Организация доступа в Internet по существующим сетям кабельного телевидения

Тем не менее, для подключения домашнего компьютера к Internet тоже нужно

использовать симметричную архитектуру, модернизация кабельных сетей для

организации обратного канала не так уж дорога, и в конечном итоге составит

лишь сто долларов США на клиента (в достаточно больших сетях(50>

абонентов)), как уже было упомянуто выше, в пользу этой архитектуры

говорит, прежде всего, тот факт что, с Июля 2001 работникам

ГТС вводится повременная оплата предоставляемых ими услуг.

На рис. 2, 3 изображена симметричная и асимметричная архитектуры передачи

данных. [3]

Рис. 2. Симметричная архитектура

Рис. 3. Асимметричная архитектура.

3.2 Стандарты модемов [7, 8]

Двумя основными стандартами на кабельные модемы являются MCNS/ DOCSIS и

DVB/DAVIC. Однако если первый, американский, стандарт пользуется

безоговорочной поддержкой американских производителей и операторов, то

второй, европейский, стандарт сталкивается с все более жесткой конкуренцией

европейского аналога DOCSIS — так называемого EuroDOCSIS (основное различие

между американской и европейской версией DOCSIS связано с разной шириной

телевизионных каналов в США и Европе и затрагивает только физический

уровень).

Изначально эти стандарты были рассчитаны на поддержку разных приложений.

Если Совет по цифровому аудио и видео (Digital Audio Visual Council, DAVIC)

разрабатывал стандарт для предоставления интерактивных услуг на базе

телевизионных приставок, то американские кабельные операторы (Multiservice

Cable Operator, MCO), объединившиеся в MCNS, ориентировались, прежде всего,

на предоставление в качестве дополнительной услуги передачи данных по

кабелю.

Отсюда и их основные отличия. Стандарт DVB/DAVIC опирается на использование

фиксированных ячеек ATM и стандартных для ATM методов обеспечения качества

услуг. Поддержка передачи данных, в частности TCP/IP, обеспечивается с

помощью AAL5. Стандарт DOCSIS предусматривает использование стандартных

кадров Ethernet и поэтому лучше всего подходит для передачи пакетных

данных.

При сравнении конкурирующие группы производителей часто прибегают к одному

и тому же трюку, а именно — сопоставляют последнюю версию своего стандарта

с предыдущей версией соперничающего с ним. Так, например, сторонники

DVB/DAVIC напирают на поддержку качества обслуживания, хотя схожие

возможности были включены в версию 1.1; а сторонники DOCSIS говорят об

отсутствии в DVB/DAVIC защиты информации, хотя соответствующие средства

были определены уже в DVB/DAVIC 1.4.

Конечно же, объективные различия между стандартами существуют. Например,

для обратного канала DVB/DAVIC предусматривает только модуляцию QPSK, тогда

как DOCSIS — еще и 16-QAM. В результате первый поддерживает меньшую

максимальную пропускную способность при доступе абонентов. Однако

максимальная скорость в 10,24 Мбит/с в случае 16-QAM редко когда достижима

на практике вследствие зашумленности каналов и конкуренции за доступ.

Вообще, продолжать сравнение двух стандартов можно было бы довольно долго,

но дело не в реальных достоинствах конкурентов, а в широте поддержки,

которой они пользуются, так что, по-видимому, DVB/DAVIC уготована та же

судьба, что и Token Ring, 100VGAnyLAN и ATM в локальных сетях. Впрочем,

хотя и нельзя говорить непосредственно об объединении двух стандартов,

разрабатываемый OpenCable стандарт для телевизионных приставок опирается на

DOCSIS, но включает и компоненты DAVIC.

Помимо двух названных есть и еще один, международный, стандарт IEEE 802.14.

Однако из-за долгого отсутствия прогресса в разработке он не получил

сколько-нибудь заметной поддержки, и сейчас соответствующая рабочая группа

при участии компаний Broadcom и Terayon работает над физическим уровнем

следующего поколения с высокой — до 30 Мбит/с — скоростью передачи данных в

обратном направлении (от кабельного модема к станции). Иногда этот еще не

появившийся стандарт неофициально называют DOCSIS 1.2.

3.3 Стек протоколов DOCSIS [14, 7]

Ввиду доминирующего положения на рынке оборудования на базе DOCSIS мы

кратко рассмотрим именно эту спецификацию (сокращение DOCSIS переводится

как спецификация интерфейса сервиса передачи данных по кабелю — Data Over

Cable Service Interface Specification, а употребляемое взаимозаменяемо с

ним MCNS как мультимедийная система на базе кабельной сети — Multimedia

Cable-Network System). Вообще говоря, стандарт включает 12 документов,

определяющих интерфейс между кабельным модемом и конечным оборудованием,

интерфейс между оконечной системой (Cable Modem Termination System, CMTS) и

внешней сетью, радиочастотный интерфейс, интерфейс для обратного

телефонного соединения, защиту и интерфейс с системой управления.

Как написано в стандарте DOCSIS, главная функция оконечной системы и

обслуживаемой ею кабельных модемов состоит в прозрачной передаче трафика

TCP/IP между конечным оборудованием подписчика и распределительным узлом.

Под словосочетанием «прозрачной передаче» подразумевается то что, ни

пользователь, ни ПО работающее в операционной системе не подозревают, что к

компьютеру подключен кабельный модем (если не принимать во внимание того,

что модем стоит рядом с компьютером, и его можно банально увидеть), они

лишь пользуются стандартным TCP/IP интерфейсом, предоставленным им

операционной системой. Таким образом, кабельные модемы могут поддерживать

все стандартные приложения на базе TCP/IP.

Рис. 4. Стек протоколов DOCSIS в сравнении с моделью OSI.

Канальный уровень делится на три подуровня, а именно: стандартный

подуровень контроля канала LLC в соответствии с IEEE802.2(более поздняя

модификация IEEE802.14), подуровень защиты канального уровня и зависящий от

направления передачи подуровень контроля доступа к среде передачи.

Спецификация физического уровня также зависит от направления передачи и

различается выделенными диапазонами частот и применяемыми методами

модуляции, а также форматами пакетов.

3.4 Подуровень MAC [10]

Системы передачи на базе кабельных модемов имеют несимметричную

архитектуру: одна оконечная станция может обслуживать сотни и даже тысячи

кабельных модемов. Это, конечно же, связано с особенностями топологии сетей

КТВ.

Все кабельные модемы слушают передачу конечной станции на своем канале и

принимают кадры, предназначенные им самим или подключенным к ним конечным

устройствам. Таким образом, при передаче в прямом направлении какая-либо

конкуренция за среду передачи отсутствует, и здесь возникает лишь одна

серьезная проблема — защита информации, так как передача осуществляется

путем широковещания.

Другое дело, когда нескольким модемам требуется передать запрос, данные и

т. д. оконечной станции. В этом случае ввиду разделяемой среды передачи они

неизбежно вынуждены конкурировать друг с другом за доступ к ней. Однако

конкуренция может возникнуть только при запросе со стороны модема о

выделении ему подканала (интервала времени) для передачи (вообще говоря,

конкуренция может возникнуть также, когда требуется передать короткое

сообщение, для которого модем решит не запрашивать выделение интервала

времени).

Для обеспечения множественного доступа с разделением по времени (Time

Division Multiple Access, TDMA) обратный канал делится на интервалы времени

(кванты или слоты). По своему назначению эти интервалы делятся на три вида

— зарезервированные (reserved), коллизионные (contention) и ранжирующие

(ranging).

Любой кабельный модем может попытаться передать запрос или данные в

коллизионные интервалы времени. В случае если два или более модемов

предпримут такую попытку одновременно, то пакеты наложатся друг на друга и

будут испорчены, о чем головная станция немедленно сообщит им по

широковещательному каналу. После этого каждый из модемов попробует

повторить попытку через случайный интервал времени. Разрешение конфликтов

осуществляется в соответствии с усеченным бинарным экспоненциальным

алгоритмом отката.

Обычно коллизионные интервалы времени используются для отправки коротких

запросов о выделении зарезервированных интервалов времени для передачи

данных. При получении такого запроса головная станция предоставляет

свободные зарезервированные интервалы времени в соответствии с алгоритмом

выделения пропускной способности. Данный алгоритм не определяется

стандартом и реализуется производителем в соответствии с его

предпочтениями. После резервирования за ним интервала кабельный модем может

беспрепятственно передавать в отведенное ему время свои данные.

Ранжирующие слоты служат целям синхронизации часов и согласования уровня

сигнала. Первая задача возникает в связи с тем, что протяженность кабелей

может значительно отличаться, из-за чего разница в задержке поступления

сигналов от разных кабельных модемов может достигнуть нескольких

миллисекунд. В результате сигнал может выходить за предписанный ему

временной интервал и накладываться на соседний сигнал.

Чтобы компенсировать различия в задержке при передаче сигналов, и

используются ранжирующие слоты. Обычно это три последовательных интервала

времени. По требованию оконечной системы кабельный модем передает сигнал в

среднем из трех интервале (два соседних интервала образуют «защитный

интервал» для предотвращения конфликтов с другим трафиком). CMTS измеряет

задержку и сообщает модему, на какую величину он должен сдвинуть свои часы

вперед или назад.

Второе назначение состоит в согласовании уровней мощностей сигнала, чтобы

все поступающие на оконечную систему сигналы имели один уровень. В

противном случае CMTS не сможет выявить коллизию сильно различающихся по

мощности сигналов.

3.5 Организация защиты [10]

Операторам кабельных сетей приходилось принимать защитные меры и ранее при

предоставлении таких услуг, как «платный просмотр». Однако высокоскоростная

передача данных ставит намного более серьезные проблемы с точки зрения

защиты.

Главная из них связана с широковещательной природой сетей КТВ: любая

передача по сети может быть без труда подслушана. Поэтому трафик следует в

первую очередь защитить от перехвата. Для этого уже в самой первой версии

стандарта DOCSIS 1.0 было предусмотрено шифрование передаваемых данных.

Применяемый в DOCSIS базовый интерфейс обеспечения конфиденциальности

(Baseline Privacy Interface, BPI) поддерживает шифрование в соответствии с

режимом сцепления шифруемых блоков (Cipher Block Chaining, CBC) стандарта

DES с 56-разрядным ключом, а также обмен ключами с применением 768-

разрядного шифрования RSA.

Однако BPI и DOCSIS 1.0 не обеспечивали защиты от двойников, поэтому в

DOCSIS 1.1 была включена расширенная версия BPI. BPI+, так она называется,

поддерживает аутентификацию с помощью сертификатов. Кабельный модем должен

предоставить сертификат, удостоверяющий, что MAC-адрес и открытый ключ RSA

действительно принадлежат ему.

Обеспечивая конфиденциальность передачи и идентификацию подписчиков, BPI и

BPI+ не в состоянии защитить, например, от атак типа «отказ в

обслуживании», когда какой-либо злонамеренный пользователь забивает шумом

или мусором весь обратный канал.

3.6 Голос по кабелю [5,11]

Как и другие конкурирующие технологии, такие, как DSL, благодаря высоким

поддерживаемым скоростям кабельные модемы открывают потенциальную

возможность для оказания голосовых услуг. Однако для их предоставления с

надлежащим качеством операторам и производителям предстоит преодолеть ряд

проблем. Часть из них является общей для всех альтернативных технологий

передачи речи по пакетным сетям, часть же специфична для сети КТВ.

Одна из таких специфических проблем характерна не только для передачи

голоса, но и вообще для передачи данных с помощью кабельных модемов — это

однонаправленная широковещательная природа сети КТВ. Однако если в случае

передачи данных ввиду несимметричности доступа в Internet ее можно обойти

посредством организации обратного канала по телефонной линии, то для

оказания голосовых услуг преобразование сети КТВ в двунаправленную среду

передачи посредством замены усилителей является обязательным условием.

Типичной проблемой для пакетных сетей является большая (и варьирующаяся)

задержка при передаче пакетов. Эта задержка складывается из задержки на

выборку, задержки на оцифровку и задержки на передачу по сети. В кабельных

сетях к этой сумме добавляется еще задержка на опрос. Она связана с

особенностями передачи пакетов кабельными модемами. Чтобы отправить

голосовые пакеты, агенту приходится ждать, пока, оконечная станция опросит

всех остальных агентов о наличии у них пакетов для передачи. Поэтому, в

целях минимизации задержки, оборудование с поддержкой голосовых услуг

должно уметь прогнозировать момент следующего опроса и подготавливать к

этому времени голосовые пакеты.

Появившаяся в 1999 г. версия DOCSIS за номером 1.1 предусматривает меры по

обеспечению QoS и предоставлению приоритета определенным видам трафика.

Однако она не решает всех технических вопросов, связанных с оказанием

голосовых услуг на базе кабельных модемов. Чтобы восполнить имеющиеся

пробелы, консорциум американских кабельных операторов разработал

спецификацию протокола сигнализации вызовов по сети (Network-Based Call

Signaling, NCS). Она базируется на существующем протоколе управления шлюзом

между различными средами (Media Gateway Control Protocol, MGCP), поэтому ее

иногда называют также MGCP NCS. Кроме того, NCS предусматривает

дополнительные меры защиты, помимо принятых в DOCSIS 1.0 и 1.1 для

обеспечения конфиденциальности разговоров, в частности использование IPSec.

Таблица 1

3.7 Требования стандартов [7, 8]

|Свойства|DOCSIS 1.x |Euro-DOCSIS |DVR-RC |

|Скорость|64-QAM: 27 Mbps |64-QAM: 38 Mbps |64-QAM: 38 Mbps |

|приема |256-QAM: 42 Mbps ITU |256-QAM: 52 Mbps ITU |256-QAM: 52 Mbps |

| |J83 Annex B FEC 6Mhz |J83 Annex A FEC 8Mhz |ITU J83 Annex A |

| |Channelization |Channelization |FEC 8Mhz |

| | | |Channelization, |

| | | |OOB |

|Скорость|.320, .640, 1.280, |320, .640, 1.280, |1.544 Mbps; 3.088 |

|передачи|2.560 и 5.120 Mbps |2.560 и 5.120 Mbps |Mbps Differential |

| |QPSK и .640, 1.280, |QPSK и .640, 1.280, |QPSK 5-65Mhz |

| |2.560, 5.120, 10.24 |2.560, 5.120, 10.24 | |

| |Mbps 16-QAM 5-42Mhz |Mbps 16-QAM 5-65Mhz | |

|Производ|>80% эффективности, |>80% эффективности, |50-72% |

|ительнос|при смешанной передаче|при смешанной передаче|эффективности, на |

|ть |голоса и данных, на |голоса и данных, на |скорости 3,088 |

| |скоростях до 10.24 |скоростях до 10.24 |Mbps в 2 Mhz |

| |Mbps в 3.2 Mhz |Mbps в 3.2 Mhz | |

|Службы |Internet Access, |Internet Access, |Internet Access, |

| |Interactive Set-top |Interactive Set-top |Interactive |

| |Box, Voice over IP |Box, Voice over IP |Set-top Box |

|Коммерче|Уже |Уже |DAVIC 1.2, теперь |

|ское | | |DVR-RC, придет в |

|использо| | |конце 2000 года? |

|вание | | | |

|Базовые |Variable Length, |Variable Length, |ATM Cell |

|протокол|Native IP with QoS |Native IP with QoS |transport, with IP|

|ы | | |adaptation layer |

| | | |translation |

|Безопасн|Baseline Privacy/Plus |Baseline Privacy/Plus |Никакой, возможно |

|ость |56 bit DES CBC |56 bit DES CBC |сделают позже. |

4. Планирование сети

4.1Анализ производителей модемов [2]

Hybrid Networks

кабельные модемы компании Hybrid Network марки Series 2000 используют HFC

сеть, чтобы передавать данные клиентам, и предполагают, что upstream данные

передаются с помощью, телефонного кабеля (асимметричная архитектура).

Downstream передаётся со скоростью 10 Mbps на 2Mhz канале, вместо обычного

6Mhz канала. Модем Hybrid Networks использует алгоритм оптимизации IP

пакетов, чтобы свести на нет риск замедления upstream при большой

производительности downstream.Это позволяет 10 Mbps для downstream

интерполировать к 56.6 Kbps для upstream.

С двухсторонним использованием кабеля (симметричная архитектура

(понадобится лишь небольшой модуль апгрейда)), при помощи QPSK можно

увеличить скорость upstream с 56.6 Kbps до 5Mbps

Модем Hybrid Networks, имеет большие преимущества при использовании

асимметричной архитектуры.

Схемы Series 2000 минимизируют потребность в заводской модернизации. Hybrid

Networks заявляет, что при использовании их схем модуляции в большом

бизнесе можно преобразовать инфраструктуру бизнес компьютеров до кабельных

модемов их компании, и увеличить тем самым будущий рост и

усовершенствование компании (не точный перевод)

Один многопользовательский кабельный модем router компании Hybrid Networks

может обслуживать целых двадцать компьютеров, что означает малую цену

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7