2008.08.18 北京

             计算机版图之十一                          

                 MODEM: 调制解调器(I)

    从计算机达到互联网,需要通过普通调制解调器、数字用户线（DSL）、电缆调制解调器或局域网卡连接等中间连接器。

一. 普通调制解调器
    调制解调器（modem）这个词是调制器－解调器（modulator-demodulator）的缩写形式。普通调制解调器一般用于通过电话线来发送数字数据。发送端调制解调器先将数据调制成与电话线相兼容的信号，接收端调制解调器再将信号解调回原来的数字数据。无线调制解调器则将数字数据转换为无线电信号并转换回来。

 1. 发展史:
    1)哑终端: 调制解调器出现于20世纪60年代，用于通过电话线连接终端与计算机。如下所示是一个典型的连接布置：

    在此类配置中，远距离办公室或商店的哑终端能够拨号接入一个大型的中央计算机。一个哑终端就是一个键盘加一个屏幕。当时，一个最常见的哑终端是DEC VT-100，并且成为了当时的标准。VT-100能显示25行，每行80个字符。当用户在终端上输入一个字符时，调制解调器会将这个字符所对应的ASCII码发送给计算机。然后计算机然后将该字符发送回终端，使之能够显示在屏幕上。
    2)终端仿真程序: 20世纪70年代末，当PC开始出现时，电子公告牌系统（BBS）变得流行起来。某个人为计算机配备一个或两个调制解调器以及某种BBS软件，其他人就可以拨号连接到公告牌。用户可以在他们的计算机上运行终端仿真程序来模拟哑终端。
    3)速度进展:调制解调器的速度大约每两年就会取得一系列发展：
    300  bps ——使用于20世纪60年代至1983年左右
    1200 bps ——在1984年和1985年得到广泛使用
    2400 bps
    9600 bps ——首先出现于1990年末和1991年初
    19.2 Kbps
    28.8 Kbps
    33.6 Kbps
    56   Kbps——在1998年成为标准
    8    Mbps——采用ADSL方式,1999 年得到广泛使用,

    2.300-bps调制解调器:
    人们很长一段时间都习惯于300bps。人们可以接受这个速度的原因是300bps表示每秒大约30个字符，这已经远远超过一个人每秒所能输入或者阅读的字符数。当人们开始通过电子公告牌系统(BBS)传输大量的程序和图像时，300bps 就变得不够用了。
    300-bps调制解调器是一个使用频移键控 (FSK) 通过电话线来传输数字信息的设备。在频移键控法中，每一个比特位对应一个拨号音（频率）.当一个终端调制解调器拨号连接一台计算机的调制解调器时，这个终端调制解调器就称为发起调制解调器。它传输一个1,070赫兹的拨号音表示0，而传输一个 1,270赫兹的拨号音表示1。而计算机的调制解调器称为应答调制解调器，它传输一个2,025赫兹的拨号音表示0，而传输一个2,225赫兹的拨号音表示1。由于发起调制解调器和应答调制解调器传输不同的频率，因而它们能够同时使用一条线路。这就是全双工操作方式。一次只能在一个方向传输的调制解调器称为半双工调制解调器，但这样的调制解调器很少见。
    假设两个300-bps调制解调器相互连接，用户在终端输入字母“a”。这个字母对应的ASCII码是97（十进制）或者01100001（二进制）。在终端的内部有一个称作UART通用异步收发器）的设备，可将字节转换为比特并通过终端的RS-232端口（也称为串行端口）一个一个发送出去。终端的调制解调器与RS-232端口连接，于是它每次接收一个比特就通过电话线将这些比特发送出去。
    3.56Kbps调制解调器:
    为了制造更快速的调制解调器，调制解调器的设计者必须使用比频移键控更先进的技术。最开始，他们使用了相移键控(PSK)，然后使用了正交幅度调制 (QAM)。这些技术可以将大量的信息塞入到在一条普通语音级别电话线就可获得的3000赫兹的带宽上。56K调制解调器差不多是这些技术的极限，在不是{jd1}xx的线路上，它实际上以大约48Kbps 的速率传输.如下所示是一个典型的56K调制解调器内部图：

             
    所有这些高速调制解调器都包含一个思想：逐渐退化，即它们能检测电话线并在线路不能处理调制解调器的最快速度时回退到较慢的速度。
    4.ADSL(Asymmetrical Digital Subscriber Line)调制解调器:
    调制解调器演变的下一个发展就是非对称数字用户线(ADSL)调制解调器。使用非对称这个词是因为这些调制解调器在一个方向上发送数据要比在另一个方向上快。ADSL调制解调器利用了这样一个事实：任何一个普通的住宅、公寓或者办公室都有专用铜线连接到电话公司最近的多路转换器或电话中心局。这种专用铜线能够传输远远超过你的电话语音信道所需的3000赫兹信号的数据。如果电话公司的电话中心局和用户的家在电话线两端都安装了ADSL调制解调器，那么，从你家到电话公司的这部分铜线就能像一个纯数字高速信道一样工作。在理想情形下，从用户的家到电话公司的容量大约为1兆比特/秒(Mbps)（上行比特流），而从电话公司到你家的容量大约为8Mbps（下行比特流）。同一线路既能传输语音会话，也能传输数字数据。
    从根本上来说，ADSL调制解调器所采用的方法非常简单。将24,000赫兹和 1,100,000赫兹之间的电话线带宽划分为若干个4000赫兹的频率段，每一频率段分配一个虚拟调制解调器。这249个虚拟调制解调器的每一个都负责测试其频率段并尽力利用所分配的带宽片段。这249个虚拟调制解调器的速度总和就是整个线路的速度。
    5.ISP:
    现在没有人再使用哑终端或者终端仿真程序来连接个人计算机了。而是使用调制解调器连接到互联网服务提供商 (ISP)，然后ISP将我们连入互联网。互联网使得我们可以连接世界上任何一台计算机。由于个人计算机、ISP 以及互联网之间的这种关系，发送单个字符已经不再合适。取而代之的是，调制解调器开始在你和你的ISP之间发送TCP/IP数据包。通过互联网发送这些数据包的标准技术是点对点协议(PPP)。基本原理非常简单——通常由计算机的TCP/IP站组成其TCP/IP数据包，然后将数据报交付给调制解调器进行传输。ISP接收每个数据包，并通过路由器选择相应的路径将数据包发送到互联网上。从ISP将数据接收到计算机上的过程也一样。