Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (PDF) (1130118), страница 52
Текст из файла (страница 52)
2.40.NataHaus.RUКабельное телевидениеМы уже изучили более или менее подробно стационарные и беспроводные телефонные системы. Они, безусловно, будут играть важную роль в сетевых технологиях будущего. Тем не менее, все популярнее становится альтернативная стацио-207Антенна приемаотдаленного сигналаШтщЯкьi l lОтводРаспределительОтветвлениеКоаксиальныйкабельРис. 2.40. Первая система кабельного телевиденияВначале такая система называлась абонентским телевидением, или телевидением с коллективной антенной. Ее могло содержать даже какое-нибудь маленькое частное семейное предприятие. Любой предприниматель, немножко знакомый с электроникой, мог установить у себя в населенном пункте оборудование,и ему оставалось только найти клиентов, готовых оплачивать услуги.
По мерероста числа абонентов необходимо было добавлять кабели и усилители. Передача была исключительно односторонней: от распределителя к пользователям.К 1970 году появились тысячи независимых систем.В 1974 году корпорация Time основала новый канал под названием «Домашняя билетная касса», который представлял собой кабельное кино. Затем появились другие подобные тематические каналы: спортивный, кулинарный, новостнойи т. д. Это привело к двум изменениям в данной отрасли. Во-первых, крупныекорпорации стали скупать существующие кабельные системы и прокладыватьсвои кабели для привлечения новых клиентов. Во-вторых, со временем появилась необходимость в объединении систем, зачастую расположенных в различ-208Глава 2.
Физический уровеньКабельное телевидениеных городах, с целью основания новых кабельных каналов. Различные кабельные компании стали объединять свои сети, организуя единые региональные инациональные сети. Примерно то же самое происходило восемьюдесятью годамиранее с телефонными сетями. Изолированные друг от друга телефонные станциистали объединяться, что позволило организовывать междугородные звонки.209ВысокоскоростнаяКоаксиальныйкабельКоммутаторКабельный ИнтернетВ течение долгих лет кабельная система расширялась, и обычные кабели междугородами стали заменяться оптоволоконными с высокой пропускной способностью.
Примерно то же самое стало происходить в телефонной сети. Система, использующая оптическое волокно на длинных магистралях и коаксиальный кабель для подвода сигнала к домам, получила название HFC (Hybrid Fiber Coax —комбинированная оптокоаксиальная кабельная система).
Электрооптическиепреобразователи, реализующие интерфейс между оптической и электрическойчастями сети, называются оптоузлами. Поскольку пропускная способность оптических кабелей гораздо выше, чем коаксиальных, один оптоузел может обслуживать несколько низкоскоростных линий. Часть современной системы HFC показана на рис. 2.41, а.В последнее время многие операторы кабельных сетей решили, что пора начать проникновение в бизнес предоставления доступа в Интернет.
Некоторые,впрочем, захотели заняться также кабельной телефонией. Технические различиякабельного телевидения и телефонии определили инженерные задачи, которыепредстояло решить. Прежде всего необходимо было заменить все односторонниеусилители двухсторонними.Между тем есть еще одно существенное различие между HFC (рис. 2.41, а)и телефонной системой (рис. 2.41, б), которое устранить гораздо сложнее.
Кабель может быть один на несколько домов, а телефонный провод местной линиив каждую квартиру подводится свой. Когда речь идет о широковещательном телевидении, особой разницы нет. Все телепрограммы распространяются по кабелю,и не важно, 10 или 10 000 абонентов будут подключены к нему. Но когда один итот же кабель используется для доступа в Интернет, то один клиент, скачивающий очень большой файл, потенциально может тем самым отнимать существенную часть пропускной способности у всех остальных.
Чем больше пользователей, тем жестче конкуренция между ними в этом смысле. В телефонной системетакого нет: передача большого файла по каналу ADSL никак не влияет пропускную способность соседнего канала. С другой стороны, пропускная способностькоаксиального кабеля много выше, чем витой пары.Междугородная ВысокоскоростнаястанцияоптическаямагистральОконечнаятелефоннаястанцияNataHaus.RUКак же была решена эта проблема? Довольно просто: длинные кабели былиразделены на короткие участки, напрямую подключаемые к оптоузлу. Доступнаяполоса пропускания на участке от распределителя до каждого оптоузла очень велика, и, поскольку в одном сегменте кабеля обычно не бывает большого числаабонентов, трафик вполне управляем.
Обычный кабельный сегмент охватывает500-2000 домов, однако всё больше людей подключается к кабельному Интернету, поэтому иногда требуется более мелкое разбиение, что приводит к появлению дополнительных оптоузлов.ОптоволокноМеднаявитая параРис. 2 . 4 1 . Кабельное телевидение (а); стационарная телефонная система (б)Распределение спектраЕсли выкинуть все телевизионные каналы и использовать кабельную инфраструктуру исключительно для доступа в Интернет, это приведет к появлению большого числа недовольных пользователей, поэтому никто так не делает.
Более того,в большинстве городов существуют определенные ограничения, не позволяющиетак сделать, даже если какая-нибудь компания и захочет. Значит, нужно былонайти какой-то способ совместного существования телевизионного сигнала и цифровых данных на одном кабеле.210Глава 2. Физический уровеньКабельное телевидениеКабельное телевидение в Северной Америке традиционно занимает частотыс 54 до 550 МГц (за исключением диапазона с 88 до 108 МГц, отданного FM-paдио). Ширина полосы каждого канала составляет 6 МГц, включая защитныеполосы. В Европе нижний предел обычно ограничен 65 МГц, а каналы имеютширину полосы 6-8 МГц, что позволяет увеличить разрешение, требуемое системам PAL и SECAM, однако это не очень принципиально. Нижняя часть спектра не используется.
Современные кабели хорошо работают на частотах свыше550 МГц, часто до 750 МГц и выше. Было принято решение выделить под исходящие каналы частоты 5-42 МГц (чуть выше в Европе), а высокие частоты использовать для входящих каналов. Распределение спектра в кабельных системахпоказано на рис. 2.42.т 1г 180TV ¥М550TV750 МГц211Для исходящих потоков даже QAM-64 не очень подходит. Слишком много насоответствующих частотах помех от микроволновых устройств, СВ-радиостанций и других источников. Исходя из этого применяют более медленную, но надежную схему — QPSK. Этот метод (см. рис.
2.21) использует всего лишь два бита на бод вместо 6 или 8, которые используются методами QAM на входящемпотоке. Таким образом, асимметрия между пропускной способностью входящихи исходящих каналов даже выше, чем можно предположить исходя из рис. 2.42.Кроме обновления усилителей, оператору нужно обновить и распределительное устройство на входе системы. Вместо латентного усилителя нужно поставить интеллектуальное цифровое вычислительное устройство с высокоскоростным оптоволоконным интерфейсом к провайдеру. Иногда обновляется даже имяэтого устройства: вместо распределителя его называют CMTS (Cable ModemTermination System — оконечное устройство кабельного модема). Далее мы воздержимся от столь значительного обновления и будем по-прежнему называтьраспределитель распределителем.Входящий потокКабельные модемыЧастоты входящих каналовДля доступа в Интернет нужен кабельный модем — устройство, имеющее два интерфейса: один к компьютеру, второй — к кабельной сети.
В первые годы существования кабельного Интернета у оператора связи были свои модемы, которыеустанавливались у абонента специалистом службы технической поддержки. Однако затем стало понятно, что открытый стандарт может позволить создать рынок конкурентоспособных кабельных модемов, снизить цены на них и тем самымпривлечь клиентов. Более того, возможность купить кабельный модем в обычноммагазине и установить его самостоятельно (как пользователи всегда устанавливали телефонные модемы стандарта V.9x) позволит избежать ужасных расходов наоплату выезда специалиста.В результате многие операторы кабельных сетей объединились с фирмойCableLabs с целью выработки стандарта на кабельные модемы и тестированияпродукции на совместимость. Модемы появившегося стандарта DOCSIS (DataOver Cable Service Interface Specification — спецификация передачи данных покабельному интерфейсу) сейчас только начинают заменять собственные модемыоператоров.
Европейская версия стандарта называется EuroDOCSIS. Однако невсем операторам нравится идея свободной продажи стандартных кабельных модемов — слишком уж хорошие деньги они получают за сдачу в аренду модемовсвоим захваченным в плен клиентам. Открытый стандарт, породивший десяткифирм — производителей кабельных модемов, продающих их в магазинах, ведетк концу подобной практики.Интерфейс между модемом и компьютером довольно традиционен. Обычноэто Ethernet со скоростью 10 Мбит/с (иногда USB).
Кабельные модемы скоробудут напоминать обычные внутренние модемы и размерами, и способом установки.Второй интерфейс более сложный. Немалая часть стандарта посвящена радиоинженерным решениям, но обсуждение этого вопроса выходит за рамки даннойNataHaus.RUРис. 2.42. Распределение частот в типичной системе кабельного телевидения,используемой для доступа в ИнтернетОбратите внимание: поскольку телевизионный сигнал целиком идет тольков одном направлении (входящем), можно использовать исходящие усилители,работающие только в диапазоне 5-42 МГц, а входящие — в диапазоне 54 МГц и выше, как показано на рисунке.
Итак, входящий и исходящий спектры имеют сильный дисбаланс благодаря тому, что основная доля трафика приходится на телевидение и входящие интернет-каналы. И операторы кабельного телевидения, и компании, занимающиеся кабельным Интернетом, остались довольны таким распределением. Как мы уже говорили, телефонные компании часто предлагаютасимметричный DSL-сервис, хотя у них нет особых технических оснований, чтобы так делать.Длинные коаксиальные кабели не лучше местных телефонных линий, когдаречь идет о передаче цифровых данных.
Поэтому здесь также нужна аналоговаямодуляция. Обычно применяется схема, при которой берутся каждые 6 или 8 МГцвходящего канала и модулируются с помощью QAM-64 или (если кабель отменного качества) QAM-256. При канале шириной 6 МГц и методе QAM-64 мы получаем скорость около 36 Мбит/с. Если вычесть накладные расходы, чистая скоростьпередачи данных составит 27 Мбит/с. При использовании QAM-256 чистая скорость повышается до 39 Мбит/с. Европейские значения на треть выше.212Кабельное телевидениеГлава 2. Физический уровенькниги. Единственное, что необходимо отметить, это то, что, как и ADSL-модемы,кабельные модемы находятся на постоянном подключении. Они устанавливаютсоединение сразу же после подачи питания и постоянно поддерживают его, поскольку операторы кабельных сетей не взимают плату за время на линии.Чтобы лучше понять, как происходит работа кабельного модема, рассмотрим,что происходит при его включении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
