Modem主要技术回顾（一）

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。