Modem kablowy - Cable modem

Modem kablowy ARRIS Touchstone CM820B DOCSIS 3.0

Modem jest rodzaj mostu sieciowego , który zapewnia komunikację dwukierunkową danych za pośrednictwem kanałów częstotliwości radiowej na hybrydowy włókna współosiowe (HFC) o częstotliwości radiowej na szybie (RFoG) i kabla koncentrycznego infrastruktury. Modemy kablowe służą przede wszystkim do dostarczania szerokopasmowego dostępu do Internetu w postaci Internetu kablowego , wykorzystując dużą przepustowość sieci HFC i RFoG. Są one powszechnie stosowane w obu Amerykach , Azji , Australii i Europie .

Historia

Ucios kablowy

Internet Experiment Note (IEN) 96 (1979) opisuje wczesny system modemu kablowego RF . Od stron 2 i 3 normy IEN 96:

System kablowo-busowy

System kablowy MITRE/Washington opiera się na technologii opracowanej w MITRE/Bedford. Podobne systemy magistrali kablowych działają w wielu ośrodkach rządowych, np. w szpitalu wojskowym Waltera Reeda i Centrum Kosmicznym NASA Johnsona , ale wszystkie są to samodzielne sieci działające wyłącznie lokalnie.

System wykorzystuje standardowy kabel koncentryczny CATV ( Community Antenna Television ) i mikroprocesorowe moduły interfejsu magistrali (BIU) do łączenia komputerów abonenckich i terminali z kablem. ... Magistrala kablowa składa się z dwóch równoległych kabli koncentrycznych, jednego przychodzącego, a drugiego wychodzącego. Kabel przychodzący i kabel wychodzący są połączone na jednym końcu ( stacja czołowa ) i elektrycznie zakończone na swoich drugich końcach. Architektura ta wykorzystuje dobrze rozwinięte jednokierunkowe komponenty CATV . Topologia jest dendrytycznych (tj rozgałęzione jak drzewo ). ...

BIUs zawierają częstotliwości radiowej (RF), który z modemów moduluje się sygnał nośnej do transmisji cyfrowej informacji przy użyciu 1 MHz dostępnej szerokości pasma w zakresie częstotliwości 24 MHz. Pozostała część szerokości pasma 294 MHz, mogą być wykorzystywane do przeprowadzania innych kanałów komunikacyjnych , takich jak od-powietrznej TV , FM , telewizji przemysłowej , lub głosowego sieci telefonicznej , lub, innymi kanałami cyfrowymi. Szybkość transmisji danych naszego systemu testowego wynosi 307,2  kb/s .

IEEE 802.3b (10BROAD36)

Komitet IEEE 802 zdefiniował 10BROAD36 w 802.3b-1985 jako system szerokopasmowy 10 Mbit/s IEEE 802.3 / Ethernet, który może obsługiwać do 3600 metrów (11 800 stóp) przez okablowanie sieci koncentrycznej CATV. Słowo szerokopasmowego stosowany w oryginalnej IEEE 802.3 specyfikacji implikowanych działanie w częstotliwości multipleksowanego z podziałem ( FDM ) zespołów kanałów, a nie cyfrowy pasma kwadratowych przebiegów modulacji (znane również jako kodowanie linii ), które rozpoczynają się w pobliżu zerowej Hz i teoretycznie zużywają nieskończoną częstotliwość przepustowość . (W rzeczywistych systemach komponenty sygnału wyższego rzędu stają się nie do odróżnienia od szumu tła ). Na rynku sprzęt 10BROAD36 nie został opracowany przez wielu dostawców ani nie został wdrożony w wielu sieciach użytkowników w porównaniu ze sprzętem obsługującym standardy pasma podstawowego IEEE 802.3/ Ethernet, takie jak 10BASE5. (1983), 10BASE2 (1985), 10BASE-T (1990) itd.

IEEE 802.7

Komitet IEEE 802 określił również standard szerokopasmowej sieci cyfrowej CATV w 1989 r. z 802.7-1989 . Jednak, podobnie jak 10BROAD36 , 802.7-1989 przyniósł niewielki sukces komercyjny.

Sieci hybrydowe

Firma Hybrid Networks opracowała, zademonstrowała i opatentowała pierwszy szybki, asymetryczny system modemu kablowego w 1990 roku. Kluczowym odkryciem sieci Hybrid Networks było to, że w nadchodzących czasach Internetu pobieranie danych stanowi większość ruchu danych, a to może być obsługiwane odpowiednio w przypadku wysoce asymetrycznej sieci danych (tj. dużego downstreamowego potoku danych i wielu małych upstreamowych potoku danych). Umożliwiło to operatorom CATV natychmiastowe oferowanie szybkich usług transmisji danych bez konieczności uprzedniej kosztownej modernizacji systemu. Kluczowe było również to, że dostrzeżono, że komunikacja w górę i w dół może odbywać się w tym samym lub różnych mediach komunikacyjnych przy użyciu różnych protokołów działających w każdym kierunku w celu ustanowienia systemu komunikacji w pętli zamkniętej. Prędkości i protokoły używane w każdym kierunku byłyby bardzo różne. Najwcześniejsze systemy wykorzystywały publiczną komutowaną sieć telefoniczną (PSTN) jako ścieżkę zwrotną, ponieważ bardzo niewiele systemów kablowych było dwukierunkowych. Późniejsze systemy wykorzystywały CATV zarówno na ścieżce upstream, jak i downstream. Architektura systemu Hybrid jest obecnie używana w większości systemów modemów kablowych.

LANmiasto

LANcity był wczesnym pionierem modemów kablowych, rozwijając zastrzeżony system, który był szeroko wdrażany w USA. LANcity, którym kierował irańsko-amerykański inżynier Rouzbeh Yassini , został następnie przejęty przez Bay Networks . Bay Networks została następnie przejęta przez Nortel . Nortel w tym czasie utworzył spółkę joint-venture z Antec o nazwie ARRIS Interactive. Ze względu na umowy zawarte z Antec dotyczące tego joint venture, Nortel wydzielił grupę LANCity do joint-venture ARRIS Interactive. ARRIS kontynuuje produkcję modemów kablowych i urządzeń CMTS zgodnych ze standardem DOCSIS .

Zadania domowe Zenith

Zenith zaoferował technologię modemu kablowego wykorzystującego własny protokół, który wprowadził w 1993 roku, będąc jednym z pierwszych dostawców modemów kablowych. Technologia Zenith Cable Modem była używana przez kilka systemów telewizji kablowej w Stanach Zjednoczonych i innych krajach, w tym Cox Communications San Diego, Knology w południowo-wschodnich Stanach Zjednoczonych, usługę Ameritech Americast (później sprzedaną do Wide Open West po Fuzja SBC / Ameritech), Cogeco w Hamilton Ontario i Cablevision du Nord de Québec w Val-d'Or. Zenith Homeworks zastosował modulację BPSK (Bi-Phase Shift Keyed), aby osiągnąć 500 Kbit/s przy 600 kHz lub 4 Mbit/s przy 6 MHz.

Com21

Com21 był kolejnym pionierem w dziedzinie modemów kablowych i odnosił sukcesy, dopóki własne systemy nie stały się przestarzałe dzięki standaryzacji DOCSIS. System Com21 wykorzystywał ComController jako centralny most w stacjach czołowych sieci CATV, modem kablowy ComPort w różnych modelach oraz system zarządzania NMAPS wykorzystujący HP OpenView jako platformę. Później wprowadzili również multiplekser w kanale zwrotnym, aby przezwyciężyć problemy z szumem podczas łączenia sygnałów w kanale zwrotnym z wielu obszarów. Zastrzeżony protokół opierał się na Asynchronous Transfer Mode (ATM). Centralny przełącznik ComController był systemem modułowym oferującym jeden kanał downstream (nadajnik) i jeden moduł zarządzania. Pozostałe gniazda mogą być wykorzystane dla odbiorników upstream (2 na kartę), podwójnego Ethernetu 10BaseT, a później także interfejsów Fast-Ethernet i ATM. Najbardziej popularnym stał się interfejs ATM, który obsługiwał rosnące wymagania w zakresie przepustowości, a także obsługiwał sieci VLAN . Com21 opracował modem DOCSIS, ale firma ogłosiła upadłość w 2003 roku i została zamknięta. Aktywa DOCSIS CMTS należące do COM21 zostały nabyte przez ARRIS .

CDLP

CDLP był autorskim systemem wyprodukowanym przez Motorolę . Wyposażenie klienta CDLP (CPE) było zdolne do obsługi zarówno PSTN (sieć telefoniczna), jak i częstotliwości radiowej (sieć kablowa) . Usługa oparta na PSTN była uważana za „kabel jednokierunkowy” i miała wiele takich samych wad jak usługa satelitarnego Internetu ; w rezultacie szybko ustąpił miejsca „kablowi dwukierunkowemu”. Modemy kablowe wykorzystujące sieć kablową RF jako ścieżkę zwrotną uznano za „kabel dwukierunkowy” i były one w stanie lepiej konkurować z usługą dwukierunkowej cyfrowej linii abonenckiej (DSL). Standard jest obecnie w niewielkim stopniu wykorzystywany, podczas gdy nowi dostawcy korzystają z nich, a obecni dostawcy przeszli na standard DOCSIS. Zastrzeżony przez Motorola CDLP CyberSURFR jest przykładem urządzenia, które zostało zbudowane zgodnie ze standardem CDLP, zdolne do szczytowej prędkości 10 Mbit/s downstream i 1,532 Mbit/s upstream. CDLP obsługiwał maksymalną przepustowość pobierania danych 30 Mbit/s, którą można było osiągnąć za pomocą kilku modemów kablowych.

Australijski ISP BigPond stosować ten system, kiedy to rozpoczęła testy modemu kablowego w 1996. Przez wiele lat kablowego dostępu do Internetu był dostępny tylko w Sydney , Melbourne i Brisbane poprzez CDLP. Sieć ta przez kilka lat działała równolegle z nowszym systemem DOCSIS. W 2004 roku sieć CDLP została rozwiązana i zastąpiona przez DOCSIS.

CDLP został również wdrożony u francuskiego operatora kablowego Numericable przed modernizacją jego szerokopasmowej sieci IP przy użyciu DOCSIS.

DVB/DAVIC

Digital Video Broadcasting ( DVB ) i Digital Audio Visual Council (DAVIC) to organizacje utworzone w Europie, które opracowały niektóre standardy modemów kablowych. Jednak standardy te nie zostały tak szeroko przyjęte jak DOCSIS.

IEEE 802.14

W połowie lat 90. komitet IEEE 802 utworzył podkomisję (802.14) w celu opracowania standardu dla systemów modemów kablowych. IEEE 802.14 opracował projekt standardu, który był oparty na ATM . Jednak grupa robocza 802.14 została rozwiązana, gdy północnoamerykańscy operatorzy wielu systemów ( MSO ) zamiast tego poparli raczkującą specyfikację DOCSIS 1.0 , która generalnie korzystała z usługi najlepszych wysiłków i była oparta na protokole IP (z dodatkowymi punktami kodowymi do obsługi ATM dla QoS w przyszłości ). MSO były zainteresowane szybkim wdrożeniem usługi, aby konkurować o klientów szerokopasmowego dostępu do Internetu, zamiast czekać na wolniejsze, iteracyjne i przemyślane procesy komitetów ds. opracowywania standardów. Albert A. Azzam był sekretarzem grupy roboczej IEEE 802.14, a jego książka, Szybkie modemy kablowe , opisuje wiele propozycji przedłożonych do 802.14.

IETF

Chociaż Internet Engineering Task Force (IETF) generalnie nie generuje kompletnych standardów modemów kablowych, IETF Chartered Working Groups ( WGs ), które stworzyły różne standardy związane z technologiami modemów kablowych (w tym 802.14, DOCSIS, PacketCable i inne). W szczególności grupy robocze IETF ds. IP przez sieć kablową (IPCDN) i IP przez cyfrowe nadawanie wideo (DVB) opracowały pewne standardy mające zastosowanie do systemów modemów kablowych, głównie w obszarach baz informacji zarządzania Simple Network Management Protocol (SNMP) ( MIB). ) dla modemów kablowych i innych urządzeń sieciowych działających w sieciach CATV .

DOCSIS

Pod koniec lat 90. utworzono konsorcjum amerykańskich operatorów kablowych , znane jako „MCNS”, aby szybko opracować otwartą i interoperacyjną specyfikację modemu kablowego. Grupa zasadniczo połączyła technologie z dwóch dominujących wówczas systemów własnych, przejmując warstwę fizyczną z systemu Motorola CDLP i warstwę MAC z systemu LANcity. Po opracowaniu wstępnej specyfikacji konsorcjum MCNS przekazało kontrolę nad nią firmie CableLabs, która utrzymywała specyfikację, promowała ją w różnych organizacjach normalizacyjnych (zwłaszcza SCTE i ITU ), opracowała program testów certyfikacyjnych dla urządzeń modemów kablowych i od tego czasu opracowała wiele rozszerzeń do oryginalnej specyfikacji.

Podczas gdy wdrożony sprzęt DOCSIS RFI 1.0 generalnie obsługuje tylko usługę najlepszych wysiłków , dokument DOCSIS RFI 1.0 Interim-01 omawia rozszerzenia i mechanizmy QoS wykorzystujące telefonię IntServ , RSVP , RTP i Synchronous Transfer Mode (STM) (w przeciwieństwie do ATM ). DOCSIS RFI 1.1 później dodał bardziej niezawodne i ustandaryzowane mechanizmy QoS do DOCSIS. DOCSIS 2.0 dodał obsługę S-CDMA PHY , podczas gdy DOCSIS 3.0 dodał obsługę IPv6 i łączenie kanałów, aby umożliwić pojedynczemu modemowi kablowemu jednoczesne korzystanie z więcej niż jednego kanału upstream i więcej niż jednego kanału downstream.

Praktycznie wszystkie modemy kablowe działające obecnie w terenie są zgodne z jedną z wersji DOCSIS. Ze względu na różnice między europejskimi systemami PAL i amerykańskimi NTSC istnieją dwie główne wersje DOCSIS, DOCSIS i EuroDOCSIS. Główne różnice występują w szerokości kanałów RF: 6 MHz dla USA i 8 MHz dla Europy. Trzeci wariant DOCSIS został opracowany w Japonii i był w tym kraju wdrażany w ograniczonym zakresie.

Chociaż interoperacyjność „była głównym celem projektu DOCSIS”, większość operatorów kablowych zatwierdza tylko bardzo ograniczoną listę modemów kablowych w swojej sieci, identyfikując „dozwolone” modemy według ich marki, modeli, czasami wersji oprogramowania układowego, a czasami nawet narzucanie sprzętowej wersji modemu, zamiast po prostu zezwalania na obsługiwaną wersję DOCSIS.

Multimedia przez Coax Alliance

W 2004 roku powołano stowarzyszenie Multimedia over Coax Alliance (MoCA) w celu opracowania standardu branżowego dla połączonego domu przy użyciu istniejącego okablowania koncentrycznego. Początkowo opracowane dla sieci domowych z MoCA 1.0/1.1, standardy MoCA były nadal rozwijane z MoCA 2.0/2.1 w 2010 roku i MoCa 2.5 w 2016 roku.

W 2017 roku Multimedia over Coax Alliance wprowadziło specyfikację MoCA Access, opartą na standardzie MoCA 2.5, odpowiednią do adresowania szerokopasmowego dostępu do sieci wewnątrz budynków za pomocą okablowania koncentrycznego. MoCA Access rozszerza możliwości sieci domowej MoCA 2.5, aby dopasować ją do operatorów i dostawców usług internetowych, którzy instalują punkt dostępu światłowodowego do piwnicy (FTTB/FTTdp) i chcą używać istniejącego kabla koncentrycznego do połączenia z każdym mieszkaniem lub domem.

Adapter terminala multimedialnego

Wraz z rozwojem telefonii Voice over Internet Protocol (VoIP), adaptery telefonii analogowej (ATA) zostały włączone do wielu modemów kablowych w celu świadczenia usług telefonicznych. Wbudowany dysk ATA jest znany jako wbudowany multimedialny adapter terminala (E-MTA).

Wielu dostawców usług telewizji kablowej oferuje również usługi telefoniczne oparte na technologii VoIP za pośrednictwem infrastruktury kablowej ( PacketCable ). Niektórzy klienci szybkiego Internetu mogą korzystać z telefonii VoIP, subskrybując usługi innej firmy, takie jak Vonage , MagicJack+ i NetTALK .

Funkcje architektury sieci

W topologii sieci modem kablowy jest mostem sieciowym zgodnym ze standardem IEEE 802.1D dla sieci Ethernet (z pewnymi modyfikacjami). Modem kablowy łączy ramki Ethernet między siecią LAN klienta a siecią koncentryczną. Z technicznego punktu widzenia jest to modem, ponieważ musi modulować dane, aby przesłać je przez sieć kablową, i musi demodulować dane z sieci kablowej, aby je odebrać.

W odniesieniu do modelu OSI w projektowaniu sieci , modem przewód jest warstwa fizyczna (Warstwa 1) urządzenie i warstwa łącza danych (warstwa 2) przesyłania dalej. Jako węzeł sieci adresowalny IP , modemy kablowe obsługują funkcje na innych warstwach.

Warstwa 1 jest zaimplementowana w Ethernet PHY na interfejsie LAN , a zdefiniowana przez DOCSIS warstwa PHY specyficzna dla kabla na jego interfejsie kablowym HFC. Termin modem kablowy odnosi się do tego PHY specyficznego dla kabla. Warstwa sieci (Layer 3) jest zaimplementowana jako IP hosta, że ma swój własny adres IP używany przez operatora sieci w celu utrzymania urządzenia. W warstwie transportowej (warstwa 4) modem kablowy obsługuje protokół UDP w połączeniu z własnym adresem IP oraz obsługuje filtrowanie na podstawie numerów portów TCP i UDP , na przykład w celu zablokowania przekazywania ruchu NetBIOS poza sieć LAN klienta. W warstwie aplikacji (warstwa 7) modem kablowy obsługuje niektóre protokoły używane do zarządzania i konserwacji, w szczególności protokół dynamicznej konfiguracji hosta (DHCP), SNMP i TFTP .

Niektóre modemy kablowe mogą zawierać router i serwer DHCP, aby zapewnić sieci LAN adresowanie sieci IP . Z punktu widzenia przekazywania danych i topologii sieci, ta funkcjonalność routera jest zwykle odrębna od funkcjonalności modemu kablowego (przynajmniej logicznie), mimo że oba urządzenia mogą dzielić jedną obudowę i wyglądać jak jedna jednostka, czasami nazywana bramą mieszkalną . Tak więc funkcja modemu kablowego będzie miała własny adres IP i adres MAC, podobnie jak router.

Klapka modemu kablowego

Modemy kablowe mogą mieć problem znany w żargonie branżowym jako „klapa” lub „klapa”. Klapa modemu ma miejsce, gdy połączenie modemu ze stacją czołową zostało zerwane (przeszło w tryb offline), a następnie powróciło do trybu online. Zazwyczaj nie rejestruje się czasu offline lub szybkości klapy, tylko częstość występowania. Chociaż jest to częste zjawisko i zwykle niezauważalne, jeśli klapa modemu jest bardzo wysoka, te rozłączenia mogą spowodować zakłócenia usługi. Jeśli występują problemy z użytecznością z powodu klapy, typową przyczyną jest wadliwy modem lub bardzo duży ruch w sieci usługodawcy (zbyt wysokie wykorzystanie upstream). Rodzaje klap obejmują ponowne wstawienia, trafienia i chybienia oraz regulację mocy.

Znane luki

W styczniu 2020 r. ujawniono usterkę dotyczącą modemów kablowych wykorzystujących chipsety Broadcom i nazwano ją Cable Haunt . Badacze bezpieczeństwa twierdzą, że luka dotyczy setek milionów urządzeń. Exploity są możliwe dzięki użyciu domyślnych poświadczeń w komponencie analizatora widma modemu (używanym głównie do celów debugowania) dostępnym przez port sieciowy, który jest domyślnie otwarty w podatnych modelach.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki