Bár az előfizetők a helyi központhoz egy fémes vezető párral csatlakoznak, és elvileg ezeken akár 1-2 Mbit/s-os adatátviteli sebesség is lehetséges, azonban a telefonbeszélgetések váltakozó áramú jeleit szűrők segítségével 300 Hz - 3 kHz között tartják. Ezért az információt ebbe a hangfrekvenciás tartományba eső szinuszos hullám valamelyik jellemzőjéhez (és annak diszkrét változásához) célszerű hozzárendelni. Ezt a hullám modulálásával érhetjük el, A moduláció tetszőleges fizikai folyamat egy paraméterének megváltoztatása valamilyen elsődleges vezérlőjel segítségével.
Szinuszos jel esetén annak amplitudóját, frekvenciáját, illetve fázisát lehet modulálni. Azt az eszközt amely a bemenetére adott bináris jel vezérlésével a modulációt elvégzi (modulálja), illetve a modulált analóg jelből a bináris jelet visszaállítja (demodulálja) modem-nek (modulátor - demodulátor) nevezzük.
Az amplitudó modulációra jó példa a morze jelek használata. Egy adott amplitudóju jel (a hang), illetve annak hiánya ( csend) hordozza az információt. Jól működő, de lassú átvitelt biztosító megoldás.
A frekvencia modulációt használták először a modemeknél, jó zajtűrése és a biteket hordozó frekvenciák szűrőkkel való könnyű szétválaszthatósága miatt. Szokták a módszert FSK-nak (Frequency Shift Keying) is hívni. Mivel a telefonösszeköttetések duplex rendszerűek, ezért a szabványos adási és vételi, 0 és 1 értékű bitekhez tartozó frekvencia kiosztás a 36. ábrán látható. Az adatátviteli sebességet a használt alacsony frekvencia erősen korlátozza, mivel például a legkisebb, 1070 Hz-es frekvencián a minimális 1 teljes színuszhullám átvitele ~ 1 msec, ami 1 kbit/s átviteli sebességet jelent.
A modemek mint adatátviteli hálózati eszközök is tárgyalhatók az OSI-modell alapján; a 37. ábra ezt mutatja be.
A modemek önállóan működő számítógépes perifériák, amelyeknek az adatátvitel megvalósításához a számítógépnek kell felprogramozni, parancsokkal vezérelni, és állapotát (státuszát) ellenőrizni. Az összekapcsolás a később részletesen ismertetett szabványos soros vonalon keresztül valósul meg.
| AT | Parancs prefix |
| A/ | Ismételd az utolsó parancsot (pl. Ismételt tárcsázás) |
| Bn | n=0 vagy 1. Protokoll kiválasztása (BELL/CCITT) |
| D | Tárcsázási parancs |
| P | Pulse mód |
| T | Tone mód |
| , | Szünet tárcsázás közben |
| ; | Tácsázási parancs végén a modemet parancs üzemmódben tartja. |
| R | Fordított kapcsolat, a hívást kezdeményező modem üzemmódba kerül |
| W | A modem tárcsázás közben tárcsahangra vár |
| Hn | Vonali relé H0 esetén a modem lelép a vonalról (on hook, v. hung up) H1 esetén rálép. |
| In | Gyártási kód és memória ellenőrzés |
| F4 | Fax üzemmódra váltás |
| Ln | Hangerő szabályozás. N=0....3 |
| Mn | hangszóró ki-be kapcsolása |
| O | Vonali üzemmód |
| Qn | Eredménykód küldés engedélyezés/tiltás |
| Sn? | Regiszter (n=0...27) tartalmának lekérdezése. |
| Sn=X | X érték írása a regiszterbe |
| Vn | Eredménykód formátum |
| Xn | Eredménykód részletes kiírásának engedélyezése |
| Y | A hosszú szünet: kapcsolat megszakítása. |
| Zn | Reset parancs |
| +++ | Kilépő parancs vonali üzemmódból parancs üzemmódba. |
A modem használatához a modemet a telefonhálózatba a telefon és a hálózati csatlakozó közé kell kötni. A számítógép a szöveges formájú parancsokat soros vonalon keresztül adja ki a modemnek, a modem parancs üzemmódjában értelmezi azokat, és szintén szöveges, általában "OK" üzenettel válaszolva fogadja el, és esetleg egy eredménykódot is visszaküld. Minden parancs az AT karaktersorzattal kezdődik, és ezt követi (betűköz nélkül!!!) a parancs további része. Csupán az AT utána Enter begépelésére a modem OK üzenettel jelzi a kapcsolat meglétét. A legtöbb modemben 28 regiszter van (S0 -S27), amelyek a modem működési paramétereit határozzák meg. Ezek szerepe lehet az, hogy időzítőként vagy számlálóként működnek, vagy az, hogy a tartalmuk határoz meg bizonyos jellemzőket (bitminta). Egyes jellemzők értékei nem törlődő memóriában (NVRAM) tárolhatók és a későbbiekben újra bekapcsoláskor ezek jelentik az alapbeállítást. A regisztertáblázat:
| Regiszter |
Érték |
Gyári érték |
Feladat |
| SO* | 0-255 | 0 | Csengetésszám, hányadik csengetés után válaszol automatikusan |
| S 1 | 0-255 | 0 | Csengetésszámláló, ha csengetés jön tartalma 1-el nő |
| S2 | 0-127 | 43 | Kilépési karakter, utána adat üzemmódból helyi üzemmód |
| S3 | 0-127 | 13 | Kocsi vissza karakter, ez van minden parancssor végén |
| S4 | 0-127 | 10 | Soremelés karakt. ez van minden parancssor végén a kocsi vissza után |
| S5 | 0-32,127 | 8 | Backspace karakter |
| S6 | 2-255 | 2 (sec) | Tárcsahang kivárás vonalra lépés után tárcsázás előtt. Mo.-n 30-50! |
| S7 | 1-255 | 30 (sec) | Vivőre várakozás, utána bont, NO CARRIER üzenet. |
| S8 | 0-255 | 2 (sec) | a "," parancs szünetideje |
| S9 | 0-255 | 6 (0.1 sec) | CD válaszidő a vivőérzékelés válaszideje |
| S10 | 1-255 | 14 (0.1 sec) | Vivőhiány, Ha nincs vivő ennyi ideig, a modem bontja a vonalat. |
| S11 | 50-255 | 85 | Hangtárcsa sebesség csak DTMF esetén |
| S12 | 20-255 | 50 | Kilépési késleltetés |
| S13 | Nem használt | ||
| S14* | Bitminta | Üzemmód regiszter. echo, tárcsázási mód, válasz v. kezdeményező mód | |
| S15 | Nem használt | ||
| S16 | Bitminta | Modem teszt módok | |
| S17 | Nem használt | ||
| S18* | 0-255 | Tesztidőzítő, a diagnosztikai teszt hossza | |
| S19 | Nem használt | ||
| S20 | Nem használt | ||
| S21* | Bitminta | Üzemmód regiszter.csatlakozó tipus, DTR, DCD, DSR jelek hatása | |
| S22* | Bitminta | Üzemmód regiszter. Hangszóró hangereje, vezérlése | |
| S23* | Bitminta | Üzemmód regiszter. Sebesség, paritás | |
| S24 | Nem használt | ||
| S25* | 0-255 | 5(0.01sec) | DTR késleltetés |
| S26* | 0-255 | 1(0.01sec) | RTS-CTS késleltetés |
| S27* | Bitminta | Üzemmód regiszter. Üzemmód (szinkron, aszinkron), adatátviteli szabvány |
A táblázatban *-al jelölt regiszterek tartalma az NVRAM-ban eltárolható. A regiszterek tartalmának módosítása és kiolvasása két modemvezérlő paranccsal lehetséges:
A modemek által használt vonalak nem tesznek lehetővé fizikailag megbízható átvitelt. Ezért meg kellett találni azokat az átviteli hardver és szoftver megoldásokat, ami ezt mégis megbízatóvá teszi.
Az MNP (=Microcom Networking Protocol) egy különleges hibajavító és adattömörítő eljárás, amely zajos vonalakon is biztosítja a hibátlan adatátvitelt. Az OSI modell hálózati rétegének része, azaz szabványos adatkapcsolatot biztosít a különböző eszközök között. Lehet szoftveres és hardveres megoldású. Fokozatai:
A modemek fejlődése az előbbiekben kifejtett okok miatt töretlen. Folyamatosan jelennek meg az egyre nagyobb sebességű modemek (a könyv írása idején 56 kbit/s a sebesség), és a modemek segítségével újabb szolgáltatásokat is megvalósítanak. Az előbbiek alapján nyilvánvaló, hogy a telefonvonalon vagy modemes adatátvitel, vagy beszédátvitel folyik, ezek egymást kizárják. A legkorszerűbb ún. voice-modemek képesek a hangot is felismerni, átalakítóval digitálissá, illetve a digitális jelet analóggá átalakítani, és így a számítógépen tárolni. Segítségével hangposta, üzenetrögzítő szolgáltatások valósíthatók meg.