基于DOCSIS3.0的HFC网络管理策略浅探

陈志明，雷 跃

1.昆明市官渡区新闻中心，云南昆明 650200 2.云南省新闻出版广电局，云南昆明 650034

基于DOCSIS3.0的HFC网络管理策略浅探

陈志明1，雷 跃2

1.昆明市官渡区新闻中心，云南昆明 650200 2.云南省新闻出版广电局，云南昆明 650034

近年，我国有线电视网络系统蓬勃发展，为满足用户的多元化需求，网络架构必须提供安全的环境、优良的品质、稳定的速度。因此，本文探讨HFC网络架构，从DOCSIS3.0标准讨论HFC网络中群组原则以及安全设定，提出网络管理策略。

有线电视网络；DOCSIS3.0；电缆调制解调器

依据国家广电总局的广播电视数字化进程表，我国计划于2015年在全国范围内关闭模拟电视，逐渐完成从模拟向数字电视的过渡。在此过程中，有线电视（Cable TV Network; CATV）系统将逐渐升级为光纤同轴混合（Hybrid Fiber and Coaxial; HFC）网络系统。因此，本文基于针对CATV双向网络服务标准规范DOCSIS 3.0，提出HFC网络管理策略。

1 HFC网络架构

数字化有线电视网络是基于光纤同轴混合（HFC）网络采用分类模块的方式，将传统的虚拟电视信号和数字信号通过光纤（Fiber）传输到光节点（Fiber Node; FN），再通过光电转换器，将光纤网络转换至同轴电缆线（Coax）到每个用户家中，最后经过分离器（Splitter）一端接电视，另一端通过电缆调制解调器（Cable Modem; CM）与其他用户端设备相连。

利用CM的双向传输技术使用的主要技术采用DOCSIS标准，并纳入有线数字电视广播信道编码与调制规范（ITU-T J.83）。

2 DOCSIS3.0规范与网络模型

DOCSIS（Data Over Cable System Interface Specification）标准是1997年美国CableLabs®公司针对CATV双向网络系统服务制定的标准，目前DOCSIS标准已成为行业的主流规范。

2.1 DOCSIS3.0规范

随着传缆调制解调器终端系统（Modular Cable Modem Termination System； CMTS） 研 发 成 功，DOCSIS3.0规范变为以物理层的上传通道捆合（Channel Bonding）方式。

DOCSIS3.0规范主要包括安全规格（SP-SECv3.0）、电缆调制解调器（CM）及无线终端接入设备（CPE）界面规格（SP-CMCIv3.0）、实体层规格（SP-PHYv3.0）、MAC及上层协定界面规格（SP-MULPv3.0）以及操作支持系统界面规格（SP-OSSIv3.0）五大部分。

2.2 DOCSIS3.0网络模型

为保证有线电视HFC网络的运行与管理，DOCSIS3.0标准不仅规范CM和CMTS，还管理其他提供上传服务的服务器。图1显示了CM、CMTS连接HFC网络进入家庭网络系统的模型。

3 HFC网络运作流程与安全规划

3.1 HFC网络运作流程

在有线电视HFC网络中，开启CM后，自动扫描下行频道完成与CMTS时间同步，并从CMTS发出的MDD中取得可用的下行频道，并收集相关讯息完成同下行频道的MAC域下游服务组（MD-DS SG）动作，同时将随机选择一个上行频道以作为主要的沟通频道。

使用授权密码（AK）、流量加密密码（TEK）以及密码加密密码（KEK）的方式，对CM装置的用户信息进行验证后，有授权的CM将进入DOCSIS网络。CM发出请求IP地址，一旦通过MAC讯息的验证，将以IPv4 Only、IPv6 Only、轮替模式（APM）以及双模式（DPM）得到一个IP地址，该地址由CMTS指定的DHCP服务器发送。

3.2 基于DOCSIS3.0的网络安全规划

DOCSIS3.0标准的CM必须支持SP-CMCIv3.0要求，同时也向下相容于SP-CMCIv1.0/v2.0协定。相较SPCMCIv1.0/v2.0协定的明码封包方式，SP-CMCIv3.0所传达的讯息经过MD5或SHAI加密，具有更高的安全性。然而，SP-CMCIv3.0协定依然需要制定来源端的IPv4/ IPv6地址、设定在LAN端关闭SP-CMCI服务以及更改预设群组名称等方式，以防止MSO管理以外的人控制。

通过CM/CMTS基本的数据过滤机制，能有效避免有害的内容。一般来讲，通过验证CM的MAC信息、启用网络封包加密机制以过滤存在安全问题的网络封包，可以极大降低用户端网络安全风险。

4 有线电视HFC网络管理

4.1 DHCP服务器管理

CM开启时，需经由DHCP服务器进行身份合法性验证，并记录用户资料，发放IP地址并赋予相关权限。

一个HFC网络，可通过CM发出MAC地址识别所属群组，针对不同用户端，给予在设备数量、网络速率、防火墙等方面的设定，建立分级机制。针对目前IPv4网络地址不足的突出问题，需要在DHCP服务器中设定多组SCOPE，依据不同的服务区域给予IPv4；同时降低CM的IP租用时间来增加IP地址的使用率。

4.2 CMTS端管理

有线电视HFC网络目前涵盖了虚拟和数字电视服务，按照2004年国家广播电影电视总局制定的《有线数字电视频道配置指导性意见（暂行）》，目前我国优先用于双向数据的下行电视频道落在439—463、710—750MHz之间，可视网络质量，选择使用64QAM或256QAM的调制方式。此外，CMTS端通过CMTS开启EAE认证机制以及MIC资料验证，使用加密方式进行上传请求；使用HMAC-MD5方式验证路由协议，防止恶意的用户攻击；使用SSH加密方式进行管理，将管理日志上传至SYSLOG服务器。

5 结论

本文从DOCSIS 3.0标准中探讨了有线电视HFC网络运作流程、安全规划以及安全管理策略，提出了对非法用户的使用限制，但有线电视网络为共享带宽，未加密的资料依然存在危险。以实验的方式测试HFC网络安全性，并研究用户端防火墙机制，将是未来研究的方向。

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[3]孙鹏，孙大庆，韩志坚等.DOCSIS 3.0—HFC网络接入新标准[C]//2006国际有线电视技术研讨会论文集，2006.

TP3

A

1674-6708（2015）138-0074-01