Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Интерфейс между модемом и компьютером довольно традиционен. Обычно это Ethemet или, иногда, USB. Второй интерфейс более сложный, так как он использует FDM, TDM и CDMA для разделения между пользователями пропускной способности кабеля.

При включении кабельного модема он начинает прослушивать входящий канал в поисках специального пакета, время от времени посылаемого распределителем, чтобы получить 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 канал. Это распределение каналов может быть динамически изменено распределителем, если он решит, что необходимо сбалансировать нагрузку.

Использование каналов на 8 МГц или на 6 МГц — дело частотного уплотнения. Каждый кабельный модем посылает данные по одному восходящему и одному нисходящему каналу или по нескольким каналам при DOCSIS 3.0. Обычная схема состоит в том, чтобы взять каждые 6 (или 8) МГц нисходящего канала и промодулировать их QAM-64 или, если качество кабеля исключительно хорошо, QAM-256. С каналом на 6 МГц и QAM-64 мы получаем приблизительно 36 Мбит/с. За вычетом служебных сигналов, полезная нагрузка сети — приблизительно 27 Мбит/с. С QAM-256 полезная нагрузка сети — приблизительно 39 Мбит/с. Европейские значения на 1/3 больше.

Для восходящих каналов имеется больше радиочастотного шума, потому что система не была первоначально разработана для данных, и шум от многих пользователей направляется к распределителю, поэтому используется более консервативная схема. Она колеблется от QPSK до QAM-128, где некоторые из символов используются для защиты от ошибок с решетчатой кодированной модуляцией (Треллис-модуляцией). С меньшим количеством битов на символ для восходящих данных, асимметрия между скоростью восходящего и нисходящего каналов намного выше, чем показано рис. 2.46.

Чтобы совместно использовать полосу пропусканя для восходящих данных многих пользователей, используется уплотнение с разделением времени. Иначе их передачи столкнулись бы в распределителе. Время работы делится на мини-слоты( minislots), и разные пользователи отправляют данные в разные мини-слоты. Для этого 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( ranging). Модему необходимо знать эти данные, чтобы правильно синхронизироваться. Каждый исходящий пакет должен умещаться в один или несколько соседних мини-слотов. Распределитель анонсирует каждое начало цикла мини-слотов, 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-слота. Длина мини-слота зависит от сети. Обычно объем полезной информации в нем равен 8 байт.

Во время инициализации распределитель также присваивает модему мини-слот для запроса полосы пропускания восходящего канала. Когда компьютер хочет отослать пакет данных, он передает его модему, который запрашивает необходимое количество мини-слотов для него. Если запрос принят, то распределитель посылает подтверждение по нисходящему каналу. После этого пакет отправляется, начиная с первого «своего» мини-слота. Используя специальное поле заголовка, можно сообщить о необходимости передать дополнительные пакеты.

Как правило, одному и тому же мини-слоту запроса соответствует несколько модемов, что приводит к конкуренции между ними. Для решения этой проблемы существует две возможности. Первая — использовать множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA), чтобы пользователи совместно использовали мини-слот. Это решает проблему конкуренции, потому что все пользователи с помощью CDMA могут посылать данные одновременно, хотя и с меньшей скоростью. Вторая возможность — не использовать CDMA, в этом случае может не быть никакого подтверждения запроса, из-за столкновения. Тогда модем может повторить попытку только через случайный промежуток времени. Если при повторной попытке снова возникла коллизия, то случайный промежуток удваивается. (Для читателей, уже немного знакомых с сетевыми технологиями: это интервальный метод ALOHA с экспоненциальной двоичной отсрочкой передачи. Ethernet не может использоваться в качестве кабельного интерфейса, поскольку станции не могут прослушивать линию. Мы вернемся к этим вопросам в главе 4.)