调制解调器协议大全

肖泳 
2001年 39期

　　MODEM是调制（MOdulation）和解调（DEModulation）两个单词首字母的缩写，因此又叫调制解调器。它主要把计算机中传出的数字信号转换成模拟信号（这一过程即为调制），然后通过一般的双绞线传输信号。当信号到达另一端的调制解调器时，再将模拟信号恢复成计算机能够识别的数字信号（这一过程称为解调）。为了在调制和解调等方面实现统一，国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）提出了一系列标准，下面笔者就分别予以介绍。
　　#1　　数据压缩协议
　　#2　　1.MNP5协议
　　　　MNP5协议是在MNP4纠错协议的基础上增加了压缩功能，它能够采用实时自适应的方式来计算压缩数据，优化用户数据，调整压缩参数以达到最大数据通信量，其压缩比率可达2∶1。不过，MNP5无法对已压缩过的文件进一步压缩。
　　　　MNP5协议的原理非常简单，该协议将传输的数据进行编码，编码分为自动适应频率编码（Adaptive Frequency Encoding，AFE）和高频次解码（Run Length Encoding，RLE），当一个字符出现频率超过3次，则自动将其列入高频次字符的行列。
　　　　MNP5将它的码序列分成两部分:3bit的头文件，1～7bit的内容。将每个字符都按照这样的方式进行编码:如果头字母为000和001表明该字符的内容需要1个字节，为010则是2字节依此类推。这样，用这种方式恰好可以标志所有的256个字符。
　　　　高频次解码（Run Length Encoding RLE）是运用于MNP5协议中的另一种编码方式，只要一个字符出现频次超过了3次，就不会再以AFE码的方式传输了，这时就开始自动累计该字符出现的频次，当累计数目超过了上限（250次），该字符再开始传输。这种方法被实践证明非常的有效，尤其是对于一些重复次数较高的信号，如标准的无压缩图像信号。
　　#2　　2.V.42bis协议
　　　　V.42bis是目前世界上使用最为广泛的压缩协议，它是ITU于1989年推出的压缩协议，采用LZW算法，将数据进行4∶1的压缩，并可对采用过压缩处理的文件（如.ZIP文件）进行进一步压缩，当压缩率低于100%时，使用V.42bis的调制解调器将自动关闭其压缩功能。该协议近10年来一直被人们广为使用。
　　　　为了确保传输的数据有效，V.42bis数据压缩协议需要V.42或V.120等纠错协议的支持。与MNP5不同，V.42bis采用的是固定的字符编码方式。通常我们采用8位编码表示256个字符，于是可以得到以256个字符开头的不同的字符组合，将他们作为一个树状结构的顶点，不同的字符排列在它们的分枝上，形成一个个的字符串，数据的发送者和接收者只须建立并传输这样的“树”即可。每一个数据串都采用这种方式进行编码，字符串越长，也就是说“树”的分枝越长，压缩比例越高。收发方的“树”长度都受限于缓存的大小，V.42bis协议当发现信号减弱时，便会自动采用V.42协议进行纠错，当信号逐渐恢复时又会重新回到V.42bis协议进行压缩传输。
　　#2　　3.V.44协议
　　　　HNS（Hughes Network System）网络系统公司为解决带宽过少带来的一系列问题，针对语音调制解调器开发出了一种新的压缩算法。而这种算法对于便携式的网络应用尤其有效。在1999年末，HNS将这种新的压缩算法提交国际电信联盟并获得通过，这便是伴随V.92协议一起提出的V.44压缩协议。
　　　　毫无疑问，V.44作为最新的压缩协议，必然有其高明之处。在V.44协议白皮书中，有V.44协议与早期的V.42bis对不同网络文件压缩的结果的对比情况。
　　　　结果表明，V.44比V.42bis的压缩率平均要高出26个百分点，这意味着使用V.44协议的调制解调器效率比V.42bis协议的更高。
　　　　毫无疑问，ZIP的确是目前最好的文件压缩算法之一，但ZIP压缩算法不光需要强大运算能力的处理器，同时对于缓存的占用也非常的大，这一切使得ZIP只能用于具备更高性能微处理器才可以进行压缩与解压缩，因此，在调制解调器数据的压缩方面，就目前而言，V.44仍然是最出色的。
　　#1　　数据纠错协议
　　#2　　1.V.42 LAPM协议
　　　　V.42也被称为LAPM（Link Access Procedure for Modems），1988年经过国际电信联盟的修订。V.42协议采用了被国际电信联盟其他协议和开放式系统互连模型ISO所广为采用的HDLC（High-level Data Link Control） 控制方式。
　　　　V.42协议的原理其实非常简单，未发送出去的数据以一组数据序列的形式被收集到一起，该数据序列中包含相应的校验码，这组数据随着网络进行传输，如果接收端通过检查校验码发现数据完好，则接受这些数据，这些校验码一般采用16位或者32位的循环冗余校验法（Cyclic Redundancy Check， CRC）进行检查。此外，当发现接受到的数据有错误时，接收器则会提示出错的地方，并通知发送端重新发送数据，然后等待新数据的到来。由于不同的调制解调器可能互相传输数据，所有的问题都会在拨号连接时达成一致，这种达成一致的工作方式被人们称为XID（Xchange IDentification）。
　　#2　　2.MNP2～4协议
　　　　MNP2、MNP3、MNP4是由Microcom 公司提出的系列纠错协议（MNP5是压缩协议），MNP4一直作为V.42的补充而存在，因此人们经常将这两者放到一起讨论，其实在数据传输方面它们的工作方式几乎一样。毫无疑问，这两者之间也是互相兼容的。
　　　　此外，国际电信联盟还提出了许多其他的协议，比如V.34、V.17等传真协议。它们都是为了使调制解调器具备收发传真的功能而将它们移植到普通的模拟调制解调器中来的，因此这里就不一一介绍了。
　　#1　　数据传输协议
　　#2　　1.V.90（V.PCM）协议
　　　　在V.90协议之前，就有许多厂商在56K速率的调制解调器方面做出了努力。其中朗讯（Lucent）联合Rockwell公司开发的K56Flex标准和3Com公司与Robotics 公司联合开发的X2标准最为引人注目。这两大阵营展开了激烈的竞争。为了统一56K调制解调器的标准，国际电信联盟于1998年9月通过了V.90标准，这是ITU提出的第一个56K调制解调器标准，一举走出了56K调制解调器领域的尴尬境地，各大厂商纷纷推出基于V.90标准的调制解调器。原来的两大阵营K56Flex和X2也分别提供了与V.90兼容的解决方案。
　　　　与33.6K模拟调制解调器不同的是，处在V.90调制解调器接入端的Internet服务供应商（Internet Server Provider ISP）采用了全新的数字式调制解调器，该设备直接与公用市话网（Public Switched Telephone Network，PSTN）进行数字连接，也就是说ISP直接将数字信号传给用户，从而绕过以前模拟调制解调器必须通过的脉冲编码调制（Pulse Code Modulation， PCM）过程，即模/数转换过程，直接将数字网上的数字信号经过脉冲幅度调制（Pulse Amplite Modulation ， PAM），并采用与PSTN数字网相同的256级量化离散信号进行数字交换。由于比一般的模拟信号的正弦连续信号的速度更快，更准确，因此V.90协议的理论下载最高速率可以达到56kpbs，但这个速度已经超出了大多数普通电话线路所能提供的速度。
　　#2　　2.V.34协议
　　　　调制解调器除了被用于下载数据之外，还必须具备上传数据的功能，ITU为此提出了V.34协议，该协议规定上传数据采用量化幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation， QAM）的方式，由于该协议要求数据在上传时必须经过一个模/数转换过程。在这个过程中，模拟信号需要量化成数字信号进行发送，因此无法避免在量化过程中产生的量化噪声，这极大地限制了上传数据的传输速度，所以V.34调制解调器最快的上传速度仅为33.4kbps。
　　#2　　3.V.92协议
　　　　V.90协议的调制解调器推出之后，人们又开始寻找进一步改进拨号调制解调器效率的方法，1999年8月，通过了建立下一代调制解调器标准的建议，会议建议下一代调制解调器应当具备两个特点——快速连接（Quick Connect ， QC），将拨号速度由现在的超过20秒缩减为10秒；连网时可接听电话（Modem On Hold ， MOH）。今年，国际电信联盟推出了最新的V.92协议，除了具备上述两个优点之外，还极大地改善了V.90调制解调器的上传速度。
　　　　一般而言，调制解调器要与ISP建立连接必须经过下面4个步骤:首先，用户开启调制解调器，并拨通ISP的号码，建立客户端与ISP的物理连接，然后模拟信号和数字信号之间发出同步信号，再以V.42纠错协议为标准发出纠错信号，最后ISP端的软件实现对用户名和密码的检验，整个过程需要25～30秒。而V.92调制解调器拨号时首先将寻找本地是否具有特征文件并检查ISP的调制解调器是否支持V.92技术，如双方都符合要求，V.92调制解调器就能以非常快的速度进行连接，理论上时间可以缩短到10秒左右。
　　　　过去的V.90调制解调器连接到网络上的时候，电话是不能接入的，但V.92在这方面作了改进，当有人拨通用户的电话时，调制解调器将用户的连接状态保存下来，等用户挂机时重新读入连接信息，因此用户在接听电话时，感觉网络并没有中断。
　　　　上面已经提到了，早期的V.90协议上传数据采用的是模拟方式传输数据，因此无法突破33.6kbps的瓶颈，而V.92协议将上传数据的方式也改成了数字方式，因此上传速度达到了48kbps，这无疑极大地提高了邮件发送的速度。
　　#2　　4.其他协议
　　　　此外，翻开较早的MODEM的说明书，我们仍旧可以看到诸如V.32、V.22、V.21等协议，它们都是国际电信联盟早期提出的标准，分别对应不同速度的调制解调器，比如V.32bis的速率为4800～14400bps、V.32的速率为9600～4800bps、V.22bis的速度是2400～1200bps、V.22的速率为1200～600bps等。由于这些协议都是采用模拟的方式传输数据，所以速度都比较慢。这里限于篇幅就不一一介绍了。 
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