關于C-CM TS對CableM odem數量限制的問題探討

郭榮峰

關于C-CM TS對CableM odem數量限制的問題探討

郭榮峰

（廣州珠江數碼集團有限公司，廣東 廣州 510010）

珠江數碼在使用C-CMTS過程中積累了一定經驗。發現C-CMTS在建設運維中出現部分Cable Modem不能上線的問題，通過分析C-DOCSIS協議、互聯網交換原理，和供應商討論設備配置，最終發現MAC地址表、ARP表和C-CMTS服務流三部分共同對Cable Modem的上線數量產生限制，尤其是C-CMTS服務流限制是造成故障的主要原因。最后針對以上三種限制，提出使用建議和解決辦法。

C-DOCSIS；C-CMTS；Cable Modem；服務流；MAC；ARP

2013年開始，廣州珠江數碼集團有限公司（以下簡稱“珠江數碼”）大力推廣C-CMTS（中國電纜調制解調器終端系統，簡稱CMC）技術[1]。截至2013年底，已經成功安裝約1 300臺CMC，有效緩解網內帶寬壓力，大幅度節約網絡建設成本。經過大半年的在網使用，CMC整體使用效果理想，用戶端故障率與使用機框式CMTS相比沒有明顯變化。然而，在CMC安裝維護過程中也遇到一些問題，如部分割接完的CMC下面有批量CM不能上線，或割接一段時間后部分用戶偶然不能上線等。通過排除各種線路、硬件及服務器問題后，最終發現由于CMC系統的MAC表、ARP表、服務流限制引起CM上線數量限制，當上線CM超過一定數量時，就會出現CM不能上線或不能上網的現象。本文將針對上述3種限制進行深入分析，以幫助理解限制產生的原因，為網絡規劃和系統設計提供依據。

1 業務及系統介紹

珠江數碼的互動點播業務和寬帶業務均基于DOCSIS協議傳輸[2]。互動電視業務基于Mediaroom平臺，采用“IP+QAM”傳輸[3]，IP負責點播，QAM負責廣播傳輸。目前，在一臺CMTS上實現高清互動電視的點播以及寬帶上網業務的融合。大部分用戶采用不同業務不同終端接入，寬帶業務一個CM，互動電視業務一個CM，兩種CM都只開通一上一下兩條業務流，部分新裝用戶采用“寬帶+互動+WiFi”一體機，一體機開通兩上兩下四條業務流。

全網共有雙向光機4 000多臺，平均每光機覆蓋有線電視用戶400戶。全網互動電視接入率約20%，寬帶接入率約15%，以此計算每光機約有互動和寬帶業務終端140個（即使同一個用戶同時使用互動和寬帶業務，仍屬于兩個獨立的終端）。對于部分密集小區和高接入率的光機，每光機終端總數可以達到300～400或更多。

通常CMC系統分為集中式（圖1）和分布式（圖2）兩種。

圖1 集中式系統

圖2 分布式系統

兩種系統的區別在于分布式的系統控制和分類轉發由和CMC配套的OLT（光線路終端）、交換機、路由器等三層設備完成，CMC只負責射頻接口部分；集中式由CMC實現全部三層功能，上聯可以自由選擇不同的轉發設備。網內全部采用分布式CMC系統。

2 原理分析

根據DOCSIS協議及以太網數據交換的原理分析，系統主要有3部分對CM的數量有影響。分別是MAC表、ARP表以及服務流。

根據C-DOCSIS的定義，CMC的架構如圖3所示。

圖3 CMC架構圖

CMC架構包括系統控制模塊、分類轉發模塊和射頻接口模塊3部分，控制模塊負責分類轉發模塊和射頻接口模塊的配置和管理，分類轉發模塊負責對下行數據流的匹配分類并插入標記以及對上行數據流的往城域網的轉發。

2.1 MAC表限制

下行數據流從匯聚網絡NSI（網絡側接口）口進入，需要轉換成CDT（C-DOCSIS數據格式標記）格式才能由CMC系統內的射頻模塊傳輸。下行CDT中的CM in?dex需要以NSI輸入報文的目的MAC地址表項為索引到MAC地址表中查詢，因此OLT支持的CM的數量由MAC地址表的最大存儲數量決定。一般OLT的MAC表存儲數量在16 kbyte以上。16 kbyte的MAC存儲數量分別給CM和CPE使用，如果每CM分配一個CPE地址，則每臺OLT支持8 000個CM（按照靜態策略計算）。

2.2 ARP表限制

對于分布式系統，ARP映射在OLT、交換機、路由器等完成，對于集成式系統，ARP映射由CMC完成。目前使用OLT為頭端的分布式系統，ARP表地址數量是8 kbyte。DOCSIS協議中定義4種終端類型，分別是CM，HOST，STB，MTA，每種終端在使用上需要獲取一組IP地址，分別映射成一組ARP表。目前在用的終端有CM，HOST，STB。而一個CM只對應HOST或STB的一種。因此，OLT最大支持4 000個業務終端同時使用。

2.3 服務流限制

服務流提供MAC層的傳輸服務，系統根據服務流定義的CoS（業務分類）參數進行業務整形、監管和劃分優先級，在系統控制模塊通過射頻接口模塊和CM之間建立。

CDT是影響服務流的主要接口，數據包所屬的服務流是由CoS和VID（VLAN標識符）的組合來標識的，CDT標簽如圖4所示。

圖4 CDT標簽格式

2.3.1 下行部分

下行數據包由匯聚網絡通過NSI接口進入分類轉發模塊，由分類轉發模塊根據報文中的LLC，IP，TCP/ UDP等相關字段進行分類匹配，再在數據包頭插入CDT標簽標記所屬業務流。如圖5所示。

圖5 下行數據包流程圖

射頻接口根據CDT標簽識別數據包所屬服務流，并根據QoS屬性和配置對服務流調度、排隊、整形。CoS和VID結合使用，來標識數據包屬于哪一個C-DOCSIS業務流。對同一個CM而言，無論數據流向，控制模塊總是會選擇同一個VID值，而不同的CoS則決定了不同的服務流。每一對VID和CoS的值都對應一個指定方向的唯一的服務流。

2.3.2 上行部分

上行方向，CM在系統控制模塊的控制下按照業務流的QoS參數進行流量整形和轉發調度，射頻接口模塊對收到的數據包都加上CDT標簽，途中需要CDT中攜帶著CM的index信息（CM Index）和CM的服務流信息（Service，CoS）。當上行CDT由射頻接口模塊出來并到達轉發模塊時由分類轉發模塊根據CoS及VID對上行服務流做VLAN映射，然后由NSI口轉發，如圖6所示。

圖6 上行數據包流程圖

2.3.3 限制解析

由于射頻接口模塊的硬件能力限制，本文采用的CMC下行最大支持1 024條服務流，上行最大支持2 048條服務流。DOCSIS協議定義了CM上下行共支持8對服務流，設備出廠默認為每個CM保留4對服務流資源，因此系統最多只支持256個CM在線。目前按照業務終端劃分主要有3種終端：互動電視、寬帶和互動寬帶一體機。其中一體機采用路由器方式分配互動和寬帶兩類IP地址。因此對于部分業務發展比較好的光機，晚上高峰期在線CM超過256個，超過的部分不能上線。某些光機割接完沒有馬上出現問題，當業務發展一段時期也會出現高峰期超過256個CM的情況從而引起故障。

3 解決辦法

對于分布式系統，MAC表和ARP表限制都產生在OLT，在設計匯聚網絡時，需要對OLT覆蓋終端數總量控制，按照上面計算，MAC表儲存空間8 000個，ARP表地址數4 000個，因此OLT最大支持4 000個業務終端同時使用。總量控制在業務高峰期4 000個業務終端同時使用的規模。

服務流的限制在CMC，需要在割接前比較準確估計用戶數量，對于業務可能發展比較快的地方注意多留余量，在超過限制的光機安裝兩臺CMC或者把光機進一步分拆來分擔用戶。另外，還要求供應商根據實際情況，修改CMC默認保留資源，為一個CM只保留2～3對服務流資源（假設不開通MTA終端），修改后CMC可以支持374～500個CM。

4 總結

由于集團光機所帶用戶數量較多同時雙IP業務的獨特性，造成CMC的承載能力不足，因此，實際應用中，需要根據實際網絡和業務的具體情況部署CMC，尤其是業務高速發展的區域更應該多留裕量。

[1] 陳立明，任偉，邵建中.CMTS，EPON和EoC的封裝方式比較[J].電視技術，2011，35（8）：69-71.

[2] GY/T266—2012，NGB，寬帶接入系統C-DOCSIS技術規范[S].2012.

[3] 李曉峰，王曦，崔衛，等.有線電視視頻點播解決方案分析[J].電視技術，2007，31（4）：44-46.

Discussion on Access Lim itations of C-CMTS to CableM odem

GUO Rongfeng
（Guangzhou Digital Media Group,Guangzhou 510010,China）

Guangzhou Digital Media Group has accumulated some experience in the course of using CCMTS.Some cablemodems are found with issues that can’t be on line.Through deeply analysis of C-DOCSIS protocol,internet exchange principle and device configurations,the MAC address table,ARP table and C-CMTS service flow are finally found out the cause of the limitations of C-CMTS to CableModem.Especially,the C-CMTS service flow restriction is the main reason of the breakdown problem.At last,recommendations and solutions for the above three restrictions are proposed.

C-DOCSIS；C-CMTS；CableModem；service-flow；MAC；ARP

TN93

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2014-04-04

【本文獻信息】郭榮峰.關于C-CMTS對CableModem數量限制的問題探討[J].電視技術，2014，38（20）.