Módem de cable

ARRIS Touchstone CM820B módem de cable DOCSIS 3.0

Un módem de cable es un tipo de puente de red que proporciona comunicación de datos bidireccional a través de canales de radiofrecuencia en un cable híbrido de fibra coaxial (HFC), radiofrecuencia sobre vidrio (RFoG) y coaxial. infraestructura. Los módems de cable se utilizan principalmente para brindar acceso a Internet de banda ancha en forma de Internet por cable, aprovechando el alto ancho de banda de una red HFC y RFoG. Suelen implementarse en América, Asia, Australia y Europa.

Historia

MITRE Cablenet

Internet Experiment Note (IEN) 96 (1979) describe uno de los primeros sistemas de módem por cable RF. De las páginas 2 y 3 de IEN 96:

El sistema Cable-Bus

El sistema MITRE/Washington Cablenet se basa en una tecnología desarrollada en MITRE/Bedford. Los sistemas de telebuses similares están en funcionamiento en varios sitios del gobierno, como el Hospital Walter Reed del Ejército, y el Centro Espacial Johnson de la NASA, pero todas son redes autónomas y solo locales.

El sistema utiliza las Unidades de Interfaz Coaxial Comunitaria Antenna Television (CATV) de cable coaxial y microprocesador con base para conectar ordenadores y terminales de suscriptores al cable.... El autobús de cable consta de dos cables coaxiales paralelos, uno de entrada y el otro de salida. El cable de entrada y el cable de salida están conectados en un extremo, el cabezal, y se terminan eléctricamente en sus otros extremos. Esta arquitectura aprovecha los componentes unidireccionales de CATV bien desarrollados. La topología es dendriática (es decir, ramificada como un árbol).
...

Los BIU contienen modems de frecuencia de radio (RF) que modulan una señal de portador para transmitir información digital utilizando 1 MHz del ancho de banda disponible en el rango de frecuencias de 24 MHz. El resto del ancho de banda de 294 MHz se puede utilizar para llevar otros canales de comunicación, como TV off-the-air, FM, televisión de circuito cerrado, o un sistema de teléfono de voz, u otros canales digitales. La tasa de datos de nuestro sistema de test-bed es de 307.2 kbps.

IEEE 802.3b (10BROAD36)

El comité IEEE 802 definió 10BROAD36 en 802.3b-1985 como un sistema de banda ancha IEEE 802.3/Ethernet de 10 Mbit/s para funcionar hasta 3600 metros (11 800 pies) sobre cableado de red coaxial CATV. La palabra banda ancha tal como se usaba en las especificaciones originales de IEEE 802.3 implicaba la operación en bandas de canales multiplexados por división de frecuencia (FDM) en oposición a las modulaciones digitales de forma de onda cuadrada de banda base (también conocidas como codificación de línea), que comienzan cerca de cero Hz y teóricamente consumen un ancho de banda de frecuencia infinito. (En los sistemas del mundo real, los componentes de señal de orden superior se vuelven indistinguibles del ruido de fondo). En el mercado, el equipo 10BROAD36 no fue desarrollado por muchos proveedores ni implementado en muchas redes de usuarios en comparación con el equipo para los estándares de banda base IEEE 802.3/Ethernet como 10BASE5 (1983), 10BASE2 (1985), 10BASE-T (1990), etc.

IEEE 802.7

El Comité IEEE 802 también especificó un estándar de red digital CATV de banda ancha en 1989 con 802.7-1989. Sin embargo, al igual que 10BROAD36, 802.7-1989 tuvo poco éxito comercial.

Redes híbridas

Hybrid Networks desarrolló, demostró y patentó el primer sistema de cable módem asimétrico de alta velocidad en 1990. Una idea clave de Hybrid Networks fue que en los días nacientes de Internet, la descarga de datos constituye la mayor parte del tráfico de datos, y esto se puede servir adecuadamente con una red de datos altamente asimétrica (es decir, una tubería de datos descendente grande y muchas tuberías de datos ascendentes pequeñas). Esto permitió a los operadores de CATV ofrecer servicios de datos de alta velocidad inmediatamente sin necesidad de una costosa actualización del sistema. También fue clave que vio que las comunicaciones ascendentes y descendentes podrían estar en el mismo o en diferentes medios de comunicación utilizando diferentes protocolos que funcionan en cada dirección para establecer un sistema de comunicaciones de circuito cerrado. Las velocidades y protocolos utilizados en cada dirección serían muy diferentes. Los primeros sistemas utilizaban la red telefónica pública conmutada (PSTN) para la ruta de retorno, ya que muy pocos sistemas de cable eran bidireccionales. Los sistemas posteriores utilizaron CATV para la ruta ascendente y descendente. La arquitectura del sistema híbrido se utiliza actualmente para la mayoría de los sistemas de módem por cable.

Ciudad LAN

LANcity fue pionera en los módems de cable y desarrolló un sistema patentado que se implementó ampliamente en los EE. UU. LANcity, que estaba dirigida por el ingeniero iraní-estadounidense Rouzbeh Yassini, luego fue adquirida por Bay Networks. Posteriormente, Bay Networks fue adquirida por Nortel. Nortel en ese momento había formado una empresa conjunta con Antec llamada ARRIS Interactive. Debido a los acuerdos contractuales con Antec relacionados con esta empresa conjunta, Nortel dividió el grupo LANCity en la empresa conjunta ARRIS Interactive. ARRIS continúa fabricando módems de cable y equipos de sistema de terminación de módem de cable (CMTS) que cumplen con el estándar DOCSIS.

Tareas Zenith

Zenith ofreció una tecnología de módem por cable usando su propio protocolo que introdujo en 1993, siendo uno de los primeros proveedores de módem por cable. La tecnología Zenith Cable Modem fue utilizada por varios sistemas de televisión por cable en los Estados Unidos y otros países, incluidos Cox Communications San Diego, Knology en el sureste de los Estados Unidos, el servicio Americast de Ameritech (que luego se vendió a Wide Open West después de la fusión SBC/Ameritech), Cogeco en Hamilton Ontario y Cablevision du Nord de Québec en Val-d'Or. Zenith Homeworks usó modulación BPSK (Bi-Phase Shift Keyed) para lograr 500 Kbit/seg en 600 kHz, o 4 Mbit/seg en 6 MHz.

Com21

Com21 fue otro de los primeros pioneros en módems de cable y tuvo bastante éxito hasta que los sistemas patentados quedaron obsoletos debido a la estandarización DOCSIS. El sistema Com21 utilizó un ComController como puente central en las cabeceras de la red CATV, el cable módem ComPort en varios modelos y el sistema de gestión NMAPS utilizando HP OpenView como plataforma. Más tarde, también introdujeron un multiplexor de ruta de retorno para superar los problemas de ruido al combinar señales de ruta de retorno de múltiples áreas. El protocolo propietario se basaba en el modo de transferencia asíncrono (ATM). El conmutador ComController central era un sistema modular que ofrecía un canal descendente (transmisor) y un módulo de gestión. Las ranuras restantes podrían usarse para receptores ascendentes (2 por tarjeta), Ethernet dual 10BaseT y, más tarde, también interfaces Fast-Ethernet y ATM. La interfaz ATM se convirtió en la más popular, ya que admitía las crecientes demandas de ancho de banda y también admitía VLAN. Com21 desarrolló un módem DOCSIS, pero la empresa se declaró en quiebra en 2003 y cerró. Los activos DOCSIS CMTS de COM21 fueron adquiridos por ARRIS.

CDLP

CDLP era un sistema patentado fabricado por Motorola. El equipo en las instalaciones del cliente (CPE) de CDLP era capaz de rutas de retorno PSTN (red telefónica) y radiofrecuencia (red de cable). El servicio basado en PSTN se consideró 'cable unidireccional' y tenía muchos de los mismos inconvenientes que el servicio de Internet por satélite; como resultado, rápidamente dio paso al "cable bidireccional". Los módems de cable que usaban la red de cable de RF para la ruta de retorno se consideraban 'cable bidireccional' y podían competir mejor con el servicio de línea de abonado digital (DSL) bidireccional. El estándar tiene poco uso ahora que los nuevos proveedores usan, y los proveedores existentes han cambiado al estándar DOCSIS. El CyberSURFR propiedad de Motorola CDLP es un ejemplo de un dispositivo que se construyó según el estándar CDLP, capaz de un pico de 10 Mbit/s de bajada y 1,532 Mbit/s de subida. CDLP admitía un ancho de banda descendente máximo de 30 Mbit/s que podía alcanzarse mediante el uso de varios módems de cable.

El ISP australiano BigPond empleó este sistema cuando comenzó las pruebas de módem por cable en 1996. Durante varios años, el acceso a Internet por cable solo estuvo disponible en Sídney, Melbourne y Brisbane a través de CDLP. Esta red funcionó en paralelo al nuevo sistema DOCSIS durante varios años. En 2004, la red CDLP fue cancelada y reemplazada por DOCSIS.

CDLP también se implementó en el operador de cable francés Numericable antes de actualizar su red de banda ancha IP mediante DOCSIS.

TDT/DAVIC

Digital Video Broadcasting (DVB) y Digital Audio Visual Council (DAVIC) son organizaciones formadas en Europa que desarrollaron algunos estándares de módem por cable. Sin embargo, estos estándares no han sido tan ampliamente adoptados como DOCSIS.

IEEE 802.14

A mediados de la década de 1990, el comité IEEE 802 formó un subcomité (802.14) para desarrollar un estándar para sistemas de módem por cable. IEEE 802.14 desarrolló un borrador de estándar, que estaba basado en ATM. Sin embargo, el grupo de trabajo 802.14 se disolvió cuando los operadores de múltiples sistemas (MSO) de América del Norte respaldaron la entonces incipiente especificación DOCSIS 1.0, que generalmente usaba el mejor servicio y estaba basada en IP (con puntos de código de extensión para admitir ATM para QoS en el futuro). Los MSO estaban interesados en implementar rápidamente el servicio para competir por los clientes de acceso a Internet de banda ancha en lugar de esperar los procesos más lentos, iterativos y deliberativos de los comités de desarrollo de estándares. Albert A. Azzam fue secretario del grupo de trabajo IEEE 802.14 y su libro, Módems por cable de alta velocidad, describe muchas de las propuestas enviadas a 802.14.

IETF

Aunque el Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF) generalmente no genera estándares completos de módem de cable, el IETF creó grupos de trabajo (WG) que produjeron varios estándares relacionados con las tecnologías de módem de cable (incluidos 802.14, DOCSIS, PacketCable y otros). En particular, los WG de IETF sobre IP sobre red de datos por cable (IPCDN) e IP sobre transmisión de video digital (DVB) produjeron algunos estándares aplicables a los sistemas de módem por cable, principalmente en las áreas de Bases de información de administración (MIB) del Protocolo simple de administración de red (SNMP).) para módems de cable y otros equipos de red que funcionan en redes CATV.

DOCSIS

A fines de la década de 1990, un consorcio de operadores de cable de EE. UU., conocido como "MCNS" formado para desarrollar rápidamente una especificación de módem de cable abierta e interoperable. Básicamente, el grupo combinó tecnologías de los dos sistemas patentados dominantes en ese momento, tomando la capa física del sistema CDLP de Motorola y la capa MAC del sistema LANcity. Cuando se redactó la especificación inicial, el consorcio MCNS entregó el control de la misma a CableLabs, que mantuvo la especificación, la promocionó en varias organizaciones de normalización (en particular, SCTE e ITU), desarrolló un programa de prueba de certificación para equipos de módem por cable y, desde entonces, ha redactado múltiples extensiones a la especificación original.

Si bien el equipo DOCSIS RFI 1.0 implementado generalmente solo es compatible con el servicio de mejores esfuerzos, el documento DOCSIS RFI 1.0 Interim-01 analiza las extensiones y los mecanismos de QoS que utilizan IntServ, RSVP, RTP y telefonía de modo de transferencia síncrona (STM) (a diferencia de ATM). DOCSIS RFI 1.1 luego agregó mecanismos QoS más robustos y estandarizados a DOCSIS. DOCSIS 2.0 agregó compatibilidad con S-CDMA PHY, mientras que DOCSIS 3.0 agregó compatibilidad con IPv6 y vinculación de canales para permitir que un solo cable módem use simultáneamente más de un canal ascendente y más de un canal descendente en paralelo.

Prácticamente todos los módems de cable que operan en el campo hoy en día cumplen con una de las versiones DOCSIS. Debido a las diferencias en los sistemas PAL europeo y NTSC de EE. UU., existen dos versiones principales de DOCSIS, DOCSIS y EuroDOCSIS. Las principales diferencias se encuentran en el ancho de los canales de RF: 6 MHz para EE. UU. y 8 MHz para Europa. Una tercera variante de DOCSIS se desarrolló en Japón y ha tenido un despliegue limitado en ese país.

Aunque la interoperabilidad "fue el punto central del proyecto DOCSIS," la mayoría de los operadores de cable solo aprueban una lista muy restringida de módems de cable en su red, identificando los 'permitidos' módems por su marca, modelos, a veces versión de firmware y ocasionalmente llegando a imponer una versión de hardware del módem, en lugar de simplemente permitir una versión DOCSIS compatible.

Multimedia sobre Coax Alliance

En 2004, se estableció Multimedia over Coax Alliance (MoCA) para desarrollar un estándar de la industria para el hogar conectado, utilizando el cableado coaxial existente. Desarrollado inicialmente para redes domésticas con MoCA 1.0/1.1, los estándares MoCA han seguido desarrollándose con MoCA 2.0/2.1 en 2010 y MoCa 2.5 en 2016.

En 2017, Multimedia over Coax Alliance presentó la especificación MoCA Access, basada en el estándar MoCA 2.5, adecuada para abordar el acceso a la red de banda ancha en edificios mediante cableado coaxial. MoCA Access amplía las redes domésticas MoCA 2.5 para adaptarse a los operadores e ISP que están instalando fibra hasta el sótano/punto de entrega (FTTB/FTTdp) y desean usar el cable coaxial existente para la conexión a cada apartamento o casa."

Adaptador de terminales multimedia

Con el desarrollo de la telefonía de voz sobre protocolo de Internet (VoIP), se han incorporado adaptadores telefónicos analógicos (ATA) en muchos módems de cable para brindar servicio telefónico. Un ATA integrado se conoce como adaptador de terminal multimedia integrado (E-MTA).

Muchos proveedores de servicios de televisión por cable también ofrecen servicio telefónico basado en VoIP a través de la infraestructura de cable (PacketCable). Algunos clientes de Internet de alta velocidad pueden usar telefonía VoIP suscribiéndose a un servicio de terceros, como Vonage, MagicJack+ y NetTALK.

Funciones arquitectónicas de red

En topología de red, un cable módem es un puente de red que cumple con IEEE 802.1D para redes Ethernet (con algunas modificaciones). El cable módem une las tramas de Ethernet entre una LAN del cliente y la red coaxial. Técnicamente, es un módem porque debe modular datos para transmitirlos a través de la red de cable y debe demodular datos de la red de cable para recibirlos.

Con respecto al modelo OSI de diseño de red, un módem por cable es tanto un dispositivo de capa física (capa 1) como un reenviador de capa de enlace de datos (capa 2). Como nodo de red direccionable por IP, los módems de cable admiten la funcionalidad en otras capas.

La capa 1 se implementa en Ethernet PHY en su interfaz LAN y un PHY específico de cable definido por DOCSIS en su interfaz de cable HFC. El término módem de cable se refiere a este PHY específico del cable. La capa de red (capa 3) se implementa como un host IP en el sentido de que tiene su propia dirección IP utilizada por el operador de red para mantener el dispositivo. En la capa de transporte (capa 4), el módem por cable admite UDP en asociación con su propia dirección IP y admite el filtrado basado en los números de puerto TCP y UDP para, por ejemplo, bloquear el reenvío de tráfico NetBIOS fuera de la dirección del cliente. LAN. En la capa de aplicación (capa 7), el módem por cable admite ciertos protocolos que se utilizan para la administración y el mantenimiento, en particular, el protocolo de configuración dinámica de host (DHCP), SNMP y TFTP.

Algunos módems de cable pueden incorporar un enrutador y un servidor DHCP para proporcionar a la LAN direccionamiento de red IP. Desde una perspectiva de reenvío de datos y topología de red, esta funcionalidad de enrutador generalmente se mantiene distinta de la funcionalidad de módem por cable (al menos lógicamente) aunque los dos pueden compartir un solo gabinete y aparecer como una unidad, a veces llamada puerta de enlace residencial. Por lo tanto, la función de módem de cable tendrá su propia dirección IP y dirección MAC al igual que el enrutador.

Solapa de módem de cable

Los módems de cable pueden tener un problema conocido en la jerga de la industria como "flap" o "aleteo". Una falla del módem es cuando la conexión del módem a la cabecera se ha interrumpido (desconectado) y luego vuelve a estar en línea. Por lo general, no se registra el tiempo fuera de línea o la frecuencia del colgajo, solo la incidencia. Si bien esto es una ocurrencia común y generalmente pasa desapercibida, si la aleta de un módem es extremadamente alta, estas desconexiones pueden causar la interrupción del servicio. Si hay problemas de usabilidad debido a la aleta, la causa típica es un módem defectuoso o una gran cantidad de tráfico en la red del proveedor de servicios (utilización ascendente demasiado alta). Los tipos de colgajo incluyen reinserciones, aciertos y errores, y ajustes de potencia.

Vulnerabilidades conocidas

En enero de 2020, se reveló una vulnerabilidad que afectaba a los módems de cable que usaban conjuntos de chips Broadcom y se denominó Cable Haunt. Los investigadores de seguridad dicen que la vulnerabilidad afecta a cientos de millones de dispositivos. Las vulnerabilidades son posibles debido al uso de credenciales predeterminadas en el componente del analizador de espectro del módem (que se usa principalmente para fines de depuración) accesible a través de un puerto de red que está abierto de manera predeterminada en los modelos vulnerables.