Cable Modem是如何工作的

      CATV网利用Cable Modem（简称CM）来向用户提供高速宽带Iternet接入，这种接入方式给用户提供最高达38Mbps的接入速度，那CM是如何工作的，是如何与CATV前端建立联系的，在这里作一些介绍。

       CM系统是基于DOCSIS1.1标准来设计的，系统由前端设备CMTS和用户端设备CM组成。CMTS是作为前端路由器、交换集线器与CATV网络之间的连接设备，CM通过CMTS与广域网（Iternet)实现连接。CMTS也是管理和控制CM的设备，它的主要配置有：下行频率、下行调制方式、下行电平、DHCP和TFTP与TOD服务器等。其中DHCP服务器用作动态分配给每个CM的IP地址，TFTP服务器作用是记录着每一个CM的配置文件，也即给每个CM分配一个服务标识（Servite ID)，服务标识在CMTS与CM之间建立一个映射，CMTS将基于该映射给没个CM分配带宽。CMTS也可给CM分配多个服务标识来支持不同服务类型，每个服务标识对应于服务类型，TOD称为时间服务器，其作用是给CM提供当前的时间。这三个服务器可安装在同一台物理服务器上即我们的SERVER。CMTS能维护一个连接用户数据交换集线器的10Baset双向接口和一个承载简单网络管理协议（SNMP）信息的10Baset接口，并且CMTS能支持CATV网络上的不同CM之间的双向通讯。就下行来说，由路由器的数据包在CMTS中被封装成MPEG2-TS幀的形式经过64QAM（或者256）调制后，通过HFC网传给各CM。在上行方向上，CMTS将接收到的经QPSK调制的数据进行解调并转换成以太幀的形式传给路由器。为了减小上行通道的干扰，一个下行通道一般对应有多个不同频率的上行通道，CMTS根据信道的噪声状况自动跳频到干扰较小的通道，而用户察觉不到跳频的过程。同时，CMTS负责处理不同的媒体访问控制(对访问用户的IP地址进行受权认正），这些程序包括下行的时隙信息传输，测距管理以及给各CM分配时分多址访问的时隙。CMTS根据带宽分配算法可将一个小时隙定义为预约小时隙或竞争小时隙，CM通过小时隙向CMTS传输数据。

       CM是放在用户家中的终端设备，连接用户的PC机和HFC网络，提供用户数据接入。CM与CMTS组成完整的数据通信系统，CM接收从CMTS发送来的QAM调制信号并解调，然后转换成MPEG2-TS数据幀的形式，以重建传向10Baset以太接口的以太幀。在相反的方向上从PC机接收到的以太幀被封装在时隙中，经QPSK调制后，通过HFC网络的上行数据通路传送给CMTS。

CM在加电之后，必须进行初始化，才能进入网络，接收CMTS发送的数据及向CMTS传输数据。CM的初始化是经过与CMTS的一系列交互过程来实现的。下面详细描述该过程。
1、测试RSM当CM接通电源后，CM首先要确认可移去的安全模块，是否存在于RSM的时隙中。

2、与CMTS建立同步在初始化或信息丢失时，CM必须与一个下行信道建立同步。CM有一个存储器，其中存放上次的操作参数，CM将首先尝试重新获得存储的那个下行信道（例如我们上次扫频为453MHZ下次扫频就会记住这个频率），如果尝试失败，CM将连续地对下行信道进行扫描，直到发现一个有效的下行信号。CM与下行信号同步的标准为：与QAM码元定时同步、与FEC幀同步、与MPEG分组同步并能识别下行媒体访问控制的同步报文。

3、获得上行信道的传输参数

       建立同步之后，CM必须等待一个从CMTS发送出来的上行信道描述符，以获得上行信道的传输参数。CMTS周期性地传输上行信道描述符给所有的CM，CM必须从其中的信道描述参数中确定它是否使用该上行信道。若该信道不合适。那么CM必须等待，直到有一个信道描述符指定的信道适合于它，若在一定时间内没找到这样的上行信道，那么CM必须继续扫描。找到另一个下行信道，再重复该过程。在找到一个上行信道后。CM必须从信道描述符中取出参数，然后等待下一个同步报文，并从该报文中取出上行小时隙的时间标记，随后，CM等待一个给所选择的信道的带宽分配映射，然后它可以按照媒体访问控制操作和带宽分配机制在上行信道中传输信息。

4、校准

    CM在获得上行信道的传输参数后，就可以与CMTS进行通讯。CMTS会在MAP中给该CM分配一个初始维护的传输机会，用于调整CM传输信号的电平、频率等参数，其中CM的输出电平是根据分配给CM的带宽，按每赫之功率为参数，通过CMTS对CM的长线AGC来控制的。另外，CMTS还会周期性地给各个CM发周期维护报文，用于对CM进行周期性的校准。

5、建立IP连接

    校准完成后，CM必须使用动态主机配置协议（DHCP），从DHCP服务器上获得分配给它的IP地址，另外，DHCP服务器的响应中还必须包括一个包含配置参数文件的文件名，放置这些文件的TFTP服务器的IP地址、时间服务器的IP地址等信息。

6、建立时间

    CM和CMTS需要有当前的日期和时间。CM采用IETF定义的RFC868协议从时间服务器中获得当前的日期和时间。RFC868定义了获得时间的两种方式，一种是面向连接的，一种是面向无连接的。CMTS采用面向无连接的方式从TOD服务器获得CM所需的时间概念。

7、建立安全机制

    如果有RSM模块存在，并且没有安全协定建立，那么CM必须与安全服务器建立安全协定。安全服务器的IP地址可以从DHCP服务器的响应中获得。

8、传输操作参数

    接下来，CM必须使用TFTP协议从TFTP服务器上下载配置参数文件，获得所需要的各种参数。

9、初始化基本保密机制

    在获得配置参数后，若RSM模块没有检测到，CM将初始化基本保密机制。完成初始化后，CM将使用下载的配置参数向CMTS申请注册，当CM接收到CMTS发出的注册响应后，CM就进入了正常的工作状态。

关于DOCSIS标准

    DOCSIS标准由12个规范组成，在这些文件中定义了数据、射频和电话回传接口以及安全、管理和事务支持。其内容可以概括为：

A、网络层：使用IP V4协议，可以过度到IP V6。

B、网络层以上：网络管理采用SNMP，下载软件和配置信息采用TFTP，TCP/IP网络上的主机传递配置信息采用DHCP框架，自定义安全管理协议。

C、数据链路层：分为三个子层，即逻辑链路控制子层、链路层安全子层、媒体访问控制子层，此子层为所有的下行数据流传输定义了一个发射设备--CMTS，每个CM都侦听下行传输的所有数据幀，只有地址与之匹配的注册CM才能接收数据，CM之间的通信也只能通过CMTS进行。上行通道是多个CM对一个CMTS整个通道被分成很多时隙进行时分复用，CMTS提供的时间参考并控制每个时间间隔的使用。媒体访问控制层的主要特性可以概括为：1、CMTS前端控制带宽的分配；2、回传信道划分为微时隙；3、可变长度数据分组；4、MPEG幀结构；5、支持多等级服务；6、支持宽范围内的数据速率；7、前端控制器动态提供支持基于竞争和保留的上行流传输机会；8、可以扩展以支持未来的ATM或其它数据。

D、物理层：划分为两个子层，即传输收敛子层和物理媒体依靠子层，传输收敛子层只适用于下行通道，提供附加服务如MPEG数字视频，与北美DVB标准兼容。物理媒体依靠子层：1、下行通道基于北美数字视频规范，遵循ITUJ.83-B规范，64/256QAM调制，6MHZ带宽和TRELLIS编码级联使用，可变深度交织支持时延敏感和不敏感的数据。2、上行通道：在前端CMTS控制下CM具有灵活性和可编程的特点，频率灵活可调，TDMA、QPSK和16QAM调制，同时支持固定和变长度的数据幀，多种传输码率，可编程REED-SOLOMON块编码。