Cable Modem

 
概述

　　CableModem应用的是有线电视网。CableModem的基本原理很简单：有线电视电缆可以同时传输许多个频道，我们利用电缆带宽的一部分来传送数据，然后使用CableModem把数据信号从电缆中分离出来，这样就达到了对数据的传输。使用混合同轴／光纤有线电视线路来提供最高可达6Mbps的下载速率－－几乎四倍于T1线路，以及640Kbps的上载速率。

有线电视HFC网上的CableModem

　　有线电视HFC网（HybirdFiber-Coaxial：混合光纤同轴）传输的是模拟信号，假如用它来传送数字信号，就要使用CableModem(线缆调制解调器)，它是一种专门为在有线电视网上开发数据通信业务而设计的用户接入设备。在发送端，CableModem首先将数据进行调制，然后利用CATV同轴电缆中的某个频率范围进行传输，接收端再在同一频率范围内对已调制的信号进行解调，还原出数据。对于有线电视用户来说，增加CableModem服务每月将多花一笔费用，但是有线Internet服务和有线电视服务却可以同时进行，使您能够在看电视的同时上网冲浪。

　　有线Internet服务有两种类型。第一种服务是使用有线电视线缆进行下行通信，而利用拨号Modem向Internet传输数据。现在人们更倾向于选择第二种服务——双向光纤电缆，也就是说，传输和接收数据都通过线缆进行。这两种系统都是非对称的，上行和下行的速度不同，往往是下行速度要快得多。从理论上讲，线缆系统的下行速度最快能够达到40Mbps。上行速度根据系统的不同也有所区别，最快也能达到10Mbps左右。

　　CableModem通常是保持连接的，用户无需拨号上网，无需担心碰到忙音，上网时也不会占用电话线。假如服务商并没有提供静态的ip地址，当用户登录到系统时将会得到动态分配的IP地址。CableModem和有线电视线缆共享同一个网络，可以在一个光节点内通过同轴电缆连接500～2000个相邻的用户。光节点上的数据转发器通过光缆与主要的有线电视线路相连。为了提供Internet服务，有线电视数据转发器必须能够处理双向通信以及对Internet上的数据进行路由。

　　需要指出的是，有线电视运营商利用CableModem系统建成的宽带Internet接入网络实际上是一个庞大的“Intranet”，即端到端的IP网络。因为网络的连接速率取决于其中最慢的链路，假如由有线电视前端接入Internet的速率只有几十Kbps，那么下行传输速率再高也没有任何意义。为了避免Internet的接入成为宽带网络的瓶颈，可以在本地Internet服务器上设置缓存，存储常用的Web内容，将Internet上的内容尽可能地推近前端。有条件的话，前端系统还应用尽可能高的连接速率接入Internet。

　　一般而言，电视信号不会受到用户数增加的影响，因为所有的用户使用的信号相同。但是所有的网上冲浪者所需的数据都各不相同，增加的用户势必会分享有效的带宽。随着用户数的不断增加，网络性能也会随之下降。有线电视经营商考虑到负载的增加，采取了两种办法提高性能：增加有线电视连接信道，将其速度提高到42Mbps；将光节点分裂成两个节点从而在相同的服务器上创建更小的组。

技术详述

　　CableModem是一种通过有线电视网络实现高速接入的装置。CableModem不仅仅是传统意义上的调制解调器，实际上它更多地是作为局域网接口运行(一般是通过TCP/IP运行)。用户所在地和电缆公司之间的同轴电缆能够按照用户的需求向远处延伸，它不像ISDN和ADSL那样传输距离仅限于5500米。

　　CableModem与安装在电缆公司的CableModem端接系统(CMTS)相通，CMTS端接来自用户处的电缆连接输出信号，并把这些信号汇聚成电缆提供商网络分配设备的输出。

　　CMTS还是头端的组成部分。头端由几个服务器、网关和路由器组成，这些设备连接在一起，通过因特网提供多种业务。这些业务包括数据/视频传输、接收卫星频道广播和标准的射频(RF)广播。

　　电缆公司还可能有具备提供先进组网能力的设备。例如，他们可能利用Web高速缓存服务器存储网站上经常供读者访问的内容。

　　CableModem通过分离的信道对下行和上行通信提供网络接入，但是，这些信道是非对称的。下行信道的容量和数据率比上行信道的高，电缆公司通过下行信道着重对用户提供内容数据；反之，电缆公司对上行信道要求不高，因为上行信道只需传输键盘输入和鼠标/光标移动信号即可。

　　传统的同轴电缆电视网络工作频率为330MHz或450MHz。新的混合型光纤同轴系统工作频率为750MHz，每个信道占用6MHz的频带。因此，400MHz的电缆系统能提供约60个信道，700MHz的系统能提供多达110个信道。

　　每个6MHz的信道在下行频率上能够提供40Mbps的传输速率，上行传输速率为500kbps～10Mbps。从CableModem到PC的最大传输速率目前为10Mbps，这是由于CableModem采用了10BaseT以太网接口所致。

　　电缆型标准“电缆系统传输接口数据规范”(DOCSIS)规定，电缆网络应能支持36Mbps的最大传输速率，但由于整个电缆网络要处理共享媒体，所以要达到这一速率是不可能的，而实际最有可能支持的速率约为400kbps～3Mbps。这一数据率完全取决于网络怎样分段，并根据每个网段能够容纳多少用户场所而定。用户场所连入节点，而节点由网段连接起来。每个节点的用户场所越少，网段上供用户使用的带宽就越宽。按电缆产业标准要求，每个网段可容纳125～2000个用户场所。

应用问题

　　CableModem在上行信道上产生噪声，而且由于信道为用户所共享，这种噪声将通过所有的节点进一步汇聚在连接CMTS的每个网段上。我们知道，这种噪声会干扰毗邻信道，有时业余无线电和民用波段电台等也会产生干扰。厂家现已开发出了专门为消除上行信道干扰而设计的硅芯片。

　　但是，令用户担心的最大问题也许是CableModem的安全。此外，CableModem的共享性质也令人担心:发送端的网段上每个调制解调器发送的私人信息会直接引起安全问题。

　　CableModem的几个相关要素可以解决令用户担心的问题。首先，所有依从DOCSIS的系统必须符合基本的隐私规范(BaselinePRivacySpecifications)，因为这一规范能使企业应用实现真正的端到端安全通信。除这些规范外，CableModem使用数据加密标准(DES)40和56位加密密钥与CMTS通信。IEEE802.14标准包括DES和TripleDES标准的128位加密算法。相反，DSL则没有加密的安全规范。

　　最后，还有一个长期令人担心的问题是关于CableModem的可靠性。CATV网络在业务高峰期提供不同服务方面口碑不好，用户经常受无故的周期性中断之苦。经过电缆提供商的改进，HFC大大提高了CATV网络的能力，改善了对用户的服务质量。这些新的HFC网络必将按照规定服务等级的合同提供服务。

　　由于线缆是共享网络，因此存在着两个潜在的安全问题。其他用户可以通过共享线缆访问您正在传输的数据，或者直接访问您硬盘中的数据。尽管新的DOCSIS（DataOverCableServiceInternetSpecification）标准中加入RSA公钥加密算法保护线缆网络上的通信安全，但是这并不能保护您的硬盘数据，所以建议您最好关闭Windows的文件共享属性以阻止非授权的访问。

CableModem传输步骤

　　电缆没有距离上的限制，是已安装有线电视家庭的自然选择。有线电视电缆具有宽带的优势，尽管与大约100个电视频道共享带宽，CableModem仍然可以3Mbps～10Mbps的速率接收数据。不仅如此，为满足家庭用户更高的上网要求，技术人员还可以给用户分配多个频道专门用于上网，这样，家庭上网用户获得的数据传输速度将是惊人的。大多数情况下，您的CableModem连接服务商也承担着ISP的职责。CableModem传输包含了几个步骤：

　　1．信息从Internet传输到ISP的光纤骨干网上；

　　2．网络监控中心（NetworkOperationsCenter：NOC）对网络状况实时监控；

　　3．区域性数据中心缓存常用网站信息和本地内容，并提供邮件和新闻服务；

　　4．信息经光缆转送到电缆访问单元（CableaccessUnit：CAU）上；

　　5．CAU服务器经同轴电缆向多个家庭用户传输信息；

　　6．最简单的连接是CableModem解码用户数据，并传送到PC中；

　　7．较复杂连接是使用分离器分割电视信号和数据信号，然后把电视信号送往电视机，把数据信号传送到PC中。