关于C-CM TS对CableM odem数量限制的问题探讨

郭荣峰

关于C-CM TS对CableM odem数量限制的问题探讨

郭荣峰

（广州珠江数码集团有限公司，广东 广州 510010）

珠江数码在使用C-CMTS过程中积累了一定经验。发现C-CMTS在建设运维中出现部分Cable Modem不能上线的问题，通过分析C-DOCSIS协议、互联网交换原理，和供应商讨论设备配置，最终发现MAC地址表、ARP表和C-CMTS服务流三部分共同对Cable Modem的上线数量产生限制，尤其是C-CMTS服务流限制是造成故障的主要原因。最后针对以上三种限制，提出使用建议和解决办法。

C-DOCSIS；C-CMTS；Cable Modem；服务流；MAC；ARP

2013年开始，广州珠江数码集团有限公司（以下简称“珠江数码”）大力推广C-CMTS（中国电缆调制解调器终端系统，简称CMC）技术[1]。截至2013年底，已经成功安装约1 300台CMC，有效缓解网内带宽压力，大幅度节约网络建设成本。经过大半年的在网使用，CMC整体使用效果理想，用户端故障率与使用机框式CMTS相比没有明显变化。然而，在CMC安装维护过程中也遇到一些问题，如部分割接完的CMC下面有批量CM不能上线，或割接一段时间后部分用户偶然不能上线等。通过排除各种线路、硬件及服务器问题后，最终发现由于CMC系统的MAC表、ARP表、服务流限制引起CM上线数量限制，当上线CM超过一定数量时，就会出现CM不能上线或不能上网的现象。本文将针对上述3种限制进行深入分析，以帮助理解限制产生的原因，为网络规划和系统设计提供依据。

1 业务及系统介绍

珠江数码的互动点播业务和宽带业务均基于DOCSIS协议传输[2]。互动电视业务基于Mediaroom平台，采用“IP+QAM”传输[3]，IP负责点播，QAM负责广播传输。目前，在一台CMTS上实现高清互动电视的点播以及宽带上网业务的融合。大部分用户采用不同业务不同终端接入，宽带业务一个CM，互动电视业务一个CM，两种CM都只开通一上一下两条业务流，部分新装用户采用“宽带+互动+WiFi”一体机，一体机开通两上两下四条业务流。

全网共有双向光机4 000多台，平均每光机覆盖有线电视用户400户。全网互动电视接入率约20%，宽带接入率约15%，以此计算每光机约有互动和宽带业务终端140个（即使同一个用户同时使用互动和宽带业务，仍属于两个独立的终端）。对于部分密集小区和高接入率的光机，每光机终端总数可以达到300～400或更多。

通常CMC系统分为集中式（图1）和分布式（图2）两种。

图1 集中式系统

图2 分布式系统

两种系统的区别在于分布式的系统控制和分类转发由和CMC配套的OLT（光线路终端）、交换机、路由器等三层设备完成，CMC只负责射频接口部分；集中式由CMC实现全部三层功能，上联可以自由选择不同的转发设备。网内全部采用分布式CMC系统。

2 原理分析

根据DOCSIS协议及以太网数据交换的原理分析，系统主要有3部分对CM的数量有影响。分别是MAC表、ARP表以及服务流。

根据C-DOCSIS的定义，CMC的架构如图3所示。

图3 CMC架构图

CMC架构包括系统控制模块、分类转发模块和射频接口模块3部分，控制模块负责分类转发模块和射频接口模块的配置和管理，分类转发模块负责对下行数据流的匹配分类并插入标记以及对上行数据流的往城域网的转发。

2.1 MAC表限制

下行数据流从汇聚网络NSI（网络侧接口）口进入，需要转换成CDT（C-DOCSIS数据格式标记）格式才能由CMC系统内的射频模块传输。下行CDT中的CM in⁃dex需要以NSI输入报文的目的MAC地址表项为索引到MAC地址表中查询，因此OLT支持的CM的数量由MAC地址表的最大存储数量决定。一般OLT的MAC表存储数量在16 kbyte以上。16 kbyte的MAC存储数量分别给CM和CPE使用，如果每CM分配一个CPE地址，则每台OLT支持8 000个CM（按照静态策略计算）。

2.2 ARP表限制

对于分布式系统，ARP映射在OLT、交换机、路由器等完成，对于集成式系统，ARP映射由CMC完成。目前使用OLT为头端的分布式系统，ARP表地址数量是8 kbyte。DOCSIS协议中定义4种终端类型，分别是CM，HOST，STB，MTA，每种终端在使用上需要获取一组IP地址，分别映射成一组ARP表。目前在用的终端有CM，HOST，STB。而一个CM只对应HOST或STB的一种。因此，OLT最大支持4 000个业务终端同时使用。

2.3 服务流限制

服务流提供MAC层的传输服务，系统根据服务流定义的CoS（业务分类）参数进行业务整形、监管和划分优先级，在系统控制模块通过射频接口模块和CM之间建立。

CDT是影响服务流的主要接口，数据包所属的服务流是由CoS和VID（VLAN标识符）的组合来标识的，CDT标签如图4所示。

图4 CDT标签格式

2.3.1 下行部分

下行数据包由汇聚网络通过NSI接口进入分类转发模块，由分类转发模块根据报文中的LLC，IP，TCP/ UDP等相关字段进行分类匹配，再在数据包头插入CDT标签标记所属业务流。如图5所示。

图5 下行数据包流程图

射频接口根据CDT标签识别数据包所属服务流，并根据QoS属性和配置对服务流调度、排队、整形。CoS和VID结合使用，来标识数据包属于哪一个C-DOCSIS业务流。对同一个CM而言，无论数据流向，控制模块总是会选择同一个VID值，而不同的CoS则决定了不同的服务流。每一对VID和CoS的值都对应一个指定方向的唯一的服务流。

2.3.2 上行部分

上行方向，CM在系统控制模块的控制下按照业务流的QoS参数进行流量整形和转发调度，射频接口模块对收到的数据包都加上CDT标签，途中需要CDT中携带着CM的index信息（CM Index）和CM的服务流信息（Service，CoS）。当上行CDT由射频接口模块出来并到达转发模块时由分类转发模块根据CoS及VID对上行服务流做VLAN映射，然后由NSI口转发，如图6所示。

图6 上行数据包流程图

2.3.3 限制解析

由于射频接口模块的硬件能力限制，本文采用的CMC下行最大支持1 024条服务流，上行最大支持2 048条服务流。DOCSIS协议定义了CM上下行共支持8对服务流，设备出厂默认为每个CM保留4对服务流资源，因此系统最多只支持256个CM在线。目前按照业务终端划分主要有3种终端：互动电视、宽带和互动宽带一体机。其中一体机采用路由器方式分配互动和宽带两类IP地址。因此对于部分业务发展比较好的光机，晚上高峰期在线CM超过256个，超过的部分不能上线。某些光机割接完没有马上出现问题，当业务发展一段时期也会出现高峰期超过256个CM的情况从而引起故障。

3 解决办法

对于分布式系统，MAC表和ARP表限制都产生在OLT，在设计汇聚网络时，需要对OLT覆盖终端数总量控制，按照上面计算，MAC表储存空间8 000个，ARP表地址数4 000个，因此OLT最大支持4 000个业务终端同时使用。总量控制在业务高峰期4 000个业务终端同时使用的规模。

服务流的限制在CMC，需要在割接前比较准确估计用户数量，对于业务可能发展比较快的地方注意多留余量，在超过限制的光机安装两台CMC或者把光机进一步分拆来分担用户。另外，还要求供应商根据实际情况，修改CMC默认保留资源，为一个CM只保留2～3对服务流资源（假设不开通MTA终端），修改后CMC可以支持374～500个CM。

4 总结

由于集团光机所带用户数量较多同时双IP业务的独特性，造成CMC的承载能力不足，因此，实际应用中，需要根据实际网络和业务的具体情况部署CMC，尤其是业务高速发展的区域更应该多留裕量。

[1] 陈立明，任伟，邵建中.CMTS，EPON和EoC的封装方式比较[J].电视技术，2011，35（8）：69-71.

[2] GY/T266—2012，NGB，宽带接入系统C-DOCSIS技术规范[S].2012.

[3] 李晓峰，王曦，崔卫，等.有线电视视频点播解决方案分析[J].电视技术，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

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�� 薇

2014-04-04

【本文献信息】郭荣峰.关于C-CMTS对CableModem数量限制的问题探讨[J].电视技术，2014，38（20）.