有線寬帶的網絡架構與上網原理

金煜

摘 要：本文主要介紹了有線寬帶的網絡架構，有線寬帶使用的DOCSIS系統與相關協議以及CM的上線過程，供廣大同行參考。

關鍵詞：DOCSIS；CMTS；CM

1 有線寬帶的網絡架構

江蘇有線蘇州分公司主要管理蘇州市區和二十多個鄉鎮的有線電視網絡，擁有近有線電視用戶近百萬戶，有線寬帶用戶近八萬戶，整個公司管理的有線寬帶用戶的上網出口是在省網的數據中心，省網數據中心通過萬兆光纖傳送到蘇州分公司的骨干數據機房，骨干數據機房的BOSS等計費認證設備負責對用戶信息進行管理認證，允許合法用戶上網，將上網流量通過骨干交換機分發到各分中心機房與廣電站機房的接入交換機上，分各分中心機房的CMTS頭端設備掛接在接入交換機下，將IP數據調制成射頻信號對通過HFC野外射頻分配網傳送用戶端，用戶終端的CM再將射頻信號解調，以實現寬帶上網。

整個網絡主要分為以下幾部分：

⑴用戶終端，用戶終端主要有電腦、CM、雙向機頂盒和寬帶路由器等。用戶終端主要通過CM實現了射頻信號和電腦上網IP數據的調制與解調。

⑵野外射頻分配網，它主要包括雙向光機與雙向放大器等設備，主要實現光信號與射頻信號的轉換及射頻信號的放大。

⑶分中心及廣電站機房，分中心及廣電站機房主要包括接入交換機、CMTS、IPQAM、無源CMTS混合模塊、雙向光收發模塊等。接入交換機為思科的3560等1U的設備，有網線口與光口，主要提供CMTS和其它數據業務的IP數據的輸入，并且通過光口連接至其它機房，組成IP城域網，實現上網、數據專線等IP數據的傳輸。CMTS是電纜調制解調器的簡稱，它是有線寬帶上網的核心設備，它將CM傳過來的射頻信號解調為原來的IP數據，并可對CM進行管理。

⑷骨干數據機房，骨干數據機房匯聚了所有分中心的交換網絡，BOSS計費管理系統及CNR等認證設備和網管設備都在此機房中，用戶的上網數據在此通過認證以后經由骨干路由器連接至省網，通過省網出口實現上網。

2 有線寬帶使用的系統及相關協議

公司是使用DOCSIS系統實現寬帶上網的，DOCSIS是Data Over Cable System Interface Specification的縮寫，即有線電視系統中的數據接口規范，俗稱CM系統，它主要有兩個設備，即CMTS與CM。

國際標準化組織ISO 于1981年正式推薦了一個網絡系統結構——七層參考模型，它們由低到高分別是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。CM與CMTS之間要進行通信，通信必須有通信協議支持，CM與CMTS之間需要傳輸的是IP信號，RF調制只是物理層的傳輸手段，解調后仍為IP信號，IP信號屬于因特網的范疇，CM與CMTS屬于因特網的局域網部分，它們之間傳輸的信號是以太網信號，CM與CMTS之間的信號處理屬于物理層和數據鏈路層的范圍。

CM的物理層包括PDM子層和TC子層兩部分，PDM子層即物理介質相關子層，主要功能是提供物理接口、信號調制與解調、比特流同步等。TC子層即傳輸會聚子層，提供與MAC的接口、形成信道上傳輸格式、完成同步與測距等功能。

CM的數據鏈路層分為LLC層與MAC層，LLC層即邏輯鏈路控制子層，它的主要功能是涉及信息在站之間的控制。MAC層即媒體通路控制層，它的功能主要包括CM接入合法性認證、上行信道競爭的沖突分解、CM帶寬請求分配與管理。

CM系統主要包括物理層與數據鏈路層，但作為因特網的完整體體系，必須有上層協議支持才能完成上網，這些協議主要包括互聯網協議，如ARP協議；傳輸層協議，如UDP協議；應用層協議，如SNMP協議等。

3 CM上線過程

CM加電工作以后就搜索前端的下行頻率，此時CM必須獲得一個具有基本功能的下行頻道，此頻道稱為基本下行頻道，如果CM認為現在的基本頻道不穩定時，CM就搜索整個下行頻道頻譜，只到獲得一個穩定的基本下行頻道，并從下行數據中確定上行通道，與CMTS建立連接，并交換信息，包括上行發射電平值，DHCP協議等，向頭端發送注冊請求信息，然后開始認證、密鑰交換、測距、初始化，隨后CM向CMTS申請寬帶，向DHCP服務器發出IP地址請求，通過認證以后獲得合法的IP地址，然后在TFTP服務器上下載配置文件，完成注冊并上線。CMTS是管理CM的設備，其配置可以Consol接口或以太網接口來完成，CM具有在線功能，只要CM不斷電，就始終與CMTS保持通信，用戶可以隨時上線，在完成CMTS與CM的設置后，只要網絡無故障，信號電平達到要求，則啟動DHCP、TFTP服務器，就能在前端與CM之間建立正常的通信通道。

4 總結

江蘇有線蘇州分公司通過傳統的HFC與RFOG相結合的模式來建設雙向網，使用CMTS+CM系統發展有線寬帶用戶八萬多戶，DOCSIS標準是目前有線寬帶上網的唯一國際標準，是真正實現三網融合的手段，相信未來的網絡一定能實現一根電纜進戶就成為用戶提供話音、數據和廣播電視等多種服務。

[參考文獻]

[1]《DOCSIS3.0——第三代電纜數據傳輸系統》.