Звук подключения интернета

Разбираем звук Dial-up модема / Хабр

Привет, Хабр.

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.

Пара фоток под спойлером

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.

2. Соединение

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.

4. Проверка линии

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.

P.S.: Под спойлером звук модема с раскладкой по времени:

Почему звук dial-up модема именно такой?

Опубликовано 15.03.2015 пользователем Eric Cartman

     Если вы когда-нибудь подключались к интернету через dial-up модем, вы, вероятно обращали внимание на своеобразный звук при подключении. Он возвращает нас в конец 1990-х — начало 2000-х, заставляя с ностальгией вспоминать времена медленного интернета и вечно занятого телефона. Несмотря на то, что этот звук знаком каждому, для большинства людей остается загадкой происхождение этих тонов. [Oona Räisänen] — инженер-электронщик, блогер и, как она себя называет - signals hacker, составила наглядную частотно-временную диаграмму звука подключения dial-up модема. Девушка подписала и дала описание каждому из участков этой диаграммы.

Те, кто забыл этот удивительный звук, может послушать его в блог-посте [Oona Räisänen]: The sound of the dialup, pictured.

     Как многие уже знают то, что мы слышим при подключении через dial-up модем часто называется рукопожатием (handshake) — процедура начала общения между двумя модемами. Модемы пытаются найти общий язык и определить недостатки телефонного канала, изначально предназначенного для передачи человеческой речи.

     Первый звук, который мы слышим — это гудок, такой же гудок можно услышать подняв трубку стационарного телефона. Теперь модем знает, что он подключен к телефонной сети и можно набирать номер. Номер может передаваться с помощью тонового или импульсного набора. В данном примере используется двухтональный многочастотный аналоговый сигнал (DTMF), т. е. тоновый набор. При наборе номера в стационарном телефоне мы слышим те же звуки. Удаленный модем отвечает отдельным тоном, который наш модем может распознать. Затем они обмениваются короткими пакетами двоичных данных для определения приемлемого типа протокола. Это называется V.8bis транзакцией.

     Теперь модемы должны решить проблему подавления эхо-сигнала. Во время обычного телефонного разговора, как правило, один из собеседников говорит, в то время как другой слушает. Телефонная сеть использует этот факт и временно приглушает обратный канал для подавления каких-либо эхо шумов от голоса говорящего. Однако модемам это свойство не нужно, так как они совершенно нормально могут обмениваться информацией одновременно в режиме полного дуплекса. Удаленный модем отвечает специальным тоном, который отключит цепи подавления эхо в линии. Этот тон имеет периодические фазовые сдвиги (на 180°).

     Далее модемы обмениваются списками поддерживаемых модуляций и пытаются выбрать известную для обоих. Также модемы посылают в сеть тестовые сигналы на разных частотах и пытаются определить насколько сильно подавляется сигнал. Они обмениваются полученными результатами и исходя из них выбирают подходящую скорость.

     После этого модемы переходят к скремблированию данных. Они применяют к данным специальную скремблирующую формулу перед передачей, чтобы сделать распределение мощности более ровным. Затем они обмениваются двоичными данными и настраивают свои эквалайзеры для получения оптимальной формы входного сигнала. Вскоре после этого динамик нашего модема затихает и данные начинают передаваться по сети.

     Но для чего нам все это слышать? Телефонные сети разрабатывались для передачи голоса. И только с появлением модема были приспособлены для передачи данных. Первые модемы даже использовали телефонную трубку, как это делают люди, разговаривая в микрофон, пока не были разработаны модемы, которые могли напрямую подключатся к телефонной линии. Новые модемы все же по-умолчанию остались с громкоговорителем. И если стационарный телефон поднимался еще кем-то для разговора, то этот факт можно было услышать и успеть забрать телефонную трубку.

&nbsp&nbspТелекоммуникации

&nbsp&nbspмодем, dial-up

Как экономить на каждой покупке.

RTL-SDR.

Медиацентр Kodi из Raspberry Pi 2.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.

Звук модема удаленного доступа | Что это был за звук Dial-Up Internet?

.

Задолго до vwip ! из iMessage и причудливые ритмы стартовой песни Skype, цифровое общение имело странный саундтрек. Модемы с коммутируемым доступом, которые подключались к серверам и другим компьютерам через телефонные сети общего пользования, дополняли безмолвный просмотр своей неподражаемой песней.

Но то, что интернет-пользователям казалось шумным побочным эффектом мистического механического процесса «выхода в сеть», на самом деле был процессом. Известный техническим специалистам как «рукопожатие», звук был средством согласования условий между удаленными машинами, после чего они могли успешно обмениваться данными во время просмотра — также со звуком, хотя практически не поддающимся обработке человеческим ухом.

Несколько ошибок загадочного рукопожатия по телефонной линии, которые остаются в сети, неизменно включают «пример рукопожатия» , рисунок , сделанный финским разработчиком программного обеспечения Ооной Ряйсянен ниже. Райсанен разработала графику в 2012 году, чтобы удовлетворить собственное любопытство по поводу звука коммутируемого доступа, который тогда был предметом волны ностальгии по ранним дням коммерческого интернета.

Oona Räisänen, Creative Commons

«Меня всегда интересовал тот факт, что компьютеры могут буквально звонить друг другу по телефону, и я хотел точно знать, как они это делают», — рассказывает Райсанен Popular Mechanics . «Я нашел информацию, прочитав стандарты ITU-T , технические документы, которые определяют различные части процедуры рукопожатия».

Ряйсянен обнаружил, что каждый раздел песни дозвона служит определенной цели: установить условия предстоящей передачи данных для максимальной безопасности и минимальной потери информации. Здесь с ее помощью мы разбиваем культовый звук ниже, бит за битом.

Ранние сети, такие как ARPANET, были ограничены своей собственной инфраструктурой. Интернет с коммутируемым доступом был представлен в начале 1990-х годов как способ обойти это препятствие, заменив систему сигнализации, которая уже существовала во всем мире: коммутируемую телефонную сеть общего пользования или PTSN. Первые модемы с коммутируемым доступом подключались к Интернету с помощью телефона так же, как это делают люди: устанавливая свои динамики рядом с рупором. Более поздние модели можно было подключать более напрямую к телефонной линии здания, хотя они по-прежнему полностью занимали телефонную линию.

💻 Истории о компьютерных науках, которые вам понравятся

• Познакомьтесь с Fugaku, новым самым быстрым компьютером в мире
• Так будут развиваться алгоритмы
• Наука объясняет, почему хиты звучат одинаково

Этот канал был необходим монополии , потому что звук набора номера был не побочным эффектом, а фактическим разговором между модемами; любой немодемный звук будет просто мешать сигналу. «Рукопожатие — это не артефакт; это это настоящие переговоры», — пишет Райнянен. «Вся информация, которой обмениваются компьютеры, слышна в этом звуке».

Таким образом, первым звуком рукопожатия является сигнал набора номера, за которым следует телефонный номер в знакомой клавише Dual-Tone Multi-Frequency , системы, которая присваивает специальный тон каждой цифре, включая код страны, регион. код и семизначный номер телефона. После паузы отвечающий модем отвечает тоном, который инициирует протокол или специальную процедуру разговора, такую ​​как V.8bis, еще одна рекомендация ITU. Когда вызывающий модем примет протокол, могут начаться настоящие переговоры.

Эта часть рукопожатия, в которой модемы перечисляют свои возможности и соглашаются на условия соединения, действительно звучит как разговор. Динамики немного накладываются друг на друга, как это делают разговаривающие люди, но все же оставляют впечатление движения туда-сюда. Есть даже немного деловой атмосферы, хотя, как бы звучал бизнес, если бы он велся между гигантскими роботами-птицами-пришельцами в визжащем тональном сокращении по сломанному радио CB.

На оригинальном рисунке Райсанен передает эту профессиональную атмосферу, заставляя модемы делать запросы, говоря «пожалуйста» и разбавляя переведенный разговор восклицательными знаками. «Компьютерные протоколы похожи на чрезвычайно строгие правила этикета, — говорит Райсанен. «Я думал, что каждое правило этикета должно предписывать определенный уровень вежливости».

Для захвата телефонной системы для подключения к Интернету требуется намного меньше оборудования, чем, скажем, для построения международной оптоволоконной кабельной сети, с использованием заимствованной инфраструктуры. PSTN предлагает несколько технологических функций, которые значительно отдают предпочтение звонящим людям по сравнению с модемами. Одним из них является подавление эха, основанное на том факте, что люди обычно говорят по телефону по очереди; когда кто-то начинает говорить, сеть отключает обратный канал, что не позволяет говорящему запутаться, услышав эхо собственного голоса.

Но модемы полнодуплексные , что означает, что они без проблем говорят и слушают одновременно, говорит Райсанен, поэтому подавление эха снижает эффективность разговора вдвое. Чтобы ее устранить, отвечающий модем воспроизводит специальный тон, отключающий схему эхоподавления и другую схему, в которой модемы не нуждаются, называемую эхокомпенсатором.

Jill Ferry Photography//Getty Images

Незвуковая информация, как и биты, не может благополучно перемещаться по звуковым каналам, таким как телефонные линии. Это классическая задача теории информации и одна из первых тем, представленных на курсах цифровой связи . Канал аналоговый (изменяющийся по высоте и громкости в звуковом спектре), но данные цифровые (ограничены закрытым набором символов, таких как нули и единицы).

Работа модема состоит в том, чтобы представить одну форму информации в терминах, которые можно прочитать в другой, используя один из нескольких протоколов, определяющих эквиваленты единиц между аналоговыми и цифровыми данными. Преобразование последовательностей двоичных кодов в аналоговые сигналы — подумайте о волнистой звуковой волне, которую вы видите на платформах для редактирования аудио, — называется модуляцией, а воссоздание двоичной последовательности из полученного сигнала — демодуляцией. Модемы должны выполнять оба процесса одновременно.

Еще из прошлого Интернета

• Тонкий гений ошибки 404
• Как Netscape завоевала, а затем проиграла Всемирную паутину
• GIF мертв. Да здравствует GIF.

Чтобы понимать друг друга, важно, чтобы модемы использовали один и тот же ключ для своих преобразований, поэтому большая часть рукопожатия состоит из модемов, которые обсуждают, какие режимы и протоколы они предпочитают. Поиск правильного режима модуляции требует как разговоров, так и тестирования; модемы перечисляют режимы, которые они поддерживают, пока не найдут тот, который они оба знают, а затем издают серию тестовых сигналов, чтобы выяснить, какая скорость будет лучше всего работать по телефонной линии.

В этот момент отчетливые звуки и гудки уступают место звукам, похожим на звук электрической метели, который внезапно переходит на более низкий тон перед тем, как замолчать. По словам Райсанена, теперь модемы перешли на зашифрованные данные, чтобы сохранить равномерное распределение мощности по каналу и отсеять любые раздражающие помехи на линии. В этом формате следуют дополнительные тестовые сигналы; модемы настраивают свои эквалайзеры, чтобы не пропустить ни одного важного звука.

Конец песни наступает, когда динамики модема замолкают, позволяя самим компьютерам начать передачу данных в соответствии с условиями, установленными во время рукопожатия.

Поколение компьютеров после коммутируемого доступа полагается на свою собственную сетевую инфраструктуру, спутники или другие беспроводные передатчики (а не на аудио телефонную линию) для подключения к Интернету, все из которых «чрезвычайно более быстрые методы, которые даже нельзя выразить звуками». Самые современные маршрутизаторы передают данные по определенным радиочастот , полностью минуя оборудование, хотя им все еще нужно согласовать способ связи.

«Почти все соединения между компьютерами связаны с рукопожатием», — говорит Райсанен, но современные версии «значительно превышают информационные возможности человеческого слуха или любого чувства биологического существа, если уж на то пошло».

Коммуникация роботов в настоящее время слишком сложна, чтобы ее могли понять люди, включая инженеров, которые ее проектируют. Ностальгия по временам коммутируемого доступа может быть признаком того, что прозрачность почти стоит самого медленного соединения, какое только можно вообразить.

Линн Песко-Янг

Линн Песко-Янг — научный писатель и исследователь из Нью-Йорка. Ее отчеты о гражданском строительстве, машинном обучении и искусственном интеллекте были опубликованы в Marketplace , IEEE Spectrum , Rewire. org и Sludge ; ее эссе о науке и языке живут по адресу  Popula .

Звуковые эффекты коммутируемого модема