مودم چیست و چگونه کار می کند

اگر شما این مقاله را در خانه و بر روی کامپیوتر خود می‌خوانید، به احتمال قوی از طریق مودم به آن دسترسی پیدا کرده‌اید. شاید برایتان این سوال پیش آمده که مودم چیست و چگونه کار می‌کند؟ و چگونه سیگنال تلفن که بصورت آنالوگ دریافت می‌کنیم را به حالت دیجیتال تبدیل می‌کند و به شکل وای فای، اینترنت را در اختیار می‌گذارد؟

در این مقاله به شما نشان خواهیم داد که مودم چیست و چگونه یک مودم صفحات وب را برای شما فراهم می‌کند. ما با مودم‌های 300 baud (بایت بر ثانیه) شروع می‌کنیم و تا توضیح ADSL پیش می‌رویم! قبل از آنکه به بررسی سوال مودم چگونه کار می‌کند بپردازیم، بگذارید یک مرور کوتاهی بر اینکه اصلا مودم چیست و تاریخچه پیدایش مودم به چه صورت بوده است، داشته باشیم; برای پاسخ به این پرسشها، با مجله برقچی همراه باشید.

فهرست مقاله:

• مودم چیست؟
• تکنیک FSK در فرایند کار کردن مودم
• ارتباط بین اینترنت، کامپیوتر و مودم چگونه کار می‌کند؟
• تکنیک استاندارد برای مسیریابی به وسیله مودم چگونه است
• چه مودمی برای خانه بخریم؟
• جمع بندی

مودم چیست؟

مودم چیست ؟ پیش از پاسخ به این سوال بهتر است کمی بیشتر با واژه مودم آشنا شویم. کلمه “مودم”، ترکیبی از کلمات modulator-demodulator (به معنی سوارکننده-پیاده کننده) است. معمولا از یک مودم برای ارسال داده‌های دیجیتال از طریق خط تلفن استفاده می‌شود. سوال اینجاست که مودم چگونه کار می‌کند؟

مودم ارسال کننده و مودم دریافت کننده

مودم ارسال کننده، داده‌ها را به سیگنالی که با خط تلفن سازگار است، سوار می‌کند و مودم دریافت‌کننده، سیگنال را به داده‌های دیجیتال پیاده‌سازی می‌کند. مودم‌های بی‌سیم تبدیل داده‌های دیجیتال به سیگنال‌های رادیویی و بالعکس را انجام می‌دهند.

مودم‌ها در دهه ۱۹۶۰ به عنوان راهی برای اجازه دادن به ترمینال‌ها برای اتصال به کامپیوترها از طریق خطوط تلفن به وجود آمدند. یک آرایش معمول برای نشان دادن آنکه مودم چگونه کار می‌کند در زیر نشان‌داده شده‌است:

در چنین پیکربندی، یک ترمینال غیرهوشمند در یک دفتر یا فروشگاه دوردست می‌تواند به یک کامپیوتر بزرگ مرکزی از طریق یک خط تلفن متصل شود. دهه ۱۹۶۰، عصر مالکیت اشتراکی کامپیوترها بود، بنابراین یک کسب‌وکار اغلب کامپیوتر را برای مدت زمان مشخصی از یک مرکز به اشتراک گذاری می‌خرید و از طریق یک مودم ۳۰۰ بیت بر ثانیه به آن متصل می‌شد.

ترمینال غیرهوشمند

یک ترمینال غیرهوشمند، یک کیبورد و صفحه نمایش است. یک ترمینال غیرهوشمند بسیار متداول در آن زمان DEC VT-100 نام داشت و به یک استاندارد روز تبدیل شده بود (‏که در حال حاضر در شبیه‌ساز سخت‌افزاری ترمینال‌ها در سراسر جهان به یادگار نگه داشته شده است)‏. VT-100 می‌توانست ۲۵ خط از ۸۰ کاراکتر را به نمایش بگذارد. وقتی کاربر یک کاراکتر را روی پایانه تایپ می‌کرد، مودم کد ASCII آن کاراکتر را برای کامپیوتر می‌فرستاد. سپس کامپیوتر کد را به کاراکتر تبدیل کرده و روی صفحه نمایش قابل مشاهده بود.

سیستم BBS برای اتصال مودم به کامپیوتر

هنگامی که کامپیوترهای شخصی در اواخر دهه ۱۹۷۰ شروع به  ظهور کردند، سیستم‌های تخته بولتن یا ‏BBS(که مخفف Bulletin Board System است) ‏به اوج رسیدند. فرد یک کامپیوتر را با یک یا دو مودم و تعدادی نرم‌افزار BBS راه‌اندازی می‌کرد و افراد دیگر برای اتصال به تخته بولتن از طریق یک خط تلفنی متصل می‌شدند. کاربران شبیه‌سازهای ترمینال را برای شبیه‌سازی یک ترمینال غیرهوشمند روی کامپیوترهای خود اجرا می‌کردند.

سرعت مودم در ابتدا چقدر بود و الان چقدر است؟

برای مدتی ۳۰۰ بیت بر ثانیه سرعت خوبی به حساب می‌آمد. دلیل قابل ‌قبول بودن این سرعت این بود که ۳۰۰ بیت بر ثانیه نشان‌دهنده حدود ۳۰ کاراکتر در ثانیه است، که بسیار بیشتر از آن است که یک شخص بتواند در یک ثانیه تایپ کند یا بخواند. هنگامی که افراد شروع به انتقال برنامه‌ها و تصاویر بزرگ به سیستم‌های بولتن کردند، ۳۰۰ بیت بر ثانیه تبدیل به سرعتی غیرقابل‌تحمل شد. سرعت مودم‌ها در مراحلی با فاصله تقریبی دو ساله به این شکل تغییر کرد:

• ۳۰۰ بیت بر ثانیه(bps) – دهه ۱۹۶۰ تا حدود سال ۱۹۸۳

• ۱۲۰۰ بیت بر ثانیه – در سال‌های ۱۹۸۴ و ۱۹۸۵ محبوبیت کسب کرد.

• ۲۴۰۰ بیت بر ثانیه

• ۹۶۰۰ بیت بر ثانیه – اولین بار در اواخر ۱۹۹۰ و اوایل ۱۹۹۱ مورد استفاده قرار گرفت.

• ۱۹.۲ کیلوبیت بر ثانیه(kbps) • 28.8 کیلوبیت بر ثانیه

• ۳۳.۶ کیلوبیت بر ثانیه

• ۵۶ کیلوبیت بر ثانیه – در سال ۱۹۹۸ استاندارد شد.

• ADSL با حداکثر سرعت ۸ مگابایت بر ثانیه(‏Mbps)‏ – در سال 1999 محبوبیت یافت.

مودم‌های 300 بیت بر ثانیه

ما برای آنکه توضیح دهیم مودم چگونه کار می‌کند از مودم‌های ۳۰۰ بیت بر ثانیه به عنوان نقطه شروع استفاده می‌کنیم، زیرا درک آن‌ها بسیار آسان است. یک مودم ۳۰۰ بیت بر ثانیه، وسیله‌ای است که از روش انتقال اطلاعاتی به نام Frequency Shift Keying یا به اختصار FSK، برای انتقال اطلاعات دیجیتال از طریق یک خط تلفن استفاده می‌کند. در روش FSK، یک تن(‏فرکانس) ‏متفاوت برای بیت‌های مختلف استفاده می‌شود. هنگامی که مودم ترمینال با مودم کامپیوتر، ارتباط برقرار می‌کند، مودم ترمینال، منشاء مودم(originate modem) نامیده می‌شود. این مودم چگونه کار می‌کند؟ مودم ترمینال یک تن 1070 هرتزی را برای صفر و یک تن 1270 هرتزی را برای ۱ مخابره می‌کند. مودم کامپیوتر، مودم پاسخ(Answer Modem) نامیده می‌شود.

این مقاله را نیز حتما بخوانید: روتر چگونه کار میکند؟ به همراه راهنمای خرید بهترین روتر

مودم‌های 300 بیت بر ثانیه چگونه کار می‌کند؟

مودم پاسخ یک تن 2025 هرتزی برای صفر و یک تن 2225 هرتزی برای ۱ مخابره می‌کند. به این دلیل که مودم‌های منشاء و پاسخ، تن‌های مختلفی را انتقال می‌دهند، می‌توانند به طور همزمان از یک خط استفاده کنند. این عملیات به عنوان عملیات کاملا دوطرفه شناخته می‌شود. مودم‌هایی که مخابره را در یک زمان تنها در یک جهت انجام می‌دهند، به عنوان مودم‌های یک طرفه شناخته می‌شوند و کمیاب هستند.

فرض کنید دو مودم 300 بیت بر ثانیه به یکدیگر متصل هستند و کاربر در ترمینال حرف “a” را تایپ می‌کند.  کد ASCII این حرف 97 ده‌دهی(decimal) یا 011100001 دودویی(binary) است(برای کسب اطلاعات بیشتر درباره سیستم دودویی “بیت‌ها و بایت‌ها چگونه کار می‌کنند” را ببینید). یک وسیله داخل ترمینال به نام UART(‏گیرنده-فرستنده ناهمگام جهانی)‏ بایت را به بیت‌های سازنده‌اش تبدیل می‌کند و آن‌ها را به صورت یک‌به‌یک در طی زمان از طریق درگاه RS-232 ترمینال(‏که به عنوان درگاه سریال نیز شناخته می‌شود) ‏ارسال می‌کند. مودم ترمینال به درگاه RS-232 متصل است، بنابراین در طی زمان به صورت یک‌به‌یک بیت‌ها را دریافت می‌کند و وظیفه‌اش ارسال آن‌ها از طریق خط تلفن است.

تکنیک FSK در فرایند کار کردن مودم

به منظور ایجاد مودم‌های سریع‌تر، طراحان مودم باید از تکنیک‌هایی بسیار پیچیده‌تر از FSK استفاده می‌کردند. ممکن است بپرسید که این انواع جدید مودم چگونه کار می‌کند؟ ابتدا آن‌ها از روش Phase-Shift Keying یا به اختصار ‏PSK استفاده کردند ‏و سپس به استفاده از سیستم مدولاسیون دامنه تربیعی یا Quadrature Amplitude Modulation یا به اختصار ‏QAM روی آوردند‏. این تکنیک به مقادیر باور نکردنی اطلاعات اجازه می‌دهد تا در ۳۰۰۰ هرتز پهنای باند موجود در یک خط تلفن معمولی، فشرده شوند. مودم‌های 56K، که در واقع با سرعت ۴۸ کیلوبیت بر ثانیه روی خطوط بی‌نقص متصل می‌شوند، به نحوی تعیین کننده محدوده این روش هستند.

تمام این مودم‌های سرعت بالا، مفهوم تنزل مطبوع (gradual degradation) را به ثبت می‌رسانند، به این معنی که آن‌ها می‌توانند خط تلفن را امتحان کنند و در صورتی که خط نتواند سریع‌ترین سرعت مودم‌ها را مدیریت کند، به سرعت‌های کم‌تر برگردند.

ADSL چگونه به تکامل مودم کمک کرد؟

گام بعدی در تکامل مودم، مودم‌های خط اشتراک دیجیتال نامتقارن(Asymmetric Digital Subscriber Line یا به اختصار ‏ADSL) بود. کلمه نامتقارن استفاده می‌شود چون این مودم‌ها داده‌ها را در یک جهت سریع‌تر از جهت دیگر ارسال می‌کنند. یک مودم ADSL از این مسئله که هر خانه، آپارتمان یا دفتر معمولی دارای یک سیم مسی اختصاصی است که بین آن و نزدیک‌ترین تسهیم‌کننده مداری(mux) یا دفتر مرکزی شرکت تلفن متصل است، استفاده می‌کند.

این سیم مسی اختصاصی می‌تواند اطلاعات بسیار بیشتری را نسبت به سیگنال ۳۰۰۰ هرتز مورد نیاز برای کانال صوتی تلفن شما حمل کند. اگر دفتر مرکزی شرکت تلفن و خانه شما، هر دو به یک مودم ADSL در خط شما مجهز باشند، آنگاه سیم مسی بین خانه شما و شرکت تلفن می‌تواند به عنوان یک کانال انتقال سریع دیجیتال عمل کند. ظرفیت در شرایط ایده‌آل چیزی در حدود ۱ میلیون بیت در ثانیه(‏Mbps) ‏بین خانه و شرکت تلفن(‏بالادست یا upstream)‏ و 8Mbps بین شرکت تلفن و خانه(‏پایین‌دست یا downstream)‏ است. یک خط می‌تواند یک مکالمه تلفنی و داده‌های دیجیتال را در یک زمان انتقال دهد.

ممکن است بخواهید بدانید که این نوع از مودم چگونه کار می‌کند. باید گفت نحوه کار یک مودم ADSL در اصول بسیار ساده است. پهنای باند خط تلفن بین ۲۴۰۰۰ تا 1100000 هرتز به باندهای ۴۰۰۰ هرتزی تقسیم می‌شود و یک مودم مجازی به هر باند اختصاص داده می‌شود. هر یک از این ۲۴۹ مودم مجازی باند خود را امتحان می‌کند و بهترین کاری که می‌تواند با پهنای باند اختصاص‌داده‌شده انجام می‌دهد. مجموع ۲۴۹ مودم مجازی، سرعت کل خط لوله است.

ارتباط بین اینترنت، کامپیوتر و مودم چگونه کار می‌کند؟

امروزه، هیچ‌کس از پایانه‌های غیرهوشمند یا شبیه‌سازهای ترمینال برای اتصال به یک کامپیوتر منفرد استفاده نمی‌کند پس ارتباط بین اینترنت، کامپیوتر و مودم چگونه کار می‌کند؟ امروزه از مودم‌های خود برای اتصال به یک تامین‌کننده خدمات اینترنتی (Internet Service Provider یا به اختصار ‏ISP)‏ استفاده می‌کنیم و ISP ما را به اینترنت متصل می‌کند. اینترنت به ما اجازه می‌دهد تا به هر ماشینی در دنیا متصل شویم (‏برای جزئیات بیشتر به مقاله “چگونه سرورهای وب و اینترنت کار می‌کنند” مراجعه کنید)‏. به دلیل ارتباط بین کامپیوتر شما، ISP و اینترنت، دیگر مناسب نیست که کاراکترهای منفرد ارسال کنیم. به جای آن مودم شما بسته‌های TCP/IP را بین شما و ISP شما مسیریابی می‌کند.

تکنیک استاندارد برای مسیریابی بسته‌ها از طریق مودم چگونه کار می‌کند؟

این تکنیک پروتکل نقطه به نقطه (Point-to-Point Protocol یا به اختصار PPP) نامیده می‌شود. ایده اصلی ساده است- پشته TCP/IP کامپیوتری شما معمولا بسته‌های اطلاعاتی TCP/IP خود را تشکیل می‌دهد اما سپس بسته‌های اطلاعاتی برای انتقال به مودم داده می‌شوند. در پاسخ به اینکه مودم چگونه کار می‌کند باید گفت که ISP هر بسته اطلاعاتی را دریافت کرده و آن را به طور مناسب به اینترنت ارسال می‌کند. همین فرایند برای گرفتن داده از ISP به کامپیوتر شما رخ می‌دهد تا یک اتصال ایجاد شود.

بعد از دانستن نحوه عملکرد مودم، حالا چه مودمی برای خانه بخریم؟

اگر بخواهیم بهترین مودم برای مصرف خانگی و یا حتی برای مغازه‌های کوچک تا 80 متر مربع را پیشنهاد بدهیم، بایستی به مودم تی پی لینک ۹۹۷۰ سری VDSL اشاره کنیم که فناوری ADSL را نیز حمایت می‌کند; این مودم در حال حاضر با قیمت 990 هزار تومان در سایت برقچی به فروش می‌رسد. مودم دیگر که برای مصرف خانگی مناسب است، مودم دی لینک DSL-224 سری +VDSL2 است که در حدود 800 هزار تومان در بازار شبکه معامله می‌شود.

جمع بندی

اول از همه خسته نباشید عرض می‌کنم خدمت شما همراهان برقچی که تا به این لحظه با ما همراه بودید. همراهی شما با این مقاله، موجب دریافت اطلاعاتی درباره ماهیت مودم، وظایف مودم و نحوه عملکرد مودم شد. همچنین در لابه لای این اطلاعات جالب، کمی درباره ترمینال غیرهوشمند، اینکه برای اولین بار تحت چه نامی با چه حوزه وظایفی به مظهر ظهور رسید و به طور کلی پاسخ مودم چیست و چگونه کار می‌کند؟ را دریافت کردید.

در ادامه با سیستم BBS آشنا شدید؛ اینکه این سیستم برای چه منظوری در ابتدا ایجاد شد به صحبت پرداختیم. سپس در مورد تاریخچه سرعت مودم  و اینکه فناوری ADSL چگونه باعث پیشرفت صنعت مودم شد. همینطور پاسخ روشنی برای پرسش مودم چگونه بسته‌های موجود در بستر اینترنت را مسیریابی می‌کند، دریافت کردید. امید است تمام سعی و تلاش ما برای افزایش آگاهی شما همراهان برقچی، مورد رضایت قرار گیرد. شما همچنین می‌توانید با مرکز مشاوره و راهنمایی تیم برقچی با شماره 35000020-021 در تماس باشید تا مشاورین ما در اسرع وقت پاسخگوی شما باشند.

منبع مقاله: How Modems Work