Modem主要技术回顾

答案：
　　随着ISDN、ADSL等高速传输设备的日益流行，Modem慢慢开始走向没落，当然，我们不能忘记这个为世界互联网作为巨大贡献的产品，下面，我将和各位一起回顾Modem的主要技术，毕竟温故而知新才是学习之道。 
　　一、模拟式Modem 

　　MODEM（Modulator Demodulator，调制解调器）使用PSTN（Public Switched Telephone Network，公用交换式电话网）来传输数据，低采样率是PSTN的特点，通过电话线传来的声音只有AM质量。由于PSTN是传播语音的模拟式网络，Modem主要作用就是在计算机和网络之间进行数字/模拟信号的转换。调制即电脑输出数据转换成模拟信号的过程，解调即模拟信号转换成电脑可识别的数字信号的过程。按照调制解调协议的不同，数据传输速度亦各不相同。56K bit/秒有ITU V.90、Rockwell K56Flex和US Robotics X2三种协议，33.6K bit/秒的协议是ITU-TSS V.34+，14.4K bit/秒的协议是V.32bis，9.6Kbps的协议是V.32，更慢的协议还有V.23、V22bis、V.22 Bell 103/212A和V.21。 

　　硬件Modem包括两个芯片，数据载入/输出芯片负责信号的调制和解调，控制芯片负责Modem的其它能力，包括：错误纠正、传真参数、压缩协议、中断AT命令集、数据传输速度和协议调节。当我们连接到ISP（Internet Service Provider，因特网服务提供商）时，会听到一连串的噪音，代表Modem正在进行初始化商议处理（俗称“握手”），只有双方互相兼容才能通讯，此过程定义了连接速度和必要的协议。 

　　即使两个Modem使用相同的芯片，设置的不同也会阻碍它们的交流，握手的过程即调节两个Modem参数的过程，让他们尽可能以同样的方式传输数据。假设一个Modem拥有强大的Firmware，在同样条件下，能够自由切换到高速模式。另一个Modem发送数据比接收数据要快。要靠保它们发送的数据被对方准确接收，必须使用Flow-control流控制来进行管理，告诉Modem什么时候应该发送数据，什么时候应该捉取数据。 

　　流控制分为软件XON/XOFF和硬件RTS（Request To Send，需求发送）/CTS（Clear to Send，清除发送）两种，软件流控制发出一个命令来作为识别码，决定数据的传输与接收，当传输的二进制文件中包含了识别码字符时，软件流控制就会失败，因此硬件流控制比软件更有效更快速。 

　　每一个Modem都支持标准的AT命令集，这些命令用于控制Modem的通讯和其它功能，包括：初始化、拨号、断线、设置工厂缺省值、设置首选协议和连接速度等等。 

　　二、UART 

　　模拟Modem利用UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/发送装置）来进行串行通信，UART是一个并行输入成为串行输出的芯片，通常集成在主板上，多数是16550AFN芯片。因为计算机内部采用并行数据数据，不能直接把数据发到Modem，必须经过UART整理才能进行异步传输，其过程为：CPU先把准备写入串行设备的数据放到UART的寄存器（临时内存块）中，再通过FIFO（First Input First Output，先入先出队列）传送到串行设备，若是没有FIFO，信息将变得杂乱无章，不可能传送到Modem。 

　　三、Shannon限制 

　　许多Modem用户常问的一个问题是：“为什么Modem有时会变得太慢，而且数据传输不稳定？”。依照Shannon限制，任何传输媒体都有SNR（Signal to Noise Ratio，信噪比）这个参数，当它达到一定程度后，就会影响数据的传输，模拟电话线的质量关系着Modem速度的快慢。测量信噪比的方法是检查声音还原或传输的正确性，再利用自动修正来补偿被噪声干扰的信号。 

　　当Modem把大量数据调制成模拟信号并通过电话线发布出去时，出错的机率将会增加，我们必须采取一些特殊技术来保护资料。在调制之前，先让数据分割成一个个小包，贴上完整性标签（Checksums）和文件头再发送，接收方取得数据时，检查完整性标签，出现问题后利用数据纠错协议来修正。如果错误太多以致无法改错，接收方Modem会请求发送方把小包再send一次，不用重发整个文件，节省了大量时间。 

　　尽管电话线的物理条件限制了传输的数据量，却没有什么东西能难到聪明的人类，科学家发明了信息压缩技术，在有限的线路上提供了更快速度。当数据进行分割打包后，用特定的协议对这些小包进行压缩，压缩过程中微小的错误足以引起巨大的破坏，因此压缩必须十分小心地进行，还要和错误纠正协议共同工作。常见的压缩协议有：ITU-TSS V.42bis（4倍压缩）和MNP 5（2倍压缩），常见的数据纠正协议有：ITU-TSS V.42 LAPM、MNP 2-4和MNP 10EC。 

　　在Windows 98的因特网连接属性窗口中，你可以会发现115,200bps的速度报告，这并不是Modem-to-Modem的速度，而是UART（即CPU到Modem）的速度，在“控制面板--调制解调器”中能够设置此参数，数值越高传输非压缩文件的速度越快。其实真实连接速率也没有太大意义，只不过是握手瞬间的连接速度，你可以打开左下角任务栏的连接属性框，从接收信息的字节来判断即时的速度，它的表示方法通常是xx,xxx，倒数第四位为KB，如果是56K Modem，通常以4~6为一个变化周期，即每跳一次数字就增加4~6KB。 

　　四、软件Modem 

　　今天的电话网络已经改为数字线路，虽然离不开Shannon的限制，但信噪比已经高于模拟线路，可以达到56kb接收33.6Kbps发送的速度。56K Modem有三个标准，在购买时一定要弄清产品支持那两项，对应ISP作出选择，否则买回家后连不上网可别埋怨天尤人。在实际应用中，大部分56K Modem都不能超到50kbits/秒，充其量在45-50kbs左右。最近，新一代56K标准V.92正在接受ITU的检查，相信在不久的将来，可以用到上行速率有所提升，呼叫等待兼容性更好的Modem。 

　　由于CPU性能的增加，Modem上某些芯片的工作完全可以交由CPU来做，只留下必要的调制解调芯片己足够应付，这类Modem就称为软件Modem或WinModem（winmodem是3COM/US Robotics的注册商标）。软件Modem分为两种，第一种是没有数据载入/输出芯片和控制芯片，只有一些基本电路来作PC和电话网间的连接，它需要大量的驱动程序来模拟数据载入/输出和控制功能，占用奔腾II/赛扬约15-20%的资源，例：采用Conexant HSF（Host Signal，主体信号处理）、ESS、Cirrus Logic或Motorola芯片的产品。 

　　部分软件Modem拥有数据载入/输出芯片，而没有控制芯片，仅把调制解调的管理任务交给CPU来完成，它需要CPU资源相对较少（一颗奔腾MMX-166MHz即可搞掂），通常称为半软硬Modem，如采用Conexant HCF（Host Controller，主体控制处理）或LUCent LT芯片的调制解调器。 

　　我们可以从系统需求和价格来判断出一个Modem的软硬，如果奔腾MMX为最低系统要求，价格很便宜的产品，100%可能为软猫。硬猫的最大特点是拥有（Digital Signal Processing，数字信号处理）芯片，假若以486为最低系统要求，价格昂贵的多数是硬猫。随着技术的发展，软件Modem也引入了许多硬猫的功能，如语音留言、软件升级Modem协议等。软件Modem的优点是体积细小、耗电量低，很适合便携式电脑。缺点是适应范围狭窄，通常只能用于Windows，DOS也用不上，更别提Linux或Unix了。除此之外，还有减慢应用程序的运行、连接速率低、Bug较多。 

　　目前，要购买一个纯硬型Modem已经变得十分困难，即使是外置Modem也引入了软件处理技术，更不要说众多内置Modem和USB Modem啦，我们不要再执意追求所谓“硬猫”，只要速度稳定、不断线的就是好猫。 

　　五、购买Modem导航 

　　购买商品以需求为准则是绝对错不了的，如果你拥有300MHz CPU和64MB内存以上的配置，购买Modem目的仅用来冲浪、收发电子邮件，不玩网上多人游戏，不使用DOS或Linux，软件Modem是最合适的选择。若是住在电话线路不佳的地区，又需要PC关机时的自动应答等高级功能，并且不在乎金钱投资的话，请把视线转移到硬件Modem。其中串行口外置硬猫当然是最prefect，但硬件内置猫也不错，起码比外置软猫多了一个能够随时升级的Firmware（固件）。至于USB和AMR（Audio／Modem Riser；音效／调制解调器主机板附加直立插卡）猫，全部都是软的，需要许多驱动程序，在相关新技术未成熟的条件下，出现过许多问题，还是不买为妙。 

　　把猫儿领回家之前，多听听使用同一个ISP的朋友的意见，因为大多数问题出在Modem固件与ISP Modem的兼容性方面，他们的看法比销售Modem人员的吹水更为宝贵。 

　　此外，我要提醒大家一句，56Kbps Modem并不是代表它在每秒种可以传输56KB数据，而是56K bit / 9 = 6.2KB/秒，其中9表示8位数据位+ 1位停止位，这还只是理论值，除非使用压缩技术，否则实际应用永远不可能突破此水平。 

　　六、纯数字技术展望--ISDN和DSL 

　　既然电话网络已经换成了数字线路，那么我们也应该升级到数字式上网设备，其中ISDN（Integrated Service Digital Network，综合服务数字网络）是传统模拟式Modem的廉价代替品。它有2个64Kbps数据通道和1个16kbps控制通道，通道间是相互独立的，能分别进行不同的工作，比如边发传真边打电话，也可以组合成一条128kbps来上网。注意！ISDN由2条电话线路组成，如果同时使用两条线路，必须交双倍电话费。为了让电信局的主机识别你家的数字设备，需要增加一个转换装置，然后你才能通过ISDN适配器来上网。在转换装置上有一个POTS口，能够连接旧有的模拟设备，当你不想用ISDN卡时可以重新转回Modem阵营。 

　　与ISDN一样，DSL（Digital Subscriber Line，数字订阅线路）也是利用了原有的数字式电话线，只不过信号发送的频率比ISDN更高罢了，因此数据传输率能达Mbits/秒级。当你申请DSL之后，电信局会派人到你家安装一个名为DSLAM的转换装置，再在PC中加入DSL适配器才能上网。一般家庭和小型办公室，需要下载的东西远比上载的多，ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line，不对称数字订阅线路）的下载速度是上载的几倍，很适合此类低端应用。大型公司经常上传资料到网站，要求更多的upload带宽，SDSL（symmetric Digital Subscriber Line，对称式数字订阅线路）能提供1.5Mbit/秒的上传速度，但价格也比ADSL昂贵得多。目前最快的是VDSL（Very High DSL，超高速DSL），下载速度22Mbit/秒，上传速度3Mbit/秒，是专业级用户的最佳选择。DSL是一种很有希望的技术，价格是它的唯一制约因素，相信随着科技的不断进步，DSL很快会进入每一个人的生活。(001硬件站) 

                        
            
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（出处：http://www.zzzyk.com/）

            
              
                 
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