Кабельный модем — это тип сетевого моста , который обеспечивает двунаправленную передачу данных по радиочастотным каналам в гибридной волоконно-коаксиальной (HFC), радиочастотной по стеклу (RFoG) и коаксиальной кабельной инфраструктуре. Кабельные модемы в основном используются для предоставления широкополосного доступа в Интернет в виде кабельного Интернета , используя преимущества высокой пропускной способности сетей HFC и RFoG. Они обычно используются в Северной и Южной Америке , Азии , Австралии и Европе .
Internet Experiment Note (IEN) 96 [1] (1979 г.) описывает раннюю систему радиочастотного кабельного модема. Со страниц 2 и 3 IEN 96:
Кабельно-шинная система
Система кабельной сети MITRE/Вашингтон основана на технологии, разработанной в MITRE/Бедфорд. Подобные системы кабельных шин используются в ряде правительственных объектов, например, в армейском госпитале Уолтера Рида и Космическом центре имени Джонсона НАСА , но все они представляют собой автономные сети, предназначенные только для местного использования.
В системе используется стандартный коаксиальный кабель общественного антенного телевидения (CATV) и микропроцессорные интерфейсные модули (BIU) для подключения абонентских компьютеров и терминалов к кабелю. ... Кабельная шина состоит из двух параллельных коаксиальных кабелей: одного входящего, другого исходящего. Входящий и исходящий кабели подключаются на одном конце ( головном узле ) и электрически заделываются на других концах. Эта архитектура использует преимущества хорошо разработанных компонентов однонаправленного кабельного телевидения . [2] Топология является дендритной (т.е. разветвленной как дерево ). ...
BIU содержат радиочастотные (RF) модемы, которые модулируют сигнал несущей для передачи цифровой информации , используя 1 МГц доступной полосы пропускания в диапазоне частот 24 МГц. Оставшаяся часть полосы пропускания 294 МГц может использоваться для передачи других каналов связи , таких как эфирное телевидение , FM , замкнутое телевидение или голосовая телефонная система , или другие цифровые каналы. Скорость передачи данных нашей тестовой системы составляет 307,2 кбит/с .
Комитет IEEE 802 определил 10BROAD36 в 802.3b-1985 [3] как широкополосную систему IEEE 802.3 / Ethernet со скоростью 10 Мбит/с, способную работать на расстоянии до 3600 метров (11 800 футов) по коаксиальным сетевым кабелям кабельного телевидения. Слово « широкополосный» , использованное в исходных спецификациях IEEE 802.3, подразумевало работу в диапазонах каналов с частотным разделением каналов ( FDM ), в отличие от цифровой модуляции прямоугольной формы модулирующего сигнала ( также известной как линейное кодирование ), которая начинается около нуля Гц и теоретически потребляет бесконечную частоту . пропускная способность . (В реальных системах компоненты сигнала более высокого порядка становятся неотличимы от фонового шума .) На рынке оборудование 10BROAD36 не было разработано многими поставщиками и не развернуто во многих пользовательских сетях по сравнению с оборудованием для стандартов базовой полосы IEEE 802.3/ Ethernet , таким как 10BASE5 . (1983), 10BASE2 (1985), 10BASE-T (1990) и т. д.
В 1989 году комитет IEEE 802 также определил стандарт широкополосной цифровой сети кабельного телевидения 802.7-1989 . [4] Однако, как и 10BROAD36 , 802.7-1989 не имел большого коммерческого успеха.
Компания Hybrid Networks разработала, продемонстрировала и запатентовала первую высокоскоростную систему асимметричных кабельных модемов в 1990 году. Ключевой вывод Hybrid Networks заключался в том, что на заре Интернета загрузка данных составляет большую часть трафика данных, и это можно обслуживать. адекватно с сильно асимметричной сетью передачи данных (т. е. с большим нисходящим каналом передачи данных и множеством небольших восходящих каналов передачи данных). Это позволило операторам кабельного телевидения сразу же предлагать услуги высокоскоростной передачи данных, не требуя предварительного дорогостоящего обновления системы. Также ключевым моментом было то, что он увидел, что восходящая и нисходящая связь могут осуществляться на одной и той же или разных средах связи с использованием разных протоколов, работающих в каждом направлении, для создания системы связи с замкнутым контуром. Скорости и протоколы, используемые в каждом направлении, будут сильно различаться. Самые ранние системы использовали коммутируемую телефонную сеть общего пользования (PSTN) в качестве обратного пути, поскольку очень немногие кабельные системы были двунаправленными. Более поздние системы использовали кабельное телевидение как для восходящего, так и для нисходящего канала. Системная архитектура Hybrid сегодня используется в большинстве систем кабельных модемов.
LANcity была пионером в области кабельных модемов, разработав собственную систему, которая получила широкое распространение в США. LANcity, которой руководил ирано-американский инженер Рузбех Ясини , была затем приобретена Bay Networks . [5] Bay Networks впоследствии была приобретена Nortel . [6] Nortel в то время создала совместное предприятие с Antec под названием ARRIS Interactive. [7] Из-за договорных соглашений с Antec, касающихся этого совместного предприятия, Nortel выделила группу LANCity в совместное предприятие ARRIS Interactive. ARRIS продолжает производить кабельные модемы и оборудование терминальной системы кабельных модемов (CMTS), совместимое со стандартом DOCSIS .
Компания Zenith предложила технологию кабельных модемов, используя собственный протокол, который она представила в 1993 году, став одним из первых поставщиков кабельных модемов. Технология кабельного модема Zenith использовалась несколькими системами кабельного телевидения в США и других странах, в том числе Cox Communications San Diego, Knology на юго-востоке США, службой Americast компании Ameritech (позже проданной компании Wide Open West после Слияние SBC и Ameritech), Cogeco в Гамильтоне, Онтарио, и Cablevision du Nord de Québec в Валь-д'Оре. [8] Компания Zenith Homeworks использовала модуляцию BPSK (двухфазная манипуляция) для достижения скорости 500 Кбит/с на частоте 600 кГц или 4 Мбит/с на частоте 6 МГц. [9]
Com21 был еще одним пионером в области кабельных модемов и весьма успешным, пока проприетарные системы не устарели из-за стандартизации DOCSIS. В системе Com21 использовался ComController в качестве центрального моста в головных узлах сети кабельного телевидения, кабельный модем ComPort в различных моделях и система управления NMAPS с использованием HP OpenView в качестве платформы. Позже они также представили мультиплексор обратного пути для решения проблем с шумом при объединении сигналов обратного пути из нескольких областей. Собственный протокол был основан на асинхронном режиме передачи (ATM). Центральный коммутатор ComController представлял собой модульную систему, предлагающую один нисходящий канал (передатчик) и один модуль управления. Остальные слоты можно использовать для восходящих приемников (по 2 на карту), двойного интерфейса Ethernet 10BaseT, а позже также интерфейсов Fast-Ethernet и ATM. Интерфейс ATM стал самым популярным, поскольку он поддерживал растущие требования к пропускной способности, а также поддерживал VLAN . Com21 разработала модем DOCSIS, но в 2003 году компания объявила о банкротстве и закрылась. Активы DOCSIS CMTS COM21 были приобретены ARRIS .
CDLP была собственной системой, разработанной Motorola . Клиентское оборудование CDLP (CPE) могло работать как по ТфОП (телефонная сеть) , так и по радиочастотным (кабельным) обратным путям. Услуга на базе ТфОП считалась «кабельной с односторонней связью» и имела многие из тех же недостатков, что и услуга спутникового Интернета ; в результате он быстро уступил место «двустороннему кабелю». Кабельные модемы, которые использовали радиочастотную кабельную сеть в качестве обратного пути, считались «двусторонним кабелем» и могли лучше конкурировать с услугами двунаправленной цифровой абонентской линии (DSL). В настоящее время этот стандарт мало используется, поскольку новые поставщики используют стандарт DOCSIS, а существующие поставщики перешли на него. Собственная разработка Motorola CDLP CyberSURFR является примером устройства, созданного в соответствии со стандартом CDLP и обеспечивающего пиковую скорость 10 Мбит/с в нисходящем направлении и 1,532 Мбит/с в восходящем направлении. CDLP поддерживал максимальную пропускную способность нисходящего потока 30 Мбит/с, чего можно было достичь, используя несколько кабельных модемов.
Австралийский интернет-провайдер BigPond использовал эту систему , когда начал испытания кабельных модемов в 1996 году. В течение ряда лет кабельный доступ в Интернет был доступен только в Сиднее , Мельбурне и Брисбене через CDLP. Эта сеть работала параллельно с новой системой DOCSIS в течение нескольких лет. В 2004 году сеть CDLP была прекращена и заменена DOCSIS.
CDLP также был внедрен у французского кабельного оператора Numericable перед модернизацией его широкополосной IP-сети с использованием DOCSIS.
Цифровое видеовещание ( DVB ) и Совет по цифровому аудио и видео (DAVIC) — это созданные в Европе организации, которые разработали некоторые стандарты кабельных модемов. Однако эти стандарты не получили такого широкого распространения, как DOCSIS.
В середине 1990-х годов комитет IEEE 802 сформировал подкомитет (802.14) [10] для разработки стандарта для систем кабельных модемов. IEEE 802.14 разработал проект стандарта, основанного на ATM . Однако рабочая группа 802.14 была распущена, когда североамериканские мультисистемные операторы ( MSO ) вместо этого поддержали только что появившуюся на тот момент спецификацию DOCSIS 1.0 , которая обычно использовала сервис с максимальными усилиями и была основана на IP (с кодовыми точками расширения для поддержки ATM [11] для QoS в будущем). Операторы мобильной связи были заинтересованы в быстром развертывании услуг, чтобы конкурировать за клиентов широкополосного доступа в Интернет, вместо того, чтобы ждать более медленных, итеративных и совещательных процессов комитетов по разработке стандартов. Альберт А. Аззам был секретарем рабочей группы IEEE 802.14, [12] и в его книге « Высокоскоростные кабельные модемы» [ 13] описаны многие предложения, представленные по 802.14.
Хотя Инженерная группа Интернета (IETF) обычно не разрабатывает полные стандарты кабельных модемов, IETF создала рабочие группы ( WG ), которые разработали различные стандарты, связанные с технологиями кабельных модемов (включая 802.14, DOCSIS, PacketCable и другие). В частности, рабочие группы IETF по IP через кабельную сеть передачи данных (IPCDN) [14] и IP через цифровое видеовещание (DVB) [15] разработали некоторые стандарты, применимые к системам кабельных модемов, в первую очередь в области простого протокола сетевого управления (SNMP). ) Базы информации управления ( MIB ) для кабельных модемов и другого сетевого оборудования , работающего в сетях кабельного телевидения .
В конце 1990-х годов был сформирован консорциум операторов кабельного телевидения США , известный как «MCNS», для быстрой разработки открытой и совместимой спецификации кабельных модемов. По сути, группа объединила технологии двух доминирующих в то время проприетарных систем, взяв физический уровень из системы Motorola CDLP и уровень MAC из системы LANcity. Когда первоначальная спецификация была разработана, консорциум MCNS передал контроль над ней компании CableLabs , которая поддерживала спецификацию, продвигала ее в различных организациях по стандартизации (особенно SCTE и ITU ), разработала программу сертификационных испытаний для оборудования кабельных модемов и с тех пор разработала проект несколько расширений исходной спецификации.
В то время как развернутое оборудование DOCSIS RFI 1.0 обычно поддерживает только лучший сервис , в документе DOCSIS RFI 1.0 Interim-01 обсуждаются расширения и механизмы QoS с использованием IntServ , RSVP , RTP и телефонии в режиме синхронной передачи (STM) (в отличие от ATM ). [11] DOCSIS RFI 1.1 [16] позже добавил в DOCSIS более надежные и стандартизированные механизмы QoS . В DOCSIS 2.0 добавлена поддержка S-CDMA PHY , а в DOCSIS 3.0 добавлена поддержка IPv6 и объединение каналов , чтобы позволить одному кабельному модему использовать одновременно более одного восходящего канала и более одного нисходящего канала параллельно.
Практически все кабельные модемы, работающие сегодня в полевых условиях, совместимы с одной из версий DOCSIS. Из-за различий в европейской системе PAL и американской системе NTSC существуют две основные версии DOCSIS: DOCSIS и EuroDOCSIS. Основные различия заключаются в ширине радиочастотных каналов: 6 МГц для США и 8 МГц для Европы. Третий вариант DOCSIS был разработан в Японии и получил ограниченное распространение в этой стране.
Хотя совместимость «была главной целью проекта DOCSIS», [17] большинство кабельных операторов одобряют только очень ограниченный список кабельных модемов в своей сети, [18] [19] [20] [21] определяя «разрешенные» модемы. по их марке, модели, иногда версии прошивки, а иногда вплоть до навязывания аппаратной версии модема вместо того, чтобы просто разрешить поддерживаемую версию DOCSIS.
В 2004 году был создан Альянс мультимедиа по коаксиалу (MoCA) для разработки отраслевого стандарта для подключенного дома с использованием существующих коаксиальных кабелей. Первоначально разработанные для домашних сетей с MoCA 1.0/1.1, стандарты MoCA продолжили развиваться с MoCA 2.0/2.1 в 2010 году и MoCa 2.5 в 2016 году.
В 2017 году Multimedia over Coax Alliance представила спецификацию MoCA Access, основанную на стандарте MoCA 2.5, подходящую для обеспечения доступа к широкополосной сети внутри здания с использованием коаксиального кабеля. [22] MoCA Access расширяет возможности домашних сетей MoCA 2.5 для операторов и интернет-провайдеров, которые устанавливают оптоволокно до подвала/точку отвода (FTTB/FTTdp) и хотят использовать существующий коаксиальный кабель для подключения к каждой квартире или дому. "
С развитием телефонии по протоколу передачи голоса по Интернету (VoIP) аналоговые телефонные адаптеры (ATA) были включены во многие кабельные модемы для предоставления телефонных услуг. Встроенный ATA известен как встроенный адаптер мультимедийного терминала (E-MTA).
Многие поставщики услуг кабельного телевидения также предлагают телефонные услуги на основе VoIP через кабельную инфраструктуру ( PacketCable ). Некоторые клиенты высокоскоростного Интернета могут использовать VoIP-телефонию, подписавшись на сторонние услуги, такие как Vonage , MagicJack+ и NetTALK.
В топологии сети кабельный модем представляет собой сетевой мост , соответствующий стандарту IEEE 802.1D для сетей Ethernet (с некоторыми изменениями). Кабельный модем соединяет кадры Ethernet между локальной сетью клиента и коаксиальной сетью. Технически это модем, поскольку он должен модулировать данные для их передачи по кабельной сети и демодулировать данные из кабельной сети для их получения.
Что касается модели проектирования сети OSI , кабельный модем является одновременно устройством физического уровня (уровень 1) и пересылающим устройством уровня канала передачи данных (уровень 2). Будучи сетевым узлом с IP-адресацией , кабельные модемы поддерживают функциональность на других уровнях.
Уровень 1 реализован в PHY Ethernet на его интерфейсе LAN, а PHY , определенный DOCSIS для конкретного кабеля, на его кабельном интерфейсе HFC. Термин «кабельный модем» относится к этому PHY, специфичному для кабеля. Сетевой уровень (уровень 3) реализован как IP-хост, поскольку он имеет собственный IP-адрес, используемый оператором сети для обслуживания устройства. На транспортном уровне (уровень 4) кабельный модем поддерживает UDP в сочетании со своим собственным IP-адресом, а также поддерживает фильтрацию на основе номеров портов TCP и UDP , например, для блокировки пересылки трафика NetBIOS из локальной сети клиента. На прикладном уровне (уровень 7) кабельный модем поддерживает определенные протоколы, используемые для управления и обслуживания, в частности протокол динамической конфигурации хоста (DHCP), SNMP и TFTP .
Некоторые кабельные модемы могут включать в себя маршрутизатор и DHCP-сервер для обеспечения локальной сети IP-адресации. С точки зрения пересылки данных и топологии сети эти функции маршрутизатора обычно отличаются от функций кабельного модема (по крайней мере, логически), даже если они могут использовать один корпус и выглядеть как одно устройство, иногда называемое жилым шлюзом . Таким образом, функция кабельного модема будет иметь собственный IP-адрес и MAC-адрес, как и маршрутизатор.
У кабельных модемов может возникнуть проблема, известная на профессиональном жаргоне как «хлопанье» или «хлопанье». [23] Ошибка модема — это когда соединение модема с головной станцией прервалось (перешло в автономный режим), а затем снова появилось в сети. Время отсутствия или частота лоскута обычно не регистрируются, а только частота возникновения. Хотя это обычное явление и обычно незаметное, если диапазон модема слишком высок, такие отключения могут привести к нарушению обслуживания. Если возникают проблемы с удобством использования из-за флапа, типичной причиной является неисправный модем или очень большой объем трафика в сети поставщика услуг (слишком высокая загрузка восходящего канала). [24] Типы закрылков включают повторную установку, удары и промахи, а также регулировку мощности. [25]
В январе 2020 года была раскрыта уязвимость, затрагивающая кабельные модемы, использующие чипсеты Broadcom , получившая название Cable Haunt . Исследователи безопасности говорят, что уязвимость затрагивает сотни миллионов устройств. Эксплойты возможны из-за использования учетных данных по умолчанию в компоненте анализатора спектра модема (в основном используемом в целях отладки), доступном через сетевой порт , который в уязвимых моделях открыт по умолчанию. [26] [27]
Усилители являются одним из распространенных компонентов, используемых в системе кабельного телевидения.
{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )Рабочая группа IEEE 802.14 использовала WalkingDog.com в качестве своего веб-сайта.{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )