调制解调器的工作原理

　　带有 DSL 端口和网络电缆的家庭网络交换机的特写图像。 DEEPBLUE4YOU / GETTY IMAGES

　　如果您在家中的计算机上阅读本文，则可能是通过以下方式到达的 调制解调器.

　　在本期 如何工作，我们将向您展示调制解调器如何为您带来网页。我们将从原始的 300 波特调制解调器开始，一直发展到 ADSL 配置!

　　(注意：如果您不熟悉位，字节和ASCII字符代码，请阅读 位和字节的工作原理 将有助于使本文更加清晰。

　　让我们从调制解调器的形成过程开始。

　　调制解调器的起源

　　“调制解调器”一词是单词的缩略 调制器-解调器.调制解调器通常用于发送 数字数据 在 电话线.

　　发送调制解调器 调节 将数据转换为与电话线和接收调制解调器兼容的信号 解调剂 信号返回数字数据。 无线调制解调器 将数字数据转换为 无线电信号 然后回来。

　　调制解调器在 1960 年代出现，作为一种允许终端通过电话线连接到计算机的方式。典型的排列方式如下所示：

　　在这样的配置中， 哑终端 在异地办公室或商店可以“拨入”大型中央计算机。1960年代是 分时 计算机，因此企业通常会从分时设施购买计算机时间，并通过每秒 300 位 (BPS) 调制解调器连接到它。

　　哑终端只是一个 键盘 和 屏幕.当时一个非常常见的哑终端被称为 12月 VT-100，并成为当时的标准(现在在全球终端模拟器中纪念)。VT-100 可以显示 25 行，每行 80 个字符。当用户在终端上键入字符时，调制解调器发送 ASCII 代码 为计算机的字符。然后计算机将字符发送回计算机，使其出现在屏幕上。

　　什么时候 个人电脑 开始出现在 1970 年代后期， 公告栏系统 (BBS)风靡一时。一个人会用一两个调制解调器和一些BBS软件设置一台计算机，其他人会拨入以连接到 公告栏.用户将运行 终端仿真器 在他们的计算机上模拟哑终端。

　　人们在很长一段时间内都以 300 个基点的速度相处。这种速度可以容忍的原因是，300 bps 表示每秒大约 30 个字符，这比一个人每秒可以键入或读取的字符要多得多。然而，一旦人们开始在公告板系统之间传输大型程序和图像，300 bps就变得无法忍受。调制解调器速度以大约两年的间隔经历一系列步骤：

　　300 基点 - 1960 年代至 1983 年左右

　　1200 bps - 在1984年和1985年流行起来

　　2400 基点

　　9600 bps - 首次出现于1990年底和1991年初

　　每秒 19.2 千比特 (Kbps)

　　28.8 千字节

　　33.6 千字节

　　56 Kbps - 1998 年成为标准

　　ADSL，理论最大值高达每秒 8 兆比特 (Mbps) - 1999年流行起来

　　(退房 DSL 的工作原理 和 电缆调制解调器的工作原理 有关调制解调器技术进展和当前速度的更多信息。

　　300 bps 调制解调器

　　我们将使用 300 bps 调制解调器作为起点，因为它们非常容易理解。300 bps 调制解调器是使用 频移键控 (FSK) 通过电话线传输数字信息。在频移键控中，不同的位使用不同的音调(频率)(参见 吉他的工作原理 用于讨论音调和频率)。

　　当终端的调制解调器拨打计算机的调制解调器时，终端的调制解调器称为 起源 调制解调器。它为 0 传输 1，070 赫兹音调，为 1 传输 1，270 赫兹音调。计算机的调制解调器称为 答 调制解调器，它为 0 传输 2，025 赫兹音调，为 1 传输 2，225 赫兹音调。由于原始调制解调器和应答调制解调器传输不同的音调，因此它们可以同时使用该线路。这被称为 全双工 操作。一次只能向一个方向传输的调制解调器称为 半双工 调制解调器，而且很少见。

　　假设连接了两个 300 bps 调制解调器，终端上的用户键入字母“a”。此字母的 ASCII 代码为 97 十进制或 01100001 二进制(请参阅 位和字节的工作原理 有关二进制的详细信息)。终端内部称为UART(通用异步接收器/发射器)的设备将字节转换为其位，并通过终端的 RS-232 端口 (也称为 串行端口).终端的调制解调器连接到RS-232端口，因此它一次接收一个位，其工作是通过电话线发送它们。

　　调制解调器技术

　　以下是典型的 56K 调制解调器内部。为了创建更快的调制解调器，调制解调器设计人员必须使用比频移键控复杂得多的技术。首先他们搬到了 相移键控 (PSK)，然后 正交幅度调制 (QAM)。这些技术允许将大量信息塞入普通语音级电话线上可用的 3，000 赫兹带宽中。56K调制解调器，实际上在绝对完美的线路上以48 Kbps的速度连接，大约是这些技术的极限(有关更多信息，请参阅本文末尾的链接)。

　　所有这些高速调制解调器都包含以下概念： 逐渐退化，这意味着他们可以测试电话线，如果电话线无法处理调制解调器的最快速度，则可以回退到较慢的速度。

　　调制解调器发展的下一步是 非对称数字用户线 (ADSL) 调制解调器。这个词 非 对称 之所以 ，是因为这些调制解调器在一个方向上发送数据的速度比在另一个方向上发送数据的速度快。ADSL调制解调器利用了这样一个事实，即任何普通的家庭，公寓或办公室都有 专用铜线 在 IT 和电话公司最近的 MUX 或中央办公室之间运行。这种专用铜线可以传输比手机语音通道所需的 3，000 赫兹信号更多的数据。如果电话公司的中央办公室和您的房屋都配备了ADSL调制解调器，那么您的房屋和电话公司之间的铜线部分可以充当纯数字高速传输通道。家庭和电话公司之间的容量约为每秒100万比特(Mbps)(上游) 和电话公司和家庭之间的 8 Mbps (下游) 在理想条件下。同一条线路可以传输电话交谈 和 数字数据。

　　ADSL调制解调器采用的方法原则上非常简单。电话线的带宽介于 24，000 赫兹和 1，100，000 赫兹之间，分为 4，000 赫兹频段，并且 虚拟调制解调器 分配给每个波段。这 249 个虚拟调制解调器中的每一个都测试其频段，并尽其所能地利用分配的带宽切片。249 个虚拟调制解调器的总和是管道的总速度。

　　(有关最新 DSL 技术的信息，请参阅 DSL 的工作原理.)

　　点对点协议

　　今天，没有人使用哑终端或终端仿真器连接到个人计算机。相反，我们使用调制解调器连接到 互联网服务提供商 (ISP)，ISP将我们连接到互联网。互联网使我们能够连接到世界上任何一台机器(请参阅 网络服务器和互联网如何工作 了解详情)。由于您的计算机、ISP 和互联网之间的关系，不再适合发送单个字符。相反，调制解调器在您和您的 ISP 之间路由 TCP/IP 数据包。

　　标准技术 路由 通过调制解调器的这些数据包称为 点对点协议 (公私合营).基本思想很简单 - 计算机的TCP / IP堆栈通常形成其TCP / IP数据报，但随后数据报被传递给调制解调器进行传输。ISP 接收每个数据报并将其适当地路由到互联网上。将数据从ISP获取到您的计算机也会发生相同的过程。