Módem de cable

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Un módem de cable es un tipo de puente de red que proporciona comunicación de datos bidireccional a través de canales de radiofrecuencia en una infraestructura híbrida de fibra coaxial (HFC), radiofrecuencia sobre vidrio (RFoG) y cable coaxial . Los módems de cable se utilizan principalmente para brindar acceso a Internet de banda ancha en forma de Internet por cable , aprovechando el gran ancho de banda de una red HFC y RFoG. Se implementan comúnmente en América , Asia , Australia y Europa .

Internet Experiment Note (IEN) 96 ^[1] (1979) describe un sistema de módem por cable RF temprano . De las páginas 2 y 3 de IEN 96:

El sistema de cable-bus

El sistema MITRE/Washington Cablenet se basa en una tecnología desarrollada en MITRE/Bedford. Hay sistemas de cable bus similares en funcionamiento en varios sitios gubernamentales, por ejemplo, el Hospital Militar Walter Reed y el Centro Espacial Johnson de la NASA , pero todas son redes independientes y exclusivamente locales.

El sistema utiliza un cable coaxial de televisión por antena comunitaria (CATV) estándar y unidades de interfaz de bus (BIU) basadas en microprocesador para conectar las computadoras y terminales de los suscriptores al cable. ... El bus de cable consta de dos cables coaxiales paralelos , uno de entrada y otro de salida. El cable de entrada y el cable de salida están conectados en un extremo, la cabecera , y terminados eléctricamente en sus otros extremos. Esta arquitectura aprovecha los componentes CATV unidireccionales bien desarrollados . ^[2] La topología es dendrítica (es decir, ramificada como un árbol ). ...

Las BIU contienen módems de radiofrecuencia (RF) que modulan una señal portadora para transmitir información digital utilizando 1 MHz del ancho de banda disponible en el rango de frecuencia de 24 MHz. El resto del ancho de banda de 294 MHz se puede utilizar para transmitir otros canales de comunicación , como TV por aire , FM , circuito cerrado de TV o un sistema de telefonía por voz u otros canales digitales. La velocidad de datos de nuestro sistema de prueba es de 307,2  kbps .

El Comité IEEE 802 definió 10BROAD36 en 802.3b-1985 ^[3] como un sistema de banda ancha IEEE 802.3 / Ethernet de 10 Mbit/s que se puede utilizar hasta 3.600 metros (11.800 pies) sobre cableado de red coaxial CATV. La palabra banda ancha , tal como se utiliza en las especificaciones IEEE 802.3 originales, implicaba el funcionamiento en bandas de canal multiplexadas por división de frecuencia ( FDM ), en contraposición a las modulaciones de forma de onda cuadrada de banda base digital (también conocidas como codificación de línea ), que comienzan cerca de cero Hz y, en teoría, consumen un ancho de banda de frecuencia infinito . (En los sistemas del mundo real, los componentes de señal de orden superior se vuelven indistinguibles del ruido de fondo ). En el mercado, el equipo 10BROAD36 no fue desarrollado por muchos proveedores ni implementado en muchas redes de usuarios en comparación con el equipo para estándares de banda base IEEE 802.3/ Ethernet como 10BASE5 (1983), 10BASE2 (1985), 10BASE-T (1990), etc.

El Comité IEEE 802 también especificó un estándar de red digital CATV de banda ancha en 1989 con 802.7-1989 . ^[4] Sin embargo, al igual que 10BROAD36 , 802.7-1989 tuvo poco éxito comercial.

En 1990, Hybrid Networks desarrolló, demostró y patentó el primer sistema de módem por cable asimétrico de alta velocidad. Una idea clave de Hybrid Networks fue que en los primeros días de Internet, la descarga de datos constituye la mayor parte del tráfico de datos, y esto se puede atender adecuadamente con una red de datos altamente asimétrica (es decir, un gran conducto de datos de bajada y muchos conductos de datos pequeños de subida). Esto permitió a los operadores de CATV ofrecer servicios de datos de alta velocidad de inmediato sin necesidad de una costosa actualización del sistema. También fue clave que se diera cuenta de que las comunicaciones de subida y bajada podían realizarse en el mismo medio de comunicación o en medios diferentes utilizando diferentes protocolos que funcionaran en cada dirección para establecer un sistema de comunicaciones de bucle cerrado. Las velocidades y los protocolos utilizados en cada dirección serían muy diferentes. Los primeros sistemas utilizaban la red telefónica pública conmutada (PSTN) para la ruta de retorno, ya que muy pocos sistemas de cable eran bidireccionales. Los sistemas posteriores utilizaban CATV para la ruta de subida y de bajada. La arquitectura del sistema de Hybrid se utiliza para la mayoría de los sistemas de módem por cable actuales.

LANcity fue un pionero en módems de cable, desarrollando un sistema propietario que fue ampliamente implementado en los EE. UU. LANcity, que estaba dirigida por el ingeniero iraní-estadounidense Rouzbeh Yassini , fue luego adquirida por Bay Networks . ^[5] Bay Networks fue posteriormente adquirida por Nortel . ^[6] Nortel en ese momento había formado una empresa conjunta con Antec llamada ARRIS Interactive. ^[7] Debido a los acuerdos contractuales con Antec que involucraban a esta empresa conjunta, Nortel escindió el grupo LANCity en la empresa conjunta ARRIS Interactive. ARRIS continúa fabricando módems de cable y equipos de sistema de terminación de módem de cable (CMTS) compatibles con el estándar DOCSIS .

Zenith ofrecía una tecnología de módem por cable que utilizaba su propio protocolo, que introdujo en 1993, siendo uno de los primeros proveedores de módem por cable. La tecnología de módem por cable de Zenith fue utilizada por varios sistemas de televisión por cable en los Estados Unidos y otros países, incluidos Cox Communications San Diego, Knology en el sudeste de los Estados Unidos, el servicio Americast de Ameritech (que luego se vendió a Wide Open West después de la fusión SBC / Ameritech), Cogeco en Hamilton Ontario y Cablevision du Nord de Québec en Val-d'Or. ^[8] Zenith Homeworks utilizó modulación BPSK (Bi-Phase Shift Keyed) para lograr 500 Kbit/seg en 600 kHz, o 4 Mbit/seg en 6 MHz. ^[9]

Com21 fue otro pionero en módems de cable, y tuvo mucho éxito hasta que los sistemas propietarios quedaron obsoletos por la estandarización DOCSIS. El sistema Com21 utilizó un ComController como puente central en las cabeceras de la red CATV, el módem de cable ComPort en varios modelos y el sistema de gestión NMAPS utilizando HP OpenView como plataforma. Más tarde también introdujeron un multiplexor de ruta de retorno para superar los problemas de ruido al combinar señales de ruta de retorno de múltiples áreas. El protocolo propietario se basaba en el modo de transferencia asíncrono (ATM). El conmutador ComController central era un sistema modular que ofrecía un canal descendente (transmisor) y un módulo de gestión. Las ranuras restantes se podían utilizar para receptores ascendentes (2 por tarjeta), Ethernet dual 10BaseT y más tarde también interfaces Fast-Ethernet y ATM. La interfaz ATM se convirtió en la más popular, ya que admitía las crecientes demandas de ancho de banda y también admitía VLAN . Com21 desarrolló un módem DOCSIS, pero la empresa se declaró en quiebra en 2003 y cerró. Los activos DOCSIS CMTS de COM21 fueron adquiridos por ARRIS .

El CDLP era un sistema patentado fabricado por Motorola . El equipo de instalaciones del cliente (CPE) del CDLP era capaz de utilizar tanto PSTN (red telefónica) como rutas de retorno de radiofrecuencia (cable). El servicio basado en PSTN se consideraba "cable unidireccional" y tenía muchos de los mismos inconvenientes que el servicio de Internet por satélite ; como resultado, rápidamente dio paso al "cable bidireccional". Los módems de cable que utilizaban la red de cable RF para la ruta de retorno se consideraban "cable bidireccional" y podían competir mejor con el servicio de línea de abonado digital (DSL) bidireccional. El estándar se usa poco ahora, ya que los nuevos proveedores utilizan el estándar DOCSIS y los proveedores existentes lo han cambiado. El CyberSURFR, propiedad de Motorola CDLP, es un ejemplo de un dispositivo que se construyó según el estándar CDLP, capaz de alcanzar un pico de 10 Mbit/s de bajada y 1,532 Mbit/s de subida. El CDLP admitía un ancho de banda de bajada máximo de 30 Mbit/s, que se podía alcanzar utilizando varios módems de cable.

El proveedor de servicios de Internet australiano BigPond empleó este sistema cuando comenzó a realizar pruebas con módems de cable en 1996. Durante varios años, el acceso a Internet por cable solo estaba disponible en Sydney , Melbourne y Brisbane a través de CDLP. Esta red funcionó en paralelo al nuevo sistema DOCSIS durante varios años. En 2004, la red CDLP se canceló y se reemplazó por DOCSIS.

CDLP también se ha implementado en el operador de cable francés Numericable antes de actualizar su red de banda ancha IP utilizando DOCSIS.

Digital Video Broadcasting ( DVB ) y Digital Audio Visual Council (DAVIC) son organizaciones de origen europeo que desarrollaron algunos estándares de módem por cable. Sin embargo, estos estándares no han sido adoptados tan ampliamente como DOCSIS.

A mediados de la década de 1990, el comité IEEE 802 formó un subcomité (802.14) ^[10] para desarrollar un estándar para sistemas de módem de cable. IEEE 802.14 desarrolló un borrador de estándar, que estaba basado en ATM . Sin embargo, el grupo de trabajo 802.14 se disolvió cuando los operadores multisistema ( MSO ) norteamericanos respaldaron en su lugar la entonces incipiente especificación DOCSIS 1.0 , que generalmente usaba el servicio de mejor esfuerzo y estaba basada en IP (con puntos de código de extensión para soportar ATM ^[11] para QoS en el futuro). Los MSO estaban interesados ​​en implementar rápidamente el servicio para competir por los clientes de acceso a Internet de banda ancha en lugar de esperar los procesos más lentos, iterativos y deliberativos de los comités de desarrollo de estándares. Albert A. Azzam fue secretario del grupo de trabajo IEEE 802.14, ^[12] y su libro, High-Speed ​​Cable Modems , ^[13] describe muchas de las propuestas presentadas a 802.14.

Aunque el Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (IETF) generalmente no genera estándares completos para módems de cable, el IETF creó grupos de trabajo ( WG ) que produjeron varios estándares relacionados con las tecnologías de módems de cable (incluidos 802.14, DOCSIS, PacketCable y otros). En particular, los WG del IETF sobre IP sobre red de datos por cable (IPCDN) ^[14] e IP sobre transmisión de video digital (DVB) ^[15] produjeron algunos estándares aplicables a los sistemas de módems de cable, principalmente en las áreas de bases de información de administración ( MIB ) de protocolo simple de administración de red (SNMP) para módems de cable y otros equipos de red que operan sobre redes CATV .

A finales de los años 90, se formó un consorcio de operadores de cable estadounidenses , conocido como "MCNS", para desarrollar rápidamente una especificación de módem de cable abierta e interoperable. El grupo básicamente combinó tecnologías de los dos sistemas propietarios dominantes en ese momento, tomando la capa física del sistema CDLP de Motorola y la capa MAC del sistema LANcity. Cuando se redactó la especificación inicial, el consorcio MCNS entregó el control de la misma a CableLabs , que mantuvo la especificación, la promovió en varias organizaciones de normalización (en particular, SCTE e ITU ), desarrolló un programa de pruebas de certificación para equipos de módem de cable y, desde entonces, redactó múltiples extensiones de la especificación original.

Aunque los equipos DOCSIS RFI 1.0 implementados generalmente solo admitían el servicio de mejor esfuerzo , el documento DOCSIS RFI 1.0 Interim-01 analizó las extensiones y mecanismos de calidad de servicio (QoS) que utilizan telefonía IntServ , RSVP , RTP y modo de transferencia síncrona (STM) (a diferencia de ATM ). ^[11] DOCSIS RFI 1.1 ^[16] agregó posteriormente mecanismos de QoS más robustos y estandarizados a DOCSIS. DOCSIS 2.0 agregó compatibilidad con S-CDMA PHY , mientras que DOCSIS 3.0 agregó compatibilidad con IPv6 y unión de canales para permitir que un solo módem de cable use simultáneamente más de un canal ascendente y más de un canal descendente en paralelo.

Prácticamente todos los módems de cable que funcionan en el campo hoy en día son compatibles con una de las versiones DOCSIS. Debido a las diferencias entre los sistemas PAL europeos y NTSC de EE. UU ., existen dos versiones principales de DOCSIS, DOCSIS y EuroDOCSIS. Las principales diferencias se encuentran en el ancho de los canales de RF: 6 MHz para EE. UU. y 8 MHz para Europa. Una tercera variante de DOCSIS se desarrolló en Japón y ha tenido una implementación limitada en ese país.

Aunque la interoperabilidad "era el objetivo principal del proyecto DOCSIS", ^[17] la mayoría de los operadores de cable sólo aprueban una lista muy restringida de módems de cable en su red, ^{[18] [19] [20] [21]} identificando los módems "permitidos" por su marca, modelos, a veces versión de firmware y ocasionalmente llegando tan lejos como para imponer una versión de hardware del módem, en lugar de simplemente permitir una versión DOCSIS compatible.

En 2004, se creó la Multimedia over Coax Alliance (MoCA) para desarrollar un estándar industrial para el hogar conectado, utilizando el cableado coaxial existente. Inicialmente desarrollado para redes domésticas con MoCA 1.0/1.1, los estándares MoCA han seguido desarrollándose con MoCA 2.0/2.1 en 2010 y MoCa 2.5 en 2016.

En 2017, Multimedia over Coax Alliance presentó la especificación MoCA Access, basada en el estándar MoCA 2.5, adecuada para abordar el acceso a la red de banda ancha en edificios mediante cableado coaxial. ^[22] MoCA Access extiende la red doméstica MoCA 2.5 para adaptarse a los operadores e ISP que están instalando fibra hasta el sótano/punto de caída (FTTB/FTTdp) y desean utilizar el cable coaxial existente para la conexión a cada apartamento o casa".

Con el desarrollo de la telefonía de voz sobre protocolo de Internet (VoIP), se han incorporado adaptadores telefónicos analógicos (ATA) a muchos módems de cable para proporcionar servicio telefónico. Un ATA integrado se conoce como adaptador de terminal multimedia integrado (E-MTA).

Muchos proveedores de servicios de televisión por cable también ofrecen servicios telefónicos basados ​​en VoIP a través de la infraestructura de cable ( PacketCable ). Algunos clientes de Internet de alta velocidad pueden utilizar telefonía VoIP suscribiéndose a un servicio de terceros, como Vonage , MagicJack+ y NetTALK.

En topología de red, un módem de cable es un puente de red que cumple con el estándar IEEE 802.1D para redes Ethernet (con algunas modificaciones). El módem de cable conecta tramas Ethernet entre una LAN de cliente y la red coaxial. Técnicamente, es un módem porque debe modular los datos para transmitirlos a través de la red de cable y debe demodular los datos de la red de cable para recibirlos.

Con respecto al modelo OSI de diseño de red , un módem por cable es un dispositivo de capa física (capa 1) y un reenvío de capa de enlace de datos (capa 2). Como nodo de red direccionable por IP , los módems por cable admiten funciones en otras capas.

La capa 1 se implementa en la capa física Ethernet en su interfaz LAN y una capa física específica de cable definida por DOCSIS en su interfaz de cable HFC. El término módem de cable se refiere a esta capa física específica de cable. La capa de red (capa 3) se implementa como un host IP en el sentido de que tiene su propia dirección IP utilizada por el operador de red para mantener el dispositivo. En la capa de transporte (capa 4), el módem de cable admite UDP en asociación con su propia dirección IP y admite el filtrado basado en números de puerto TCP y UDP para, por ejemplo, bloquear el reenvío de tráfico NetBIOS fuera de la LAN del cliente. En la capa de aplicación (capa 7), el módem de cable admite ciertos protocolos que se utilizan para la administración y el mantenimiento, en particular el Protocolo de configuración dinámica de host (DHCP), SNMP y TFTP .

Algunos módems de cable pueden incorporar un enrutador y un servidor DHCP para proporcionar a la LAN una dirección de red IP. Desde una perspectiva de reenvío de datos y topología de red, esta función de enrutador generalmente se mantiene separada de la función de módem de cable (al menos lógicamente) aunque las dos puedan compartir una sola carcasa y aparecer como una unidad, a veces llamada puerta de enlace residencial . Por lo tanto, la función de módem de cable tendrá su propia dirección IP y dirección MAC , al igual que el enrutador.

Los módems de cable pueden tener un problema conocido en la jerga de la industria como "flap" o "flapping". ^[23] Un flap de módem es cuando la conexión del módem a la cabecera se ha perdido (se ha desconectado) y luego se vuelve a conectar. El tiempo fuera de línea o la tasa de flap no suelen registrarse, solo la incidencia. Si bien esto es una ocurrencia común y generalmente inadvertida, si el flap de un módem es extremadamente alto, estas desconexiones pueden causar que el servicio se interrumpa. Si hay problemas de usabilidad debido al flap, la causa típica es un módem defectuoso o cantidades muy altas de tráfico en la red del proveedor de servicios (utilización ascendente demasiado alta). ^[24] Los tipos de flap incluyen reinserciones, aciertos y errores y ajustes de potencia. ^[25]

En enero de 2020, se reveló una vulnerabilidad que afectaba a los módems de cable que utilizaban chipsets Broadcom y que recibió el nombre de Cable Haunt . Los investigadores de seguridad afirman que la vulnerabilidad afecta a cientos de millones de dispositivos. Las vulnerabilidades son posibles debido al uso de credenciales predeterminadas en el componente analizador de espectro del módem (que se utiliza principalmente para fines de depuración) al que se accede a través de un puerto de red que está abierto de forma predeterminada en los modelos vulnerables. ^{[26] [27]}

• Curt Franklin (20 de septiembre de 2000). "Cómo funcionan los módems de cable". HowStuffWorks . Consultado el 28 de agosto de 2010 .
• Andrew Brandt (1999). "Cómo funciona: módems de cable". PC World . Archivado desde el original el 2011-11-03 . Consultado el 2010-08-28 .

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