مودم

۱- در اين نسخه از «چگونه ابزار كار مي‌كنند» به شما نشان مي‎دهيم كه چگونه مودم صفحات وب را براي شما باز مي‌كند. ما از مودم ۳۰۰-baud شروع نموده و به تدريج تا سطح آموزش مودم ADSL ادامه خواهيم داد.

(توجه: چنانچه شما با مفاهيم «بيت»، «بايت» و كدها و علائم ASCII آشنائي نداريد بهتر است به سايت How Bits & Bits works مراجعه نمائيد.)
۱- كلمه Modem از دو كلمه Demodulator , Modulator تشكيل شده است. مودم اساساً دستگاهي است كه اطلاعات ديجيتالي را به صورت سيگنال الكتريكي از طريق خطوط تلفن ارسال مي نمايد.

مودم فرستنده اطلاعات ديجيتالي را به صورت سيگنال قابل در خط تلفن ارسال و مودم گيرنده، سيگنال هاي دريافتي را به اطلاعات ديجيتالي تبديل مي نمايد.
مودم هاي بي سيم wire less اطلاعات ديجيتالي را به امواج راديويي تبديل و مجدداً در مودم گيرنده امواج راديوئي به اطلاعات تبديل مي‎شود.
مودم ها در سالهاي ۱۹۶۰ ساخته شدند كه از آنها جهت ارتباط بين كامپيوتر و ترمينالها و از طريق خطوط تلفن بهره برداري مي گرديد. شماي كلي نحوه ارتباط به صورت شكل زير است.

(dumb terminal)
2- در يك چنين فرمي، يك ترمينال معمولي و بلااستفاده مي‎تواند از طريق خط تلفن و شماره گيري با يك كامپيوتر اصلي در فاصله اي بسيار دور ارتباط برقرار كند.
ترمينالهاي معمولي و ساده شامل يك صفحه كليد و يك صفحه نمايش
(key board & screen) مي‎باشد كه در آن سالها معروفترين آن مدل DEC-VT-100 بود كه رفته رفته به صورت استاندارد در بازار مطرح گرديد. مدل VT-100 يك صفحه نمايش با قابليت نمايش ۲۵ خط و ۸۰ حرف (علامت) در هر خط مي‎باشد.

هنگاميكه كاربر يك حرف را تايپ مي كند، دستگاه مودم كد ASSII را براي كامپيوتر ارسال نموده و كامپيوتر متعاقباً كد مربوط به آن حرف را بازپس مي فرستد و حرف يا كلمه مربوطه بر روي صفحه نمايش داده مي‎شود.
۳- با ظهور كامپيوترهاي شخصي در اواخر سالهاي ۱۹۷۰ سيستمهاي يوليتن بورد (BBS) وارد كار شدند. هر فردي يا يك كامپيوتر، يك يا دو مودم و يك نرم افزار BBS مي توانست امكان تماس ساير كاربرها از طريق مودم با بولتن بورد را فراهم كند.

كاربران با اجراي terminal emulator بر روي كامپيوتر موفق به فعال كردن ترمينالهاي معمولي و غير فعال (dumb terminal) مي شدند.
مودم هاي ۳۰۰ bps تا مدتها مورد توجه مردم بود. علت استفاده از مودم با اين سرعت اين بود كه ۳۰۰ bps تقريباً نمايانگر ارسال يا دريافت ۳۰ حرف در ثانيه مي‎باشد كه بسيار از قدرت نوشتن با تايپ و يا خواندن توسط انسان بيشتر است.

هنگاميكه كاربران انتقال حجم وسيع اطلاعات و تصاوير را به بولتن بورد يا از آن آغاز نمودند، ديگر مودم هاي ۳۰۰ bps قابل تحمل نبودند. در اين زمان مودم هاي با سرعت بالاتر به بازار آمد و تقريباً هر دو سال يكبار سرعت آنها به نحو زير و به طرز چشمگيري افزايش يافت.
 – ۳۰۰ bps – سالهاي ۱۹۶۰ تا حوالي سالهاي ۱۹۸۳
 – ۱۲۰۰ bps – در سالهاي ۱۹۸۴ و ۱۹۸۵ بسيار معروف شدند.
 – ۲۴۰۰ bps
 – ۹۶۰۰ – اولين بار در اواخر سالهاي ۱۹۹۰ و اوائل ۱۹۹۱ به بازار آمد.
 – ۱۹٫۲ kbps –
 – ۲۸٫۸ kbps –
 – ۳۶٫۶ kbps –

 – ۵۴ kbps – در سال ۱۹۹۸ استاندارد گرديد.
 – ADSL – با قابليت ارسال ۸ مگابايت در ثانيه كه از سال ۱۹۹۹ بسيار مشهور و پرمصرف گرديد.
(به سايت چگونه DSL كار مي‌كند “HOW DSL WORKS” و چگونه كابل مودم كار مي‌كند “HOW CABLE MODEM WORKS” مراجعه نمائيد.)
۴- مودم هاي ۳۰۰-bps

جهت درك بهتر چگونگي كاركرد مودم، مودم ۳۰۰- bps را كه درك آن آسانتر است مورد بررسي قرار مي‎دهيم.
مودم ۳۰۰ bps دستگاهي است كه روش تغيير فركانس (FSK) Frequency shift keying اطلاعات ديجيتالي را بر روي خطوط تلفن منتقل مي‌كند. در روشن FSK براي هر bit يك فركانس مشخص و مربوط به همان bit به كار گرفته مي‎شود.

هنگاميكه مودم ترمينال از طريق شماره گيري با مودم كامپيوتر نادر ارتباط برقرار مي‌كند، مودم ترمينال را اصطلاحاً مودم شروع كننده و مودم كامپيوتر را مودم پاسخ مي‎نامند.
مودم ترمينال براي عدد ۰ يك تن با فركانس ۱۰۷۰ هرتز و براي عدد ۱ تن با فراكنس ۱۲۷۰ هرتز مخابره مي نمايد در حاليكه مودم كامپيوتر عدد ۰ (صفر) را با تن ۲۲۲۵ پاسخ مي‎دهد. چون مودم مبداء و مودم كامپيوتر تن هاي ارسالي را با فركانس هاي مختلف مخابره مي نمايند بنابراين مي‎توان از يك خط تلفن تواماً براي ارسال يا پاسخ استفاده نمود. چنين مودم هايي را كه قابليت ارسال و دريافت بر روي يك خط تلفن را دارند اصطلاحاً مودم دو طرفه يا full duplex مي‎نامند و اگر اين قابليت وجود نداشته باشد و مودم در هر لحظه فقط قابليت ارسال يا دريافت را داشته باشد به آن مودم half duplex مي گويند كه اين نوع مودم چندان مورد استفاده نمي باشد.

فرض كنيد كه دو مودم ۳۰۰ bps از طريق خط تلفن مرتبط هستند و كاربر در ترمينال حرف a را تايپ مي‌كند. در سيستم كد ASCII حرف با كد ۹۷ دهگان يا binary 01100001 نمايش داده مي‎شود. در ترمينال دستگاهي به نام UART يا Universal Asynchronous Reciever. Transmitter (دستگاه ارسال/ دريافت غيرهمزمان جهاني) بايت ها را به بيت (هر بايت ۸ بيت است كه به صورت تركيبي از اعداد ۱ , ۰ نوشته مي‎شود) تبديل و در هر لحظه يك بيت را از طريق پورت سريال ارسال مي نمايد. مودم متصل به پورت سريال بيت ها را دريافت و توسط خط تلفن به مودم كامپيوتر مادر ارسال مي نمايد.
۵- مودم هاي پرسرعت

به منظور توليد مودم هاي پرسرعت، طراحان و سازندگان مودم به جاي استفاده از روش FSK روشهاي پيچيده تري مانند (PSK) Phase Shift Keying و روش (QAM) Quadrature Amplitude Modulation را مورد بررسي و استفاده قرار دادند. در اين روشها امكان ارسال حجم وسيعي از اطلاعات بر روي خطوط تلفن (كه پهناي باند آن بيش از ۳۰۰۰ هرتز نمي باشد) به وجود آمد.
مودم هاي با سرعت ۵۶k كه عملا با سرعتي در حد ۴۸ كيلوبيت در ثانيه متصل مي‎شوند تقريبا حد نهايي چنين مودم پرسرعتي هستند. تمام اين مودم هاي پرسرعت از قاعده gradual degradation پيروي مي‌كنند بدين مفهوم كه چنانچه خط تلفن توانائي ارسال اطلاعات با سرعت مودم را نداشته باشد، مودم به طور اتوماتيك سرعت ارسال و دريافت را با سرعت خط تلفن هماهنگ مي نمايد.

گام بعدي در تكامل مودم هاي پرسرعت طراحي و توليد مودم Asymetric Digital Subscriber يا ADSL بود. كلمه Asymetric يا نامتقارن بدين معني است كه مودم در يك مسير با سرعت بيشتري اطلاعات را ارسال مي نمايد. در روش ADSL مودم توسط يك كابل مسي به نام dedicated copper wire به نزديكترين مركز تلفن متصل است. مزيت كابل مسي در اين است كه مي‎تواند پهناي باند به مراتب بيشتر از پهناي باند ۳۰۰۰ هرتز خطوط معمولي تلفن ايجاد نمايد. اگر كامپيوتر شخصي و كامپيوتر اداره تلفن هر دو داراي مودم نوع ADSL باشند در نتيجه كابل مسي بين دو مودم مي‎تواند به صورت يك كانال كاملاً ديجيتال پرسرعت عمل نمايد. در چنين روشي كامپيوتر شخصي اطلاعات را با سرعتي در حد يك ميليون بيت يا ۱ مگابيت به كامپيوتر مادر ارسال و كامپيوتر مادر با سرعتي حدود ۸ مگابيت در ثانيه پاسخ را ارسال مي نمايد ضمن اينكه از همين خط مي‎توان جهت مكالمات تلفني همزمان با ارسال / دريافت اطلاعات بيشتر استفاده نمود.

اصول كاركرد خطوط ADSL بسيار ساده است بدين مفهوم كه پهناي باند بين فركانس هاي ۲۴۰۰۰ هرتز تا ۱۰۰,۰۰۰ هرتز به باندهاي ۴۰۰۰ هرتزي تقسيم مي‎شوند و براي هر قسمت يك مودم مجازي تعريف مي‎شود. هر يك از اين ۲۴۹ مودم مجازي باند مربوط به خود را مرتباً كنترل نموده و با بهترين راندمان در باند خود اطلاعات را منتقل مي‌كند مجموع سرعت اين ۲۴۹ مودم مجازي، سرعت نهائي انتقال اطلاعات در خط ADSL مي‎باشد.
۶- قرارداد Point- to – point

امروزه استفاده از مودم جهت اتصال ترمينال غيرفعال به كامپيوتر ما در منسوج گرديده و مودم ها جهت اتصال كامپيوترهاي شخصي به مراكز خدمات اينترنت (ISP) و از طريق مركز ISP به شبكه جهاني مورد استفاده قرار مي گيرند. اينترنت امكان برقراري تماس بين كامپيوتر شخصي و هر كامپيوتري در ساير نقاط جهان فراهم مي‌كند. اين نوع ارتباط توسط يك پروتكل استانداد به نام Tep/ IP بين كامپيوتر شخصي و ISP برقرار مي‎شود و اين نوع ارتباط را اصطلاحاً پروتكل point to point يا PPP مي‎نامند.
در اين روش اطلاعات به صورت بسته هاي كوچك اطلاعاتي توسط مودم به كامپيوتر ISP ارسال و با همان روش اطلاعات از كامپيوتر مادر به مودم كامپيوتر شخصي ارسال مي گردد. جهت كسب اطلاعات بيشتر در مورد مودم هاي پرسرعت و خطوط DSL و ADSL مي توانيد در سايت جستجوگر مانند Google يا Yahoo مطالب زير را جستجو نمائيد.

ليست سايتها جهت اطلاعات بيشتر
 How DSL Works
 How VDSL Works
 How Cable Modems Work
 How Web Servers and the Internet Work
 How Internet Infrastructure Works
 How Routers Work
 How Wireless Internet Works
 How Telephone Work

 How Fiber Optics Work
 How Serial Ports Work
More Great Links!
 Asynchronous Serial Transmission- good introduction
 A Brief Introduction to Modem Technology
 ۵۶K Modem FAQ

 ۳۲ V.34 Modems Answer The Call
 Data communication over the telephone network
 Modern Quadrature Amplitude Modulation: Principles and Applications for Fixed and Wireless Communications, by William Webb, Lajos Hanzo
 Point-to- Point Protocol
 The Packet Radio Users Notebook
 PSK and QAM systems

براي ميليونها نفر از مردم، تلويزيون اخبار، سرگرمي و برنامه هاي آموزشي را به خانه آنها مي‎برد. بسياري از مردم براي دريافت برنامه هاي تلويزيوني از تلويزيونهاي كابلي استفاده مي‌كنند چون هم تصاوير بهتر و روشنتري را دريافت مي‌كنند و هم برنامه هاي بيشتري (نحوه كار تلويزيونهاي كابلي را مطالعه كنيد)

بسياري از مردم كه از تلويزيونهاي كابلي استفاده مي‌كنند مي‎توانند هز همان طريق از اينترنت پرسرعت استفاده كنند. مودم هاي كابلي مي‎توانند با سيستم ADSL رقابت كنند (سيستم پرسرعت اينترنتي). اگر براي شما تفاوت فيمابين DSL و مودم كابلي روشن نيست، و يا چگونه يك سيستم كامپيوتري مي‎تواند يك كابل را بين يك دوجين كاربر مشاركت كند، به مطالعه اين مقاله ادامه دهيد. در اين بخش خواهيم ديد كه يك مودم كابلي چگونه كار مي‌كند و چگونه يكصد كانال تلويزيوني كابلي و وب سايت هاي بسيار زيادي تنها با يك كابل كواكسيال (كابل مخصوص تلويزيون) مي‎تواند به خانه شما بيايند و به شما سرويس بدهند.

فضاي اضافي:
شما ممكن است فكر كنيد كه يك كانال تلويزيوني يك فضاي كوچك الكتريكي را اشغال كرده و يا پهناي باند موجي كوچكي را شامل مي‎شود. اما در حقيقت يك سيگنال تلويزيوني از يك سيگنال ۶ مگاهرتز (بر مگاهرتز معادل يك ميليون بسامد در ثانيه مي‎باشد) از يك كابل تلويزيوني استفاده مي‌كند. يك كابل كواكسيال (كابل تلويزيوني) مي‎تواند صدها مگاهرتز موج را حمل كند تا بتواند برنامه هاي تلويزيوني نسخه اي را ارائه دهد (براي اطلاعات بيشتر، قسمت نحوه كار تلويزيون را مطالعه كنيد)
در يك سيستم تلويزيوني كابلي، سيگنالهاي مربوطه به هر كانال تلويزيوني داراي قسمتهاي ۶ مگاهرتزي در داخل كابل شده و همگي به منزل شما مي رسند. در بعضي از سيستمها كابل كواكسيال تنها واسطة بين فرستنده و دستگاه هاي شما مي‎باشد كه سيگنال ها را تقسيم مي‌كند. در سيستم كابلهاي فيبر نوري سيگنالها با يك كابل مي‎توانند به همسايگان و مناطق ديگر نيز سرويس بدهد. سپس در هر ايستگاه كابل فيبر نوري، سيگنالها را از طريق كابل كواكسيال به استفاده كنندگان (خانه هاي شما) منتقل مي‌كند.

زمانيكه يك شركت ارائه كننده خدمات كابلي، خدمات اينترنتي كاملي به شما ارائه مي‎دهد، اطلاعات اينترنتي مي‎تواند از همان كابل قبلي ارائه گردد زير مودم كابلي اطلاعات لازم را از طريق سيگنالهاي مابين دستي (اطلاعاتي كه از سيستم اينترنت به كامپيوتر فرستاده مي‎شود) و از طريق كانال با عرض ۶ مگاهرتز ارسال مي دارد. در داخل كابل داده هاي ارسالي شبيه امواج تلويزيوني احساس مي گردد. بنابراين در سيستم پائين دستي، حداكثر توانائي هاي آن معادل فضاها و ظرفيتهاي يك برنامه تلويزيوني مي‎باشد. اما در سيستم بالادستي، كه داده هاي كامپيوتر را به اينترنت مي فرستد از ظرفيت كمتري و با عرض ۲ مگاهرتز استفاده مي‎شود و اين مسأله ناشي از اين فرضيه است كه كاربرهاي كامپيوتر برنامه هاي بيشتري را از اينترنت گرفته و ثبت مي‌كند و برنامه هاي كمتري را براي اينترنت مي فرستند.
براي استفاده از هر دو سيستم بالادستي و پائين دستي از طريق كابل تلويزيوني به دو نوع دستگاه نياز مي باشد، يك مودم كابلي براي كاربر و يك سيستم (CMTS)
Cable Modem Terminatins System ، سيستم ترمينال مودم كابلي نصب شده در شركت ارائه كننده سرويس كابلي. فيمابين اين دو سيستم كليه ادوات و دستگاهها تأمين است، مديريت و دستيابي به اينترنت نصب خواهد شد.

اجزاء داخلي يك مودم كابلي:
يك مودم كابلي يك دستگاه خارجي باشد و يا جزئي از سيستم نصب شود، در بعضي اوقات مودم كابلي جزئي از سيستم كابل باشد كه تنها نياز به مجموعة دكمه هاي فرمان (key board) و يك دستگاه ماوس دارد تا از اينترنت استفاده كند در حقيقت چنانچه سيستم كابل شما با تكنولوژي بالا نظير ديجيتال مجهز گردد مي‎تواند شما را به اينترنت متصل نمايد حتي چنانچه اين اتصال توسط كابل تلويزيون انجام نگرفته باشد.
صرف نظر از شكل ظاهري، هر مودم كابلي شامل اجزا مهم زير هستند:
– تنظيم كننده (تيونر) راديوئي

– تبديل كننده سيگنال هاي راديوئي به سيگنالهاي كامپيوتري
– تبديل كننده سيگنال هاي كامپيوتري به سيگنالهاي راديوئي
– دستگاه كنترل كننده واسطه ارتباط (MAC)
– دستگاه ريزداده پرداز

اجزاء داخلي مودم كابلي- تنظيم كننده (تيونر)
تنظيم كننده به خروجي كابل وصل مي‎شود. بعضي اوقات يك دستگاه اضافي به نام جدا كننده كه داده هاي اينترنتي را از سيگنالهاي تلويزيوني معمولي جدا مي‌كند نيز با آن همراه مي‎شود. زمانيكه داده هاي اينترنتي از طريق يك كابل خالي ارائه شوند، تنظيم كننده به راحتي سيگنالهاي كامپيوتري را كه توسط تبديل كننده سيگنالهاي راديوئي به كامپيوتري ارسال مي گردد را دريافت و به دستگاه تبديل سيگنالهاي راديوئي به كامپيوتري ارسال مي‌كند.

در بعضي اوقات تنظيم كننده شامل دستگاه ديپلكس مي‎باشد كه با آن مي‎تواند از يك مجموعه فركانسي (معمولاً بين ۸۵۰-۴۲ مگاهرتز) براي زمان ترافيك سيگنالهاي پائين دستي و همچنين از يك مجموعه فركانس (يعني ۴۲-۵۰ مگاهرتز) براي سيگنالهاي بالادستي استفاده كند. سيستم هاي ديگر، غالباً آنهائي كه ظرفيت محدودي دارند از تيونر مودم كابلي براي سيگنالهاي پائين دستي و از سيستم مودم با شماره گيري تلفن براي سيگنالهاي بالادستي استفاده مي‌كند. در هر حال زمانيكه تيونر سيگنالها را دريافت كرد آنرا به دستگاه تبديل كننده سيگنالهاي راديوئي به كامپيوتري ارسال مي‌كند.

اجزاء تشكيل دهنده مودم كابلي: دمولاتور
يك دمولاتور معمولي داراي چهار وظيفه است. يك دمولاتور مربعي (QAM)، سيگنالهاي راديوئي را كه قبلا با كد مخصوص ارسال شده اند را با تغيير دامنه و فاز و طول موج آن به سيگنالهاي ساده اي تبديل مي‌كند كه در دستگاه مبدل انالوگ به ديجيتال قابل استفاده باشد. دستگاه مبدل، سيگنالها را دريافته و با تغيير ولتاژ آن آنها را به سيگنالهاي ديجيتالي ۰S , 1S تبديل مي‌كند. چنانچه اشكال و اشتباهي نيز در سيگنالها باشد در همين حال پيدا شده و رفع عيب مي‎شود. در اغلب موارد يك گروه از داده ها كه Frame خوانده مي‎شود در سيستم MEPG هستند و بنابراين معمولاً يك دستگاه همزماني MEPG نيز استفاده مي‎شود تا كليه گروههاي در جاي خود قرار گيرند.

اجزاء تشكيل دهنده مودم كابلي: مودلاتور
در سيستمهاي مودم كابلي كه از كابل براي سيگنالهاي بالادستي استفاده مي‎شود. از يك دستگاه مودلاتور استفاده مي گردد، كار اين دستگاه تبديل سيگنالهاي ديجيتالي به سيگنالهاي راديوئي براي انتقال آنهاست. اين دستگاه بعضي وقتها مودلاتور خوانده مي‎شود زيرا عملكردهاي متفاوتي در زمان ترافيك بين كاربر و سيستم اينترنت وجود دارد. اين دستگاه شامل اجزاء زير است.

 

– يك سيستم تصحيح كننده سيگنالهاي غلط دريافت شده اند.
– يك سيستم تغيير دامنه و شكل موج (QAM)
– يك دستگاه و مبدل سيگنالهاي ديجيتال به آنالوگ

اجزاء تشكيل دهنده مودم كابلي- واسطه (MAC)
اين دستگاه فيمابين سيگنالهاي بالادستي و پائين دستي نصب مي گردد و به عنوان جايل فيمابيني نرم افزار و سخت افزار كابل عمل مي‌كند تا سيستم هاي مختلف (protocol) دريافت نمايد. تمام كامپيوترها دستگاه MAC را دارند اما عملكرد آن در مودم هاي كابلي بسيار پيچيده تر از كامپيوترها نيست كه از سيستم هاي مودم معمولي استفاده مي‌كنند. به همين دليل بعضي از وظايف MAC كه دستگاه داده پرداز مركزي (CPU) واگذار شده. اين دستگاه مي‎تواند بر روي مودم كابلي و يا بر روي سيستم كاربر نصب گردد.

دستگاه ريز داده پرداز:
كار اين دستگاه بستگي به اين امر دارد كه آيا مودم كابلي براي استفاده در يك سيستم بزرگ كامپيوتري طراحي گرديده و يا فقط براي دستيابي به اينترنت و بدون هيچ پشتيباني از طرف كامپيوتر. در موقعيتي كه جزئي از كامپيوتر هستند، ريزداده پرداز اكثر وظايف MAC خاص را گرفته و انجام مي‎دهد. در سيستم هائيكه از مودم كابلي تنها براي استفاده از اينترنت استفاده مي شود، دستگاه ريز داده پرداز، مواردي را كه MAC به خوبي و يا به سرعت انجام نمي دهد را گرفته و با توانائي بيشتر انجام مي دهد، در هر صورت دستگاه ريزداده پرداز موتورلا براي طراحان انتخاب مناسبي است.