad de "recablear" la máquina para cada nueva tarea.
En 1949 había encontrado y desarrollado la solución a este problema, consistente en poner la información sobre las operaciones a realizar en la misma memoria utilizada para los datos, escribiéndola de la misma forma, es decir en código binario. Su "EDVAC" fue el modelo de las computadoras de este tipo construidas a continuación. Se habla desde entonces de la "arquitectura de Von Neumann"(que estudiaremos en detalle en el capítulo sobre "Arquitectura"), aunque también diseñó otras formas de construcción. El primer computador comercial construido en esta forma fue el UNIVAC 1, el cual fue fabricado en 1951 por la Sperry-Rand Corporation y fue comprado por la Oficina del Censo de Estados Unidos.

Pequeñas computadoras
En 1947, tres científicos - Bardeen, Brattain y Shockley- de los Laboratorios Bell habían inventado un semiconductor de tamaño reducido capaz de realizar funciones de bloqueo o amplificación de señal: nacía el TRANSISTOR. Más pequeños, más baratos y mucho menos calientes que las válvulas de vacío, los transistores desplazaron rápidamente a éstas en todos los aparatos electrónicos, los computadores entre otros. (William Shockley dejó la Bell y fue a instalarse en Palo Alto para formar su propia compañía, que sería el punto de partida del hoy famoso Valle del Silicio "Silicon Valley"). A partir de 1955, se inició la construcción de computadores en que las válvulas fueron reemplazadas por transistores, lo cual permitió achicar decenas de veces el tamaño de las máquinas y aumentar su velocidad de operación, obviando además el problema de refrigeración que planteaban los tubos (muy calientes).
Así nacieron los circuitos integrados, los cuales permitieron una nueva disminución del tamaño y aún más del costo de los aparatos. Con ellos nace también la "tercera generación" de computadoras, cuyo exponente más famoso ha sido el IBM 360.
En 1971, producto del avance en la fabricación de estos circuitos, la compañía Intel lanza el primer microprocesador: un circuito integrado especialmente construido para efectuar las operaciones básicas ya señaladas por Babbage y conforme a la arquitectura definida por Von Neumann, que conocemos como "Unidad Central de Procesos" (CPU). La integración ha avanzado en distintas etapas: integración simple (IC: Integrated Circuits) alta integración (LSI: Large Scale Integration) muy alta integración (VLSI: Very Large Scale Integration) y estamos llegando a una "ultra alta integración". Esta integración creciente permite además acelerar el funcionamiento, logrando superar - desde 1970 - el millón de operaciones por segundo.

2. Introducción a la historia del modem

Desde que comenzaron a popularizarse las computadoras, allá por fines de los años 60 y principios de los 70, surgió la necesidad de comunicarlas a fin de poder compartir datos, o de poder conectar controladores de terminales bobas. En esos días lo más común era que dichas computadoras o controladores estuvieran alejados entre sí. Una de las soluciones más baratas y eficientes era la utilización de la red telefónica, ya que tenia un costo razonable y su grado de cobertura era muy amplio.
Pero la red telefónica no es un medio apto para transmitir señales digitales, ya que fue optimizada para la transmisión de voz. Por ejemplo, a fin de evitar interferencias, se limito el rango de frecuencias que puede transportar a una banda que va de los 300 a los 3000 Hz. Denominada ¨ banda vocal ¨, pues dentro de la misma se encuentra la mayor parte de las frecuencias que componen la voz humana. Por ello, al estar limitada en su máxima frecuencia, las señales binarias son muy distorsionadas.
Para poder transmitir datos binarios por las líneas telefónicas comunes, entonces, es necesario acondicionarlos a las mismas. Con este fin se debió crear un dispositivo que pudiese convertir la señal digital en una señal apta para ser transmitida por la red telefónica, y poder efectuar la operación inversa, es decir, recuperar la señal de la red telefónica y convertirla en la señal digital original.
Dicho acondicionamiento de la información digital consiste en generar alteraciones en una señal de frecuencia fija, llamada portadora. A esta operación se la conoce como modulación, y es muy utilizada en otras aplicaciones, por ejemplo, para transmitir radio. La operación inversa es la demodulación. Al dispositivo que efectuaba ambas operaciones se lo conoció como modulador-demodulador, o módem para abreviar.
La empresa Hayes Microcomputer Products Inc. en 1979 fue la encargada de desarrollar el primer modelo de módem llamado Hayes Smartmodem, este podía marcar números telefónicos sin levantar la bocina, este se convirtió en el estándar y es por esto que la mayoría de fabricantes desarrollaba modems compatibles con este modelo, los primeros modems permitían la comunicación a 300 bps los cuales tuvieron un gran éxito y pronto fueron apareciendo modelos mas veloces.

Estándares Internacionales
La evolución de los modems es asombrosa, Si nos retrotraemos unos 15 años la máxima velocidad de transmisión posible era de 300 bps (bits por segundo: unos 30 caracteres por segundo. Diez años atrás la velocidad se había cuadruplicado a 2.400 bps. Hoy en día es común hablar de modems de 28.800 bps y 33.600 bps: una multiplicación por 100 de los 300 bps iniciales; siempre utilizando las mismas líneas telefónicas. Finalmente han hecho su aparición los módem de 56 Kbps, que explotan las características digitales de las nuevas redes telefónicas.

Modulación de la informacion: el modem.
Como se nombo anteriormente un modem es un dispositivo que convierte las señales digitales del ordenador en señales analógica que pueden transmitirse a través del canal telefónico. Existen distintos sistemas de modular una señal analógica para que transporte información digital. En la siguiente figura se muestran los dos métodos mas sencillos la modulación de amplitud (a) y la modulación de frecuencia (b).
Otros mecanismos como la modulación de fase o los métodos combinados permiten transportar mas información por el mismo canal.
Baudios. Numero de veces de cambio en el voltaje de la señal por segundo en la línea de transmisión. Los modem envían datos como una serie de tonos a través de la linea telefónica. Los tonos se "encienden"(ON) o "apagan"(OFF) para indicar un 1 o un 0 digital. El baudio es el numero de veces que esos tonos se ponen a ON o a OFF. Los modem modernos pueden enviar 4 o mas bits por baudio.
Bits por segundo (BPS). Es el número efectivo de bits/seg que se transmiten en una linea por segundo. Como hemos visto un modem de 600 baudios puede transmitir a 1200, 2400 o, incluso a 9600 BPS.

La Tasa de modulación representa la cantidad de veces que la línea fue señalizada y es expresada en Baudios.
Tasa de Modulación = 1/d
d = duración del elemento básico de la señal
Una tasa de transmisión es dada por el número de bits por segundo que pueden ser transmitidos. Tomándose en cuenta que la línea puede asumir n estados diferentes, se puede transmitir k bits por estado , tal que :
2k = n
k = log2 n
Tasa de Transmisión = k * Tasa de modulación
La señal esta formada por diferentes tonos que viajan hasta el otro extremo de la linea telefónica, donde se vuelven a convertir a datos digitales.
Las leyes físicas establecen un límite para la velocidad de transmisión en un canal ruidoso, con un ancho de banda determinado. Por ejemplo, un canal de banda 3000Hz, y una señal de ruido 30dB (que son parámetros típicos del sistema telefónico), nunca podrá transmitir a mas de 30.000 BPS.
Throughput. Define la cantidad de datos que pueden enviarse a través de un modem en un cierto período de tiempo. Un modem de 9600 baudios puede tener un throughput distinto de 9600 BPS debido al ruido de la linea (que puede ralentizar) o a la compresión de datos (que puede incrementar la velocidad hasta 4 veces el valor de los baudios).
Para mejorar la tasa efectiva de transmisión o throughput se utilizan técnica de compresión de datos y corrección de errores.
Compresión de datos. Describe el proceso de tomar un bloque de datos y reducir su tamaño. Se emplea para eliminar información redundante y para empaquetar caracteres empleados frecuentemente y representarlos con sólo uno o dos bits.
Control de errores. La ineludible presencia de ruido en las líneas de transmisión provoca errores en el intercambio de información que se debe detectar introduciendo información de control. Así mismo puede incluirse información redundante que permita además corregir los errores cuando se presenten.

Estándares de modulación
Dos modems para comunicarse necesitan emplear la misma técnica de modulación. La mayoría de los modem son full-duplex, lo cual significa que pueden transferir datos en ambas direcciones. Hay otros modem que son half-duplex y pueden transmitir en una sola dirección al mismo tiempo. Algunos estándares permiten sólo operaciones asícronas y otros síncronas o asícronas con el mismo modem. Veamos los tipos de modulación mas frecuentes:

3. Tipo Características

Bell 103 Especificación del sistema Bell para un modem de 300 baudios, asíncrono y full-duplex
Bell 201 Especificación del sistema Bell para un modem de 2400 BPS, síncrono, y full-duplex.
Bell 212 Especificación del sistema Bell para un modem de 2400 BPS, asíncrono, y full-duplex.
V.22 bis Modem de 2400 BPS, síncrono/asíncrono y full-duplex
V.29 Modem de 4800/7200/9600 BPS, síncrono y full-duplex
V.32 Modem de 4800/9600 BPS, síncrono/asíncrono y full-duplex
V.32 bis Modem de 4800/7200/9600/7200/12000/14400 BPS, síncrono/asíncrono y full-duplex
Hayes Express Modem de 4800/9600 BPS, síncrono/asíncrono y half-duplex. Sólo compatibles consigo mismo aunque los mas modernos soportan
V.32 USR-HST Modem de USRobotics de 9600/14400 BPS. Sólo compatibles consigo mismo aunque los mas modernos soportan V.32 y
V.32bis Vfast Vfast es una recomendación de la industria de fabricantes de modem. La norma Vfast permite velocidades de transferencia de hasta 28.800 bps
V34 estándar del CCITT para comunicaciones de modem en velocidades de hasta 28.800 bps

Codificación de la información
La información del ordenador se codifica siempre en unos y ceros, que como se ha visto, son los valores elementales que el ordenador es capaz de reconocer. La combinación de 1 y 0 permite componer números enteros y números reales. Los caracteres se representan utilizando una tabla de conversión. La mas común de estas tablas es el código ASCII que utilizan los ordenadores personales. Sin embargo existen otras y por ejemplo los grandes ordenadores de IBM utilizan el código EBCDIC.
La información codificada en binario se transmite entre los ordenadores. En las conexiones por modem los bits se transmiten de uno en uno siguiendo el proceso descrito en el apartado modulación de la información. Pero además de los códigos originales de la información, los equipos de comunicación de datos añaden bits de control que permiten detectar si ha habido algún error en la transmisión. Los errores se deben principalmente a ruido en el canal de transmisión que provoca que algunos bits se malinterpreten. La forma mas común de evitar estos errores es añadir a cada palabra (conjunto de bits) un bit que indica si el número de 1 en la palabra es par o impar. Según sea lo primero o lo segundo se dice que el control de paridad es par o impar. Este simple mecanismo permite detectar la mayor parte de errores que aparecen durante la transmisión de la información.
La información sobre longitud de la palabra (7 0 8 bits) y tipo de paridad (par o impar) es básica en la configuración de los programas de comunicaciones. Otro de los parámetros necesarios son los bits de paro. Los bits de paro indican al equipo que recibe que la transmisión se ha completado. (los bits de paro pueden ser uno o dos).

Estándares De Control De Errores
El problema de ruido puede causar perdidas importantes de información en modem a velocidades altas, existen para ello diversas técnicas para el control de errores. Cuando se detecta un ruido en un modem con control de errores, todo lo que se aprecia es un breve inactividad o pausa en el enlace de la comunicación, mientras que si el modem no tiene control de errores lo que ocurre ante un ruido es la posible aparición en la pantalla de caracteres "basura" o , si se esta transfiriendo un fichero en ese momento, esa parte del fichero tendría que retransmitirse otra vez.
Hay varios tipos de corrección de errores. El más simple y usado en muchas conexiones serie, al igual que en las memorias de las computadoras, es la paridad. Por cada byte se agrega un bit de paridad que puede ser un 0 o 1, dependiendo de la cantidad de unos sea par o impar.
En algunos casos el método de control de errores está ligado a la técnica de modulación:

    • Modem Hayes V-Serie emplea modulación Hayes Express y un esquema de control errores llamado Link Access Procedure-Modem (LAP-M).
    • Modem US Robotics con protocolo HTS emplea una modulación y control de errores propios de US Robotics

Hay otras dos técnicas para control de errores bastante importantes:

    • Microcom Network Protocol(MNP-1,2,3,4,) .
    • Norma V.42 (procedente del CCITT e incluye el protocolo MNP-4)
    • Norma MNP 10. Corrección de errores recomendada para comunicaciones a través de enlaces móviles.

Estándares De Compresión De Datos
La compresión de datos observa bloques repetitivos de datos y los envía al modem remoto en forma de palabras codificadas. Cuando el otro modem recibe el paquete lo decodifica y forma el bloque de datos original. Hay dos técnicas para la compresión muy extendidas:

    • Microcom Network Protocol(MNP-5,7). Este protocolo permite compresiones de dos a uno, es decir podemos enviar el doble de información utilizando la misma velocidad de modulación.
    • Norma V.42 bis (procedente del CCITT). Con esta norma de compresión se consiguen ratios de 4:1.

Estas tasas son las máximas que se pueden conseguir. Las mejores tasas se consiguen con ficheros de tipo texto o gráficos generados por ordenador. Si la información esta ya comprimida con alguna utilidad tipo arj o zip, estos protocolos no pueden ya comprimir mas la información y en estos casos incluso se pierde capacidad.
Si se envía información ya comprimida en el ordenador, el modem ya no podrá comprimirla mas, y en estos casos los protocolos de compresión perjudican el rendimiento del modem.

Conexión Rs232 Entre Pc Y Módem
Los módem se conectan con el ordenador a través de un puerto de comunicaciones del primero. Estos puertos siguen comunmente la norma RS232.
A través del cable RS232 conectado entre el ordenador y modem estos se comunican. Hay varios circuitos independientes en el interfaz RS232. Dos de estos circuitos, el de transmitir datos (TD), y el de recibir datos(RD) forman la conexión de datos entre PC y Modem. Hay otros circuitos en el interfaz que permiten leer y controlar estos circuitos.
Vamos a ver como se utilizan estas señales para conectarse con el modem:

    • DTR (Data Terminal Ready). Esta señal indica al modem que el PC está conectado y listo para comunicar. Si la señal se pone a OFF mientras el modem esta en on-line, el modem termina la sesión y cuelga el teléfono.
    • CD(Carrier Detect).El modem indica al PC que esta on-line, es decir conectado con otro modem.
    • RTS(Request to send).Normalmente en ON. Se pone OFF si el modem no puede aceptar más datos del PC, por estar en esos momentos realizando otra operación.
    • CTS(Clear to send).Normalmente en ON. Se pone OFF cuando el PC no puede aceptar datos del modem.

Control de flujo
El control de flujo es un mecanismo por el cual modem y ordenador gestionan los intercambios de información. Estos
mecanismos permiten detener el flujo cuando uno de los elementos no puede procesar mas información y reanudar el proceso no mas vuelve a estar disponible. Los métodos mas comunes de control de flujo son:
Control de flujo hardware

    • RTS y CTS permiten al PC y al modem parar el flujo de datos que se establece entre ellos de forma temporal. Este sistema es el mas seguro y el que soporta una operación adecuada a altas velocidades.
    • Control de flujo software: XON/XOFF
    • Aquí se utilizan para el control dos caracteres especiales XON y XOFF (en vez de las lineas hardware RTS y CTS) que controlan el flujo. Cuando el PC quiere que el modem pare su envío de datos, envía XOFF. Cuando el PC quiere que el modem le envíe mas datos, envía XON. Los mismos caracteres utiliza el modem para controlar los envíos del pc. este sistema no es adecuado para altas velocidades.

Comandos de control del modem
La mayoría de los modems se controlan y responden a caracteres enviados a través del puerto serie. El lenguaje de comandos para modem mas extendido es de los comandos Hayes que fue inicialmente incorporado a los modems de este fabricante. Existen dos tipos principales de comandos

    • Comandos que ejecutan acciones inmediatas (ATD marcación, ATA contestación o ATH desconexión)
    • Comandos que cambian algún parámetro del modem (por ejemplo ATS7=90)

Modos de operación del modem
El modem tiene dos modos de funcionamiento:
El modem esta en estado de comandos el modem responde a los comandos que envía el ordenador. En este modo es posible configurar el modem o realizar las operaciones de marcado y conexión. Antes de que se puedan enviar un comando al modem este debe estar en el "estado de comandos".
Cuando el modem se conecta con otro modem pasa al modo en linea. En este modo cualquier información que reciba del ordenador será enviada al modem distante. En este modo el modem no procesa la información y simplemente la trasmite a través de la línea de comunicación.
Para salir del modo en linea y pasar de nuevo al modo comandos se envía al modem +++(petición de atención) precedidos por un segundo de inactividad.

Formato De Comandos Hayes
Todos los comandos Hayes empiezan con la secuencia AT. La excepción es el comando A/. Tecleando A/ se repite el último comando introducido. El código AT consigue la atención del modem y determina la velocidad y formato de datos.
Los comandos mas simples:

    • ATH dice al modem que cuelgue el teléfono
    • ATDT dice al modem que marque un número de teléfono determinado empleando la marcación por tonos
    • ATDP lo mismo que ATDT pero la marcación es por pulsos

Los comandos comienzan con las letras AT y siguen con las letras del alfabeto (A..Z). A medida que los modem se hicieron más complicados, surgió la necesidad de incluir mas comandos, son los comandos extendidos y tienen la forma AT&X (por ejemplo), donde el "&" marca la "X" como carácter extendido.

Códigos de resultados
Cuando envía un comando al modem, este responde con un código de resultado: "CONNECT", "OK" o "ERROR".

    • ATV determina el tipo de código de resultado que aparecerá:
    • ATV0 respuesta numérica
    • ATV1 respuesta de palabras
    • ATQ1 inhibe los códigos de resultado, pone el modem en "estado silencioso"
    • ATQ0 habilita los códigos de resultado, desconecta el modo silencioso

4. Desarrollo De Una Conexión A Través De Modem

El proceso de conexión de dos ordenadores utilizando modems se describe en esta sección. En la conexión participan dos ordenadores con sus respectivos modem que se encuentran conectados a la red telefónica.
En el ordenador que origina la conexión, el usuario trabaja sobre un programa de comunicaciones que le permite actuar sobre el modem. Secuencia de acontecimientos cuando un modem llama a otro. La secuencia empieza con el paso 1 y termina con el paso 12.

Pasos que realiza el modem en una conexión hacia otro modem.
1_Selecciona "dial" en el menú del programa o teclea en la línea de comandos.Pone a ON la señal DTR y envía al modem el comando de marcación ATDT 055El modem conecta el altavoz, descuelga la línea, espera el tono de llamada y marca el número de teléfono.
2_Comienza observando los códigos de resultados del modem. Espera una respuesta durante tiempo según configuración del registro S7.
3_La línea de teléfono suena.
4_El modem detecta la llamada, y contesta situando el tono de respuesta en línea.
5_El modem detecta el modo de respuesta y sitúa la portadora de comienzo en línea.
6_Los modems se ponen de acuerdo en la modulación y velocidad a utilizar. Los modems se ponen de acuerdo en la modulación y velocidad a utilizar.
7_Los modems determinan la técnica de compresión y control de errores a utilizar Los modems determinan la técnica de compresión y control de errores a utilizar
8_Envía el código de rtdo. "connet" al PC, apaga el altavoz, y pone a ON la señal CD.
9_Detecta el código de rtdo. y/o la señal CD; informa al usuario que la conexión está establecida.
10_Comienza la comunicación con el host.Gestiona la sesión de comunicaciones; vigila la pérdida de portadora monitorizando la señal CD.Envía y recibe datos.Envía y recibe datos.
11_Completa la sesión de comunicaciones y selecciona el comando "disconnect". Pone a OFF la señal DTR, o envía +++ seguidos por ATH.
12_Cuelga el teléfono.Detecta la pérdida de portadora y cuelga.

Los modos de comunicación más usados son:
8N1: Byte de datos de 8 bits, sin paridad, 1 bit de start y 1 de stop.
7E1: Byte de datos de 7 bits, paridad par, 1 bit de start y 1 de stop.
El único inconveniente de utilizar la segunda opción es que no se pueden utilizar caracteres ASCII mayores a 127, que el bit mas alto se utiliza para la paridad.
Otra forma de corrección de errores son los protocolos de corrección. Los más utilizados son el MNP4 y el V42. Estos son protocolos que intercalan CRC de los datos en la transmisión, reenviando la información si el CRC calculado no coincide.

Protocolos
Para intercambiar archivos entre dos computadoras, se deberá utilizar en ambas un protocolo de transmisión. Existen muchos aunque, el mas usado actualmente es el ZMODEM.
El protocolo de la maquina que envía los archivos, envía la información del nombre, tamaño, etc. La información la manda en bloques, que contienen, además, un CRC de 32 bits de bloque, si no coincide, este se reenvía.

5. Modulación y estándares

El módem modula una señal sinusoidal de frecuencia fija, llamada portadora a fin de poder transmitir los datos digitales. Toda señal sinusoidal puede ser modulada a través de alteraciones en su frecuencia, fase o amplitud, o combinaciones de las mismas.
Como dijimos anteriormente, la red telefónica limita el rango de frecuencias permitidas para la transmisión a aquellas comprendidas por la banda vocal. Una de las primeras soluciones al problema fue la asignación de una frecuencia portadora de transmisión y otra de recepción. Dichas portadoras eran moduladas en frecuencia por la señal digital. Esto quiere decir que al transmitir un 1 se emitía una frecuencia y al transmitir un 0 otra. A esta técnica se la conoció como FSK (frecuency-shift Keying, codificación por cambio de frecuencia). Esta técnica se estandarizó bajo las normas v.21 de la CCITT y Belll03 de AT&T, las cuales transportaban 300 bits por segundo. Otra norma similar a la V.21 es la V.23. Una característica distintiva de esta norma es que es asimétrica, es decir, las velocidades de transmisión y recepción son distintas (1.200 y 75 bps respectivamente). Esto se hizo pensando en ampliaciones de terminales remotas donde la velocidad de tipeo en la terminal es mucho menor que la necesaria para llenar de datos una pantalla. Las terminales de videotexto francés, Minitel, utilizan esta norma.
El problema de FSK era que, al ser muy baja la frecuencia superior de la banda vocal, las velocidades que se obtenían eran escasas, no más de 300 bps. La solución, elevar la frecuencia de las portadoras, no era posible por las limitaciones de la red telefónica. En su reemplazo surgió otra tecnología: PSK (phase-shift Keying, codificación por cambio de fase). Esta técnica se basa en la transmisión de información a través de cambios en la fase de una señal portadora.
Otra técnica es la DPSK (diferencial PSK o PSK diferencial). En los modems modernos el DSP es el encargado de sintetizar tanto la señal transmitida como sus cambios de fase. También se encarga de la demodulación. El DSPK es utilizado por las normas V.22 (CCITT) y Bell212 (AT&T). En estas normas, las portadoras de transmisión y recepción se modulan a 600 cambios por segundo con 4 valores posibles, (2 bits), de donde se obtiene una velocidad de transmisión de 1.200 bps.
Si además de la fase, también variamos la amplitud de la señal, podremos obtener mas posibilidades de codificación (es decir mas bits por evento). Esta técnica se conoció como QAM (modulación por amplitud y cuadratura) y se utilizo en la norma V.22bis del CCITT. V22 bis especificaba 16 puntos, por lo que por cada evento podíamos transmitir 4 bits. Si las portadoras se modulaban a 600 cambios por segundo se obtenían 2.400 bps.
El problema ahora residía en que con frecuencias portadoras utilizadas, no se podían superar los 600 cambios por segundo. Para ello era necesario elevar la frecuencia de dichas portadoras, con el consiguiente problema de que se iban a ubicar en frecuencias muy próximas.
El CCITT resolvió el problema en la norma V.32 unificando las dos portadoras en una sola y elevando lo más posible su frecuencia. El problema ahora era que al tener una sola portadora y transmisión simultanea (también llamada full duplex), ambos modems la iban a modular al mismo tiempo, volviéndola inutilizable. Para resolver este problema se incorporo el mecanismo de cancelación de eco, es decir un módem suprime de la señal recibida la señal del otro módem. Este ultimo aspecto, dada la complejidad de las funciones a aplicar sobre las señales, fue el que genero la adopción de los DSP como única alternativa viable para modems de alta velocidad. Para V.32 entonces, se definió una constelación de 32 puntos (5 bits). Para una comunicación más confiable, se codificaron los bits de forma tal que de los cinco solo cuarto son de datos, Si la portadora se modula a 2.400 cambios, se obtiene un total de 9.600 bps.
Posteriores refinamientos a la norma dieron como resultado las normas V.32bis que utiliza QAM y codificación Trellis (TCQAM) para obtener seis bits de datos, dando una velocidad de transmisión de 14.400 bps. Existe un estándar de mercado no ratificado por el CCITT llamado V.32terbo, dando una velocidad de 19.200 bps, pero no tuvo mucho impacto.
Finalmente, hace dos años, el ITU-T (nueva denominación del CCITT, Unión Internacional de Telecomunicaciones) estandarizo la norma V.34, que permite la transmisión de 28.800 y 33.600 bps. Esta norma ha desplazado la V.32bis volviéndose la más popular de la actualidad.
En la tabla siguiente se resumen las distintas normas de modems del CCITT/ITU-T, agregando para su referencia las que comprenden a los fax. Como se observa en esta tabla, existen varias normas y velocidades de conexión, Los modems más modernos suelen ser compatibles con la gran mayoría de ella, aun las de fax.
A las normas de modulación se agregar normas de compresión de datos y de corrección de errores. La compresión de datos
nos permite transferir aun más información para una misma velocidad de transmisión y la corrección de errores nos brinda una transferencia de datos libre de error. Las primeras normas de este estilo fueron diseñadas por la firma Microcom y se las conoce como normas MNP (Protocolo Microcom de Redes). Sobre las normas MNP4 (corrección de errores) y MNP5 (compresión de datos) la CCITT elaboro las normas V.42, que define el protocolo de transmisión LAPM (Procedimiento de Acceso al Vinculo para Modems) para corrección de errores; y V.42bis para compresión de datos.

 

Norma Modulación Bit Rate(bps) Baud Rate Fax/Módem
V.17

V.21

V.22

V.22bis

V.23

V.26

V.26bis

V.26terbo

V.27

V.27bis

V.27terbo

V.29

V.32

V.32bis

V.32terbo

V.34

QAM

FSK

DPSK

QAM

FSK

PSK(full duplex)

PSK(half duplex)

PSK(full duplex)

PSK

PSK

PSK

PSK/QAM

QAM

TCQAM

TCQAM

TCQAM

7200-14400

300

1200

2400

1200/75

2400

2400

2400/1200

4800

4800/2400

4800/2400

96000/7200/4800

9600/4800

4800-14400

14400-19200

28800/33600h

7400

300

600

600

2100/1300

450/390

1200

1200

1200

1600

1600/1200

1600/1200

2400

2400

2400

2400

2400

FAX

MODEM

MODEM

MODEM

 

MODEM

MODEM

MODEM

MODEM

MODEM

FAX

FAX

MODEM

MODEM

MODEM

MODEM

 Modems de 56K
 

Cuando los expertos pensaban que con los 33.6Kbps se había alcanzado el techo de velocidad de los módems que operaban sobre las líneas telefónicas convencionales, USRobotics, compañía que en la actualidad pertenece a 3Com, presentó en enero de 1997 una tecnología capaz de recibir información a 56Kbps. Dicha tecnología, denominada X2, encontraría poco después un rival en la K56Flex, fruto del esfuerzo conjunto de Lucent y Rockwell.
La tecnología x2 fue desarrollada por US Robotics y permite realizar transferencias casi al doble de la velocidad de los estándares v34. Por su parte, K56Flex es el protocolo desarrollado en conjunto por Lucent Technologies y Rockwell para cerrar la brecha entre las actuales transmisiones análogas y la comunicación digital o la Red Digital de Servicios Integrados o Integrated Service Digital Network (ISDN). Ambas tecnologías permiten que archivos de sonido, video, gráficos y páginas web bajen rápidamente de Internet. Sin embargo, para disfrutar completamente los rendimientos en 56K es necesario que el ISP soporte tecnología x2 (para módems US Robotics) o K56Flex (para módems Hayes, Diamond, Zoom, etcétera).
Ambos grupos comenzaron la comercialización de sus respectivos módems 56K sin esperar al establecimiento de un sistema común, lo que provocó indecisión en el mercado, que ni siquiera se animó ante la promesa de una actualización de los módems cuando el estándar apareciera.
El pasado 6 de febrero, la Unión Internacional de las Telecomunicaciones(ITU) acordó que las especificaciones técnicas del estándar entraran en vigor inmediatamente y dejó pendiente la aprobación oficial de la norma V.90 para el próximo septiembre. El hecho de que estas especificaciones sean "firmes" permitirá a las compañías empezar la comercialización de módems con una norma 56K común en el primer trimestre de este año, sin esperar a que la ITU ratifique en septiembre la norma V.90.

Los modems de 56 Kbps poseen varias características que los diferencian de sus predecesores.
En primer lugar, la velocidad de 56Kbps es lograda únicamente si uno de los modems se encuentra conectado a la red de telefonía digital (ISDN). Esto es así, ya que los modems de 56 Kbps no modulan una portadora sino que envían la información como niveles de tensión en la línea.
En segundo lugar, la norma es asimétrica, pero a diferencia de otras normas asimétricas anteriores como la V.23, donde el rol del que transmitía más rápido era negociable, en los modems de 56Kbps, este rol es fijo y lo cumple el módem conectado a la red digital. El otro envía datos a 33.6 Kbps según la norma V.34. De hecho, si dos modems de 56 Kbps se comunican entre si sobre líneas telefónicas comunes, trabajaran como modems V.34.

6. Tipos de modems

Los modems pueden ser de dos tipos: Internos o Externos, Cable modems.
Módem Externos
Ventajas:

  • No ocupan slots del gabinete.
  • Tienen luces que indican el funcionamiento del módem.
  • Son más fáciles de instalar y configurar.
  • Se pueden utilizar en cualquier computadora.
  • Se pueden transportar con facilidad.

Desventajas:

  • Se encuentran mas expuestos a que se estropeen.
  • Son mas caros.
  • Necesitan de la UART de la PC( ver abajo).

La UART es un chip del puerto de comunicaciones de la computadora. Los modems externos utilizan la UART instalada en el controlador de puertos de la PC, mientras que los modems internos usan la propia. Las UART modernas poseen un buffer, que almacena los datos temporalmente hasta que la PC los lea. Como muchos controladores tienen UART viejas (sin buffer), al utilizarla con modems de altas velocidades es factible que se pierdan datos en las transferencias de información.

Leds de control
Los más comunes son:
MR -Indica que el módem se encuentra listo
TR -Indica que el módem esta conectado a la computadora
CD -Indica que el módem esta conectado con otro módem
OH -Indica descolgado
TX -Transmisión de datos
RX -Recepción de datos

Módem Internos
Ventajas:

  • No ocupan lugar fuera del gabinete de la computadora.
  • Tienen UART propia (ver abajo).
  • Son más baratos.

Desventajas:

  • Solo se puede utilizar en esa computadora.
  • No se pueden transportar para utilizar en otra computadora.
  • No tiene leds de control.

Componentes
1- Entrada/Salida línea telefónica
2- Conversor A/D, D/A.
3- Procesador.
4- PCI Bus.

Distintos tipos de Modems:

Cable módem
Definición:
Un "Cable Módem" es un dispositivo que permite tener acceso a datos a muy alta velocidad vía una red de Video Cable (CATV). Un Cable Módem típicamente tiene dos conexiones, una al cable coaxil de la empresa prestadora del servicio de Video Cable y la otra a la computadora (PC).

Velocidades:
Las velocidades de un módem de cable pueden variar bastante. En la dirección hacia el abonado (desde la red hacia la computadora), la velocidad puede ser aproximadamente de ~36 Mbps. Pocas computadoras podrían ser capaces de conectarse a tales velocidades, un número más realista sería entre 3 y 10 Mbps. En la dirección contraria, es decir (de la computadora hacia la red), las velocidades pueden ser hasta 10 Mbps. Sin embargo la mayoría de los módem funcionarían en una velocidad más que optima entre 200 Kbps y 2 Mbps.
Tengamos en cuenta que este modelo va a ser siempre asimétrico, es decir la información en sentido desde la red hasta la computadora siempre va a ser mayor. Actividades como navegar en WWW o lecturas en Newsgroup en donde se baja mucha información hacia la PC, necesita un mayor ancho de banda, en cambio en la dirección contraria, solo suben clicks del mouse (URL request) o mensajes de e-mail, los cuales no necesitan un gran ancho de banda.

Funcionamiento
El echo que la palabra "módem" es usada para describir este dispositivo, es un poco engañoso, en el sentido que nos recuerda la imagen de un típico módem de teléfono. Es verdad, es un módem en el verdadero sentido de la palabra Modula y DEModula señales. Pero la semejanza final existe porque el módem de cable está prácticamente en un orden de magnitud más complicado que su par, el módem telefónico.
Los módem de cable pueden ser parte módem, parte sintonizador, parte dispositivo encriptor/desencriptor, parte bridge, parte router, parte tarjeta NIC, parte agente SNMP, y parte ethernet hub.
Típicamente un cable de módem envía y recibe datos en dos diferentes modos. En la dirección hacia el abonado la señal digital es modulada en un típico ancho de banda de algún canal de televisión de 6 Mhz, este canal podría estar entre 42 Mhz y 750 Mhz. Existen varios esquemas de modulación, pero los dos más populares son QPSK (hasta ~10 Mbps) y QAM64 (hasta ~36 Mbps). El canal de retorno del abonado es más delicado. Normalmente, en una red de cable, el camino de retorno del abonado conocido como canal de "reversa", es transmitido entre 5 y 40 Mhz. Esta frecuencia tiende a ser muy ruidosa, porque existen muchas interferencias de radios AM o CB y además interferencias de ruidos de los artefactos hogareños. Sumemos además la interferencia introducida en el propio hogar, la perdida en los conectores, o el cable en mal estado. Como las redes de cable están realizadas en forma de árbol y subredes en forma de ramas, todo este ruido se va sumando a través de su viaje en el canal de retorno, combinándose e incrementándose. Por esta causa, muchos fabricantes estarían usando QPSK o similares esquemas de modulación en el canal de retorno, porque QPSK es un esquema más robusto que otras técnicas de modulación en un ambiente de ruido. La desventaja es que QPSK es más lento que QAM.

Conexión:
Hay varios métodos para la conexión a una computadora, pero el método que parece emerger como el mejor es el Ethernet 10BaseT. Si bien esto es probablemente más barato de producir que el módem de cable como una tarjeta interna para la computadora, ésta podría requerir diferentes tarjetas o circuitos para diferentes tipos de computadoras.

Servicios:
El servicio más popular, podría ser indudablemente el acceso a Internet a alta velocidad. Esto posibilitaría disponer de los servicios de Internet a velocidades de 100 o 1000 veces más rápido que un módem telefónico.
Otros servicios pueden incluir acceso a canales de audio y video servers, información local y servicios locales, acceder a servers de CD-ROM, e incluso tener acceso a las transacciones comerciales a nivel local o larga distancia, y a una gran variedad de otros servicios. Nuevos servicios e ideas nacen día a día.

Fabricantes:
Hay muchas empresas que están produciendo o tienen anunciado desarrollar módem de cable. Podríamos mencionar 3COM, AT&T, COM21, General Insturment, HP, Hughes, Hybrid, IBM, Intel, LANCity, MicroUnity, Motorola, Nortel, Panasonic, Scientific Atlanta, Terrayon, Toshiba, y Zenith.

7. Conclusión

En mi opinión, el módem sirvió para dar comienzo a la gran revolución de las comunicaciones digitales en el mundo, posibilitando transferir grandes cantidades de información en cortos períodos de tiempo. También permitió la rápida interconexión de computadoras en lugares remotos de la tierra, utilizando la red de telefonía que ya estaba instalando y estaba en plena expansión. Su explosión en el mercado se debió en gran parte a esto mismo, las instalaciones telefónicas ya estaban realizadas, solo era necesario conectar una placa que transformara las señales digitales de la computadora en análogas y viceversa. Esta nueva tecnología obligó a las empresas telefónicas a ir mejorando día a día la calidad de sus líneas, para permitir este tipo de comunicación, que necesitaba de una gran calidad de transmisión y una adecuada relación entre la señal y el ruido.
En el día de hoy, pese a que el modem sigue siendo lo mas utilizado para las comunicaciones hogareñas y empresas y esta dando paso a nuevas tecnologías mucho mas veloces y confiables como ser el cablemódem o el Adsl. En mi opinión la vida del modem ya se esta acabando, las nuevas exigencias de comunicaciones del dia de hoy y mas las del futuro, necesitaran transferir grandes cantidades de datos en tiempos muy cortos, la información que se transmite hoy en día es cada vez de mayor tamaño. La revolución de las redes de comunicaciones globales también fueron obligadas a perfeccionarse debido la gran expansión de la red Internet, la cual tiene gran contenido multimedia, como videos, sonidos y gráficos.
Los anchos de banda en las nuevas tecnologías han crecido entre 10, 100 y mas veces y las futuras aun lo harán mucho mas. Por ejemplo el Adsl esta preparado para poder transferir hasta 10 Mbytes/sec de datos. Y los costos de estas tecnologías irán descendiendo de a poco hasta alcanzar a todos los hogares del planeta donde se encuentre una computadora.
Y siempre recordaremos nuestros comienzos, como en mi caso puedo recordar que utilizaba un modem Hayes de 2400 baudios para entrar en las BBS, comunicarme con otras personas de otras partes del mundo e intercambiar información y porque no, un poco conocimientos y hasta cultura.

 

Autor:
Britos Pablo
pbritos@yahoo.com



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