Recurso 6

xDSL y Cable Modem
Borja López Felipe
Juan Vicente Ramírez Roda
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 ............................................................................. 8
2B1Q (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.............................................................................................. 10
SDSL .............................................................................................. 10
IDSL............................................................................................... 10
VDSL .............................................................................................. 10
RADSL ............................................................................................ 11
El ADSL.............................................................................................. 11
Breve historia del ADSL ................................................................... 11
Claves de la tecnología ADSL ........................................................... 11
Variantes del ADSL .......................................................................... 12
ATM sobre ADSL................................................................................. 12
ATM vs IP ....................................................................................... 12
Ventajas del ATM sobre ADSL .......................................................... 13
La tecnología Cable Modem .................................................................... 14
¿Qué es el Cable Modem? ................................................................... 14
Características básicas ..................................................................... 14
La red CATV ....................................................................................... 14
Tipos de Cable Modem........................................................................ 14
Cable Modem Externo...................................................................... 15
Cable Modem Interno ...................................................................... 15
Caja de sobremesa Interactiva ......................................................... 15
Instalación de Cable Modem típica....................................................... 16
Contenido general de un Cable Modem ................................................ 16
Sintonizador.................................................................................... 17
Demodulador .................................................................................. 17
Modulador ...................................................................................... 17
MAC ............................................................................................... 17
Interfaz .......................................................................................... 17
CPU................................................................................................ 18
Downstream....................................................................................... 18
Formato del paquete downstream .................................................... 18
Upstream ........................................................................................... 19
Slots reservados.............................................................................. 19
Slots de contenido........................................................................... 19
Slots de ordenamiento..................................................................... 19
Formato del paquete upstream ........................................................ 20
La capa MAC (Protocolo de Acceso al Medio)........................................ 20
Implantación en el mercado ................................................................ 21
ADSL .............................................................................................. 21
Cable Módem .................................................................................. 22
Bibliografía......................................................................................... 22
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.
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.
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.
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.
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 1.544 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
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)
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.
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
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
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.
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.
Cable Modem Externo
Ethernet
PC
Cable Modem
Externo
Cable
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.
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, email, etc. directamente desde el televisor.
Instalación de Cable Modem típica
Hogar
TV
Video
TV
Instalación
Splitter
Cable
Filtro
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:
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...
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
5
Downstream
2Mhz
65
850
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
42-850 Mhz en EEUU y 65-850 en Europa
Ancho de Banda
6 Mhz en USA y 8 Mhz en Europa
Modulación
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
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
5-65 Mhz en EEUU y 5-52 en Europa
Ancho de Banda
2 Mhz
Modulación
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.
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
•
información acerca de dónde y cómo enviar señales de subida.
Entonces se registra en el sistema utilizando la configuración de
frecuencia, ...etc. que le corresponde.
Localizar los "slots" en el canal de subida.
Implantación en el mercado
Actualmente en España, el ADSL esta establecido como el medio más
extendido de acceso a Internet de banda ancha para el usuario doméstico.
En las grandes ciudades la tecnología Cable Módem también está
fuertemente implantada y rivaliza con las empresas suministradoras de ADSL.
También están a la espera de saltar al mercado (o terminar de implantarse)
nuevas tecnologías como el PLC (que consiste, básicamente, en la utilización
del tendido eléctrico como medio de acceso a Internet y transmisión de datos).
ADSL
El propietario de la inmensa mayoría del cableado telefónico español es
Telefónica, por la que se presenta como la principal proveedora del servicio
ADSL. Las demás empresas proveedoras generalmente suelen actuar como
revendedoras.
El tipo de conexión que se presenta como "estándar" es el acceso tarifa
plana de 24 horas con una conexión 256/128 kbps.
A partir de esta base se suelen realizar variaciones en cuanto al horario de
aplicación de la tarifa plana o la velocidad contratada. Estas variaciones suelen
coincidir en todas las empresas suministradoras y consisten especialmente en
ofertar una tarifa plana de 14 horas (de 18.00 a 8.00 horas) o bien incrementar
las velocidades de acceso (512, 1024, 2024...).
Ofertar un acceso de tarifa plana que no sea de 24 horas supone que se
necesitan implementar métodos de conexión que recuerdan las viejas
conexiones analógicas, esto precisamente supone la anulación en una de las
virtudes de la tecnología DSL: conexión permanente.
Algunas empresas ofrecen un servicio de ADSL "reducido" en el cual se
disfruta de tarifa plana 24 horas pero con una velocidad de 128/128 kbps.
La instalación del ADSL es tan sencilla que no se necesita un técnico y
muchas empresas optan por el "pack autoinstalable" que se recibe por correo y
que consta del modem (generalmente USB para facilitar más las cosas) y un
conjunto de microfiltros junto a las instrucciones de instalación.
Aunque poco a poco empieza a desplazarse el modem USB por algo más
elaborado como los switches o incluso la tecnología wireless.
El precio mensual del servicio estándar suele situarse en torno a los 39€
(más IVA) y así ha estado prácticamente sin variación en los últimos años.
Las expectativas de futuros indican que los precios se van a mantener en
torno a esta cifra pero se añadirán servicios o mejoras (como por ejemplo más
velocidad al mismo precio), aunque Telefónica tiene previsto empezar a
comercializar la televisión por ADSL en breve.
Cable Módem
Las empresas de Cable Módem se repartieron previamente las ciudades
sobre las que iban a actuar. En Valencia, por ejemplo, es ONO la empresa que
se encarga de ofrecer este tipo de tecnología.
La falta de empresas que se quieran dedicar a este negocio radica en el
enorme desembolso inicial que supone introducir el cable en cualquier ciudad.
Por ejemplo, ONO tuvo que levantar el pavimento y cablear todas las calles en
las que deseaba ofrecer sus servicios. Esta tarea necesitó varios años de
trabajo, por eso tiene que transcurrir mucho tiempo hasta que se recupere la
inversión inicial.
Pero en ese sentido, una vez recuperado del gasto inicial, ya no debe
preocuparse por las dependencias que genera el ser un revendedor de
tecnología, ya que todo el cableado es propiedad de la empresa suministradora.
La tecnología Cable Modem va íntimamente ligada al suministro de TV, por
lo que la mayoría de los servicios básicos (o estándar) que se ofrecen son
combinados entre acceso a Internet y canales de TV. Aunque también es
posible adquirir estos productos por separado.
La instalación de un servicio de Cable Modem no es tan fácil como en el
ADSL ya que tiene que desplazarse un técnico a hogar del cliente para cablear
desde el exterior una toma al interior del inmueble. Desde esa toma luego se
cablea con coaxial hasta el modem y/o el aparato decodificador de TV.
El acceso a Internet se factura mediante una tarifa plana pero no existen
variaciones en el horario de aplicación: siempre es de 24 horas.
Si que existen, en cambio, variaciones de precio en cuanto a la velocidad
contratada, que suele variar entre los 150 kbps mínimos y varios Mb. En este
sentido, para una empresa de cable, variar la velocidad de acceso es
relativamente fácil: no necesita cambiar de cableado o de módem, simplemente
desde la central se aumenta el ancho de banda disponible para cada receptor.
Los precios ofertados por las compañías de Cable suelen ser ligeramente
inferiores (o en todo caso mayor calidad a mismo precio) que las empresas de
ADSL. Pero tienen que hacer frente a una competencia muy dura.
Bibliografía
Para realizar este trabajo se ha empleado fundamentalmente información
obtenida desde Internet.
www.cable-modems.org
www.iec.org
www.bandaancha.st
www.dsl-forum.org
www.tuketu.com
Se ha obtenido algo más de información de la siguiente fuente en papel
impreso:
Tecnologías ADSL y xDSL
Walter Goralski
Hill Associates, Inc
McGraw Hill