Протоколы модемной связи

Развитие модемных протоколов началось с ранних стандартов компании Bell Systems. Одним из первых стал Bell 101 (1958 год), обеспечивавший скорость передачи данных до 110 бит/с, за которым в 1962 году последовал коммерчески успешный Bell 103 со скоростью 300 бит/с в полнодуплексном режиме^[1]. В дальнейшем ключевую роль в стандартизации взял на себя Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии (CCITT, ныне ITU-T), разработавший международные стандарты V-серии. Ранние протоколы этой линейки, такие как V.21 и V.22, обеспечивали связь на скоростях 300 и 1200 бит/с соответственно^[2].

В 1980-е годы произошёл значительный рост скоростей передачи данных по коммутируемым телефонным линиям. Появление стандарта V.32 позволило достичь скорости 9600 бит/с, а его расширение V.32bis увеличило этот показатель до 14 400 бит/с^[3]. Параллельно с увеличением скорости внедрялись технологии повышения надёжности и эффективности связи: стандарт V.42 добавил протокол коррекции ошибок LAPM, а V.42bis обеспечил сжатие данных «на лету», что позволило существенно увеличить эффективную пропускную способность модемов^[4].

В 1990-х годах инженеры смогли преодолеть теоретический предел пропускной способности аналоговых линий благодаря учёту цифровой природы современных АТС. Стандарт V.34 обеспечил скорость до 33,6 кбит/с за счёт адаптивного выбора параметров связи. Революционным стал асимметричный протокол V.90 (1998 год), позволивший достичь скорости 56 кбит/с при приёме данных от провайдера. Последним значимым стандартом для аналоговых модемов стал V.92 (2000 год), который увеличил скорость исходящего потока до 48 кбит/с, сократил время установки соединения и добавил функцию удержания линии при входящем телефонном звонке^[5][6].

Согласно рекомендациям Международного союза электросвязи (ITU-T), протоколы модемной связи серии V классифицируются по трём основным функциональным группам^[4]:

• Модуляция и работа модемов — стандарты, определяющие физические параметры сигнала, скорость передачи данных и процедуры взаимодействия устройств (например, V.32, V.34, V.90, V.92);
• Контроль и коррекция ошибок — протоколы, обеспечивающие целостность данных при передаче по линиям с помехами путём обнаружения и исправления ошибок (например, V.42);
• Сжатие данных — алгоритмы, предназначенные для увеличения эффективной скорости передачи за счёт уменьшения объёма передаваемой информации (например, V.42bis, V.44).

Стандартные протоколы утверждены Международным союзом электросвязи (ITU).

Обеспечивает скорость передачи данных 300 бит/с в дуплексном режиме с использованием частотной манипуляции (FSK)^[7]. Допускает также передачу факсимильных сообщений.

Скорость составляет 1200 бит/с в полудуплексном режиме с использованием дифференциальной фазовой манипуляции (DPSK)^[8].

Вторая редакция протокола V.22, отличается увеличенной скоростью 2400 бит/с и допускает дуплексный режим. Увеличение скорости достигнуто за счёт применения квадратурной амплитудной модуляции (QAM)^[8].

Асимметричный протокол 75 бит/с в восходящем (от пользователя) канале и 600 или 1200 бит/с — в нисходящем с использованием частотной манипуляции (FSK)^[9]. В конце 1980-х — начале 1990-х годов множество выпускавшихся тогда нестандартных модемов, использовавших нестандартную, как правило — реализуемую программно модуляцию маркировались как соответствующие стандарту «V.23 mode 2». На практике они не были совместимы между собой, а реальная скорость работы более быстрого канала могла колебаться от 300 до 5600 бит/с. Наиболее известным представителем такого типа модемов являлись модемы Лександ. Модификация протокола V.23, позволяющая менять восходящий и нисходящий канал местами в процессе работы, используется во французской компьютерной сети Минитель (фр. Minitel). Также существует версия протокола V.27, которая используется как четырёхпроводная версия с фазовой модуляцией 1800 Гц.

Асимметричный протокол 2400/2400-4800-7200-9600 с использованием квадратурной амплитудной модуляции (QAM)^[9], позволяющий переключать направление, в котором работает более скоростной канал, в процессе работы. Является стандартным для факсов, но в модемах большого распространения не получил в связи с более низкой помехоустойчивостью, чем V.32, и рядом проблем с патентами.

Дуплексный режим, скорость 4800 и 9600 бит/с, допускает автоматическую настройку скорости передачи. Использует квадратурную амплитудную модуляцию (QAM) и треллис-модуляцию (TCM) с эхоподавлением^[10].

Расширение V.32 до скорости 14400 бит/с. Использует треллис-модуляцию (TCM)^[10].

Расширение V.32 до скорости 19200 бит/с, а у USR Courier — до 21600 бит/с.

Дуплексный протокол, максимальная скорость 28800 бит/с. Может также поддерживать 24000 и 19200 бит/с. Использует треллис-модуляцию (TCM)^[11].

Другое название — V.34+. Максимальная скорость 33600 бит/с. Пониженные скорости: 31200, 24000 и 19200 бит/с. Использует треллис-модуляцию (TCM)^[11].

Протокол обнаружения и коррекции ошибок для передачи данных с высокими скоростями. Протокол использует процедуру LAPM (Link Access Procedure for Modems) для обнаружения и исправления ошибок^[12].

Протокол сжатия данных. Допускает переключение из режима сжатия в прозрачный режим и обратно, причём, независимо для каждого направления. Работает поверх протокола V.42 и использует алгоритм сжатия на основе метода Лемпеля-Зива^[12].

Протокол сжатия данных. Использует алгоритм LZJH, который оптимизирован для веб-трафика и обеспечивает в среднем на 20—60 % лучшее сжатие по сравнению с V.42bis^[13][14].

Обеспечивает одновременную передачу голоса и данных.

Протокол видеосвязи. Обеспечивает скорость передачи видео до 10—15 кадров в секунду.

Дуплексный асимметричный высокоскоростной протокол передачи. Скорость в прямом направлении достигает 56000 бит/с, а в обратном — 33600 бит/с. Для достижения скорости 56000 бит/с в прямом направлении используется импульсно-кодовая модуляция (PCM), в то время как обратный канал работает на аналоговой технологии V.34^[5].

Самый современный протокол. Скорость в прямом направлении 56000 бит/с, а в обратном — 48600 бит/с. В стандарте используется импульсно-кодовая модуляция (PCM) для обоих направлений передачи данных, а также внедрены функции Quick Connect (быстрое соединение) и Modem on Hold (удержание соединения при входящем звонке)^[15].

Протокол для сетей ISDN, позволяющий также устанавливать соединение с модемами на аналоговых линиях. Скорость в синхронном режиме может достигать 64000 бит/с.

Альтернатива протоколу V.110 с использованием LAPD.

Протокол модемной связи поверх IP-телефонии.

Помимо протоколов, утверждённых ITU, существует множество других, которые были разработаны производителями оборудования или же приняты в какой-то стране.

• Bell 103 и Bell 212A — применялись в США до принятия стандартов ITU-T V.21 и V.22, соответственно.
• Bell 202 — ещё один ранний протокол модемной связи, похожий на V.23.
• HST — фирменный протокол компании U.S.Robotics, доступный только в модемах семейства Courier и серверах доступа. Особенностью протокола является адаптивный дуплекс — детектирование потока данных с последующим согласованием большей скорости от передающей стороны к принимающей. Современная скорость — 450/16800 бит/с, в более ранних версиях — 300/14400 бит/с и — 300/9600 бит/с. Выдающаяся помехоустойчивость — одно из преимуществ протокола, позволяющая передавать данные на высокой скорости через такие линии, где использование протоколов семейства ITU-T аналогичной скорости практически лишено смысла.
• V.FC или V.fast — протокол, разработанный компанией Rockwell. Поддерживает скорость связи от 14400 до 28800 бит/с. Помимо модемов Rockwell, встречался и в старых модемах USRobotics наравне с V.34.
• K56flex и x2 — одновременно разработаны компаниями Lucent и Rockwell, с одной стороны, и U.S. Robotics, с другой. Поддерживают скорость связи до 56000 бит/с, но взаимно несовместимы. Использование было актуально до принятия стандарта ITU-T V.90, в настоящее время практического смысла в применении не имеют.
• PEP (Packet Ensemble Protocol) — фирменный протокол компании Telebit с адаптивным дуплексом, скорость до 18000 бит/с в идеальных условиях, и 23000 бит/с для TurboPEP, более новой версии. Высочайшая помехоустойчивость достигается делением частотного спектра ТЧ на 512 каналов, с передачей данных только по тем из них, которые позволяют принимать 6-битные пакеты данных без потерь. Несмотря на банкротство Telebit и появление высокоскоростных протоколов V.34 и V.90, модемы Telebit до сих пор могут быть востребованными благодаря наличию PEP/TurboPEP для передачи данных при соединении точка-точка.
• ZYX — фирменный протокол компании ZyXEL, впервые применённый в модемах семейства U-1496. Дуплексный, скорость передачи данных 16800 бит/с и 19200 бит/с (только для моделей с индексом «+»). После принятия стандарта V.34 практическое применение лишено смысла.
• ATMT (Адаптивная ТрансМультиплексорная Технология) — фирменный протокол компании Proxyma Communications для модемов серии CyBear T34 (также известных под маркой Zelax Т34). Полудуплексный, скорость передачи — до 30000 бит/с (адаптивно с шагом 75 бит/с) в режиме коммутируемого канала; на стандартном диапазоне ТЧ 300…3400 Гц — 24000 бит/с. В случае асимметрии потоков данных пропускная способность модема перераспределяется между направлениями. Тип модуляции — многоканальная (до 60 каналов по 75 Гц) АФМ с нелинейным кодированием и числом точек сигнального пространства до 256. Предназначен для работы на линиях с высоким уровнем шумов и импульсных помех, каналах с ограниченным спектром частот.
• MNP (Microcom Networking Protocol) — семейство протоколов (классы 1—10), разработанное компанией Microcom для обеспечения коррекции ошибок и сжатия данных^[16].
• Набор AT-команд компании Hayes — набор команд управления модемом, который, хотя и является стандартом управления, а не передачи данных, стал де-факто отраслевым стандартом для модемов^[17].

Скорость до 19200 бит/с, встречается не во всех модемах.

Скорость до 14400 бит/с, используется в современных модемах, но, поскольку большинство факсимильных аппаратов рассчитано на 9600 бит/с, на практике преимуществ не даёт.

Скорость 2400—4800 бит/с, встречается в старых модемах, но его поддерживают и многие современные модемы.

Скорость 7200—9600 бит/с, поддерживают все современные модемы.

Протоколы модемной связи устарели для массового доступа в интернет. Поддержка устаревшего оборудования на уровне современных операционных систем активно сокращается: например, в январе 2026 года из Windows 11 были удалены драйверы для некоторых старых модемов^[18].

Несмотря на это, аппаратные реализации протоколов (в частности, V.92)^[15] сохраняют актуальность в ряде узкоспециализированных ниш. Модемная связь продолжает использоваться в промышленном оборудовании и системах, где модернизация инфраструктуры экономически нецелесообразна. К основным сферам применения относятся системы SCADA, платёжные терминалы (POS) и банкоматы. Кроме того, модемы применяются для внеполосного управления (Out-of-Band Management) серверами и сетевым оборудованием в качестве резервного канала связи при отказах основной сети^[19].

Технология также используется энтузиастами ретрокомпьютинга. Любители старой техники продолжают поддерживать работу электронных досок объявлений (BBS)^[20] и проводят технические эксперименты, такие как объединение нескольких модемов с использованием протокола Multilink PPP.