ヌルモデム

ヌルモデムとは、 RS-232シリアルケーブルを使用して2台のDTE（コンピュータ、端末、プリンタなど）を直接接続する通信方式です。この名称は、かつてRS-232ケーブルを使用して2台のテレプリンタや2台のモデムを接続し、相互に通信させていたことに由来します。ヌルモデム通信とは、クロスオーバーRS-232ケーブルを使用して、モデムを介さずにテレプリンタ同士を直接接続することを指します。また、コンピュータとプリンタはどちらもDTEであるため、シリアル接続にも使用され、プリンタケーブルとも呼ばれます。

RS-232規格は、通信リンクの両端の定義に関して非対称であり、一方の端がDTE（データ転送端末）、もう一方の端がDCE（データ通信端末、例えばモデム）であることを前提としています。ヌルモデム接続では、送信線と受信線が相互接続されます。用途によっては、1本以上のハンドシェイク線も相互接続されることがあります。ヌルモデム接続はRS-232規格で規定されていないため、様々な配線方式が用いられています。

元々、RS-232 規格は電話回線を介して相互に通信できるテレプリンタ用に開発され、使用されていました。各テレプリンタは RS-232 接続を介して物理的にモデムに接続され、モデム同士が呼び出し合ってテレプリンタ間のリモート接続を確立できました。ユーザーがモデムなしで 2 台のテレプリンタを直接接続したい場合 (ヌル モデム) は、接続を相互にリンクします。ヌル モデムという用語は、ケーブルやアダプタ自体だけでなく、接続方法も指す場合があります。^{[ 1 ]}ヌル モデム ケーブルは、1980 年代から 1990 年代初頭にかけての初期のパーソナル コンピュータ間でデータを転送するための一般的な方法でした。

ヌルモデムケーブルは、送信線と受信線が相互接続されたRS-232シリアルケーブルです。一部のケーブルでは、ハンドシェイク線も相互接続されています。多くの場合、ストレートスルーシリアルケーブルとヌルモデムアダプタが使用されます。アダプタには、信号間の必要な相互接続が含まれています。^{[ 2 ] [ 3 ]}

配線図

以下は、完全なハンドシェイクを提供する2つのDTE（例えば2つのPC）を相互接続するためのヌルモデムケーブルの非常に一般的な配線図です。これは、データキャリア検出（DCD）信号の適切なアサーションに依存するソフトウェアで動作します。^{[ 2 ]}

ヌルモデムの本来の用途は、モデムを使用せずに2台のテレプリンタ端末を直接接続することでした。RS-232規格が他の種類の機器にも採用されるにつれて、設計者は、デバイスにDTEのようなインターフェースを持たせるか、DCEのようなインターフェースを持たせるかを決定する必要が生じました。アプリケーションで2台のDTE（または2台のDCE）が相互に通信する必要がある場合は、ヌルモデムが必要でした。^{[ 4 ]}

ヌルモデムは、コンピュータ間のファイル転送やリモート操作によく使われていました。Microsoft Windowsオペレーティングシステムでは、ヌルモデム接続を介して直接ケーブル接続を使用できます。MS -DOSの後期バージョンには、 InterLnkプログラムが同梱されていました。これらのソフトウェアはどちらも、一方のコンピュータのハードディスクをもう一方のコンピュータのネットワークドライブとしてマッピングできます。これには、イーサネット ハードウェア (ネットワーク インターフェイス カードやモデムなど) は必要ありません。^{[ 5 ]} Amigaコンピュータでは、ヌルモデム接続は、 2 台のマシン間でマルチ プレイヤー ゲームをプレイする一般的な方法でした。

イーサネットなどの高速な情報交換システムの普及と利用拡大により、ヌルモデムケーブルの使用は減少しました。しかし、現代のシステムでは、このようなケーブルはカーネルモード開発において依然として有用です。なぜなら、最小限のデバイスドライバとコード（シリアルドライバは主に2つのFIFOバッファと割り込みサービスルーチンで構成されます）でカーネルをリモートデバッグできるからです。例えば、 LinuxではKGDB 、 BSDではddb 、 WindowsではWinDbgまたはKDを使用してシステムをリモートデバッグできます。また、カーネルパニックが発生した場合にカーネル内デバッガを切り替えられるシリアルコンソールも提供できます。カーネルパニックが発生すると、ローカルのモニタとキーボードが使用できなくなる可能性があります（GUIはこれらのリソースを予約しており、パニック時にデバッガに切り替えても解放されません）。

これらのケーブルが役立つもう 1 つの状況は、シリアル管理コンソールを提供する「ヘッドレス」デバイス (マネージド スイッチ、ラックマウント サーバー ユニット、およびさまざまな組み込みシステム) を管理する場合です。リモート監視にヌル モデムを広く使用する組み込みシステムの例としては、RTU、デバイス コントローラ、スマート センシング デバイスなどがあります。これらのデバイスは近接して配置される傾向があり、DNP3、Modbus、およびその他の IEC バリアントなどのプロトコルによる短距離シリアル通信に適しています。電力、石油、ガス、水道などの公益事業は、数十年単位で測定される耐用年数を持つ設備投資が大きな原因である可能性があり、新しいネットワーク技術への対応が遅れています。シリアル ポートとヌル モデム ケーブルはこれらの業界で依然として広く使用されており、イーサネットは徐々に広く利用可能になりつつあります。

2 つの DTE デバイスを接続するには、対応する信号 (TD-RD、DTR-DSR、および RTS-CTS) を入れ替えることでデバイス間の DCE として機能するヌルモデムが必要です。これは、別のデバイスと 2 本のケーブルを使用するか、この処理を行うように配線されたケーブルを使用することで実現できます。デバイスがキャリア検出を必要とする場合、コネクタ内部で DSR と DCD を接続することで、リモート DTR 信号から CD を取得してシミュレートできます。Yost 規格の特徴の 1 つは、ヌルモデムケーブルが、一方の端のピン 1 ～ 8 をもう一方の端のピン 8 ～ 1 に反転させるだけの「ロールオーバーケーブル」であることです。 ^{[ 1 ]}

ハードウェアハンドシェイクなし

DB-25（左）およびDE-9（右）コネクタの配線ピン配置図

最もシンプルなタイプのシリアルケーブルにはハードウェアハンドシェイクがありません。このケーブルにはデータ線と信号グランド線のみが接続されています。他のピンはすべて接続されていません。このタイプのケーブルでは、フロー制御をソフトウェアで実装する必要があります。このケーブルの使用は、相互接続されたRx線とTx線上のデータトラフィックのみに限定されます。このケーブルは、モデム制御信号を必要としない、または使用しないデバイスでも使用できます。^{[ 1 ]}

ループバックハンドシェイク

DB-25（左）およびDE-9（右）コネクタの配線ピン配置図

単純なヌルモデムケーブルの互換性の問題や潜在的な問題のため、ソフトウェアを騙してハンドシェイクが利用可能であると思わせる解決策が開発されました。しかし、ケーブルのピン配置は単にループバックするだけで、ハードウェアフロー制御を物理的にサポートしていません。^{[ 1 ]}

このケーブルはより多くのソフトウェアで使用できるようになったものの、前モデルと比べて実際の機能強化は何もなかった。ソフトウェアはハードウェアによるフロー制御が行われているかのように動作するが、速度が上がると突然停止し、その原因は特定できなかった。

部分的な握手

DB-25（左）およびDE-9（右）コネクタの配線ピン配置図

このケーブルでは、フロー制御ラインはデバイスにループバックされています。ただし、RTS（Request To Send ）およびCTS（ Clear To Send）フロー制御は可能ですが、実際の機能はありません。フロー制御信号が他のデバイスに到達する唯一の方法は、相手側のデバイスがキャリア検出（CD）信号（DE-9ケーブルのピン1、DB-25ケーブルのピン8）をチェックすることです。その結果、この部分的なハンドシェイクを利用できるのは、特別に設計されたソフトウェアのみでした。ソフトウェアによるフロー制御は、このケーブルでも機能しました。^{[ 1 ]}

完全な握手

DB-25（左）およびDE-9（右）コネクタの配線ピン配置図

このケーブルは、RTS/CTSピンが交差しているため、以前のタイプのケーブルのハードウェアフロー制御とは互換性がありません。適切なソフトウェアを使用すれば、このケーブルは以前のものよりもはるかに高速な通信が可能です。また、ソフトウェアフロー制御もサポートしています。^{[ 1 ]}

• クロスオーバーケーブル
• 直接ケーブル接続
• LapLinkケーブル
• ロールオーバーケーブル
• シリアルラインインターネットプロトコル

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