xdsl y Cable Modem Borja López Felipe Juan Vicente Ramírez Roda

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1 xdsl y Cable Modem Borja López Felipe Juan Vicente Ramírez Roda

2 La tecnología xdsl... 4 Qué es el DSL (Digital Line Subscriber)?... 4 Sobre qué funciona?... 5 Beneficios de la tecnología DSL... 7 Envío y recepción de datos... 7 Canal Downstream... 7 Canal Upstream... 7 Canal de línea telefónica... 7 Tipos de Modulación B1Q (dos-binario, uno cuaternario)... 8 CAP (Carrier-less Amplitude Modulation)... 8 DMT (Discrete Multi-Tone modulation)... 9 CAP vs DMT... 9 Tipos de DSL... 9 ADSL... 9 HDSL SDSL IDSL VDSL RADSL El ADSL Breve historia del ADSL Claves de la tecnología ADSL Variantes del ADSL ATM sobre ADSL ATM vs IP Ventajas del ATM sobre ADSL La tecnología Cable Modem Qué es el Cable Modem? Características básicas La red CATV Tipos de Cable Modem Cable Modem Externo Cable Modem Interno Caja de sobremesa Interactiva Instalación de Cable Modem típica Contenido general de un Cable Modem Sintonizador Demodulador Modulador MAC Interfaz CPU Downstream Formato del paquete downstream Upstream... 19

3 Slots reservados Slots de contenido Slots de ordenamiento Formato del paquete upstream La capa MAC (Protocolo de Acceso al Medio) Implantación en el mercado ADSL Cable Módem Bibliografía... 22

4 La tecnología xdsl Qué es el DSL (Digital Line Subscriber)? Tradicionalmente, la conexión telefónica entre el hogar (o la oficina) y la centralita de la operadora se realizaba sobre cables de pares de cobre. Este servicio fue diseñado para transportar la voz a través de señales de tipo analógicas ya que el emisor/receptor simplemente transformaba la señal acústica en señal eléctrica y viceversa. Ocurre que la transmisión de una señal analógica a través de estos pares de cobre tan solo utiliza una pequeña parte (4khz) del volumen total de información que podría ser transmitido en realidad. Precisamente por ello la máxima cantidad de información que puede manejar un modem ordinario en un computador es de 56kb por segundo, ya que estos módems están limitados desde el primer momento en que deben pasar la información que maneja un computador (digital) a información analógica para poder ser transmitida por los pares de cobre. La tecnología DSL supone la eliminación de la transformación de la señal digital a señal analógica, por lo que la información es transferida y recibida de forma digital utilizando así todo el ancho de banda que el cableado permite realmente. Además en el par de cobre pueden separarse las señales analógicas y digitales, por lo que es posible hacer circular datos y voz al mismo tiempo por canales separados. LINEA TELEFÓNICA CONVENCIONAL Capacidad teórica Capacidad práctica (voz o datos) Terminal usuario Central telefónica Ilustración 1: Descripción visual de una conexión convencional telefónica. La capacidad práctica (suficiente para voz, pero escasa para datos) es sólo una mínima parte de la capacidad que el cableado permite realmente.

5 TECNOLOGÍA DSL Capacidad teórica y práctica Upstream Downstream Voz Terminal usuario Central telefónica Ilustración 2: Descripción visual de una conexión DSL. En esta ocasión, se coloca un módem tanto en el punto de acceso del cliente como en la central, lo que anula la transformación analógica de la señal y permite utilizar la totalidad de la capacidad del cableado. Sobre qué funciona? El elemento común que describe a todas las tecnologías basadas en DSL es que funciona sobre las líneas de cobre simples, es decir: las que se tendieron cuando las empresas de telefonía cablearon su red de comunicación telefónica. Aunque cada línea tiene sus características particulares, todas emplean la modulación para alcanzar elevadas velocidades de transmisión. Esta tecnología ofrece servicios de banda ancha sobre conexiones que no superen los 6km de distancia entre la central telefónica y el lugar de conexión del abonado; la velocidad máxima alcanzada depende de la calidad de las líneas, distancia, calibre del cable y esquema de modulación utilizado. La ventaja que ofrecen estas técnicas es la posibilidad de hacer funcionar varios canales sobre un único par de cables: dos canales para transmisión de datos (uno para subida y otro para bajada) y uno más para la transmisión de voz. Los servicios de envío y recepción de datos se establecen a través de un módem especial para la tecnología DSL, pero antes de llegar al modem los datos pasan a través de un dispositivo (llamado "splitter" <separador>) que permite la utilización simultánea del servicio telefónico básico y la línea DSL. Aunque la teoría en la que se fundamenta la tecnología DSL permite la separación de canales sin problemas y sin necesidad de utilizar ningún "splitter", lo cierto es que la variabilidad del estado de las líneas del cobre (o también el propio teléfono al codificar la señal) ocasiona que a veces el canal de voz y el de datos puedan provocarse pequeñas interferencias entre si y por eso se utiliza el "splitter": para que elimine todo el espectro de ondas que sobran para la comunicación telefónica y lo mismo para la transmisión de datos.

6 Este "splitter" se coloca delante de los módems del usuario y de la central y esta formado por dos filtros, uno de paso bajo y otro de paso alto cuya finalidad es la de separar las señales de alta frecuencia (datos) y señales de baja frecuencia (telefónicas). Ilustración 3: Una instalación básica de "Splitter" consistiría en centralizar en una sola toma todo el cableado del cliente: por un lado saldría el cableado hacia el módem y por el otro todo el cableado que finalice en un teléfono. El uso del "splitter" puede causar ciertos inconvenientes al usuario final del servicio ya que debería realizar una instalación nueva y un cableado nuevo dependiendo de si en la terminal se encontrara un teléfono o un ordenador, por eso muchas compañías han desarrollado un tipo especial de "splitter" llamado "microfiltro" que se conectan entre cada toma telefónica (RJ45) y el receptor telefónico filtrando así solamente la señal telefónica y justo en el espacio final antes de llegar al aparato receptor, por lo que el usuario se ahorra la instalación de un "splitter" central y un recableado del hogar u oficina. Ilustración 4: La solución general adoptada por las compañías consiste en entregar al usuario una serie de microfiltros que se colocan en el último tramo del cableado entre cada toma RJ45 y el teléfono.

7 Beneficios de la tecnología DSL El principal beneficio de la tecnología DSL esta en que se basa en el par trenzado de cobre. Este tipo de cableado es el que utiliza la red telefónica, por lo que supone un ahorro considerable de implantación ya que no es necesario volver a cablear toda la zona donde se desee aplicar el DSL (como si que tienen que hacer las empresas de cable con fibra óptica, por ejemplo). Además el tipo de conexión es permanente y no necesita activación como las anteriores conexiones analógicas. Esto es: tradicionalmente para realizar una conexión a Internet había que esperar que se estableciera la conexión con el ISP antes de poder navegar, con la tecnología xdsl esta conexión siempre esta activa por lo que no es necesario espera de ningún tipo. El único inconveniente a la hora de realizar su implantación es que la distancia entre el usuario y la centralita telefónica no deben de estar separados en más de 5 Km. Esto en Europa no supone un grave problema ya que los abonados suelen estar bastante concentrados alrededor de la central (por lo que un 85%~90% de los usuarios de teléfono se beneficiaron de la tecnología en una primera instancia). Envío y recepción de datos Canal Downstream Este canal discurre desde la central telefónica hasta el usuario, con el que se pueden alcanzar velocidades entre 1,5 Mb y 6,3 Mb por segundo. Este canal se puede presentar al usuario como uno solo o como múltiples subcanales siempre dependiendo de la función a realizar. Las transmisiones de recepción residen en la banda de espectro más alta (centenares de Khz). Canal Upstream Desde el usuario hasta la central telefónica, con velocidades que varían entre 16 Kbps y 640 kbps. Las transmisiones de envío residen en la banda de espectro más baja (decenas de Khz) Canal de línea telefónica Pede ser usado para el servicio tradicional telefónico (RTB) o bien para RDSI (Red Digital de Servicios Integrados). Este canal es separado de los dos anteriores mediante el uso de filtros externos (el que antes ha sido denominado "splitter"), y es alimentado por la central telefónica, para mantenerlo operativo aún en el caso de una caída de tensión en la oficina o casa del abonado.

8 Las transmisiones de envío y recepción de voz, se realizan en la banda base (desde los 0Khz hasta los 4 KHz). Tipos de Modulación 2B1Q (dos-binario, uno cuaternario) La modulación 2B1Q, es un tipo de codificación de línea, en la cual, pares de bits son codificados mediante 4 niveles de señal, para la transmisión. CAP (Carrier-less Amplitude Modulation) Esta modulación está basada en QAM (los fundamentos matemáticos son prácticamente idénticos). El receptor de QAM necesita una señal de entrada que tenga la misma relación entre espectro y fase que la señal transmitida, pero las líneas telefónicas instaladas no garantizan esta calidad. Ilustración 5: Constelación QAM. CAP es una implementación de QAM para xdsl, de bajo coste debido a su simplicidad y con una velocidad de Mbps. CAP divide la señal modulada en segmentos que después almacena en memoria. La diferencia fundamental radica en que la señal portadora se suprime, puesto que no aporta ninguna información. Esto repercute en que el aparato receptor necesita más dispositivos electrónicos para recomponerla, pero el precio de los chips es muchísimo más barato hoy en día que cuando se diseñó QAM por lo que tampoco supone un gran desembolso y se gana mucha velocidad. QAM establecía "constelaciones" basándose en dos valores de la señal recibida (amplitud y diferencia de fase). CAP es una modulación tipo QAM en la que la "constelación" es de rotación libre ya que no lleva portadora que nivele. Así podemos utilizar todo el ancho de banda del bucle local (excepto los 4 Khz

9 para la voz, claro) para enviar todos los bits y olvidarnos de subportadoras y subcanales. De este modo, obtenemos la misma forma del espectro que con QAM, siendo CAP más eficiente que QAM en implementaciones digitales. DMT (Discrete Multi-Tone modulation) Es un tipo de modulación multiportadora, que elimina el problema de las altas frecuencias que aumentan considerablemente las pérdidas debido al ruido en las líneas de cobre, dividiendo el ancho de banda disponible en 256 subcanales, que son comprobados para determinar su capacidad portadora. Proceso de Modulación - La modulación DMT emplea la transformada discreta de Fourier para crear y demodular cada una de las 256 portadoras individuales, dividiendo el ancho de banda disponible en unidades más pequeñas. - La línea se comprueba para determinar qué banda de frecuencias es posible y cuántos bits pueden ser transmitidos por unidad de ancho de banda. - Los bits se codifican en el transmisor mediante la transformada rápida de Fourier inversa y después pasan a un conversor analógico/digital. - Al recibirse la señal, ésta se procesa mediante una transformada rápida de Fourier para decodificar la trama de bits recibida. CAP vs DMT Actualmente estos dos tipos de modulación son los que más se están disputando el terreno futuro en la tecnología DSL. Mientras que la tecnología CAP está ampliamente introducida en la actualidad, la DMT sigue mayoritariamente en fase de estandarización. Tipos de DSL Bajo el paraguas del DSL se han desarrollado una serie de tecnologías (denominadas comúnmente como xdsl) con diferentes características en cuanto a prestaciones y que han sido diseñadas en relación a unos objetivos específicos y de unas necesidades concretas para el usuario. Hay que destacar el hecho de que ni siquiera todos los xdsl han sido implementados: algunos son modelos teóricos y otros sólo se implementan como estándares. A continuación se van a listar las principales tecnologías xdsl con una breve descripción, para centrarnos posteriormente en la más extendida y popular de sus tecnologías: el ADSL. ADSL ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)

10 Es la línea digital más popular de los ofrecidas por xdsl y como su nombre indica su característica principal es la de que los flujos de subida y bajada son asimétricos, siendo el flujo de bajada mayor, lo que la hace especialmente indicada para los usuarios de Internet ya que generalmente suele ser más frecuente bajar datos que subirlos a Internet. La velocidad que ofrece esta comprendida entre 256kbps y 9Mbps de bajada y entre los 64kbps y 1.5Mbps en subida. HDSL HDSL (High Bit Rate Digital Subscriber Line) Este tipo de tecnología DSL simétrica es capaz de llegar a los 2Mbps sobre tres pares de cobre en una distancia de 3.6Km ya que realiza correcciones de la señal transmitida y por tanto no hay degradación. Existe una pequeña variación de esta tecnología, llamada SHDSL, que permite ser utilizada sobre un solo par de cobre. Esta es la más avanzada de las tecnologías DSL que no usan repetidores y se suele utilizar en grandes fábricas donde se requiere que una gran cantidad de datos circulen a muy alta velocidad de un extremo al otro de la fábrica. El ratio de transmisión es de 1168 Kbps por par de cobre, lo que hace que existan variaciones para un par de cobre, dos e incluso tres pares de cobre. SDSL SDSL (Single-line Digital Subscriber Line) Es una versión reducida del HDSL que permite operar bajo una sola línea de de cobre trenzado ofreciendo el acceso telefónico tradicional y el intercambio de datos aunque no a la misma velocidad que ofrecería el ADSL bajo los mismos parámetros (es más lento). IDSL IDSL (Integrated services Digital Subscriber Line) Es una red de servicios integrados (RDSI) basada en DSL y puede soportar velocidades de hasta 144kbps. VDSL VDSL (Very high speed Digital Subscriber Line) Como su nombre indica, esta tecnología se ha diseñado para lograr la máxima velocidad a costa de sacrificar la distancia entre los nodos que queda reducida a 1 Km. Alcanza velocidades de entre 13 y 52 Mbps en la bajada y entre 1.5 y 6 Mbps en la subida.

11 RADSL RADSL (Rate Adaptative Digital Subscriber Line) Es prácticamente igual al ADSL salvo que puede adaptarse a variaciones. El ADSL Breve historia del ADSL El ADSL surgió con la necesidad de ofrecer una mayor velocidad de conexión a Internet sin necesidad de modificar las infraestructuras actuales del par de cobre (empleadas comúnmente en las líneas telefónicas). Esta tecnología se desarrolló en 1989 en los laboratorios de Telecordia technologies Inc (New Jersey) y en un principio se ideó para ofrecer video bajo demanda sobre MPEG1. Se desarrollaron tres tipos de modulaciones diferentes y que bajaban la atenuación: la QAM, la CAP y la DMT (ver Tipos de Modulación). En 1993 se prueban diferentes redes usando modulación CAP, pero finalmente se decanta por la modulación DMT. En 1994 se formó el ADSL Forum para promover el uso de esta tecnología. En 1995 se aprueba la primera versión de ADSL. Claves de la tecnología ADSL ADSL utiliza un "splitter" para simultanear voz y datos y se basa en el fenómeno de la atenuación para lograr ampliar la calidad de la señal. Las pérdidas sufridas en el medio dependen de la distancia y de la frecuencia de trabajo (a mayor distancia o mayor frecuencia, mayor atenuación), lo que limita geográficamente la disponibilidad. Pero al mismo tiempo esto posibilita, para distancias cortas (como entornos urbanos) aumentar la frecuencia y obtener prestaciones más altas. Modulación Downstream Upstream Distancia máxima IDSL 2B1Q 56, 64, 128, 144 kbps 56, 64, 128, 144 kbps 1 Km. HDSL 2B1Q 2 Mbps 2 Mbps 2 Km. SDSL 2B1Q 160 kbps ~ 1.1 Mbps 160 kbps ~ 1.1 Mbps 3 Km. ADSL CAP 1.5 ~ 8 Mbps 64 ~ 800 kbps 3 Km. RADSL DMT 1.5 ~ 8 Mbps 64 ~ 800 kbps 2 Km. VDSL TBD 13 ~ 52 Mbps 1.5 ~ 3 Mbps 1 Km. Ilustración 6: Breve resumen de los principales tipos de DSL y sus características básicas. ADSL implementa, también, técnicas inteligentes como la técnica del DMT para transmitir datos y que divide el ancho de banda utilizado en subcanales bajo una determinada combinación. En ADSL se suelen utilizar 256 sub-canales

12 que son el resultado de dividir el ancho de banda disponible (alrededor de 1Mhz) en subcanales de 4Khz (aproximadamente 64 kbps). En el proceso de iniciación, el módem DMT testa cada uno de estos subcanales para determinar la calidad de transmisión y posteriormente de acuerdo con los resultados enviará más o menos datos a través de él. Para eliminar el problema del ruido (al que los cables de cobre son muy sensibles) se suelen enviar más datos en las frecuencias inferiores y menos datos en las superiores. Variantes del ADSL Existen dos variaciones principales de la tecnología ADSL: Full Rate ADSL También conocido como "ADSL Heavy", puede utilizarse sobre RDSI (Red de Servicios Integrados) o POTS (Línea telefónica tradicional) y consigue unos ratios de bajada de 6 Mbps y 640 kbps en subida. Requiere el uso de un "splitter" remoto pero es el esquema más fiable de conexión. G. Lite También conocido como "splitterless" (sin splitter) aunque hay que utilizar microfiltros. Puede trabajar sobre abonados POTS y sobre RDSI aunque este último de manera cuestionable. Consigue unos ratios de subida de alrededor de 1.5 Mbps de bajada y 512 Kbps de subida, aunque no es del todo fiable. ATM sobre ADSL ADSL precisa de una tecnología de red especial para resolver la ampliación del ancho de banda y la red ATM (Asyncronous Transfer Mode) permite el intercambio de información a alta velocidad mediante la utilización de celdas de datos. La información, sea cual sea, se distribuye en células ATM y constituyen el flujo de datos del ADSL que al ser flexible permite un amplio rango respecto a las velocidades de transmisión, alcanzando desde velocidades muy pequeñas (64 Kbps) hasta velocidades muy altas (155 Mbps). Además se puede utilizar sobre muchos medios físicos: fibra óptica, cable coaxial, par de cobre... siendo este último el que se utiliza sobre ADSL. ATM vs IP En cuanto al usuario final del servicio, hay un debate alrededor de cuál debería ser la conexión ofrecida: si la IP-10BT estándar o la conexión ATM aunque las dos son muy similares. Las ventajas de la conexión IP son, especialmente, que al estar basadas en Ethernet 10BASET (que es un estándar asentado en la industria) utiliza tarjetas

13 LAN Ethernet de coste apenas significante, las redes LAN son las más usuales, abundan los técnicos expertos en esta tecnología y el soporte que los SO ofrecen es absoluto. En cambio las ventajas de la conexión ATM son que el "streaming" de video ha sido satisfactoriamente probado, esta mucho mejor orientada a la mezcla de servicios (video, telefonía y datos), las velocidades de tráfico son conformes a los ratios estándar de la telefonía y que los nuevos PCs estarán más orientados hacia el ATM. Pero en la lucha IP vs ATM también hay que tener en cuenta que en el futuro, la implantación de la IPv6 (o la estandarización del Gigabit Ethernet) pueden representar un duro rival para ATM. De toda formas, hoy en día, en el que el ámbito de la transferencia de datos y el acceso a Internet, IP es el predominante. Pero queda abierta la puerta para el "vencedor" de la lucha entre ATM, IPv6 o GB-Ethernet para un futuro en que la televisión, la voz por IP o cualquier contenido multimedia puedan estandarizarse y circular por las líneas ADSL. Ventajas del ATM sobre ADSL Las ventajas son muy claras: - Al ser capaz de transferir muchos tipos de tráfico y sin degradación de calidad, tiene muchas posibilidades de cara a un futuro multimedia. - Permite establecer conexiones lógicas cada una de ellas dedicadas a un servicio diferente, por lo que añade flexibilidad para múltiples servicios. - Aprovecha eficientemente los equipos y medios de transmisión, ya que las celdas se transmiten de manera independiente de la fuente. - El soporte de distintas capacidades de transferencia (CBR, VBR-rt, VBR-nt, UBR y ABR) y distintas calidades de servicio permite solicitar a la red la calidad de cada una de las conexiones que se necesitan.

14 La tecnología Cable Modem Qué es el Cable Modem? El nombre que recibe esta tecnología (que además es bastante reciente) se basa por una parte en la contracción de "Red de Televisión por Cable" ("Cable TV Network" o lo que es lo mismo CATV) y la palabra MODEM ("moduladordemodulador"), aunque realmente es término es un tanto equivocado ya que la tecnología esta más cercana a una interfaz LAN (MAN o WAN realmente) que a un módem en el sentido original de la palabra. Características básicas Una conexión del tipo "cable módem" está a caballo entre una conexión por modem tradicional y una conexión LAN. Las velocidades que suele alcanzar están entre los 3 y 50 Mbps y la distancia de aplicación alrededor de los 100 Km. y quizá más. Existe una terminal central (nodo) donde están conectados todos los módems y que se comunican entre si a través de ella. La red CATV La red CATV (CAble-TV) se diseñó y es utilizada para la distribución de televisión por cable. Una pequeña actualización de la tecnología (actualizar los amplificadores en la red de distribución del cable) permitió la posible circulación de las señales en los dos sentidos: las altas frecuencias fluyen hacia el receptor local (usuario) y las bajas frecuencias van en sentido contrario. La mayoría de las redes CATV son híbridas entre el cableado por fibra óptica y el cableado coaxial (HFC Hybrid Fibre-Coax). La señal discurre por fibra óptica desde los nodos hasta un punto cercano al suscriptor (como puede ser vivienda, la finca, la calle, etc...) en el que la señal se convierte al cable coaxial y llega a la terminal del suscriptor. Un nodo podrá trabajar de manera simultánea con más o menos 1000~2000 usuarios de cable modem para un canal de TV. Si hacen falta más cable módems, el número de canales de TV son aumentados añadiendo más canales al nodo. Tipos de Cable Modem Actualmente existen tres tipos básicos de configuraciones para un Cable Modem, aunque con el tiempo podrán llegar nuevas configuraciones.

15 Cable Modem Externo Ethernet Cable Modem Externo Cable PC PC Ilustración 7: Configuración externa: el Cable Modem se conecta a los distintos PC por red. El Cable Modem externo es una pequeña caja exterior que conecta con el ordenador normalmente a través de una conexión Ethernet ordinaria. Esto permite la conexión de varios ordenadores (incluso con diferentes sistemas operativos) a un mismo receptor externo, pero necesita una tarjeta de red accesoria por cada conexión que se desee realizar. Por ello existe una variante que es la de ofrecer una interfaz con conexión USB que facilita la instalación, pero que limita la conexión a una sola máquina. Cable Modem Interno PC Cable Modem Interno Cable Ilustración 8: Configuración interna: el Cable Modem se situa dentro del PC generalmente en ranura PCI. El Cable Modem Interno es generalmente una tarjeta PCI para PC. Esta quizá sea la más barata de implementar de todas las alternativas, pero genera muchos problemas ya que solo la hace compatible con PCs (en MACs y portátiles también sería posible, pero necesitan un diseño diferente o una interfaz intermedia) y además el conector del cable no esta aislado de las distorsiones eléctricas lo que puede producir un problema en algunas redes CATV, requiriendo una serie de caras actualizaciones sobre la red que a la larga hacen este método más complejo, caro y difícil de implementar. Caja de sobremesa Interactiva TV Ratón/Teclado Caja de Sobremesa Interactiva Cable Ilustración 9: Configuración sobremesa: un tipo especial de receptor (set-top box) al que se le enchufa un televisor y opcionalmente un teclado/ratón actuándo así como un PC muy simple.

16 Esta caja es realmente un cable modem disfrazado. La función principal es la de proporcionar mayor número de canales de TV en el mismo número limitado de frecuencias, siendo esto posible con el uso de la codificación digital de la televisión (DVB), además de que la caja de sobremesa ofrece un canal de retorno (a veces a través del sistema telefónico tradicional) que permite al usuario acceder a contenido web, , etc. directamente desde el televisor. Instalación de Cable Modem típica Hogar TV Video TV Instalación Splitter Filtro Cable Cable Modem PC Ilustración 10: La instalación básica incluye una especie de separador que divide el cableado entre el que termina en un receptor de TV y un PC. Cuando se instala un Cable Modem, se necesita un "splitter" para la señal eléctrica y un nuevo cableado. El "splitter" divide la señal entre la que correspondería a las "viejas" instalaciones y la que corresponde al nuevo segmento que conecta el Cable Modem. Es imposible conectar receptores de televisión en este tramo de Cable Modem ya que la señal transmitida por el Cable Modem puede ser tan intensa que si hubiera un aparato de TV conectado al mismo cable podría sufrir notables interferencias. Como el aislamiento del "splitter" puede que no sea suficiente, es necesario además la inclusión de un filtro de altas frecuencias en el cable que conduce hacia los aparatos de TV. Este filtro sólo permite pasar a las frecuencias que contienen señal de televisión y bloquea la banda de frecuencias superiores. Además este filtro permite bloquear y limpiar de ruido las capas más altas de la frecuencia que es donde toda la electricidad estática del cableado del hogar suele interferir más. Contenido general de un Cable Modem Aunque los Cable Módems puedan variar, existe una arquitectura básica que es más o menos la siguiente:

17 Cable Modem Sintonizador Demodulador MAC Interfaz Modulador Ilustración 11: Contenido básico de un Cable Modem Sintonizador El sintonizador conecta directamente con la salida a la CATV y convierte un canal de TV en una baja frecuencia fija (6-40 Mhz). Normalmente suelen hacerse para soportar señales de subida y de bajada a través del mismo sintonizador y lo suficientemente buenos como para recibir las señales QAM moduladas digitalmente. Demodulador Generalmente convierte la señal analógica recibida desde fuera en digital, demodula la señal QAM, realiza una sincronización de MPEG y una corrección básica de errores. Modulador Su función es prácticamente la inversa que la del demodulador. En el flujo de salida realiza una codificación de los datos, modulación en QAM en la frecuencia que toca y una conversión de digital a analógico. MAC El mecanismo de la MAC (Media Access Control) se sitúa entre las rutas de envío y recepción de datos. Puede ser implementado íntegramente por hardware o con una mezcla de hardware y software, pero lo cierto es que la MAC de un cable modem es algo más compleja que su homónima en Ethernet y realmente no hay MACs que sean capaces de gestionar todo lo relacionado con esta capa sin un poco de ayuda de la CPU. Interfaz Es el puente entre el Cable Modem y el ordenador. Como ya hemos visto puede ser Ethernet, USB, PCI...

18 CPU Aunque no se muestre en el diagrama, para los cable modem externos es una pieza necesaria ya que los internos relegan casi cualquier operación al procesador sobre el que se colocan (por ejemplo un PC o un MAC). Downstream Upstream 2Mhz Downstream 2Mhz Mhz El término "Downstream" es utilizado para hacer referencia a la señal de bajada de datos recibida por el cable modem. Las características eléctricas son las siguientes: Frecuencia Ancho de Banda Modulación Mhz en EEUU y en Europa 6 Mhz en USA y 8 Mhz en Europa 64-QAM con 6 bits por símbolo (la normal) 256-QAM con 8 bits por símbolo (es la más rápida pero también más sensible a los ruidos) Asimismo las velocidades máximas que se alcanzan son las mostradas en la siguiente tabla: 64-QAM 256-QAM 6 Mhz 31.2 Mbits/s 41.6 Mbits/s 8 Mhz 41.4 Mbits/s 55.2 Mbits/s Ya que el canal de bajada es recibido por todos los Cable Modem, el total del ancho de banda es compartido entre todos los cable módems activos en el sistema. Esto es similar a una Ethernet, solo que el ancho de banda desperdiciado en una Ethernet es mucho mayor. Cada Cable Modem filtra los datos que necesita de todo el registro transmitido. Formato del paquete downstream Contenido MPEG SYNC Byte Cabecera MPEG Contenido MPEG SYNC Byte Los datos en el canal de bajada son transmitidos de acuerdo con la especificación MPEG-TS ("Transport Stream"), que consisten en un simple bloque de 188/204 bytes con un byte de sincronización fijado al principio de cada bloque y una corrección de errores (del tipo Reed-Solomon) que reduce el

19 bloque de 204 a 188 bytes, dejando por tanto 187 para la cabecera y el contenido MPEG. Pero esta configuración puede variar de un operador a otro. Upstream El término "Upstream" es utilizado para hacer referencia a la señal de subida transmitida desde un Cable Modem. Las características eléctricas son las siguientes: Frecuencia Ancho de Banda Modulación 5-65 Mhz en EEUU y 5-52 en Europa 2 Mhz QPSK con 2 bits por símbolo (la normal) 16-QAM con 4 bits por símbolo (que también es la más rápida pero la más sensible a los ruidos) Muchos módems pueden transmitir en la misma frecuencia, pero cada uno transmite los paquetes en pequeños espacios de tiempo (slots), que pueden ser marcados como "reservados", "de contenido" y "de ordenación". Slots reservados Un slot reservado es uno que esta reservado en el tiempo para un determinado cable Modem. No habrá otro Cable Modem distinto que pueda escribir en ese slot determinado. El nodo superior es quien asigna los slots reservados entre los distintos Cable Módems a través de un algoritmo de asignación de ancho de banda (algoritmo que puede variar dependiendo de la empresa suministradora de cable). Estos slots reservados son utilizados generalmente para transmisiones largas de datos. Slots de contenido Los slots marcados como "de contenido" están abiertos para todos los Cable Módems para que puedan transmitir en ellos. Si dos Cable Módems deciden transmitir en el mismo slot entonces los paquetes colisionarán y se perderán los datos. El nodo superior mandará entonces una señal de que no fue recibido ningún dato, así los módems volverán a probar en otro lugar aleatorio. Slots de ordenamiento Debido a la distáncia física entre los nodos y el Cable Modem, el retardo puede variar bastante llegando incluso al rango de los milisegundos. Para compensar este retardo, todos los Cable Módems utilizan un protocolo de ordenamiento que resincroniza los "relojes" de cada Cable Módem hacia adelante o hacia atrás para compensar este retardo.

20 Para hacer esto, un número consecutivo (generalmente 3) de slots son alineados de vez en cuando. Entonces se ordena al Cable Módem que transmita en el segundo de estos slots. El nodo (que mide todo esto) será quien finalmente mandará al modem una pequeña variación positiva o negativa para que corrija su reloj. El otro propósito del ordenamiento es hacer que todos los Cable Módems transmitan a un nivel de potencia (amplitud de señal) que permita que todos los paquetes del canal de "upstream" lleguen al nodo al mismo nivel. Esto es esencial para detectar posibles colisiones, pero también es necesario para una óptima utilización del demodulador del canal "upstream" en el nodo central. Formato del paquete upstream Contenido ATM hueco 16 Bits Palabra única de identificación Cabecera ATM Contenido ATM hueco 16 bits Palabra única de identificación Los datos del canal de subida también son transmitidos en pequeños paquetes, por tanto el modulador necesita un mecanismo para poder encadenar los datos sin que existan vacíos ni errores. Este mecanismo consiste en utilizar una palabra única de identificación (16bits) que precede al contenido del paquete y que permite comprobar si los datos han sido corrompidos a lo largo de su camino. Además el uso de la palabra única permite resincronizar las señales a cada envío de paquete. El estándar DAVIC/DVB (europeo principalmente) requiere un paquete de longitud fija, mientras que el estándar MCNS permite utilizar paquete de longitud variable. La capa MAC (Protocolo de Acceso al Medio) Los mecanismos de la MAC están normalmente implementados a través de hardware o bien mezclando hardware y software. El principal objetivo de la MAC es el de compartir los medios disponibles de un modo razonable, por ello tanto el nodo como el Cable Modem implementan mecanismos capaces de: Compensar las diferentes pérdidas del cable. Es esencial que los paquetes de subida de todos los Cable Módems sean recibidos en el nodo al mismo nivel (potencia o amplitud). Si dos Cable Módems transmiten al mismo tiempo, pero uno es mucho más débil que el otro, el nodo solo "escuchará" la señal más fuerte y pensará que todo está correcto. Si las dos señales tienen la misma intensidad, la señal será confusa y el nodo asumirá que ha habido una colisión. Compensar los diferentes retardos del cable. El tamaño de la red CATV hace que puedan existir retardos en la recepción de la señal de, incluso, varios milisegundos. Asignar las frecuencias (y demás configuración) a los Cable Módems. El Cable Modem primero escucha el canal de bajada para recoger la

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