Передача цифровых данных через аналоговые телефонные сети происходит с помощью модемной связи, при которой в модемах — устройствах сопряжения цифровых и аналоговых каналов — выполняются модуляция и демодуляция сигналов.
Протоколы физического уровня модемной связи определяют способ модуляции, направленность передачи (дуплекс, симплекс, полудуплекс), ориентированность на выделенный канал или коммутируемый канал, использование двух- или четырехпроводной связи. Возможно отражение в протоколах и некоторых других характеристик передачи, например способа исправления ошибок и/или сжатия информации.
В табл. 1 представлены значения скоростей основных аналоговых каналов, задаваемые стандартами для модемной связи.
На выделенных телефонных линиях обычно используют четырехпроводные линии для дуплексной и двухпроводные для полудуплексной связи (протоколы V.23, V.26, V.27, V.29). В высокоскоростных выделенных каналах применяют аналоговые протоколы V.35, V.36, V.37. Начиная с V.29, в двухпроводных линиях для поддержки дуплексного режима используют эхо-компенсацию.
Таблица 1    
СтандартСкорость, Кбит/сТип линииВид модуляцииДругие особенности
V.221,2коммутируемая4-позиционная ФМ2-проводная линия, дуплекс, несущие частоты 1,2 и 2,4 кГц
V.22bis2,4то же4- и 16-позиционная АМто же
V.262,4выделенная4-позиционная ФМ4-проводная линия, несущая частота 1,8 кГц
V.274,8то жето жето же
V.299,6то жето жето же
V.32до 9,6коммутируемая16- или 32-позиционная АМ2-проводная линия, дуплекс, эхо-компенсация, несущая частота 1,8 кГц
V.32bis14,4то жеАМ, ФМ и ТСМ (Треллис кодирование)то же
V.32ter19,2то жето жедуплекс, эхо-компенсация
V.3428,8то жеспециальное кодирование, одному боду соответствуют 8,4 битдуплекс, эхо-компенсация, автоматическая адаптация к состоянию канала связи

В коммутируемых телефонных каналах преимущественно используют двухпроводные линии.
Простейший протокол V.21 (всего 300 бит/с) основан на частотной модуляции с четырьмя значениями частоты (от 980 до 1850 Гц) для представления 1 и 0 в прямом и обратном направлениях передачи.
В соответствии с протоколом V.22 используется частотное разделение каналов (для дуплекса) и двукратная фазовая модуляция (ФМ), т.е. применяется ФМ с четырьмя значениями фазы.
Квадратурно-амплитудная модуляция (QAM) находит применение в средне- и высокоскоростных модемах. В протоколе V.22bis используются несущие частоты 1200 и 2400 Гц, и при скорости модуляции 600 бод информационная скорость составляет 2400 бит/с.
В модемах, соответствующих протоколу V.32, достигается скорость 9600 бит/с за счет QAM с 32 уровнями модуляции и отфильтровывания эха собственного передатчика от принимаемых сигналов. Специальный процессор автоматически снижает скорость передачи при наличии шумов в линии. Используется помехоустойчивое кодирование.
В протоколе V.32bis при тех же несущих и бодовой скорости пропускная способность повышена до 14,4 кбит/с за счет сочетания QAM и фазовой модуляции.
Современные высокоскоростные модемы строятся в соответствии с протоколами V.34. Здесь скорости составляют от 2,4 до 28,8 кбит/с с шагом 2,4 кбит/с. Протокол предусматривает адаптацию передачи под конкретную обстановку, изменяя несущую в пределах 1600...2000 Гц, а также автоматическое предварительное согласование способов модуляции в вызывающем и вызывном модемах. В последнее время стали выпускаться модемы на 56 кбит/с по технологиям, названным х2, V.90 и V.92.
Протокол V.42 относится к стандартам, устанавливающим способы защиты от ошибок, а протокол V.42bis, кроме того, — способы сжатия данных. Наряду с протоколом V.42, для коррекции ошибок применяют протоколы MNP (Microcom Network Protocol). Более эффективен новый протокол V.44.
В качестве примера организации передачи сообщений рассмотрим протокол V.42, являющийся вариантом протокола HDLC.
Установление соединения (вход в протокол) происходит в асинхронном байт-ориентированном режиме. Запрос на соединение осуществляется посылкой двухбайтовых сигналов ODP. Для соединения необходимо согласие приемника в виде посылки ответа ADP. После этого образуется соединение, осуществляется переход в синхронный бит-ориентированный режим. В начале сообщения передаются управляющие, а затем информационные кадры.