Kaip dirba kabeliniai modemai ir jų architektūra

Kaip dirba kabeliniai modemai?

Idėja naudoti esamus ryšio linijos duomenų signalų perdavimus ne nauja. Būtent taip dirba paprastas modemas, kuris perduoda informaciją telefono linijos pagalbą. Bet tokio ryšio galimybės ribotos, ir tai priverčia interneto tiekėjus ieškoti naujų kelių į vartotojo namus.

Jei, paskaičiuoti kiek kabelių praeina kiekviename bute, tai galima pastebėti, kad jų paprastai yra trys: elektros (220 V), telefono ir televizoriaus. Elektros tinklą sudėtinga vartoti. Telefono linijos galimybės pilnai išnaudotos. Lieka televizijos kabelis. Perduoti duomenis televizijos kabeliu gera idėja, bet pilnaverčiam darbui reikalingas ir atgalinis ryšys tarp kliento ir stoties. O jos kaip tik ir nėra. Bet televizijos signalai siunčiami ne tik oru, bet ir kabeliniu tinklu. Ši idėja ir slypi kabelinių modemų veikime.

Kaip išsidėsto kabelinis tinklas

Kabeliniai modemai išsidėsto tarp kabelinio tinklo ir kompiuterio, vykdydami skirtingų įrenginių funkcijas: modemo, telestoties, informacijos šifratoriaus – dešifratoriaus, tilto, maršrutizatoriaus, tinklo adapterio, SNMP – agento ir net „Ethernet“ koncentratoriaus. Nors toks įrenginys vis tiek lieka modemu, nes visų pirma jis moduliuoja ir demoduliuoja signalus.

Paprastai informacijos gavimas ir siuntimas kabelinio modemo pagalba vykdomas skirtingais būdais. Siunčiant informaciją nuo stoties į kabelinį modemą (downstream) skaičių duomenys moduliuojami standartiniu televizijos signalo dažniu (6 MHz), ant kurio užsideda nešantysis dažnis (nuo 42 iki 750 MHz). Toks signalas perduodamas kabelinei sistemai kartu su kabelinės televizijos signalais ir netrukdo telelaidoms. Yra kelios moduliavimo schemos , bet populiariausios iš jų dvi – QPSK (palaiko duomenų perdavimą 10 Mb/s) ir QAM64 (iki 36 Mb/s).

Atgalinį signalą nuo modemo iki stoties (upstream) perduoti sunkiau. Tai susiję su tuo, kad paprastame dupleksiniame kabeliniame tinkle atgalinis signalas gali būti perduodamas tik dažniais nuo 5 iki 40 MHz. Tokiam signalui gali trukdyti radijo trikdžiai ir radijo laidos, o taip pat nepajungta antena arba blogas koaksialinio kabelio sujungimas. Kadangi kabelinis tinklas turi medžio pavidalo formą visi trikdžiai iš visų atšakų susirenka kartu ir trukdo atbulinio signalo plitimui.

Daugelis gamintojų planuoja naudoti QPSK arba analoginę moduliavimo schemą duomenų perdavimui tiesiogine kryptimi, kadangi šis metodas geriau tinka aplinkai, kur daugiau įvairių trukdančių signalų, negu aukštų dažnių.

QPSK akivaizdus – lėtesnis duomenų perdavimas, negu naudojant moduliavimo schemą QAM. Jei kabelinis tinklas negali perduoti atbulinio signalo (tai atsitinka dėl blogų laidų ir jungimo kokybės), tai galima padaryti telefoninio kabelio arba ISDN pagalba.

Kabelinis modemas dirba, kaip TV signalų gavėjas ir siuntėjas. Stoties impulsai ateina koaksialiniu kabeliu į kabelinį modemą, kuris perduoda juos kompiuteriui arba lokaliam tinklui. Yra keli modemo pajungimo metodai į kompiuterį. Daugiausiai iš jų naudojama technologija „Ethernet 10BaseT“. Šiuo atveju modemas turi „Ethernet“ adapterį, kuris pajungiamas prie lokalaus tinklo arba kompiuterio. Akivaizdu, kad kompiuteryje taip pat turi būti įrengtas „Ethernet“ adapteris ir programinis aprūpinimas, aptarnaujantis protokolus TCP/IP. Kabelinio modemo įrengimas į vidų, gal būt, kainuotų pigiau, bet taip pat reikėtų sukurti plokščių rinkinį visoms esamoms platformoms.

Kabelinių modemų problemos

Prieš įrengiant bet kokia naują technologiją, reikia išspręsti eilę esamų problemų, kurios gali būti ne tik techninės, bet ir ekonominės arba organizacinės. Tas pats yra ir su kabeliniais modemais. Čia iškyla sekančios problemos:

• Tinklo valdymas. Interneto paslaugų tiekėjas turi pastoviai kontroliuoti kabelinį tinklą ir jį teisingai valdyti.
• Technines problemos. Kabelinių modemų firmų gamintojams reikės sukurti patikimą architektūrą, teikianti skirtingų kabelinių tinklų tiekėjų suderinamumą, suderinti signalų priėmimo standartus pagal juos.
• Duomenų kodavimas. Kabelinis tinklas kuris gali būti prijungtas, būtina vykdyti duomenų konfidencialumą. Tam matomai reikės naudoti specialų įrenginį signalų ir duomenų kodavimui.
• Naudojimo patogumai. Kabeliniai modemai turi turėti šias geras savybes: greičio perdavimo kontrolę, kelių kompiuterių palaikymą arba net lokalinį tinklą, savo vietos tinkle nustatymą ir taip toliau.
• Kaina. Kabelinio modemo kaina turi atitikti spartaus greičio telefoninio modemo kainą.

Simetrinė architektūra

Dvi kabelinių tinklų architektūros praėjo išbandymus duomenų greičio perdavime. Tai simetrinė ir asimetrinė architektūrą.

Simetrinės architektūros atveju abu signalai - tiesioginis ir atbulinis – perduodami vienu kabeliu. Kad atskirti tiesioginį ir atbulinį signalą, juos reikia perduoti skirtingų dažnių diapazonais. Dėl to tiesioginis ir atbulinis perdavimas vyksta skirtingais greičiais. Standartinė simetrinė architektūra turi ir kitus trūkumus, kurie bus apžvelgti žemiau. Todėl kai kurios firmos, gaminančios kabelinius modemus, naudoja savo įrenginiams asimetrinę tinklo architektūrą. Abi sistemos – asimetrinė ir simetrinė – gali gerai papildyti viena kitą. Kai tik simetrinis tinklas taps pasiekiamu ir pigiu, asimetrinė architektūra palaipsniui pereis į simetrinę. Bet tai atsitiks dar negreitai. Kuriai gi architektūrai atiduoti pirmenybę?

Informacijos perdavimas kabeliniais tinklais gali būti naudojamas skirtingais tikslais. Gamyboje, kur kabelinis tinklas kuriamas paties gamintojo informacijos persiuntimui, protinga naudoti simetrinę architektūrą, kadangi šiuo atveju tiesioginis ir atbulinis greitis vienodas. Egzistuojantiems modemams jis sudaro apie 10 Mb/s (LANcity), t. y. atitinka perdavimo spartą „Ethernet“ tinkle.

Namų kompiuterio pajungimas prie interneto ar kitos globalines sistemos, tikriausiai, naudotų asimetrinę architektūrą. Egzistuoja kabelinis tinklas, prie kurio galima pajungti namų kompiuterį, skirtą TV signalams ir neleidžia perduoti atbulinį signalą su pakankamai dideliu greičiu. Paprastai namų kompiuterio vartotojas naudoja interneto ryšį WWW puslapiams ir konferencijoms, o tam reikalingas didelio duomenų kiekio perdavimui nuo stoties iki vartotojo, o ne atvirkščiai. URL – užklausos vykdymas arba elektroninio pašto perdavimas nesukuria didelio duomenų tekėjimo nuo vartotojo iki stoties. Todėl atbulinio signalo perdavimą galima vykdyti mažesniu greičiu, pavyzdžiui telefono linija.

Architektūros pasirinkimas

Duomenų persiuntimas kabeliniais tinklais gali būti vykdomas skirtingais kanalais. Kaip jau buvo pasakyta, yra du variantai kabelinio modemo pajungimui – simetrinė ir nesimetrinė kabelinių sistemų pajungimas.

Simetrinė architektūra turi eilę trūkumų, ribojančios jos vartojimą.

• Paruošti spartų greitį per simetrinį kabelinį tinklą sunku ir brangu, todėl, kad atbulinis signalo perdavimas vykdomas neefektyviai.
• Tiesioginis signalo perdavimas stipriai veikia atbulinį, kadangi visa informacija perduodama vienu kanalu.
• Maršrutizavimas ir apsauga apžvelgiami kaip išoriniai sistemos elementai.
• Būtent dėl to kabelinių modemų gamintojai atiduoda pirmenybę nesimetrinei architektūrai, kuri turi kitus privalumus.
• Plačiai naudojama bevielio tinklo ribose, kadangi atbulinį ryšį su stotimi dažnai reikia vykdyti telefono pagalba arba ISDN tinklais.
• Galima kurti tinklus su minimaliu siuntimo ir gavimo duomenų perdavimo skirtumu.
• Minimalūs reikalavimai atbuliniam duomenų perdavimui.
• Duomenų perdavimo ir gavimo kanalų atskyrimas leidžia naudoti esamą aparatūrą duomenų perdavimui nuo stoties iki vartotojo.
• Nesimetrinė sistema gali būti įrengta ganėtinai greitai, kadangi jau egzistuoja kabelinių tinklų ir telefono ryšio struktūra.
• Hibridinė architektūra su atskirais tiesioginiu ir atbuliniu kanalais duomenų perdavimui gali parūpinti skirtingus variantus ir greičių duomenų perdavimui.

Nesimetrinė sistema parūpina gerą sistemos suderinamumą išorinių sąlygų pasikeitimui, tuo pačiu liekanti patikima ir nebrangia. Informacijos perdavimui, kabeliniais modemais naudoja fizinį standartą (PHY) ir MAC – lygį, todėl su jais gali dirbti visi esami protokolai, kurie naudojami internete.

Kabelinių modemų privalumai

Interaktyvių paslaugų populiarumas internete sparčiai auga. 1994 m. internetu naudojosi 30 mln. žmonių, 1995 m. pabaigoje jų jau buvo 100 mln., o 1998 m. pagal prognozes buvo 300 mln. Visiems šiems vartotojams parūpinti pilnavertį priėjimą prie interneto, reikalingas spartaus greičio duomenų perdavimas. Būtent tokia priemonė yra kabelinis modemas, todėl ši technologija turi nuostabią perspektyvą, juk ja galima naudotis aukštos spartos interneto priėjimu iš namų, mokyklos arba ofiso.

Kabelinių modemų naudojimas turi ir kitus privalumus:

• greitis,
• lankstumas,
• maštabavimas,
• skirtingos architektūros variantai,
• skirtingų protokolų palaikymas.

Greitis

Interaktyvus priėjimas kabelinių modemų pagalba, leidžia personalinių kompiuterių vartotojams gauti informaciją iš interneto tinklo tūkstantį kartų greičiau, negu naudojant paprastus telefono modemus. 1–2 s. laikotarpyje vartotojas galės gauti duomenis, kurie telefono linija šiandien kraunami 20 min. kabelinis modemas pagreitina duomenų perdavimą nuo 28,8 Kb/s iki 10 Mb/s. Kompanijos, gaminančios kabelinius modemus, jau kuria kabelinius modemus iki 30 Mb/s

Lankstumas

Kabelinis modemas gali prisijungti prie interneto skirtingais būdais. Tai leidžia išsirinkti vartotojui optimalų variantą. Yra keli signalo perdavimo būdai, kurie atsižvelgia į esamas infrastruktūras. Klientas gali pasinaudoti visais variantais tiesioginio ir atbulinio signalo perdavimui.

Tiesioginis perdavimas gali būti vykdomas:

• Kabeliniu tinklu,
• Radijo dažniais.

Atbuliniam duomenų perdavimui galima naudoti:

• Kabelį,
• Telefono liniją,
• ISDN,
• Išskirtinę liniją,
• Radiją.

Aišku, čia kalbama apie nesimetrinę architektūrą, kuri gali būti geriausiai naudojama jau esamuose komutacijos tinkluose.

Maštabavimas

Kabeliniai modemai leidžia interneto tiekėjams lengvai didinti klientų skaičių. Tam pakanka pravesti kabelį nuo kliento patalpos prie artimiausio magistrales paskirstytojo. O jei tiesioginis ir atbulinis signalas perduodamas skirtingais kanalais, tai visa tai galima organizuoti dar paprasčiau. Pavyzdžiui vartotojas gauna radijo signalus, o atbulinį perduoda telefono linija. Be to skaitmeninė informacija gali būti perduodama net tele- ir videokanalais.

Vietinis kabelinio interneto tinklas

Kabelinių modemų technologija – tai nauja technologija greitam prisijungimui prie pasaulinio tinklo, naudojant kabelinės televizijos tinklus. Šiandien šita technologija daugiausiai taikoma JAV, bet kabelinių televizijų, kurios naudoja šitą duomenų perdavimo technologiją, jau yra ir Rytų, bei Vakarų Europoje.

Per vieną modemą, per koncentratorius galima pajungti iki 16 kompiuterių – tai labai patogu nedidelėms įstaigoms, per vieną modemą gauti galimybę naudotis interneto paslaugomis visose kompiuteriuose. Kiekvienam kompiuteriui skiriamas savo vidinis IP adresas.