Modem là gì

Các dữ liệu trong máy tính là các tín hiệu số (digital) trong khi các tín hiệu trên đường truyền dial-up là tín hiệu dạng analog. Do đó, phải sử dụng một thiết bị để chuyển đổi qua lại các dạng tín hiệu. Thiết bị đó chính là modem.

Modem là từ viết tắt của “modulator-demodulator” là thiết bị mã hoá và giải mã các xung điện, có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu analog sang digital và ngược lại.

Như trong hình 1 tín hiệu số từ máy tính sẽ qua modem, chuyển thành tín hiệu analog và đi đến các bộ phận chuyển mạch của Bưu điện, tín hiệu giữa các tổng đài là các tín hiệu digital nhận được từ các biến điệu PCM của các tín hiệu analog. Ở đầu bên nhận, tín hiệu được chuyển đổi theo chiều ngược lại PCM -> analog -> digital để đi vào máy tính nhận.

RS-232 là chuẩn giao tiếp giữa modem và thiết bị cuối (PC). Phần tài liệu này không đề cập chi tiết đến các đặc tính của chuẩn này mà sẽ trình bày sơ lược về vai trò của một số chân cắm và tín hiệu điều khiển liên quan đến modem ở phần sau.

Trong hệ thống mạng dial-up, modem đóng vai trò là DCE (Data Communication Equipment), DTE (Data Terminal Equipment) là các máy tính của người dùng ở xa hay các router…

Hình 2 cho thấy mô hình giao tiếp DTE-DCE trong kết nối dial-up .

Phân loại modem

Có nhiều cách phân loại modem trong đó cách phân loại về cách biến điệu dữ liệu và tốc độ modem là thường dùng nhất. Các chuẩn biến điệu sẽ quyết định tốc độ truyền của modem.

Có hai hệ thống tiêu chuẩn về cách biến điệu của modem. Hệ thống tiêu chuẩn đầu tiên là của ITU-T, tổ chức tiêu chuẩn quốc tế. Còn hệ thống tiêu chuẩn thứ hai được phát triển bởi các nhà sản xuất modem. Hiện nay các tiêu chuẩn này dần dần trở thành đồng nhất với nhau và chuẩn mới nhất là chuẩn V90 với tốc độ truyền tối đa (không nén) lên tới 56Kbps.

Các chuẩn của modem
Chuẩn ITU	Các chuẩn khác
V.22: 1200 Bps	V.32 terbo: 19.2 Kbps
V.22 bis: 2400 Bps	V.fast: 28.8 Kbps
V.32: 9600 Bps	V.FC: 28.8 Kbps
V.32 bis: 14.4 Kbps	K56Flex: 56 Kbps
V.34: 28.8 Kbps	X2: 56 Kbps
V.34 annex 1201H: 33.6Kbps
V.90: 56 Kbps

Dữ liệu từ DTE dến modem sẽ được modem nén lại và gửi lên đường truyền. Tốc độ dữ liệu đến và tốc độ trên đường truyền là khác nhau tùy vào mức độ nén dữ liệu của modem. Tỉ lệ nén hiện nay có thể đạt tới 4:1 với chuẩn nén V42 bis.

Ví dụ trong hình 4 cho thấy tốc độ khi dữ liệu truyền từ DTE dến modem là 115.2kbps, qua modem với độ nén 4:1 mặc dù dữ liệu truyền trên đường truyền với tốc độ 28.8kbps.

Hình sau cho thấy những tốc độ đường truyền trên lý thuyết theo chuẩn của modem và tốc độ trên đường truyền sau khi qua modem với độ nén 4:1

Các chuẩn biến điệu và tốc độ kết nối tối đa của modem.

UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter(UART)

Như phần trên ta tháy với chuẩn V90 và chuẩn nén V42 bis, kết nối DTE-modemcó thể đạt được tốc độ tối đa 224000bps. Tuy nhiên trong máy tính (DTE) ta chỉ thấy tốc độ tối đa là 115200bps. Tốc độ truyền được giới hạn bởi loại UART điều khiển truyền thông qua RS-232 của PC. UART là một thành phần của PC có trách nhiệm tổ chức, sắp xếp các hoạt động thông tin được truyền bất đồng bộ trên serial port. Do đó sẽ quản lý tốc độ truyền trên modem external (vì modem external kết nối với máy tính qua serial port). Các modem internal có một UART riêng trong modem.

Hình 5 cho thấy vị trí của một UART :

UARTs được điều khiển bởi nhịp đồng hồ với tốc độ 1.84 MHz và có tốc độ truyền dữ liệu cao nhất là 115 Kbps. UARTs có một buffer để tạm thời lưu những dữ liệu đến. Buffer này khác nhau ở các loại modem khác nhau, nhưng thông thường buffer này có kích thước nhỏ.

Các loại UART:	16C450
	16450
	16550 có 16-byte buffer
	16550af
	16750 sử dụng 64-byte transmit buffer và 56-byte receive buffer

Hoạt động của modem

Hình 6 mô tả hoạt động của modem :

Dữ liệu cần gửi từ DTE đi đến modem qua đường TxD.
Nếu modem buffer gần tràn, modem sẽ điều khiển luồng dữ liệu bằng cách đặt tín hiệu CTS (clear to send) xuống thấp, DTE khi đó sẽ không sử dụng được đường TxD.
Dữ liệu được nén bằng thuật toán phù hợp (MNP 5 hay V.42bis)
Dữ liệu sau đó được phân mảnh, thực hiện việc windowing, check sum, error control.
Dữ liệu số được chuyển sang tín hiệu analog và gửi ra mạng điện thoại.

Khi dữ liệu tới đầu nhận, các bước trên được thực hiện với chiều ngược lại. Trong đó hai tín hiệu RTS (request to send) và RxD được sử dụng thay cho CTS và TxD.

Cách kết nối Router Cisco và modem

Bảng sau cho biết các đầu cắm và các cable cần thiết để kết nối modem và cisco router:

Các loại cáp nối router và modem.
Router port	Đầu nối	Loại cáp
DB-25DTE	Male DB-25 AUX trênCisco 4000, 7000,7200, and 7500.	Straight-through DB-25F -- DB25M RS-232cable.
DB-25DCE	Female DB-25 console port trên Cisco 4000 và7000 series.	Null-modem DB-25M -- DB25M RS232 cable. rolled RJ-45--RJ-45 và CAB-25AS-MMOD adapter.
DB-60	Sync/async interfaces. Cisco 1005, 1600 và2500; network module trên Cisco 2600, 3600,and 4000.	Cisco-specific cable: CAB-232MT(=).
RJ-45	AUX hay CON on theCisco 2500, 2600,3600, AS5200 vàAS5300.	Rolled RJ-45--RJ-45 cable và adapter có ghi"MODEM" (part number CAB-25AS-MMOD).
68-pin	Cisco 2509-2512; network module trên Cisco 2600 và 3600.	CAB-OCTAL-ASYNC(=) (có đánh dấu"MODEM") và CAB-OCTAL-MODEM(=).
"SmartSerial"	WAN interface card(WIC) trên 1720 và2600s.	CAB-SS-232MT(=).

Đầu cắm vào modem theo chuẩn EIA/TIA RS-232 gồm 25 chân cắm (pin), nhưng chỉ có 8 chân là tham gia vào quá trình kết nối DCE-DTE. 8 chân này phân ra làm 3 nhóm :

Data transfer group
Hardware flow control group
Modem control group

Bảng sau giải thích chi tiết các tín hiệu của 8 pin tham gia vào quá trình nối kết DTE:

Các chân tín hiệu của modem.
Tín hiệu	Mô tả
TxD	Transmit Data. DTE chuyển dữ liệu đến DCE.
RxD	Receive Data. The DTE nhận dữ liệu từ DCE.
GRD	Ground (pin 7). Cung cấp mức điện thế chuẩn.
RTS	Request To Send. DTE có buffer sằn sàng để chứa những dữ liệu đến từ DCE. Tín hiệu này dùng cho máy tính hoặc router báo cho modem trước khi dữ liệu được gửi.
CTS	Clear To Send. DCE có buffer sằn sàng để lấy dữ liệu từ DTE. Tín hiệu này do modem báo cho máy tính khi modem gửi dữ liệu.
DTR	Data terminal ready. Tìn hiệu này điều khiển điều khiển bởi DTE. DTE báo choDCE là thiết bị (máy tính hoặc router) đã connect và sẵn sàng để nhận data.
CD	Carrier Detect. Tín hiệu này được điều khiển bởi DCE, chỉ ra rằng đã thiết lập tín hiệu sóng mang với DCE ở xa (DCE-to-DCE connection).
DSR	Data Set Ready (pin 6). DCE sằn sàng để sử dụng. Pin này không được dùng trong kết nối modem. DSR hoạt động ngay khi modem được bật lên.

Cấu hình modem

Trong mỗi loại modem bao gồm sẵn một tập lệnh để cấu hình và điều khiển modem. Các lệnh này thường được gọi là các lệnh AT và có thể khác nhau đối với từng loại modem. Tuy nhiên một số lệnh được trình bày ở bảng sau là các lệnh chuẩn, có thể sử dụng cho bất kỳ loại modem nào:

Các lệnh AT thông dụng.
Lệnh AT	Mô tả
AT$	HELP, Command Quick Reference (CTRL-S to Stop, CTRL-C to Cancel)<output omitted>
AT&$	HELP, Ampersand Commands (CTRL-S to Stop, HELP, AmpersandCommands (CTRL-S to Stop, CTRL-C to Cancel) <output omitted>
ATS$	HELP, S Register Functions (CTRL-S to Stop, HELP, S RegisterFunctions (CTRL-S to Stop, CTRL-C to Cancel) <output omitted>
AT&F1	Cấu hình Hardware Flow Control
ATS0=1	Auto-Answer on first ring
AT&C1	Modem Controls CD
AT&D2	DTE Controls DTR
AT&H1	CTS
AT&R2	RX to DTE/RTS high
AT&M4	ARQ/Normal Mode
AT&B1	Fixed DTE Speed
AT&K1	Tự động nén dữ liệu
AT&W0	Lưu cấu hình vào Template 0
ATI4	Trình bày cấu hình của modem đã thiết lập

Ta có thể sử dụng trực tiếp các lệnh này trong Hyper Terminal để cấu hình modem (Ví dụ như định chế độ auto answer, định số stop bit… Tuy nhiên khi cấu hình Cicso router, ta có thể sử dụng 02 cách sau:

Cấu hình bằng tay (manual configuration) : thiết lập các thông số của modem bằng cách gõ vào từng lệnh. Các lệnh này sẽ được đề cập trong phần cấu hình line.
Cấu hình tự động (automatic configuration) : cho modem tự động kiểm tra loại modem và gán các thông số thích hợp. Lệnh này sẽ được đề cập trong phần cấu hình line.