Cable modem hfc
- 1. CABLE MODEM Un cable módem o cable módem es un tipo especial de módem diseñado para modular la señal de datos sobre una infraestructura de televisión por cable. El término Internet por cable (o simplemente cable) se refiere a la distribución de un servicio de conectividad a Internet sobre esta infraestructura de telecomunicaciones. Los cablemodems se utilizan principalmente para distribuir el acceso a Internet de banda ancha, aprovechando el ancho de banda que no se utiliza en la red de TV por cable. Los abonados de un mismo vecindario comparten el ancho de banda proporcionado por una única línea de cable coaxial. Por lo tanto, la velocidad de conexión puede variar dependiendo de cuanta gente este usando el servicio al mismo tiempo. A menudo, la idea de una línea compartida se considera como un punto débil de la conexión a Internet por cable. Ya que las redes de cable tienden a abarcar áreas más grandes que los servicios DSL, se debe tener más cuidado para asegurar un buen rendimiento en la red. Una debilidad más significativa de las redes de cable al usar una línea compartida es el riesgo de la pérdida de privacidad, especialmente considerando la disponibilidad de herramientas de hacking para cable módems. De este problema se encarga el cifrado de datos y otras características de privacidad especificadas en el estándar DOCSIS ("Data Over Cable Service Interface Specification"), utilizado por la mayoría de cable modems. El PC se conecta al cable modem a través de un puerto Ethernet o USB, tiene velocidades típicas de de 4Mbps ascendente o descendente. Hay dos tipos de cable modem: Cable modem externo: es una pequeña caja exterior que conecta con el ordenador normalmente a través de una conexión Ethernet ordinaria. Esto permite la conexión de varios ordenadores (incluso con diferentes sistemas operativos) a un mismo receptor externo, pero necesita una tarjeta de red accesoria por cada conexión que se desee realizar. Por ello existe una variante que es la de ofrecer una interfaz con conexión USB que facilita la instalación, pero que limita la conexión a una sola máquina. Ethernet Cable modem cable Externo PC PC Cable modem interno: es generalmente una tarjeta PCI para PC. Esta quizá sea la más barata de implementar de todas las alternativas, pero genera muchos problemas ya que solo la hace compatible con PCs (en MACs y portátiles también sería posible, pero necesitan un diseño
- 2. diferente o una interfaz intermedia) y además el conector del cable no esta aislado de las distorsiones eléctricas lo que puede producir un problema en algunas redes CATV, requiriendo una serie de caras actualizaciones sobre la red que a la larga hacen este método más complejo, caro y difícil de implementar. PC Cable modem cable Interno Funcionamiento del cable modem: El término "Cable Modem" hace referencia a un modem que opera sobre la red de televisión por cable. El cable modem (CM: Dispositivo lado cliente encargado de entregar los datos del usuario a la red de televisión por cable.) es conectado al toma de la televisión por cable. El operador del cable, conecta un Cable Modem Termination System (CMTS: Dispositivo central utilizado para efectuar la conexión entre la red de televisión por cable y la red de datos.) en su extremo, este extremo es conocido como Head-End (Punto central de distribución para el sistema de televisión por cable donde normalmente se encuentra ubicado el CMTS. Videoseñales provenientes de diferentes fuentes pueden ser recibidas aquí, se efectúa la conversión de señales a los canales apropiados.) Interior de un cable modem: - Sintonizador – Conecta con el hardware del modem, algunas veces con un elemento añadido llamado “splitter”, que separa los datos de Internet de la programación normal de CATV. Al recibir los datos de Internet por un canal que no se está usando, el sintonizador simplemente recibe la señal digital modulada y la pasa al demodulador. - Demodulador – Los demoduladores más comunes tienen cuatro funciones. Un demodulador QAM (Quadrature Amplitude Modulation) coge una señal de radio- frecuencia que tiene información decodificada en su interior al variar la amplitud de la onda, y la transforma en una simple señal que puede ser procesada por un convertidor de analógico-a-digital. - Modulador – En modem que usan el sistema por cable para la subida de tráfico, el modulador se utiliza para convertir los datos digitales del ordenador en señales de radio-frecuencia para su transmisión. - MAC – La MAC se localiza entre las parte de subida y bajada en el cable, y actúa como un interfaz o pasarela entre las partes de hardware y software para los distintos protocolos de red. Todos los equipos y dispositivos de red tienen MAC, pero en el caso de los modem de cable, las tareas son más complejas que en una simple tarjeta de red. Por esta razón, en muchos casos, algunas de las funciones de la MAC se asignan a la CPU, la del propio modem o la del sistema. - Microprocesador – La tarea de este elemento depende de alguna manera, de si el modem está designado a ser parte de un sistema de ordenadores más grande o dar acceso a Internet sin más asignaciones. Básicamente los que hace es gestionar todos los procesos y funciones del modem. - CMTS (Cable Modem Termination System) – En el punto final del proveedor del servicio de cable, le CMTS ofrece muchas de las funciones que da un DSLAM en un sistema DSL. El CMTS coge el tráfico de entrada de un grupo de usuarios en un solo canal, y lo encamina a una ISP para su conexión a Internet. Aquí se darán servicios de DHCP par ala administración de direcciones IP de todos los usuarios, y otros
- 3. servicios de autentificación. Un CMTS puede conectar hasta 1000 usuarios a Internet sobre un único canal de 6 megahercios. Al tener una sola conexión capacidad para más de 30 Megabits, el funcionamiento de cara a los usuarios será mucho mejor que cualquier conexión tradicional de modem en la actualidad Ventajas: - Tarifa de uso limitado - No utiliza línea telefónica - Mayor velocidad de transmisión - Todo el trafico viaja por la red de televisión por cable - baja latencia o Ping - el lugar de residencia del cliente no afecta a la velocidad de la conexión Desventajas: - inconsistencia del enlace ascendente, esto es debido a que las frecuencias de "Retorno" están por debajo de los 54 Mhz (de los 5 a los 33 Mhz para los sistemas DOCSIS), en estas frecuencias están todo tipo de ruidos eléctricos Desventajas de los modems internos: - no tiene luces indicadoras que muestren lo que esta haciendo - se dañan con mayor facilidad con las tormentas eléctricas - se tiene que abrir la computadora para instalarlos Desventajas de los modems externos: - necesitara cables para conectarlos - desperdiciara espacio en el escritorio - son mas caros Proceso de inicialización del cable modem En primera instancia, el cable modem solicita al CMTS que le envié los parámetros de configuración necesarios para poder operar en la red de cable (dirección IP y otros datos adicionales) utilizando el protocolo de comunicaciones DHCP. Luego el cable modem solicita al servidor de hora del día (TOD, por su sigla en ingles), la fecha y la hora exacta, que se utilizara para almacenar los eventos de acceso al suscriptor. La configuración propia del cable modem se lleva a cabo después de las solicitudes DHCP y TOD. El CMTS le envía ciertos parámetros de operación vía TFTP, tras lo cual el modem realiza un proceso de registro y, en el caso de utilizar la especificación DOCSIS de privacidad de línea de base (BP por sus siglas en ingles) en la red, deberá adquirir la información necesaria de la central y seguir los procedimientos para inicializar el servicio. El cifrado que utiliza BP sólo se lleva a cabo para la transmisión sobre la red, ya que la información es descifrada al momento de llegar al cable módem o al CMTS. DOCSIS 1.1 integra a esta interfaz de seguridad, además, especificaciones adicionales conocidas como Interfaz Adicional de Privacidad de Línea Base (BPI+, por sus siglas en inglés), las cuales, entre otras cosas, definen un certificado digital para cada cable módem, que hace posible su autenticación por parte del CMTS. Asumiendo que el proceso de inicialización se ha desarrollado satisfactoriamente, el cable módem está listo para utilizar la red como cualquier otro dispositivo Ethernet sobre los estándares de transmisión admitidos por DOCSIS. El servidor que brinda las respuestas a las peticiones DHCP, TFTP y TOD es conocido como servidor de aprovisionamiento (provisioning), sin embargo, puede haber servidores específicos para cada uno de esos servicios, los cuales se encuentran en una red llamada red de aprovisionamiento.
- 4. Estándar de cable modem: DOCSIS: (data over cable service interface specifications) define esquemas de encripción para proteger el flujo entre el cliente y el proveedor. DOCSIS tiene dos versiones 1.0 y 1.1 DOCSIS 1.0 fue la primera versión del estándar de interoperabilidad que básicamente establece las características del equipo de cabecera y de suscriptor, así como el protocolo de la transmisión de datos. Sus componentes, además de la red de cable acondicionada según recomendaciones de la misma especificación, son el Sistema de Terminación de Cable módems (CMTS, por sus siglas en inglés), el cable modem (CM, por sus siglas en inglés) y servidores 'back office'. DOCSIS 1.1 soporta adicionalmente entre otros servicios: - autentificación del cable modem - calidad de servicio - IP multicast - Supresión de headers - SNMPV3 Especificación: la entrada del modem es un cable RG6, con un conector F EURODOCSIS: es la versión europea de DOCSIS. La principal diferencia es que, en Europa, los canales de cable tienen un ancho de banda de 8 MHz (PAL), mientras que, en Norte América y Colombia, es de 6 MHz (NTSC). Esto se traduce en un mayor ancho de banda disponible para el canal de datos de bajada (desde el punto de vista del usuario, el canal de bajada se utiliza para recibir datos, mientras que el de subida se utiliza para enviarlos). CMTS: (cable modem termination system. Sistema de terminación de cable modems) Es un equipo que se encuentra normalmente en la cabecera de la compañía de cable y se utiliza para proporcionar servicios de datos de alta velocidad, como Internet por cable o Voz sobre IP, a los abonados.
- 5. HFC Una red HFC es una red de telecomunicaciones por cable que combina la fibra óptica y el cable coaxial como soportes de la transmisión de las señales. Se compone básicamente de cuatro partes claramente diferenciadas: la cabecera, la red troncal, la red de distribución, y la red de acometida de los abonados. La cabecera es el centro desde el que se gobierna todo el sistema. Su complejidad depende de los servicios que ha de prestar la red. Por ejemplo, para el servicio básico de distribución de señales unidireccionales de televisión (analógicas y digitales) dispone de una serie de equipos de recepción de televisión terrenal, vía satélite y de microondas, así como de enlaces con otras cabeceras o estudios de producción. La red troncal suele presentar una estructura en forma de anillos redundantes de fibra óptica que une a un conjunto de nodos primarios. Los nodos primarios alimentan a otros nodos (secundarios) mediante enlaces punto a punto o bien mediante anillos. La red de distribución y la de acometida a los abonados es lo que comúnmente se conoce como la red de última milla. El grupo del estándar de la IEEE 802.14 define el protocolo de Capa Física y Control de Acceso al Medio (MAC) de redes usando cables Híbridos Fibra Óptica/Coaxial (HFC). Varios protocolos MAC han sido propuestos por el grupo de trabajo el cual tiene que comenzar la evaluación de procesos para concebir un sencillo protocolo MAC satisfaciendo todos los requerimientos de HFC. Las redes de acceso HFC constituyen una plataforma tecnológica de banda ancha que permite el despliegue de todo tipo de servicios de telecomunicación, además de la distribución de señales de TV analógica y digital. El acceso a alta velocidad a redes de datos (Internet, Intranets, etc.) mediante cablemódems parece que se va a convertir en uno de los grandes atractivos de estas redes y en una fuente de ingresos importante para sus operadores. Paralelamente al despliegue de servicios de TV y datos, los operadores de redes HFC están muy interesados en ofrecer servicios de telefonía a sus abonados, tanto residenciales como empresariales. Una red HFC puede amortizarse prestando simultáneamente una multiplicidad de servicios, uno de los cuales consiste en alquilar parte del excedente de capacidad de transmisión de la red troncal de fibra óptica a empresas o instituciones que la necesiten para interconectar redes locales de edificios distantes entre sí o para cursar tráfico telefónico directamente entre éstos. Acceso a Internet a alta velocidad: módems de cable. Las redes HFC, mediante el uso de cable módems especialmente diseñados para las comunicaciones digitales en redes de cable, tienen capacidad para ofrecer servicios de acceso a redes de datos como Internet a velocidades cientos de veces superiores a las que el usuario medio está acostumbrado a través de modems telefónicos.
- 6. Una red de acceso HFC está constituida, genéricamente, por tres partes principales: -Elementos de red: dispositivos específicos para cada servicio que el operador conecta tanto en los puntos de origen de servicio como en los puntos de acceso al servicio. -Infraestructura HFC: incluye la fibra óptica y el cable coaxial, los transmisores ópticos, los nodos ópticos, los amplificadores de radiofrecuencia, taps y elementos pasivos. -Terminal de usuario: set-top-box, cablemodems y unidades para integrar el servicio telefónico.
- 7. Jerarquía de nodos y enlaces Una red urbana, de modo genérico, a diseñar mediante arquitectura HFC consta de los siguientes elementos: - Cabecera principal: recoge la señal correspondiente a la TV analógica, la TV digital-satélite y la Tv digital-terrestre, también realiza la conexión con la red telefónica (RTC) y la conexión con la red de datos (internet). La cabecera da cobertura a aproximadamente, 100.000 abonados. - Nodos ópticos primarios (NP): en esta zona de la red el estándar de transmisión dispuesto es todavía SDH (jerarquía digital síncrona). Mezclan datos y telefonía enviando la señal hasta los nodos ópticos terminales. Los NP dan cobertura a aproximadamente, 50.000 abonados, pudiendo llegar incluso a 70.000. - Nodos secundarios (NS): actúan difusores ópticos, splitters, y se comportan como nodos pasivos a efectos de flujo de información. Es habitual ubicar 6 NS por cada NP. Cada NS cubre a aproximadamente, 2.000 a 10.000 abonados - Nodos ópticos terminales (NOT): son los nodos en los cuales termina la red de fibra. Los NOT cubren manzanas de edificios, los cuales se conectan a la red de fibra mediante cable coaxial. Cada NOT da cobertura a aproximadamente, 500 abonados. La red HFC tal como se mostro en la imagen, se puede descomponer en una red troncal, mas una red de distribución y una red final de acceso al abonado. Red troncal: debe ser diseñada mediante el establecimiento de un anillo con redundancia, lo que da lugar a una estructura de carácter mallado. Debe estar construida totalmente en fibra óptica. La tecnología de transmisión de la red troncal debe ser SDH. Red de distribución: conecta los NP con los NOT. También debe estar construida en fibra óptica en su totalidad. Las estructuras de diseño mas habituales son el uso de anillos, o bien, la conexión en estrella. La primera permite un mayor grado de supervivencia, mientras la segunda resulta más económica aunque pierde niveles de supervivencia.
- 8. Red de acceso: consta del despliegue desde el NOT hasta el abonado final. Toda la red de acceso se constituye mediante cable coaxial CENELEC RG6/RG11. Las estructuras de diseño para la red de acceso mas habituales son la conexión en estrella, en bus o en árbol. Ventajas - Redes muy fiables, de muy alta capacidad y capaces de prestar todo tipo de servicios interactivos - Redes atractivas desde el punto de vista de negocio para entornos urbanos densos - Ventajas derivadas del cableado: seguridad, fiabilidad, resistencia a interferencias y no compartición de espectro con otros operadores. - Escalabilidad: oportunidad de aumentar la capacidad ofrecida al usuario acercando la fibra óptica al hogar a medida que crece la demanda de ancho de banda y bajan los costes de los equipos ópticos. Desventajas - Complicaciones importantes en la en obra civil (zanjas, permisos, etc.) que implican elevados costes. - Baja rentabilidad económica en zonas rurales y poblaciones muy dispersas. - Gran inversión inicial en infraestructura. - Canal de retorno, a través de la propia red de cable tiene altos niveles de ruido e interferencias. Se requieren modulaciones poco eficientes pero robustas, códigos de corrección de errores y monitorización de canales - La incorporación de nuevos usuarios condiciona el despliegue de red (hogares pasados). Estándares: Los estándares 802.14 y MCNS (Sistemas de Redes de Canal Multimedia) están diseñados sobre las especificaciones de protocolos de Capas Físicas y del protocolo MAC para implementar redes bidireccionales HFC.