Kabelmodem - Cable modem

ARRIS Touchstone CM820B DOCSIS 3.0 kabelmodem

Et kabelmodem er en type nettverksbro som gir toveis datakommunikasjon via radiofrekvenskanaler på en hybrid fiber-koaksial (HFC), radiofrekvens over glass (RFoG) og koaksial kabelinfrastruktur . Kabelmodemer er først og fremst brukes til å levere bredbånd Internett-tilgang i form av kabel Internett , drar nytte av den høye båndbredden av HFC og RFoG nettverk. De er vanligvis distribuert i Amerika , Asia , Australia og Europa .

Historie

MITER Cablenet

Internet Experiment Note (IEN) 96 (1979) beskriver et tidlig RF -kabelmodemsystem. Fra side 2 og 3 i IEN 96:

Kabelbussystemet

MITER/Washington Cablenet -systemet er basert på en teknologi utviklet på MITER/Bedford. Lignende kabelbussystemer er i drift på en rekke offentlige steder, f.eks. Walter Reed Army Hospital og NASA Johnson Space Center , men disse er alle frittstående, lokale nettverk.

Systemet benytter standard fellesantenne TV (CATV) koaksialkabel og mikroprosessorbasert bussgrensesnitt Units (Bius) for å koble abonnent datamaskiner og terminaler på tvers av kabelen. ... Kabelbussen består av to parallelle koaksialkabler, en inngående og den andre utgående. Den inngående kabelen og den utgående kabelen er koblet i den ene enden, toppenden , og avsluttes elektrisk i de andre ender. Denne arkitekturen drar fordel av de velutviklede enveis CATV -komponentene . Den topologi er dendrittiske (dvs. forgrenede som et tre ).
...

BIU -ene inneholder radiofrekvens (RF) -modem som modulerer et bæresignal for å overføre digital informasjon ved hjelp av 1 MHz av den tilgjengelige båndbredden i 24 MHz frekvensområdet. Resten av 294 MHz båndbredde kan brukes til å bære andre kommunikasjonskanaler , slik som off-the-air TV , FM , lukket krets TV , eller en stemme telefon system , eller, andre digitale kanaler. Den datahastighet på vår test-bed system er 307,2  kbps .

IEEE 802.3b (10BROAD36)

Den IEEE 802 Committee definert 10BROAD36 i 802.3b-1985 som et 10 Mbit / s IEEE 802.3 / Ethernet bredbåndssystem for å kjøre opp til 3600 m (11.800 fot) over CATV-koaks nettverk kabling. Ordet bredbånd som benyttes i de opprinnelige spesifikasjoner IEEE 802.3 underforstått drift i frekvensdelt multiplekset ( FDM ) kanal bånd i motsetning til digital basisbånd firkant-bølgeform -modulasjoner (også kjent som linje koding ), som begynner i nærheten av null Hz og teoretisk forbruker uendelig frekvens båndbredde . (I den virkelige verden systemer, høyere orden signalkomponenter blir umulig å skille fra bakgrunnsstøy .) I markedet 10BROAD36 utstyret ble ikke utviklet av mange leverandører eller utplassert i mange bruker nettverk i forhold til utstyr for IEEE 802.3 / Ethernet bånd- standarder som 10Base5 (1983), 10BASE2 (1985), 10BASE-T (1990), etc.

IEEE 802.7

Den IEEE 802 Komiteen også spesifisert en bredbånds CATV digitalt nettverk standard i 1989 med 802,7 til 1989 . I likhet med 10BROAD36 så imidlertid 802.7-1989 liten kommersiell suksess.

Hybride nettverk

Hybrid Networks utviklet, demonstrerte og patenterte det første høyhastighets, asymmetriske kabelmodemsystemet i 1990. Et sentralt innblikk i Hybrid Networks var at dataoverføring utgjør størstedelen av datatrafikken i begynnelsen av Internett, og dette kan betjenes tilstrekkelig med et svært asymmetrisk datanettverk (dvs. et stort nedstrøms datarør og mange små oppstrøms datarør). Dette tillot CATV -operatører å tilby høyhastighets datatjenester umiddelbart uten først å kreve en dyr systemoppgradering. Nøkkelen var også at den så at oppstrøms og nedstrøms kommunikasjon kan være på samme eller forskjellige kommunikasjonsmedier ved hjelp av forskjellige protokoller som jobber i hver retning for å etablere et lukket sløyfe kommunikasjonssystem. Hastighetene og protokollene som brukes i hver retning ville være veldig forskjellige. De tidligste systemene brukte det offentlige telefonnettet (PSTN) for returveien siden svært få kabelsystemer var toveis. Senere systemer brukte CATV for oppstrøms- og nedstrømsbanen. Hybrids systemarkitektur brukes for de fleste kabelmodemsystemer i dag.

LANcity

LANcity var en tidlig pioner innen kabelmodem, og utviklet et proprietært system som ble bredt distribuert i det amerikanske LANcity, som ble ledet av den iransk-amerikanske ingeniøren Rouzbeh Yassini , ble deretter anskaffet av Bay Networks . Bay Networks ble deretter kjøpt opp av Nortel . Nortel hadde den gang dannet et joint-venture med Antec kalt ARRIS Interactive. På grunn av kontraktsmessige avtaler med Antec som involverer dette joint venture, snurret Nortel LANCity-gruppen ut i ARRIS Interactive joint-venture. ARRIS fortsetter å gjøre kabelmodem og CMTS -utstyr i samsvar med DOCSIS -standarden.

Zenith lekser

Zenith tilbød en kabelmodemteknologi ved å bruke sin egen protokoll som den introduserte i 1993, og var en av de første kabelmodemleverandørene. The Zenith Cable Modem teknologien ble brukt av flere kabel-tv-systemer i USA og andre land, inkludert Cox Communications San Diego, Knology i Sørøst USA, Ameritech 's Americast tjeneste (senere å bli solgt til Wide Open West etter SBC / Ameritech fusjon), Cogeco i Hamilton Ontario og Cablevision du Nord de Québec i Val-d'Or. Zenith Homeworks brukte BPSK (Bi-Phase Shift Keyed) modulasjon for å oppnå 500 Kbit/sek i 600 kHz, eller 4 Mbit/sek i 6 MHz.

Com21

Hovedartikkel: Com21

Com21 var en annen tidlig pioner innen kabelmodem, og ganske vellykket til proprietære systemer ble foreldet av DOCSIS -standardiseringen. Com21-systemet brukte en ComController som sentral bro i CATV-nettverkshoder, ComPort-kabelmodemet i forskjellige modeller og NMAPS-styringssystemet som bruker HP OpenView som plattform. Senere introduserte de også en returbanemultiplexer for å overvinne støyproblemer når de kombinerer returbanesignaler fra flere områder. Den proprietære protokollen var basert på Asynchronous Transfer Mode (ATM). Den sentrale ComController -bryteren var et modulsystem som tilbyr en nedstrøms kanal (sender) og en styringsmodul. De resterende sporene kan brukes til oppstrøms mottakere (2 per kort), doble Ethernet 10BaseT og senere også Fast-Ethernet og ATM-grensesnitt. ATM -grensesnittet ble det mest populære, ettersom det støttet de økende kravene til båndbredde og også støttet VLAN . Com21 utviklet et DOCSIS -modem, men selskapet begjærte konkurs i 2003 og stengte. DOCSIS CMTS -eiendelene til COM21 ble kjøpt opp av ARRIS .

CDLP

CDLP var et proprietært system produsert av Motorola . CDLP kundeutstyr (CPE) var i stand til både PSTN (telefonnettverk) og radiofrekvens (kabelnett) returveier. Den PSTN-baserte tjenesten ble ansett som "enveiskabel" og hadde mange av de samme ulempene som satellitt Internett- tjenester; som et resultat, ga det raskt vekk for "toveiskabel." Kabelmodemer som brukte RF-kabelnettet for returveien ble ansett som 'toveiskabel', og var bedre i stand til å konkurrere med den toveis digitale abonnentlinjen (DSL) -tjenesten. Standarden er lite brukt nå mens nye leverandører bruker, og eksisterende leverandører har endret seg til DOCSIS -standarden. Motorola CDLP proprietære CyberSURFR er et eksempel på en enhet som ble bygget til CDLP -standarden, som kunne nå en topp på 10 Mbit/s nedstrøms og 1.532 Mbit/s oppstrøms. CDLP støttet en maksimal nedstrøms båndbredde på 30 Mbit/s som kan nås ved bruk av flere kabelmodem.

Den australske ISP BigPond brukte dette systemet da det startet kabelmodemtester i 1996. I flere år var kabel Internett -tilgang bare tilgjengelig i Sydney , Melbourne og Brisbane via CDLP. Dette nettverket gikk parallelt med det nyere DOCSIS -systemet i flere år. I 2004 ble CDLP -nettverket avsluttet og erstattet av DOCSIS.

CDLP har også blitt lansert hos den franske kabeloperatøren Numericable før oppgradering av IP -bredbåndsnettverket ved hjelp av DOCSIS.

DVB/DAVIC

Digital Video Broadcasting ( DVB ) og Digital Audio Visual Council (DAVIC) er europeisk dannede organisasjoner som utviklet noen kabelmodemstandarder. Imidlertid har disse standardene ikke blitt vedtatt så mye som DOCSIS.

IEEE 802.14

På midten av 1990-tallet dannet IEEE 802- komiteen en underkomité (802.14) for å utvikle en standard for kabelmodemsystemer. IEEE 802.14 utviklet et utkast til standard, som var minibankbasert . Men 802,14 arbeidsgruppen ble nedlagt da Nord-amerikanske multisystemoperatører ( MSOs ) i stedet støttet den da nystartede DOCSIS 1.0 -spesifikasjonen, som vanligvis brukes beste innsats tjeneste og var IP-basert (med skjøte codepoints å støtte ATM for QoS i fremtiden ). MSOer var interessert i å raskt distribuere tjenester for å konkurrere om kunder med bredbåndstilgang til Internett i stedet for å vente på de langsommere, iterative og overveiende prosessene til standardutviklingskomiteer. Albert A. Azzam var sekretær for IEEE 802.14 Working Group, og hans bok, High-Speed ​​Cable Modems , beskriver mange av forslagene som ble sendt til 802.14.

IETF

Selv om Internet Engineering Task Force (IETF) generelt ikke genererer komplette kabelmodemstandarder, har IETF chartret arbeidsgrupper ( WGs ) som produserte forskjellige standarder knyttet til kabelmodemteknologier (inkludert 802.14, DOCSIS, PacketCable og andre). Spesielt produserte IETF WGs on IP over Cable Data Network (IPCDN) og IP over Digital Video Broadcasting (DVB) noen standarder som gjelder for kabelmodemsystemer, først og fremst innen områdene Simple Network Management Protocol (SNMP) Management Information Bases ( MIBs) ) for kabelmodem og annet nettverksutstyr som opererer over CATV -nettverk .

DOCSIS

Hovedartikkel: DOCSIS

På slutten av 1990 -tallet dannet et konsortium av amerikanske kabeloperatører , kjent som "MCNS", for raskt å utvikle en åpen og interoperabel kabelmodemspesifikasjon. Gruppen kombinerte i hovedsak teknologier fra de to dominerende proprietære systemene på den tiden, og tok det fysiske laget fra Motorola CDLP -systemet og MAC -laget fra LANcity -systemet. Da den første spesifikasjonen var utarbeidet, overlot MCNS -konsortiet kontrollen over den til CableLabs som opprettholdt spesifikasjonen, promoterte den i forskjellige standardorganisasjoner (spesielt SCTE og ITU ), utviklet et sertifiseringstestprogram for kabelmodemutstyr og har siden utarbeidet flere utvidelser til den opprinnelige spesifikasjonen.

Mens distribuert DOCSIS RFI 1.0- utstyr vanligvis bare støtter best innsats , diskuterte DOCSIS RFI 1.0 Interim-01-dokumentet QoS- utvidelser og mekanismer ved bruk av IntServ , RSVP , RTP og Synchronous Transfer Mode (STM) telefoni (i motsetning til ATM ). DOCSIS RFI 1.1 la senere til mer robuste og standardiserte QoS -mekanismer til DOCSIS. DOCSIS 2.0 la til støtte for S-CDMA PHY , mens DOCSIS 3.0 la til IPv6- støtte og kanalbinding for å tillate et enkelt kabelmodem å bruke mer enn én oppstrøms kanal samtidig og mer enn én nedstrøms kanal parallelt.

Nesten alle kabelmodem som opererer i feltet i dag, er i samsvar med en av DOCSIS -versjonene. På grunn av forskjellene i det europeiske PAL og USAs NTSC -systemer finnes det to hovedversjoner av DOCSIS, DOCSIS og EuroDOCSIS. De viktigste forskjellene er bredden på RF-kanaler: 6 MHz for USA og 8 MHz for Europa. En tredje variant av DOCSIS ble utviklet i Japan og har sett begrenset distribusjon i det landet.

Selv om interoperabilitet "var hele poenget med DOCSIS -prosjektet," godkjenner de fleste kabeloperatører bare en svært begrenset liste over kabelmodem på nettverket, og identifiserer de "tillatte" modemene etter deres merke, modeller, noen ganger fastvareversjon og går noen ganger så langt som å pålegge en maskinvareversjon av modemet, i stedet for å bare tillate en støttet DOCSIS -versjon.

Multimedia over Coax Alliance

Hovedartikkel: Multimedia over Coax Alliance

I 2004 ble Multimedia over Coax Alliance (MoCA) etablert for å utvikle industristandard for det tilkoblede hjemmet, ved hjelp av eksisterende koaksialkabel. MoCA-standardene ble opprinnelig utviklet for hjemmenettverk med MoCA 1.0/1.1, og har fortsatt å utvikle seg med MoCA 2.0/2.1 i 2010 og MoCa 2.5 i 2016.

I 2017 introduserte Multimedia over Coax Alliance MoCA Access-spesifikasjon, basert på MoCA 2.5-standarden, egnet for adressering av bredbåndstilgang i bygningen ved hjelp av koaksial kabling. MoCA Access utvider MoCA 2.5-hjemmenettverk til å passe operatører og Internett-leverandører som installerer fiber-til-kjelleren/fallpunktet (FTTB/FTTdp) og ønsker å bruke den eksisterende koaksialen for tilkobling til hver leilighet eller hus. "

Multimediaterminaladapter

Med utviklingen av voice over Internet Protocol (VoIP) telefoni, har analoge telefonadaptere (ATA) blitt integrert i mange kabelmodemer for å tilby telefontjenester. En innebygd ATA er kjent som en innebygd multimediaterminaladapter (E-MTA).

Mange leverandører av kabel-TV tilbyr også VoIP-baserte telefontjenester via kabelinfrastrukturen ( PacketCable ). Noen høyhastighets Internett-kunder kan bruke VoIP-telefoni ved å abonnere på en tredjepartstjeneste, for eksempel Vonage , MagicJack+ og NetTALK .

Nettverkets arkitektoniske funksjoner

I nettverkstopologi er et kabelmodem en nettverksbro som er i samsvar med IEEE 802.1D for Ethernet -nettverk (med noen modifikasjoner). Kabelmodemet bygger bro mellom Ethernet -rammer mellom et kundens LAN og koaksialnettverket. Teknisk sett er det et modem fordi det må modulere data for å overføre det over kabelnettet, og det må demodulere data fra kabelnettet for å motta det.

Når det gjelder OSI -modellen for nettverksdesign , er et kabelmodem både en fysisk lag (lag 1) enhet og en datalink lag (lag 2) videresender. Som en IP -adresserbar nettverksnode støtter kabelmodem funksjonalitet på andre lag.

Lag 1 er implementert i Ethernet PHY på LAN- grensesnittet , og en DOCSIS-definert kabelspesifikk PHY på HFC-kabelgrensesnittet. Begrepet kabelmodem refererer til denne kabelspesifikke PHY. The Network Layer (Layer 3) er implementert som en IP- vert ved at den har sin egen IP-adresse brukes av nettoperatøren for å opprettholde enheten. I transportlaget (lag 4) støtter kabelmodemet UDP i forbindelse med sin egen IP -adresse, og det støtter filtrering basert på TCP- og UDP -portnumre for for eksempel å blokkere videresending av NetBIOS -trafikk ut av kundens LAN. I applikasjonslaget (lag 7) støtter kabelmodemet visse protokoller som brukes til administrasjon og vedlikehold, særlig Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), SNMP og TFTP .

Noen kabelmodemer kan inneholde en ruter og en DHCP -server for å gi LAN -nettverket IP -adressering. Fra et dataoverførings- og nettverkstopologisk perspektiv holdes denne rutefunksjonaliteten vanligvis atskilt fra kabelmodemfunksjonaliteten (i det minste logisk), selv om de to kan dele et enkelt kabinett og vises som en enhet, noen ganger kalt en boliggateway . Så vil kabelmodemfunksjonen ha sin egen IP -adresse og MAC -adresse , i likhet med ruteren.

Kabelmodemklaff

Kabelmodem kan ha et problem kjent i bransjargong som "klaff" eller "klaff". En modemklaff er når tilkoblingen mellom modemet og hodeenden har blitt brutt (borte offline) og deretter kommer tilbake på nettet. Tiden frakoblet eller klaffhastigheten registreres vanligvis ikke, bare forekomsten. Selv om dette er en vanlig forekomst og vanligvis ubemerket, kan det hende at hvis en modems klaff er ekstremt høy, kan disse frakoblingene føre til at tjenesten blir avbrutt. Hvis det er brukervennlighetsproblemer på grunn av klaff, er den typiske årsaken et defekt modem eller svært store mengder trafikk på tjenesteleverandørens nettverk (oppstrøms utnyttelse for høy). Typer klaff inkluderer reinsertions, treff og glipp og effektjusteringer.

Kjente sårbarheter

I januar 2020 ble en sårbarhet som påvirker kabelmodem ved bruk av Broadcom -brikkesett avslørt og kalt Cable Haunt . Sikkerhetsforskere sier at sårbarheten påvirker hundrevis av millioner enheter. Utnytter er mulig på grunn av bruken av standard legitimasjon i spektrumanalysator komponenten av modem (for det meste brukt for feilretting) som er tilgjengelig via en nettverksport som er åpen ved standard i de sårbare modellene.

Se også

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker