利用有线电视网实现Internet数据传输

· ·邓永红··
前言：

　　本文从Internet的基本知识、有线电视宽带信息接入网架构方案的比较与选择以及利用有线电视网预留光纤构建IP宽带接入网实现Internet数据传输等三个方面，详细地介绍了基于有线电视网的Internet数据传输方案。

　　正文：

　　随着全球互联网（Internet）的迅猛发展，上网人数正以几何级数快速增长，以因特网技术为主导的数据通信在通信业务总量中的比列迅速上升，因特网业务已成为多媒体通信业中发展最为迅速、竞争最为激烈的领域。

　　目前，Internet通过电信拨号的接入速度极其缓慢，一般电话的Modem只能提供几十Kbit/S的传输速率，其速率和带宽不可能很好地支持多媒体信息等宽带业务。

　　随着多媒体通信的发展，因特网接入宽带化的需求日益迫切。而有线电视网拥有丰富的带宽资源，同时，目前我国有线电视用户已经达到了8000万户，有线电视网络的里程超过了240万公里，中国已经成为世界第一大有线电视用户国。有线电视网络具有巨大的产业开发价值，构筑基于有线电视网的Internet宽带信息网，不仅仅是广大用户的企盼，更是有线电视网实现第二次腾飞的关键所在。

　　一、Internet的基本知识

　　Internet起源于美国，是世界上最大的计算机互联网，由分布在世界各地数以万计的各种规模的计算机网络，使用TCP/IP协议（传输控制协议/网间协议），借助网络互联设备——路由器，互相连接形成全球通信的数据网络集体，目前已连接180多个国家和地区。

　　1．Internet的组成

　　Internet主要由通信线路、路由器、服务器及客户机组成。

　　1）通信线路

　　通信线路是Internet的基础设施，各种各样的通信线路将Internet中的路由器、服务器、计算机连接起来，通信线路主要分为两类：一类是有线线路，包括光纤，同轴电缆，双绞线等；另一类是无线线路，如：卫星，无线电等。

　　对于通信线路传输能力的评价，通常用带宽来描述，带宽越宽，其传输能力越强。

　　2）路由器

　　路由器（ROUTER）是Internet中最为重要的设备之一，当数据从一个网络传输到路由器时，路由器需要根据所要达到的目的地，为其选择一条最佳路径，指明数据应该沿着哪个方向传输。如果所选路径比较拥挤，路由器负责指挥数据排队等待。
　　一个路由器并不连接所有站点，它只连通相邻的站点，信息是由路由器一个一个站点转送达到目的地。路由器的基本功能和操作流程是：首先，识别网络层地址和选择路由，也称打包。当路由器接到接收到一个信息包时，先将链路层所加的包头去掉，只看网络层地址，根据目的站点的地址确定目的网络号，查找路由表，找出与目的网络号对应的本路由器输出接口号和下一个站点的IP地址（即下一个将接收报文的与本路由器接在同一个网络的路由器接口的IP地址）。网络接口软件调用APP（地址转换协议）将下一个路由器的IP地址映射成MAC（物理）地址，再将原IP数据包封装成适合下一个网络传输的数据再重新进行转发，路由器可以根据链路速率，传输开销，时延、拥塞情况等参数优先路由。此外，路由器还可以隔离子网，连通广域网，提供安全保障和管理控制。

　　3）服务器与客户机

　　接入Internet的主机通常可以分为两类，即服务器和客户机。

　　所谓服务器就是Internet服务与信息资源的提供者，客户机则是Internet服务与信息资源的使用者。作为服务器的主机要求具有较高的性能和较大的存储容量，而作为客户机的主机，一台普通的计算机即可。服务器借助于服务器软件向用户提供服务和管理信息资源，用户通过客户机中各类Internet服务软件访问Internet上的服务和资源。

　　2．Internet所遵循的协议——TCP/IP

　　TCP/IP是由100多个网络传输协议构成的庞大的协议族，其中最重要的协议是传输控制协议（TCP）和网际协议（IP）。IP负责信息的实际传送，TCP负责保证所传送信息的正确性，在实际传输过程中，TCP/IP主要完成以下功能：首先，TCP协议把数据分成若干个数据报，并将每个数据报加上一个TCP报头（形象称为信封）写上数据报的编号，以便在接收端把数据还原成原来的格式；之后，IP协议把每个TCP信封再套上一个IP信封，在上面写上接收主机的地址。有了IP，信封就可以在物理网络中传输数据了；由于传输路径的不同，可能会出现顺序颠倒，数据丢失或重复，这些由TCP协议来处理，它具有检查和纠错的功能，必要时还可以请求重发。也就是说，IP负责数据的传输，TCP负责数据的可靠传输。

　　3．Internet的接入

　　用户在使用程序访问Internet所提供的服务之前，必须首先把自己的计算机接入Internet。用户的计算机一旦接入Internet，便成为Internet中的一员，可以访问Internet中的各类服务及丰富的信息资源，这就需要ISP（ Internet服务提供者）。ISP位于Internet边缘，用户通过某种通信线路连接到ISP，借助于ISP与Internet的连接便可以接入Internet。当前由于有线电视网尚未建成全国性的SDH光纤环网，还不具备ISP的能力，在此之前有线电视网接入Internet，从通信角度讲有线电视宽带综合网只是从电信网上获取和发送信息，是全国通信网的接入网。由于有线电视网拥有丰富的带宽资源，利用现有的CATV网络资源，将用户通过高带宽、高质量的接入方式接入到高速、大容量的骨干网上，在技术上是可行的，随着新技术的发展，有线电视用户端接入方案越来越取趋于实际，一旦条件成熟，基于有线电视网的Internet服务将势不可当。
二、有线电视宽带信息接入网架构方案的比较与选择

　　传统的有线电视网传输的电视信号是广播式的，而数据传输强调的是双向交互，用户在接收信息的同时，还需要回传个人信息，这样，原有的有线电视网就必须进行相应的改造。如何对有线电视网进行改造，以建立基于CATV（有线电视网）的Internet数据传输系统是大家所关心的问题。问题的焦点是对有线电视网络改造方式的选择。

　　清华永新、深圳华为等企业认为，目前，我国普通老百姓承受的价位较低，回传频带的漏斗噪音问题还没有解决，因此，应选择单向改造方式。清华永新等宽带多媒体数字数据广播系统是基于网络传输的不对称性，该系统是以CATV网作为核心，电话网作为补充，无须对有线电视网进行大的改造，只需在有线电视台前端安装播放装置，用户通过个人计算机安装永新信息接收卡接收数据广播资源，并且安装Modem利用公用电话网进行电话回传。即保持原有HFC网不变，只在用户端计算机上增加一个信息接收卡或电视机上增加一个机顶盒（STB）即可，用户采用原有的HFC网做数据下传，采用传统的拨号上网方式进行数据上传，其特点是改造简单、投资少。

　　不同意见的公司却认为，虽然双向改造的投资较大，但改造要有发展的眼光，双向HFC才是符合市场发展方向的选择，有线电视数据业务，高带宽是最大的特色，如果放弃双向改造，那么有线电视网的优势就无从谈起。但利用已有的HFC网进行双向改造，同轴电缆网升级为双向网费用确实太高，实际技术支持偏弱，短期内全面启动HFC双向接入因特网还有困难。双向网的改造是一项投资巨大，旷日持久的工程。

　　IP over  Optical宽带IP城域网、光缆到小区或大楼（FTTC、FTTB）以太网接入系统正在兴起。我国城市用户密度较大，两个相邻光节点距离只有几百米，可以称之为FTTC，这个网络稍加扩展，将光缆送到办公大楼、学校、单位大院就实现了FTTB。在这些光节点设置路由交换机，使之成为宽带IP接入网的接入汇接点POP（point of presence）,POP通过光纤连接居民楼、学校、单位等（距离在几百米之内）。在居民楼内设置以太网交换机和交换集线器，通过5类或超5类线连接用户端。这种宽带接入网在光节点上和HFC网的光缆是同缆不同芯，分中心高速汇接点和光节点汇接点可以共用有线电视HFC网的机房设施。该方案可利用有线电视网络预留光纤来架构，方案切实可行。

三、利用有线电视网预留光纤构建IP宽带接入网实现Internet数据传输

　　IP网不是基础网，它只能架构在各种基础网之上，它在网络发展过程中经历一个从IP over Everything到 Everything over IP的过程，开始是在各种基础网络上运行IP业务，现在是以IP业务为主对网络优化设计，在光缆网上直接构架宽带IP网。目前我国一些城市HFC网光缆布设已有一定规模，一个城市有数百个乃至数千个光节点。同轴电缆网目前一时无法全面启动HFC双向因特网接入业务，由于HFC网的光缆部分是双向的，从拓扑结构看，有线电视HFC网的光缆部分最能满足城市宽带IP骨干网的要求，因而可利用有线电视预留光纤架构独立于有线电视HFC网的宽带IP网。

　　它的基本结构是在总站和各分中心之间用环型光缆连接，各分中心用星型光缆网连接各个光节点，各个分中心可以成为宽带汇接点GpoP(gigbit pop),连接各个分中心的环形光缆网，用IP over DWDM架构多路吉位以太网，一个分中心GPOP通过光纤可以连接上百个光节点。由于每个光节点小区方圆仅数百米，可以用光纤接入企事业单位用户，提供局域网连接、专线租用、宽带因特网接入等多种宽带数据业务服务。

　　这种接入系统从光节点到用户接入网的施工量和成本较将单向HFC网改造成双向用电缆调制解调器架构宽带IP网成本要低得多。维护管理也更方便。该接入系统在用户端只需一块以太网卡或快速以太网卡，在分中心，该接入系统只需路由交换机，在光节点处，该接入系统设置一台路由交换机通过居民楼的交换机连接终端用户。在光节点GPOP处可以通过SNMP管理覆盖区内所有的交换机设置VLAN，进行QoS控制等，每一个用户独享10Mb/100Mb/s通道。

　　在我国实现FTTC10/100/1000Mb/s以太网到用户网络布设条件已经成熟。根据有线电视网络的实际情况与需求，系统可采用网型网络拓扑结构，即在城市的一级主干网络上采用环形网络拓扑结构，在支干网络上采用大星形+小环形拓扑结构，通过主干网络上的HUB主节点工作站，经二级干线网呈全星型拓扑分配到光节点。

　　IP网络的传输方案在实际应用中可采用三种技术即：IP over ATM 、IP over SDH 及IP over Optical。

　　IP over ATM的优点是充分利用了ATM的快速交换和完善的QOS功能，缺点是由于增加ATM技术，大大增加了网络设备费用。

　　IP over SDH将IP网技术介入到SDH传送平台，可以与各种不同的技术标准相兼容，实现网络互联及多媒体业务互通，该传输方案效率比ATM的高，价格相对ATM便宜。IP over SDH是城市与城市，国与国之间干线数据传输中最有效的技术，在城域主干网中，该技术相对而言投入较高，采用IP over Optical。技术会更实用。

　　IP over Optical 是在IP over SONET/SDH基础上发展起来的，在城市内部城域主干数据网中应用的一种IP传输技术，优势是减少网络各层之间的中间冗余部分，减少SDH/SONET、ATM、IP等各层之间的功能重叠，减少设备操作、维护和管理费用。从发展的角度看，IP over Optical将是Internet主干网技术的发展方向之一。若主干网两端点距离在10KM之内，则可抛开SDH设备，直接选用IP over Optical方案，可大大节省投资，IP优化光纤网络将成为宽带IP骨干网的主流。

　　利用有线电视网预留光纤实现CATV+计算机网构成接入网的方案具有现实意义。在此方案中，原来的CATV网仍作为广播网向用户提供TV信息，计算机网则单独构成，即应用光缆中富裕的2根光纤构成数据链路。在CATV的前端设置千兆位路由交换机（其出口可直接和Internet网实现互联），应用光纤数据传输系统，用2根光纤连接到服务区，在服务区，通过光收发设备及路由器，经过计算机网用5类线连接到用户计算机的网卡上。在这种接入网结构中，CATV入户线和计算机网入户线是分开的，两个网相互独立，仅在前端有连接。对用户来说，只需要计算机附加一个网卡，目前不仅网卡便宜，连接用户的网络线也很便宜。计算机网的传输速率可以很高。

　　发展宽带网络通信一直是人们的目的和理想，也是宽带综合业务网发展的一个方向。作为其技术代表的ATM技术从其产生时起，就被认为应担负起多业务（电话、电视、数据、专线）融合的使命，但由于其技术复杂，价格昂贵，因而其发展受到了限制。而如今流行的IP技术具有简单、灵活、应用广泛以及价格低廉等特性，使得IP不但在Internet、局域网等方面得到广泛运用，而且也被人们认为是宽带网络技术的一种选择。利用有线电视网预留光纤构建IP宽带接入网实现Internet数据传输，将给有线电视网络带来极大的发展机遇。

摘自《天极网》