有线宽带的网络架构与上网原理

金煜

摘 要：本文主要介绍了有线宽带的网络架构，有线宽带使用的DOCSIS系统与相关协议以及CM的上线过程，供广大同行参考。

关键词：DOCSIS；CMTS；CM

1 有线宽带的网络架构

江苏有线苏州分公司主要管理苏州市区和二十多个乡镇的有线电视网络，拥有近有线电视用户近百万户，有线宽带用户近八万户，整个公司管理的有线宽带用户的上网出口是在省网的数据中心，省网数据中心通过万兆光纤传送到苏州分公司的骨干数据机房，骨干数据机房的BOSS等计费认证设备负责对用户信息进行管理认证，允许合法用户上网，将上网流量通过骨干交换机分发到各分中心机房与广电站机房的接入交换机上，分各分中心机房的CMTS头端设备挂接在接入交换机下，将IP数据调制成射频信号对通过HFC野外射频分配网传送用户端，用户终端的CM再将射频信号解调，以实现宽带上网。

整个网络主要分为以下几部分：

⑴用户终端，用户终端主要有电脑、CM、双向机顶盒和宽带路由器等。用户终端主要通过CM实现了射频信号和电脑上网IP数据的调制与解调。

⑵野外射频分配网，它主要包括双向光机与双向放大器等设备，主要实现光信号与射频信号的转换及射频信号的放大。

⑶分中心及广电站机房，分中心及广电站机房主要包括接入交换机、CMTS、IPQAM、无源CMTS混合模块、双向光收发模块等。接入交换机为思科的3560等1U的设备，有网线口与光口，主要提供CMTS和其它数据业务的IP数据的输入，并且通过光口连接至其它机房，组成IP城域网，实现上网、数据专线等IP数据的传输。CMTS是电缆调制解调器的简称，它是有线宽带上网的核心设备，它将CM传过来的射频信号解调为原来的IP数据，并可对CM进行管理。

⑷骨干数据机房，骨干数据机房汇聚了所有分中心的交换网络，BOSS计费管理系统及CNR等认证设备和网管设备都在此机房中，用户的上网数据在此通过认证以后经由骨干路由器连接至省网，通过省网出口实现上网。

2 有线宽带使用的系统及相关协议

公司是使用DOCSIS系统实现宽带上网的，DOCSIS是Data Over Cable System Interface Specification的缩写，即有线电视系统中的数据接口规范，俗称CM系统，它主要有两个设备，即CMTS与CM。

国际标准化组织ISO 于1981年正式推荐了一个网络系统结构——七层参考模型，它们由低到高分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。CM与CMTS之间要进行通信，通信必须有通信协议支持，CM与CMTS之间需要传输的是IP信号，RF调制只是物理层的传输手段，解调后仍为IP信号，IP信号属于因特网的范畴，CM与CMTS属于因特网的局域网部分，它们之间传输的信号是以太网信号，CM与CMTS之间的信号处理属于物理层和数据链路层的范围。

CM的物理层包括PDM子层和TC子层两部分，PDM子层即物理介质相关子层，主要功能是提供物理接口、信号调制与解调、比特流同步等。TC子层即传输会聚子层，提供与MAC的接口、形成信道上传输格式、完成同步与测距等功能。

CM的数据链路层分为LLC层与MAC层，LLC层即逻辑链路控制子层，它的主要功能是涉及信息在站之间的控制。MAC层即媒体通路控制层，它的功能主要包括CM接入合法性认证、上行信道竞争的冲突分解、CM带宽请求分配与管理。

CM系统主要包括物理层与数据链路层，但作为因特网的完整体体系，必须有上层协议支持才能完成上网，这些协议主要包括互联网协议，如ARP协议；传输层协议，如UDP协议；应用层协议，如SNMP协议等。

3 CM上线过程

CM加电工作以后就搜索前端的下行频率，此时CM必须获得一个具有基本功能的下行频道，此频道称为基本下行频道，如果CM认为现在的基本频道不稳定时，CM就搜索整个下行频道频谱，只到获得一个稳定的基本下行频道，并从下行数据中确定上行通道，与CMTS建立连接，并交换信息，包括上行发射电平值，DHCP协议等，向头端发送注册请求信息，然后开始认证、密钥交换、测距、初始化，随后CM向CMTS申请宽带，向DHCP服务器发出IP地址请求，通过认证以后获得合法的IP地址，然后在TFTP服务器上下载配置文件，完成注册并上线。CMTS是管理CM的设备，其配置可以Consol接口或以太网接口来完成，CM具有在线功能，只要CM不断电，就始终与CMTS保持通信，用户可以随时上线，在完成CMTS与CM的设置后，只要网络无故障，信号电平达到要求，则启动DHCP、TFTP服务器，就能在前端与CM之间建立正常的通信通道。

4 总结

江苏有线苏州分公司通过传统的HFC与RFOG相结合的模式来建设双向网，使用CMTS+CM系统发展有线宽带用户八万多户，DOCSIS标准是目前有线宽带上网的唯一国际标准，是真正实现三网融合的手段，相信未来的网络一定能实现一根电缆进户就成为用户提供话音、数据和广播电视等多种服务。

[参考文献]

[1]《DOCSIS3.0——第三代电缆数据传输系统》.