Кабельное телевидение. Распределение спектра. Кабельные модемы. Сравнительная характеристика ADSL и кабеля.
Кабельное телевидение в Северной Америке традиционно занимает частоты с 54 до 550 МГц (за исключением диапазона с 88 до 108 МГц, отданного FM-pa-дио). Ширина полосы каждого канала составляет 6 МГц, включая защитные полосы. В Европе нижний предел обычно ограничен 65 МГц, а каналы имеют ширину полосы 6-8 МГц, что позволяет увеличить разрешение, требуемое системам PAL и SECAM, однако это не очень принципиально. Нижняя часть спектра не используется. Современные кабели хорошо работают на частотах свыше 550 МГц, часто до 750 МГц и выше. Было принято решение выделить под исходящие каналы частоты 5-42 МГц (чуть выше в Европе), а высокие частоты использовать для входящих каналов. Распределение спектра в кабельных системах показано на рис. 2.42.
Обратите внимание: поскольку телевизионный сигнал целиком идет только в одном направлении (входящем), можно использовать исходящие усилители, работающие только в диапазоне 5-42 МГц, а входящие — в диапазоне 54 МГц и выше, как показано на рисунке. Итак, входящий и исходящий спектры имеют сильный дисбаланс благодаря тому, что основная доля трафика приходится на телевидение и входящие интернет-каналы.
Кабельные модемы
Для доступа в Интернет нужен кабельный модем — устройство, имеющее два интерфейса: один к компьютеру, второй — к кабельной сети.
Модемы появившегося стандарта DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification — спецификация передачи данных по кабельному интерфейсу) сейчас только начинают заменять собственные модемы операторов. Европейская версия стандарта называется EuroDOCSIS.
Интерфейс между модемом и компьютером довольно традиционен. Обычно это Ethernet со скоростью 10 Мбит/с (иногда USB). Кабельные модемы скоро будут напоминать обычные внутренние модемы и размерами, и способом установки.
Второй интерфейс более сложный. Немалая часть стандарта посвящена радиоинженерным решениям, но обсуждение этого вопроса выходит за рамки данной книги. Единственное, что необходимо отметить, это то, что, как и ADSL-модемы, кабельные модемы находятся на постоянном подключении. Они устанавливают соединение сразу же после подачи питания и постоянно поддерживают его, поскольку операторы кабельных сетей не взимают плату за время на линии.
Чтобы лучше понять, как происходит работа кабельного модема, рассмотрим, что происходит при его включении. Модем начинает прослушивать входящий канал в поисках специального пакета, время от времени посылаемого распределителем. В нем сообщаются системные параметры для модемов, только что включившихся в работу. После обнаружения данного пакета новый модем объявляет о своем появлении по одному из исходящих каналов. Распределитель отвечает, присваивая модему входящий и исходящий каналы. Впрочем, исходное распределение каналов может быть динамически изменено распределителем, если он решит, что необходимо сбалансировать нагрузку.
Затем модем определяет, на каком расстоянии от распределителя он находится. Для этого посылается специальный пакет и высчитывается время, через которое приходит ответ. Этот процесс называется измерением дальности. Модему необходимо знать эти данные, чтобы настроить работу исходящих каналов и правильно синхронизироваться. Время работы делится на мини-интервалы. Каждый исходящий пакет должен умещаться в один или несколько соседних мини-интервалов. Распределитель анонсирует каждое начало цикла мини-интервалов, однако этот «стартовый выстрел» модемы слышат не одновременно, поскольку они находятся на разных расстояниях. Зная свое удаление от распределителя, модем может вычислить, когда на самом деле был послан принятый им сигнал начала мини-интервала. Длина мини-интервала зависит от сети. Обычно объем полезной информации в нем равен 8 байт.
Во время инициализации распределитель также присваивает модему мини-интервал для запроса пропускной способности исходящего канала. Как правило, одному и тому же мини-интервалу запроса соответствует несколько модемов, что приводит к конкуренции между ними. Когда компьютер хочет отослать пакет данных, он передает его модему, который запрашивает необходимое количество мини-интервалов для него. Если запрос принят, то распределитель посылает подтверждение по входящему каналу. В подтверждении модему сообщается, какие мини-интервалы зарезервированы для него. После этого пакет отправляется, начиная с первого «своего» мини-интервала. Используя специальное поле заголовка, можно сообщить о необходимости передать дополнительные пакеты.
Если же один и тот же мини-интервал хотят получить несколько станций одновременно, то никакого подтверждения не высылается, а эти станции могут повторить попытку только через случайный промежуток времени. Если при повторной попытке снова возникла коллизия, то случайный промежуток удваивается.
ADSL и кабеля
И та, и другая система в качестве магистрального носителя использует оптическое волокно, однако на его концах используются разные типы носителей. В кабельных сетях это коаксиал, в ADSL — витая пара. Теоретически, пропускная способность коаксиального провода в сотни раз выше, чем у витой пары. Тем не менее, полная пропускная способность все равно недоступна пользователям кабельных систем, потому что большая часть полосы пропускания занята совершенно бесполезными вещами — телевизионными программами. На практике довольно трудно говорить о реальной эффективной емкости каналов. Провайдеры ADSL заявляют некоторую пропускную способность (например, 1 Мбит/с по входящему каналу, 256 Кбит/с по исходящему) и обычно достигают примерно 80 % от нее. Провайдеры кабельных сетей не делают никаких заявлений относительно скорости, поскольку все зависит от того, сколько пользователей находится в данном сегменте кабеля. Иногда скорость будет выше, чем в ADSL, иногда — ниже. Раздражает в данном случае, на самом деле, непредсказуемость. Если сейчас все «летает», это не означает, что через минуту будет так же, потому что не исключено, что именно сейчас самый большой свинтус в районе, занимающий своим трафиком всю пропускную способность сегмента, включает свой компьютер.
По мере привлечения в ADSL все большего числа пользователей качество обслуживания практически не снижается, поскольку каждый абонент имеет выделенное соединение. В кабельной системе каждый новый пользователь сегмента снижает качество обслуживания в целом. Единственный выход из данной ситуации — разбивать загруженные участки на более мелкие и подсоединять их напрямую к оптическому кабелю. Это стоит довольно дорого, поэтому операторы всячески стараются избежать таких ситуаций.
Доступность — это параметр, по которому ADSL и кабельные сети отличаются друг от друга. У каждого есть телефон, но не каждый живет достаточно близко к оконечной ADSL-станции, чтобы установить соответствующую систему. С другой стороны, не у всех есть кабель в доме или в районе, но если уж он есть, то удаленность от оптоузла или распределительного устройства большой роли не играет.
Будучи двухточечной системой, ADSL является более защищенной, чем кабельная сеть. Любой абонент последней может запросто считывать все пакеты, проходящие мимо него. По этой причине любой приличный оператор кабельной сети предлагает шифрование трафика обоих направлений. И все же, даже если пакет перехвачен в зашифрованном виде, это менее безопасно, чем полное отсутствие возможности перехвата.
Телефонная система, вообще говоря, надежнее кабеля. Например, существует система резервного питания, которая позволяет телефонной сети работать даже при временных отключениях электричества. Если же отключится питание какого-либо усилителя кабельной сети, все пользователи, находящиеся в его ведении, сразу потеряют соединение.
Наконец, существует большой выбор провайдеров ADSL. Иногда это даже форсируется специальными законодательными актами. Этого не скажешь про операторов кабельных сетей. Далеко не всегда есть какой-либо выбор.
Вывод такой: ADSL и кабельные сети имеют много общего и отличаются друг от друга не так уж сильно. Они предлагают сравнимое качество обслуживания и, по мере роста конкуренции между ними, по-видимому, будут предлагать сравнимые цены.