Universidad de La Frontera. Facultad de Ingeniera Ciencias y Administracin. Departamento de Ingeniera Elctrica

Trabajo de Redes de Banda Ancha. Cable Mdem.

Introduccin.

El sistema de acceso mediante mdem de cable consiste en la utilizacin de la infraestructura de los operadores de televisin por cable (CATV) para la transmisin de datos entre los abonados y la red del operador. Est pensado principalmente para proporcionar acceso a Internet en entornos residencial y de PYMES aprovechando la red de fibra ptica y cable coaxial (HFC) desplegada por el operador hasta los abonados. El acceso mediante redes de televisin por cable se beneficia del elevado ancho de banda existente en dichas redes. Sin embargo, ciertas aplicaciones plantean requisitos que no se satisfacen simplemente con un rgimen binario elevado. Estas aplicaciones requieren garantas de mantenimiento del ancho de banda o tienen restricciones en cuanto a retardo y variacin de ste. En este sentido, la reciente popularizacin de Internet y el deseo de proporcionar nuevos servicios utilizando esta tecnologa ha llevado a plantear la necesidad de dotar a IP de mecanismos de calidad de servicio (QoS) que permitan proporcionar garantas de ancho de banda y retardo a las aplicaciones. Esto ha dado lugar a varias tecnologas, todas recientes y muchas de las cuales estn an en desarrollo.

Desarrollo del tema.

Un cable mdem es un tipo especial de mdem diseado para modular la seal de datos sobre una infraestructura de televisin por cable. El trmino Internet por cable (o simplemente cable) se refiere a la distribucin de un servicio de conectividad a Internet sobre esta infraestructura de telecomunicaciones. Estos no deben confundirse con antiguos sistemas LAN como 10base2 o 10base5 que utilizaban cables coaxiales, y especialmente con 10broad36, el cual realmente utiliza el mismo tipo de cable que los sistemas CATV. Bsicamente 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. En la figura 1 se muestra la descripcin global de la red tras el cable mdem:QoS Server

Solicitud de QoS cablemodem CaTV Internet Actuacin sobre los elementos de red pertinentes

cablemodem

Figura 1. Descripcin global del sistema.

Los abonados de un mismo vecindario comparten el ancho de banda proporcionado por una nica lnea de cable coaxial. Por lo tanto, la velocidad de conexin puede variar dependiendo de cuanta gente este usando el servicio al mismo tiempo. A menudo, la idea de una lnea compartida se considera como un punto dbil de la conexin a Internet por cable. Desde un punto de vista tcnico, todas las redes, incluyendo los servicios DSL, comparten una cantidad fija de ancho de banda entre multitud de usuarios, pero ya que las redes de cable tienden a abarcar reas ms grandes que los servicios DSL, se debe tener ms cuidado para asegurar un buen rendimiento en la red. Una debilidad ms significativa de las redes de cable al usar una lnea compartida es el riesgo de la prdida de privacidad, especialmente considerando la disponibilidad de herramientas de hacking para cable mdems. De este problema se encarga el cifrado de datos y otras caractersticas de privacidad especificadas en el estndar DOCSIS ("Data Over Cable Service Interface Specification"), utilizado por la mayora de cable mdems.

Estndar DOCSIS.Estndar no comercial que define los requisitos de la interfaz de comunicaciones y operaciones para los datos sobre sistemas de cable, lo que permite aadir transferencias de datos de alta velocidad a un sistema de televisin por cable (CATV) existente. Muchos operadores de televisin por cable lo emplean para proporcionar acceso a Internet sobre una infraestructura HFC (red hbrida de fibra ptica y coaxial) existente. La primera especificacin DOCSIS fue la versin 1.0, publicada en marzo de 1997, seguida de la revisin 1.1 en abril de 1999. El estndar DOCSIS se encuentra actualmente en la versin 2.0, publicado en enero de 2002. Toda la documentacin, incluyendo listas de equipamiento DOCSIS certificado, as como los documentos que cubren todos los aspectos tcnicos de DOCSIS se encuentran publicados. La versin europea de DOCSIS se denomina EuroDOCSIS. La principal diferencia es que, en Europa, los canales de cable tienen un ancho de banda de 8 MHz (PAL), mientras que, en Norte Amrica, 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). Tambin existen otras variantes de DOCSIS que se emplean en Japn. El 7 de agosto de 2006 salieron a la luz las especificaciones finales del DOCSIS 3.0, cuya principal novedad reside en el soporte para IPv6 y el "channel bonding", que permite utilizar varios canales simultneamente, tanto de subida como de bajada, por lo que la velocidad podr sobrepasar los 100 Mbps en ambos sentidos. Los equipos con el nuevo protocolo llegarn a velocidades de descarga de datos de 160 Mbps y subidas a 120 Mbps.

Caudal de datos El ancho de banda de cada canal depende tanto del ancho del canal como de la modulacin utilizada. Con canales de 6 MHz y 256-QAM la velocidad podra llegar hasta los 38 Mbps, mientras que con canales de 8 MHz y la misma modulacin llegara hasta los 51 Mbps. En el caso de la subida, con un canal de 3,2 MHz y 16-QAM habra disponibles 10 Mbps, aunque en el caso de DOCSIS 2.0 al permitir hasta 6,4 MHz y 64-QAM se puede aumentar hasta 30,72 Mbps. En la tabla 1 se pueden apreciar mejor las diferentes combinaciones y sus tasas de transferencia resultantes. Todas estn indicadas en Mbps y en valores brutos, es decir sin contar los bits utilizados en la correccin de errores, entre parntesis se encuentra la velocidad real neta.

Subida (upstream) Bajada (downstream) QPSK 0,2 MHz 6 MHz6 4QAM 256QAM 8 MHz 0,4 MHz 30,34 (27) 42,88 (38) 0,8 MHz 1,6 MHz 40,44 (36) 57,20 (51) 0,32 (0,3) 0,64 (0,6) 1,28 (1,2) 2,56 (2,3) 16-QAM 0,64 (0,6) 1,28 (1,2) 2,56 (2,3) 5,12 (4,6) 64-QAM* 1,28 (1,2) 1,92 (1,7) 3,84 (3,4) 7,68 (6,8) 15,36 (13,5)

3,2 MHz

5,12 (4,6)

10,24 (9,0)

6,4 MHz*

10,24 (9,0)

20,48 (18,0)

30,72 (27)

*Slo disponibles en DOCSIS 2.0Tabla 1: Velocidades de transmisin dependiendo del tipo de modulacin y el estndar.

Proceso de inicializacin de un cable mdem.

En primera instancia, el cable mdem solicita al CMTS (Sistema de Terminacin de Cable mdems, el cual proporciona casi las mismas funciones que el DSLAM en sistemas DSL), que le enve los parmetros de configuracin necesarios para poder operar en la red de cable (direccin IP y otros datos adicionales) utilizando el protocolo de comunicaciones DHCP. Inmediatamente despus, el cable mdem solicita al servidor de hora del da (TOD, por sus siglas en ingls), la fecha y hora exacta, que se utilizar para almacenar los eventos de acceso del suscriptor.

Queda todava la configuracin propia del cable mdem, la cual se lleva a cabo despus de las solicitudes DHCP y TOD. El CMTS le enva ciertos parmetros de operacin va TFTP (Protocolo de transferencia de archivos trivial), tras lo cual, el cable mdem realiza un proceso de registro y, en el caso de utilizar la especificacin DOCSIS de Privacidad de Lnea Base (BP, por sus siglas en ingls) en la red, deber adquirir la informacin necesaria de la central y seguir los procedimientos para inicializar el servicio. BP es una especificacin de DOCSIS 1.0 que permite el cifrado de los datos transmitidos a travs de la red de acceso. El cifrado que utiliza BP slo se lleva a cabo para la transmisin sobre la red, ya que la informacin es descifrada al momento de llegar al cable mdem o al CMTS. DOCSIS 1.1 integra a esta interfaz de seguridad, adems, especificaciones adicionales conocidas como Interfase Adicional de Privacidad de Lnea Base (BPI+, por sus siglas en ingls), las cuales, entre otras cosas, definen un certificado digital para cada cable mdem, que hace posible su autenticacin por parte del CMTS. Asumiendo que el proceso de inicializacin se ha desarrollado satisfactoriamente, el cable mdem est listo para utilizar la red como cualquier otro dispositivo Ethernet sobre los estndares de transmisin admitidos por DOCSIS. El servidor que brinda las respuestas a las peticiones DHCP, TFTP y TOD es conocido como Provisioning. Uno de los principales problemas de este servicio es la inconsistencia del enlace ascendente, esto es debido a que las frecuencias de "retorno" estn por debajo de los 54 Mhz (de los 5 a los 33 Mhz para los sistemas DOCSIS, ver tabla 1), en estas frecuencias estn todo tipo de ruidos elctricos, por lo tanto es necesaria una constante revisin de las operadoras de redes de cable para evitar el ruido en retorno (Ingress), cuando al CMTS le deja de "responder" el cable mdem este ltimo tiene que repetir todo el proceso de registro. En las redes actuales esto es poco probable, sobre todo en las que usan EURODOCSIS ya que las frecuencias de retorno se sitan entre 5-65MHz con lo que se pueden evitar la parte ms ruidosa del espectro radioelctrico. As mismo una de las principales ventajas es la baja latencia o Ping, ya que la CMTS introduce mucho menos retardo que los DSLAM de ADSL. Valores tpicos para una buena conexin de Cable puede ser entre 35 y 55ms, mientras un buen ADSL puede tener entre 70 y 90ms. Adems las conexiones se basan en Ethernet por lo que se pierde menos caudal til que en ADSL (con el mismo ancho de banda contratado se consigue ms velocidad). Pero la ventaja ms importante es que en una red de Cable, el lugar de residencia del cliente no afecta a la velocidad de la conexin, en ADSL o WiMAX la distancia con la central es un impedimento para conseguir velocidades cercanas a 10Mbps, con Cable estas velocidades son fciles de conseguir en toda la red.

Interior de un mdem de cable.

Los cable mdem pueden ser internos o externos al ordenador. Independientemente del tipo de mdem que se tenga, todos estos dispositivos contienen ciertos componentes comunes: Sintonizador: Conecta con el hardware del mdem, algunas veces con un elemento aadido llamado splitter, que separa los datos de Internet de la programacin normal de CATV. Al recibir los datos de Internet por un canal que no se est usando, el sintonizador simplemente recibe la seal digital modulada y la pasa al demodulador. En algunos casos, el sintonizador puede llevar un diplexador, que permite al sintonizador hacer uso de un rango de frecuencias para el trfico downstream, y otro rango diferente para el trfico upstream. Demodulador: Los demoduladores ms comunes tienen cuatro funciones. Un demodulador QAM (Quadrature Amplitude Modulation) coge una seal de radio-frecuencia que tiene informacin decodificada en su interior al variar la amplitud de la onda, y la transforma en una simple seal que puede ser procesada por un convertidor de analgico a digital. Modulador: El mdem que usan el sistema por cable para la subida de trfico, el modulador se utiliza para convertir los datos digitales del ordenador en seales de radiofrecuencia para su transmisin. MAC: La MAC se localiza entre las parte de subida y bajada en el cable, y acta 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 mdem de cable, las tareas son ms complejas que en una simple tarjeta de red. Por esta razn, en muchos casos, algunas de las funciones de la MAC se asignan a la CPU, la del propio mdem o la del sistema. Microprocesador La tarea de este elemento depende de alguna manera, de si el mdem est designado a ser parte de un sistema de ordenadores ms grande o dar acceso a Internet sin ms asignaciones. Bsicamente los que hace es gestionar todos los procesos y funciones del mdem. 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 trfico de entrada de un grupo de usuarios en un solo canal, y lo encamina a una ISP para su conexin a Internet. Aqu se darn servicios de DHCP par ala administracin de direcciones IP de todos los usuarios, y otros servicios de autentificacin. Un CMTS puede conectar hasta 1000 usuarios a Internet sobre un nico canal de 6 megahercios. Al tener una sola conexin capacidad para ms de 30 Megabits, el

funcionamiento de cara a los usuarios ser mucho mejor que cualquier conexin tradicional de mdem en la actualidad.

Figura 2.etapas al interior de un cable mdem.

Algunos equipos comerciales de Cable mdem. Motorola Surfboard SB4101. El Cable Modem SB4101 es un modelo sencillo destinado a brindar acceso Internet al usuario. Incorpora un entrada Eethernet para que el usuario conecte su computador personal a travs de la tarjeta de red y adems trae una entrada USB, de esta manera se pueden conectar inmediatamente 2 PCs a este Cable Modem. Vase la Fig. 8.

B. Motorola Surfboard SB5100.

El SB5100 provee de conectividad a Internet a travs de una interfaz Ethernet y un puerto USB del computador. Esto permite conectar inmediatamente 2 equipos a la red. Segn las especificaciones del fabricante el SB5100 puede manejar hasta 32 hosts por medio de un switch Ethernet. El Cable Modem SB4101 es un modelo

El SB5100 provee de conectividad a Interneta travs de una interfaz ethernet y un puerto USB del computador. Esto * Es este procedimiento que algunos usuarios realizan en forma ilegal con sus propios Cable Modems consistente en cargar en stos un archivo va TFTP para obtener mayores velocidades que las contratadas. Este acto se denomina Uncapping. permite conectar inmediatamente 2 equipos a la red. Segn las especificaciones del fabricante el SB5100 puede manejar hasta 32 hosts por medio de un switch ethernet. Vase la Fig. 9. Motorola Surfboard SBV5222.

El SVB5222 es un mdem de voz digital que incluye caractersticas adicionales al SB5100 como la posibilidad de conectar 2 telfonos convencionales a la red, es decir proveer el servicio de VoIP al usuario. El Cable Modem SB4101 es un modelo sencillo destinado a brindar

Motorola Surfboard Gateway SBG900.

El Cable Mdem Gateway SBG900 consiste en tres dispositivos en uno: un Cable Mdem, un Punto de Acceso Inalmbrico y un Router. Permite conectar hasta 253 computadores personales, ya sea a travs de su interfaz Ethernet, su acceso inalmbrico o su entrada USB (esta ltima para un solo equipo) tal como lo muestra la Figura 3. Dentro de sus funciones incorpora un servidor DHCP, soporte NAT, mapeo de puertos, soporte para redes privadas virtuales (VPN), un firewall con capacidad de inspeccin completa de cada paquete circulante. El punto de acceso inalmbrico trabaja bajo las normas IEEE 802.11b, y 802.11g brindando velocidad al usuario desde 10 Mbps hasta 54Mbps. El Cable Modem SB4101 es un modelo sencilloFigura 3: descripcin fsica.

Figura 4: Ejemplo de Red Hbrida con el SBG900

Ventajas y desventajas.Ventajas: Estabilidad en la conexin No utiliza lnea telefnica Todo el trfico viaja por la red de televisin por cable Mayor velocidad de transmisin. Desventajas: Desventajas de los mdems internos: No tienen luces indicadoras que muestren lo que est haciendo. Se daan con mayor facilidad con las tormentas elctricas. Se tiene que abrir la computadora para instalarlos. Desventajas de los mdems externos: Necesitar cables para conectarlo, desperdiciar espacio en el escritorio, Son ms caros.

Conclusin.

Para millones de personas por todo el mundo, la televisin nos trae noticias, entretenimiento, programas educativos e informacin de todo tipo a sus casas. Cada vez ms, hay gente que recibe la seal de televisin por cable. En la actualidad, los usuarios de la televisin por cable (CATV) y dependiendo del pas, pueden conseguir una conexin de alta velocidad por medio de cable. Aunque todava se siga utilizando ampliamente lneas ADSL para este servicio, cada vez se est extendiendo ms este uso y acabar llegando a todos los rincones del mundo. Los mdem de cable compiten con tecnologas como ADSL. Si te has preguntado alguna vez la diferencia entre DSL y los mdem de cable, o como una red de ordenadores puede compartir docenas de canales de televisin, contina leyendo. Veremos como por medio de un solo cable coaxial, multitud de servicios que pueden llegar a una casa.

Referencias.

Apuntes web curso Redes de banda ancha www.inele.ufro.cl http://es.wikipedia.org/wiki/Cablemodem#Especificaciones_DOCSIS http://www.slideshare.net/agulu/cablemdem http://www.ordenadores-y-portatiles.com/modem-cable.html