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2010年7月13日 (二) 00:56老生常庸讨论 | 贡献的版本

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1网络速度的现状

1 介绍

  今天,网络的发展为我们提供了更大的发展空间和机会。但网络的传输速度也越来越成为利用网络自身发展的障碍。一系列新的Internet服务,包括提供音频、视频流,本地信息服务(社区资讯和服务),视频点播以及其他大量网上服务,都受制于网络速度而得不到广泛应用。甚至WWW(WorldWide Web,万维网,字面意思是“世界范围的网络”)得到了一个无奈的外号:“World WideWait”(世界范围的等待)。一字之差,却反映出人们的无奈、需要和期待。于是,人们开始竞相研究各种Internet宽带接入技术。比如ISDN(IntegratedService Digital Network,综合业务数字网,俗称“一线通”),ADSL(非对称数字用户线),DSL(DigitalSubscriber Loop,数字用户环路),ATM(帧中继)等。本文介绍的是另一种解决方案:利用CableModem(电缆调制解调器)将电脑接入有线电视网络,实现网络操作,包括时下热门的Internet接入:

1.PSTN拨号: 使用最广泛

  PSTN(Public Switched Telephone Network,公用电话交换网)

2.ISDN拨号:通话上网两不误

  ISDN(Integrated Service Digital Network,综合业务数字网)

3.DDN专线: 面向集团企业

  DDN是英文Digital Data Network的缩写

4.ADSL: 个人宽带流行风

  ADSL(Asymmetrical Digital Subscriber Line,非对称数字用户环路)

5.VDSL: 更高速的宽带接入

  VDSL比ADSL还要快。

6.Cable-modem: 用于有线网络

  Cable-Modem(线缆调制解调器)

7.无源光网络接入: 光纤入户

  PON(无源光网络)技术是一种点对多点的光纤传输和接入技术

8.LMDS接入: 无线通信

  这是目前可用于社区宽带接入的一种无线接入技术

9.LAN:技术成熟成本低

  LAN方式接入是利用以太网技术,采用光缆 双绞线的方式对社区进行综合布线)。CableModem的上行带宽可达10MHz,下行带宽可达35MHz。

2 有线电视网的资源潜力

  我国的有线电视网虽然没有得到国家投资,但却依靠自身力量发展起来了。目前它的覆盖范围比电信网还广,已经建成12989km的国家级干线光缆网络,在许多地方已建成光缆和同轴电缆混合网,联通全国22个省、市、自治区。截至1998年底,有线电视用户超过7000万户。从用户数量看,我国拥有世界上最大的有线电视网络。

  目前我国有线电视网有两大优势:最后“一公里”带宽很宽;覆盖率高于电信网。电信网形成时,只是为了一个业务,那就是打电话,而打电话只要求64kHz的带宽。所以整个网络的设计也就局限于这64kHz,包括入户的双绞线。这样一来,电信网的“最后一公里”就成了瓶颈,限制了网络速度的提高。尽管电信采取了IDSM、ADSL,目前带宽可以做到10MHz、8MHz、6MHz,但在当前价位上提高的余地不大。再往前走,成本将非常高。而CATV(有线电视)的同轴电缆的带宽很容易可以做到800MHz,就现在的带宽需求而言,CATV网的最后“一公里”是畅通的。

  由于有线电视网当初是用于广播式的电视传播,也就是说,是单向的,所以若要用于电脑网络,则必须对现有的网络前端和用户端进行改造,使之具有双向传输功能。

  总的来说,有线电视网相对于电信网络具有以下优势:

  ——高传输速率;

  ——线路始终通畅(不用拨号,没有忙音);

  ——多用户使用一条线路(包括完整的电视信号);

  ——不占用公用电话线;

  ——提供真正的多媒体功能。

3 Cable Modem的原理和使用

3.1 什么是Cable Modem

  CableModem名为电缆调制解调器,又名线缆调制解调器。它是近几年随着网络应用的扩大而发展起来的,主要用于有线电视网进行数据传输。

  CableModem与以往的Modem在原理上都是将数据进行调制后在Cable(电缆)的一个频率范围内传输,接收时进行解调。其传输机理与普通Modem相同,不同之处在于它是通过有线电视的某个传输频带进行调制解调的。而普通Modem的传输介质在用户与交换机之间是独立的,即用户独享通讯介质。CableModem属于共享介质系统,其它空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。

  CableModem彻底解决了由于声音图像的传输而引起的阻塞,其传输速率上行已达10Mbit/s以上,下行传输速率更高。而传统的Modem虽然已经开发出传输速率为56Kbit/s的产品,但其理论传输极限为64Kbit/s,再想提高已不大可能。

  CableModem也是组建城域网的关键设备,光纤同轴电缆混合网(HFC)主干线用光纤,光结点小区内用树枝型总线同轴电缆网连接用户,其传输频率可达550/750MHz。在HFC网中传输数据就需要使用CableModem。

  我们可以看出,Cable Modem是未来网络发展的必备之物,但是,目前尚无CableModem的国际标准,各厂家产品的传输速率均不相同,因此,高速城域网宽带接入的组建还有待于Cable Modem标准的出台。

3.2 Cable Modem技术原理

  CableModem从下行的模拟信号中划出6MHz频带,将信号转化为符合以太网协议的格式,与电脑实现通讯。用户需要给电脑配置以太网卡和相应的网卡驱动程序。

  同轴电缆中的6MHz频带用于提供数据通讯。电视和电脑可以同时使用,互不影响。

  射频信号在用户和前端之间沿同轴电缆上行或下行。上行和下行信号共享6MHz频带,但是调制在不同的载波频率上,以避免相互干扰。

  3.2.1 物理层

  下行通道的频率范围为88~860MHz,每个通道的带宽为6MHz(NTSC 6 G-MHz,PAL8MHz),采用64QAM或256QAM调制方式,对应的数据传输速率为30342Mbit/s或42884Mbit/s。上行通道的频率范围为5~65MHz,每个通道的带宽可为200、400、800、1600、3200kHz,采用QPSK或16QAM调制方式,对应的数据传输速率为320~5120Kbit/s或640~10240Kbit/s。上行通道的带宽可根据所需的数据传输速率设定。在同样的带宽内,QPSK调制的速率比16QAM调制方式低,但其抗干扰性能好,适用于噪声干扰较大的上行通道,而16QAM调制适用于信道质量好且要求高速传输数据的场合。在CMTS设备中,为了减小上行通道的干扰,一个下行通道一般对应多个不同频率的上行通道,CMTS设备根据信道的噪声状况自动跳频到干扰较小的通道,而用户察觉不到该跳频过程。

  3.2.2 媒体通路控制层MAC(Media Access ControlLayer)和逻辑链接控制层LLC(Logical Link Control Layer)

  这两个协议层规定了不同信号和用户怎样共享公共带宽。由于目前还没有统一的行业标准,故不同的CableModem厂家采用不同的协议,较常见的协议有:用于以太网的公共CSMA/CD(Carrier Sense MultipleAccess/Collision Detection,载波复用通路/冲突检测)和先进的ATM(AsynchronousTransfer Mode,异步传输模式)协议。这些协议都可以有效地使用上行通道,可以根据需要分配带宽,保证通讯质量。

  3.2.3 有线电视前端

  在上行方向,CableModem从电脑接收数据包,把它们转换成模拟信号,传送给网络前端设备。该设备用于分离出数据信号,转换为数据包,并传送给Internet服务器。同时该设备还可以剥离出语音(电话)信号,并传送给交换机。

3.3 Cable Modem系统的配置、使用和管理

  Cable Modem和前端设备的配置是分别进行的。CableModem有用于配置的Consol接口,可通过VT终端或Win9x的超级终端程序进行设置。

  CableModem加电工作后,首先自动搜索前端的下行频率,找到下行频率后,从下行数据中确定上行通道,与前端设备CMTS建立连接,并交换信息,包括上行电平数值、动态主机配置协议(DHCP)和小文件传送协议(TFTP)服务器的IP地址等。CableModem具有在线功能,即使用户不使用,只要不切断电源,就与前端始终保持信息交换,用户可随时上线。 CableModem具有记忆功能,在断电后再次上电时,使用断电前存储的数据与前端进行信息交换,可快速地完成搜索过程。

  从上述可看出,在实际使用中,CableModem一般不需要人工配置和操作。如果进行了设置,例如改变了上行电平数值,则会在信号交换过程中自动设置到CMTS指定的合适数值上。

  每一台Cable Modem在使用前,都需在前端登记,在TFTP服务器上形成一个配置文件。一个配置文件对应一台CableModem,其中含有设备的硬件地址,用于识别不同的设备。CableModem的硬件地址标示在产品的外部,有RF和以太网两个地址。TFTP服务器的配置文件需要地址。有些产品的地址需通过Consol接口联机后才能读出。对于只标示一个地址的产品,该地址为通用地址。

  前端CMTS是管理控制CableModem的设备,其配置可通过Consol接口或以太网接口完成。通过Consol接口的配置与CableModem配置类似,以行命令的方式逐项进行,而通过以太网接口的配置,需使用厂家提供的专用软件。

  CMTS的配置内容主要有:下行频率、下行调制方式、下行电平等。下行频率在指定的频率范围内可以任意设定,但为了不干扰其它频道的信号,应参照有线电视的频道划分表选定在规定的频点上。调制方式的选择应考虑信道的传输质量。此外,还必须设置DHCP、TFTP服务器的IP地址,CMTS的IP地址等。

  上述设置完成后,如果中间的线路无故障,信号电平的衰减符合要求,则启动DHCP、TFTP服务器,就可以在前端和CableModem间建立正常的通信通道。

  一般地说,CMTS的下行输出电平为110~121dBμV,接收的输入电平为44~86-dBμV;CableModem接收的电平范围为45~75dBμV;上行信号的电平为68~118dBμV(QPSK)或68~115dBμV(16QAM)。上下行信号在经过HFC网络传输衰减后,电平数值应满足这些要求。

  CMTS设备中的上行通道接口和下行通道接口是分开的,使用时需经过高低通滤波器混合为一路信号,再送入同轴电缆。在实际使用中,也可用分支分配器完成信号的混合,但对CMTS设备内部的上下行通道的干扰较大。

  在CMTS和CableModem间的通道建立后,可使用简单网络管理协议(SNMP)进行网络管理。SNMP是一个通用的网络管理程序,对于不同厂家的CMTS和CableModem设备,需将厂家提供的管理信息库(MIB)文件装入到SNMP中,才能管理相应的设备。也可使用行命令的方式进行管理,但操作不直观,容易出现错误。

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