CURSO CURSO : SISTEMA SISTEMAS S DE TELECOMUNICACIONES EMERGENTES •
TEMA : CONEXION CONEXI ON DE DATOS DATOS A ALT ALTA VELOCIDAD CON CABLE MODEM
Por : Ing. José Jos é Artur Ar turo o Cayani Cayani Bermejo C.I.P. C.I.P. 58535 58535
CONTENIDO
• Conc Concep epto toss bási básico coss • Panorama Panorama de la la tecnolog tecnología ía y servicio servicioss de Cable able Mód ódem em • Especific Especificacion aciones es y estánd estándares ares de de cable módem • Arquitect Arquitectura ura de de red para cable módem módem
Conc Co ncep epto tos s bá bási sico cos s • Definición • Funcionamiento • Implementación • Adqui Adquisic sición ión de Cabl Cablee Mod Modems ems • Soluciones con Retorno Telefónico (T-RP) (T-RP) • Acceso Acceso para para múltip múltiples les PCs
Definición • Un cable módem es un dispositivo que permite acceso a datos (tales como Internet) vía una conexión de TV por cable. • Las velocidades varían dependiendo del cable módem, arquitectura de la red de cable y del tráfico. • De bajada (de la red a la computadora), las velocidades giran en torno a los 27 Mbps • De subida (de la computadora a la red), la velocidad puede alcanzar hasta 10 Mbps.
Definición
• La mayoría de fabricantes de equipos y empresas que otorgan servicios de cable módem han seleccionado como más optima una velocidad que varía entre los 500 Kbps y los 2.5 Mbps.
Definición • Se usa un esquema asimétrico de conexión: Al canal de baj ada se l e as i gna un ancho de banda más grande que a l de s ubi da
• Las aplicaciones de Internet como navegar en la Web y leer mensajes tienden a ser de naturaleza asimétrica : se envían más datos de Internet hacia la computadora que de la computadora a Internet. • Clicks del mouse y mensajes de e-mail no usan mucho el ancho de banda en subida. • Imágenes y streaming de audio/video ocupan intensivamente el ancho de banda en bajada.
INTERNET
• •
~ 10 Mbps Peticiones de URL Envío de mensajes de correo
SU BI DA
BA JA DA
CABLE MODEM
~ 27 Mbps •
Páginas web (imágenes, audio, video)
•
Recepción de correo
•
Bajar archivos
Funcionamiento • El cable módem es un módem en sentido estricto: MOdula y DEModula señales. • Son más complicados que los modems telefónicos. • Son parte módem, parte sintonizador de RF, parte dispositivo de encriptación/desencriptación, parte bridge, parte router, parte tarjeta de red, parte agente SNMP y parte hub Ethernet.
Funcionamiento • Un cable módem envía y recibe datos de dos maneras diferentes. • En la dirección de bajada, los datos digitales son modulados y colocados en un canal de televisión típico de 6 MHz, en alguna parte del espectro entre los 50 MHz y los 750 MHz. • 64 QAM es la técnica de modulación preferida, ofreciendo hasta 27 Mbps por canal de 6 MHz. • Puede ser colocada en un canal sin perturbar el resto de señales de video de la TV por cable.
Funcionamiento • En una red de cable TV de dos sentidos, los datos de subida se transmiten por otro canal situado entre loa 5 y 42 MHz. • En una red TR-P, los datos de subida se transmiten por la línea telefónica • La dirección de subida es un ambiente ruidoso, con interferencia de RF y ruidos por conectores sueltos o mal cableado. • Generalmente se usa QPSK porque es más robusto, pero es más lento que QAM.
INTERNET
• • •
Un canal de BW variable En el rango de los 5 a 42 Mhz Modulación QPSK o 16 QAM
SU BI DA
BA JA DA
CABLE MODEM
•
Un canal de 6 Mhz
•
En el rango de 50 a 750 Mhz
•
Modulación 64 QAM o 256 QAM
Implementación • El servicio dominante que ofrece la conexión por cable módem es acceso de alta velocidad a Internet. • En Norteamérica, se ofrecen de modo similar al sistema básico de televisión por cable. • En EEUU se cobra entre $40 y $60 mensuales, incluye software, acceso ilimitado a Internet y alquiler del cable módem.
Implementación
• En diciembre de 1999 ya estaba disponible para alrededor de 40 millones de hogares en Norteamérica, habiendo mas de 1.5 millones de suscriptores. • Más del 90% tenían cable modems de dos sentidos y el resto eran servidos con productos de retorno telefónico.
Adquisición de Cable Modems
• La mayoría de cable modems desplegados han sido productos propietarios. • Los modems usualmente son alquilados a los suscriptores. • A fines de 1998, las compañías de cable empezaron a desplegar cable modems basados en el estándar DOCSIS
Modems de Retorno Telefónico TR-P • Con cable modems de retorno telefónico, el cable se usa para la transmisión rápida de bajada y un módem telefónico se encarga de la comunicación de subida sobre la red telefónica pública • Como la demanda es mayor para velocidades más rápidas de bajada, estos modems son una alternativa para que operadores de cable sin plantas de dos sentidos puedan entrar en el mercado residencial de datos de alta velocidad.
Modems de Retorno Telefónico TR-P
• No ofrecen los mismos beneficios que los productos de dos sentidos (velocidades de subida ultrarápidas, conectividad constante y no ocupar la línea telefónica)
INTERNET
Línea Telefónica
Cable
Módem Telefónico
CABLE MODEM
Datos
Acceso Acceso para para múltiple múltipless PCs
• Un cable cable módem módem puede puede sumini suministrar strar acceso acceso a Internet a múltiples PCs conectadas por unaa red de Area un Area local local (LAN). (LAN). • Los cable modems modems se conec conectan tan a la LAN vía un un hub o rout router er Ethern Ethernet et • Cada PC PC debe debe tener asignada asignada una una dirección dirección IP, usualmente a un costo de unos US$5US$10 US$10 mens mensual uales es por por PC.
Panorama de la tecn Panorama tecnología ología y serv servicios icios de Ca Cabl ble e Mó Móde dem m • Introdu Introducción cción a la la red de TV por cable cable • Redes Redes de Acceso Acceso de Cable Cable Mód Módem em • Servicio Servicio de Inter Internet net por Cable Cable • Rendimien Rendimiento to de una una plataform plataformaa de redes compartida
Introducción a la red de TV por cable • Las conexiones de cable coaxial proveen una plataforma muy poderosa para suministrar accesos de datos de alta velocidad. • Los sistemas de televisión por cable en un solo sentido deben ser mejorados a redes de dos sentidos para soportar los servicios de comunicación avanzados • Los sistemas de cable se diseñaron para transmitir señales de televisión
Introducción a la red de TV por cable • Deberían asegurar que se podrían utilizar en la recepción del servicio de cable los mismos televisores usados para recibir señales de TV desde el aire • Los operadores de cable recrean una porción de ese mismo espectro de radio frecuencia dentro de una línea de cable coaxial sellada. • Los sistemas de cable coaxial tradicionales operan con una capacidad de 330MHz o 450MHz • Los sistemas modernos híbridos fibra/coaxial (HFC) llegan hasta 750MHz o mas.
Introducción a la red de TV por cable • Las señales de video (bajada) comienzan alrededor de los 50MHz, equivalente al canal 2 • La porción del espectro de los 5MHz a 42MHz se reserva usualmente para comunicaciones desde los hogares de los suscriptores (hacia arriba) • Cada canal de televisión estándar ocupa 6 MHz del espectro RF. • Un sistema de cable tradicional de 400MHz tiene capacidad para 60 canales de TV • Un sistema HFC moderno con 700 MHz tiene capacidad para unos 110 canales.
Redes de Acceso de Cable Módem
• Para transportar los servicios de datos sobre una red de cable, un canal de televisión (en el rango de los 50 - 750 MHz) es asignado para el tráfico de bajada hacia los hogares • Otro canal (en la banda de los 5 - 42 MHz) es usado para llevar las señales de subida.
Redes de Acceso de Cable Modem • Un sistema de terminación de cabecera de cable módem (CMTS) se comunica a través de estos canales con los cable modems de los suscriptores y crea una red de área local (LAN). • La mayoría de cable modems se conectan a una PC a través de una tarjeta de red Ethernet estándar y cable de par trenzado • Modems externos tipo USB y tarjetas modem PCI internas están siendo desarrolladas.
Redes de Acceso de Cable Módem • Un canal de televisión de 6 MHz puede soportar hasta 36 Mbps de bajada usando 256 QAM. • Un canal de subida puede despachar hasta 10 Mbps usando 16 QAM o QPSK • Estos anchos de banda son compartidos por los suscriptores conectados a un segmento de la red de cable, entre 500 a 2,000 hogares en una red HFC.
Redes de Acceso de Cable Módem
• Un suscriptor puede experimentar velocidades desde 500 Kbps hasta 1.5 Mbps o más, dependiendo de la arquitectura de la red y la carga de tráfico • Cuando se navega por la Web, el rendimiento puede ser afectado por la congestión en Internet.
Redes de Acceso de Cable Módem
• Los cable módem ofrecen otro beneficio clave: conectividad constante. • Como en una LAN de oficina, la PC del suscriptor siempre esta en línea con la red. • No hay necesidad de discar para comenzar una sesión • Estar on-line no ocupa la línea telefónica.
Servicio de Internet por Cable Módem
• Una conexión de red es tan rápida como su eslabón mas lento. • El beneficio de un enlace de cable de 1 Mbps se pierde al tratar de acceder a un servidor Web conectado a través de una línea de 56 Kbps. • Como solución, se “empuja” el contenido mas cerca del suscriptor.
Servicio de Internet por Cable
• Esto se logra por "caching" o almacenando copias de contenidos populares de Internet en servidores locales • Cuando un suscriptor de cable módem va a acceder a la página Web, será ruteado al servidor local a máxima velocidad, en lugar de tener que viajar por la congestionada Internet.
56 kbps
INTERNET
10 Mbps
56 kbps
INTERNET
10 MbpsC aching
10 Mbps
Rendimiento de una plataforma de redes compartida • Los suscriptores de cable módem comparten el ancho de banda disponible durante sus sesiones, • Los rendimientos bajaran a medida que el numero de suscriptores aumenta en la red. • ¿100 suscriptores de cable modem compartiendo una conexión de 27 Mbps obtendrían cada uno 270 Kbps de ancho de banda? • No necesariamente
Rendimiento de una plataforma de redes compartida • Los usuarios no ocupan una cantidad fija de ancho de banda durante su sesión en línea • Comparten la red con otros usuarios activos y usan la red sólo cuando envían o reciben datos en rápidas ráfagas. • En lugar de 100 usuarios con 270 Kbps fijo por usuario, pueden usar todo el ancho de banda disponible durante el milisegundo que necesitan para descargar sus paquetes de datos - hasta muchos Mbps
Rendimiento de una plataforma de redes compartida
• Si hay congestión debido a una elevada utilización, los operadores pueden asignar mas ancho de banda para los servicios de datos. • Asignar un canal adicional de video de 6 MHz para los datos de alta velocidad duplica el ancho de banda de bajada disponible para los usuarios.
Rendimiento de una plataforma de redes compartida
• Otra opción es subdividir las redes físicas de cable utilizando líneas de fibra óptica con más profundidad entre los vecindarios. • Se reduce el número de hogares servidos por cada segmento de red, e incrementa el ancho de banda disponible a los usuarios finales.
Especificaciones y estándares de cable módem • Historia de la formación de los estándares de cable módem • Dos estándares internacionales han emergido para los productos de cable módem: – DOCSIS: Norteamérica y otros mercados internacionales – DVB/DAVIC EuroModem: el estándar emergente en Europa.
• Descripción de la especificación DOCSIS (USA)
Estándar DOCSIS • IEEE formo el Grupo de Trabajo 802.14 en Mayo de 1994 para desarrollar un estándar internacional de cable módem. • Tenía como meta la publicación del estándar en Diciembre de 1995, pero se retrasaron. • En enero de 1996 varios MSOs formaron una asociación llamada Socios de Sistema Multimedia de Redes de Cable, Ltda. o MCNS para investigar y publicar sus propias especificaciones.
Estándar DOCSIS • MCNS lanzó su estándar, Especificación de Interfase de Sistema de Datos sobre Cable (DOCSIS 1.0) en Marzo de 1997. • La primera demostración publica de inter operabilidad fue en diciembre de 1997. • A principios de 1998, CableLabs comenzó un programa de certificación para equipos DOCSIS • En marzo de 1998, la Unión Internacional de Telecomunicaiones (ITU) aceptó a DOCSIS como un estándar de cable módem, llamado ITU J.112.
Estándar DOCSIS
• Un canal de radio frecuencia (RF) de 6 MHz en el rango de frecuencias de 50 a 750 MHz es asignado para tráfico de bajada (downstream) hacia los hogares y otro canal en la banda entre los 5 y 42 MHz es usada para llevar las señales hacia arriba (upstream).
Estandar DOCSIS
• Un sistema de cabecera de terminación de cable módem (CMTS) se comunica a través de esos canales con cable modems localizados en las instalaciones del cliente.
Estándar DOCSIS
• La mayoría de cable modems son dispositivos externos que se conectan a una computadora personal a través de una tarjeta estándar 10Base-T Ethernet y cableado de categoría 5, • Modems externos USB y tarjetas modem internas PCI se están desarrollando.
Estádar DOCSIS • En abril de 1999 se lanzó una especificación de segunda generación llamada DOCSIS 1.1 • Mejoras : calidad de servicio mejorada y capacidades de fragmentación de paquetes basada en hardware, para apoyar telefonía IP y otros servicios de tasa de transferencia constantes. • El nuevo estándar esta compatible, permitiendo que modems DOCSIS 1.0 y 1.1 operen en el mismo espectro y en la misma red.
Especificaciones técnicas del modelo DOCSIS de MCNS • El siguiente cuadro sumariza los elementos clave de la Especificación de Interfase de Sistema de Datos sobre Cable (Data Over Cable System Interface Specification, DOCSIS) del Multimedia Cable Network System Partners' (MCNS), • DOCSIS es el estándar de facto para los productos compatibles con cable módem en Norteamérica.
Modulación
64 y 256 QAM
Portadora
6 MHz
Tasa de datos
27 a 36 Mbps
Modulación
QPSK and 16 QAM
Portadora
Variable, 200 KHz - 3.2 MHz
Tasa de datos
320 Kbps - 10 Mbps
Bajada (Downstream)
Subida (Upstream)
Interfase de Suscriptor
10Base-T
Interfases de Red
10Base-T 100Base-T ATM FDDI
USB y IEEE 1394 planeados
Arquitectura de redes de datos • Un panorama visual de la arquitectura empleada para transmitir servicios Internet de alta velocidad sobre un sistema de televisión por cable. • Para ofrecer acceso de alta velocidad a Internet, el operador de cable crea una red de datos que opera sobre su planta HFC (híbrido fibra/coaxial)
Arquitectura de redes de datos
• Los siguientes diagramas muestran una vista de alto nivel de una gran red de TV por cable típica, compuesta de: – Cabeceras de cable regional (regional cable headend) – Hubs de distribución – Nodos – Terminales en el hogar/empresa
Arquitectura de redes de datos
• Cabecera de cable regional (regional cable headend) sirve 200,000-400,000 hogares • Hubs de distribución sirven 20,000-40,000 hogares, modulan la señal y la transmiten por fibra a los nodos • Nodos sirven 500-1,000 hogares y los alimentan por cable coaxial
Cabecera de cable regional Regional Cable Headend
• Sirve como centro local de operaciones de la red de datos • Es una red con conexión al backbone de datos y de Internet • Conecta los sistemas de terminación de cable módem sobre anillos de fibra usando protocolos como POS, ATM, con anchos de banda de hasta OC-12 (622Mbps)
Cabecera de cable regional Regional Cable Headend
• Los servidores de aplicación y contenido se localizan aquí junto a los sistemas de apoyo, operaciones y management de la red • Si se ofreciera servicio de telefonía IP, las llamadas serían ruteadas por la cabecera a un gateway de telefonía IP y de allí a la red telefónica pública conmutada (PSTN)
Hub de distribución
• El sistema de terminación de cable módem (CMTS) convierte los datos en señales que son moduladas para transmitirse sobre la planta de HFC y luego demoduladas por los cable modems en los hogares de los usuarios
Hub de distribución
• La unidad CMTS suministra un canal dedicado de datos de bajada de 27 Mbps compartido entre los 500-1,000 hogares servidos por cada nodo de fibra • El ancho de banda por nodo para la subida varia entre 2 Mbps y 10 Mbps • El hub (nodo) es el punto de intercambio de la fibra por cable coaxial
Ambiente hogareño
• Un splitter conecta el cable para servir al cable módem y a los televisores/VCR • Los cable módem se conectan a través de cable Categoría 5 y conectores RJ-45 • Proximamente se ofertaran modelos con conexión USB y tarjetas módem PCI internas
