ケーブルモデムのしくみ

何百万人もの人々にとって、テレビはニュース、娯楽、教育番組を家に持ち込みます。ケーブルテレビはより鮮明な画像とより多くのチャンネルを提供するため、多くの人がケーブルテレビ（CATV）からテレビ信号を受信します。（詳細については、ケーブルテレビのしくみを参照してください。）

ケーブルテレビを持っている多くの人々は今彼らのケーブルプロバイダーからインターネットへの高速接続を得ることができます。ケーブルモデムは、非対称デジタル加入者線（ADSL）などのテクノロジーと競合します。DSLモデムとケーブルモデムの違いが何か疑問に思ったことがある場合、またはコンピュータネットワークが数十のテレビチャンネルとケーブルを共有する方法について疑問に思ったことがある場合は、読み進めてください。この記事では、ケーブルモデムがどのように機能するかを見て、100本のケーブルテレビチャンネルとそこにあるWebサイトが1本の同軸ケーブルを介して家に流れ込む方法を見ていきます。

1. 余分なスペース
2. ストリーム
3. ケーブルモデムの内部
4. ケーブルモデムの内部：チューナー
5. ケーブルモデムの内部：復調器
6. ケーブルモデムの内部：変調器
7. ケーブルモデムの内部：MAC
8. マイクロプロセッサ
9. ケーブルモデム終端システム
10. ケーブルモデムの長所と短所

テレビチャンネルは、ケーブル上でかなりの電気的「スペース」または帯域幅を占めると思うかもしれません。実際には、各テレビ信号には、ケーブル上で6メガヘルツ（MHz、毎秒数百万サイクル）のチャネルが与えられます。同軸ケーブルあなたはもっと見てしたいことができるすべてのチャンネル-ケーブルテレビを運ぶために使用さは、信号の数百メガヘルツを運ぶことができます。 （詳細については、テレビのしくみを参照してください。）

ケーブルTVシステムでは、さまざまなチャネルからの信号に、ケーブルの使用可能な帯域幅の6 MHzスライスがそれぞれ与えられ、ケーブルを介して家に送信されます。一部のシステムでは、同軸ケーブルが信号の配信に使用される唯一の媒体です。他のシステムでは、光ファイバーケーブルはケーブル会社からさまざまな地域や地域に送られます。次に、ファイバが終端され、信号は同軸ケーブルに移動して個々の家に配信されます。

ケーブル会社がケーブルを介してインターネットアクセスを提供する場合、ケーブルモデムシステムはダウンストリームデータ（インターネットから個々のコンピューターに送信されるデータ）を6 MHzチャネルに配置するため、インターネット情報は同じケーブルを使用できます。ケーブル上では、データはTVチャンネルのように見えます。したがって、インターネットのダウンストリームデータは、プログラミングの単一チャネルと同じ量のケーブルスペースを占有します。上流のデータ（個人からインターネットに返送される情報）は、ほとんどの人がアップロードするよりもはるかに多くの情報をダウンロードすることを前提としているため、ケーブルの帯域幅はさらに少なく、わずか2MHzで済みます。

：ケーブルテレビシステムに上流および下流の両方のデータを置くこと装置の二種類が必要ケーブルモデム顧客端におよびケーブルモデム終端システムケーブルプロバイダの終わりに（CMTS）を。これら2種類の機器の間で、すべてのコンピュータネットワーキング、セキュリティ、およびケーブルテレビを介したインターネットアクセスの管理が実施されます。

ケーブルモデムは、コンピュータの内部または外部のいずれかにすることができます。場合によっては、ケーブルモデムをセットトップケーブルボックスの一部にすることができ、インターネットアクセス用にキーボードとマウスのみを追加する必要があります。実際、ケーブルシステムがデジタルケーブルにアップグレードされた場合、CATV接続を介してインターネットにアクセスできるかどうかに関係なく、ケーブル会社が提供する新しいセットトップボックスでインターネットに接続できます。外観に関係なく、すべてのケーブルモデムには特定の主要コンポーネントが含まれています。

チューナーはケーブルコンセントに接続し、インターネットデータチャネルを通常のCATVプログラミングから分離するスプリッターを追加することもあります。インターネットデータは他の方法では使用されていないケーブルチャネルを介して送られるため、チューナーは変調されたデジタル信号を受信して​​復調器に渡します。

場合によっては、チューナーにダイプレクサーが含まれます。これにより、チューナーはダウンストリームトラフィックに1セットの周波数（通常は42〜850 MHz）を使用し、アップストリームトラフィックには別のセットの周波数（5〜42 MHz）を使用できます。データ。他のシステム、ほとんどの場合、チャネルの容量が制限されているシステムでは、ダウンストリームデータにケーブルモデムチューナーを使用し、アップストリームトラフィックにダイヤルアップ電話モデムを使用します。いずれの場合も、チューナーが信号を受信した後、それは復調器に渡されます。

最も一般的な復調器には4つの機能があります。直交振幅変調（QAM）復調器は、波の振幅と位相の両方を変化させることにより、情報がエンコードされた無線周波数信号を受け取り、それをアナログからデジタルで処理できる単純な信号に変換します。 （A / D）コンバーター。A / Dコンバータは、電圧が変化する信号を受け取り、それを一連のデジタル1と0に変換します。次に、エラー訂正モジュールは、受信した情報を既知の標準と照合して、送信の問題を見つけて修正できるようにします。ほとんどの場合、ネットワークフレームまたはデータのグループはMPEG形式であるため、MPEGシンクロナイザーを使用して、データグループが一列に並んでいることを確認します。

アップストリームトラフィックにケーブルシステムを使用するケーブルモデムでは、変調器を使用して、デジタルコンピュータネットワークデータを送信用の無線周波数信号に変換します。このコンポーネントは、ユーザーとインターネット間のほとんどのトラフィックが不規則であるため、バースト変調器と呼ばれることもあり、次の3つの部分で構成されます。

MACは、ケーブルモデムのアップストリーム部分とダウンストリーム部分の間に位置し、さまざまなネットワークプロトコルのハードウェア部分とソフトウェア部分の間のインターフェイスとして機能します。すべてのコンピュータネットワークデバイスにはMACがありますが、ケーブルモデムの場合、タスクは通常のネットワークインターフェイスカードのタスクよりも複雑です。このため、ほとんどの場合、MAC機能の一部は中央処理装置（CPU）（ケーブルモデムのCPUまたはユーザーのシステムのCPU）に割り当てられます。

マイクロプロセッサの仕事は、ケーブルモデムがより大きなコンピュータシステムの一部として設計されているか、追加のコンピュータサポートなしでインターネットアクセスを提供するように設計されているかによって多少異なります。接続されたコンピューターが必要な状況でも、内部マイクロプロセッサーは専用のMACモジュールからMAC機能の多くを取得します。ケーブルモデムがインターネットアクセスに必要な唯一のユニットであるシステムでは、マイクロプロセッサはMACスラックなどを検出します。いずれの場合も、モトローラのPowerPCプロセッサは、システム設計者にとって一般的な選択肢の1つです。

ケーブルプロバイダーのヘッドエンドで、CMTSはDSLシステムのDSLAMによって提供されるのと同じ機能の多くを提供します。 CMTSは、単一チャネルで顧客のグループから着信するトラフィックを受け取り、インターネットに接続するためにインターネットサービスプロバイダー（ISP）にルーティングします。ヘッドエンドでは、ケーブルプロバイダーは、アカウンティングとロギング用のサーバー、すべてのケーブルシステムのユーザーのIPアドレスを割り当てて管理するための動的ホスト構成プロトコル（DHCP）を所有するか、サードパーティISPが所有するスペースをリースします。 、およびCableLabs Certified CableModemsと呼ばれるプロトコルの制御サーバー-以前はDataOver Cable Service Interface Specification （DOCSIS）、ユーザーにインターネットアクセスを提供する際に米国のケーブルシステムで使用される主要な規格。

ダウンストリーム情報は、イーサネットネットワークの場合と同様に、接続されているすべてのユーザーに流れます。特定のデータブロックが対象かどうかを判断するのは、個々のネットワーク接続次第です。アップストリーム側では、情報がユーザーからCMTSに送信されます。他のユーザーにはそのデータはまったく表示されません。より狭いアップストリーム帯域幅は、ミリ秒単位で測定される時間のスライスに分割され、ユーザーは一度に1つの「バースト」をインターネットに送信できます。時間による分割は、インターネットに戻るほとんどのユーザーのトラフィックの大部分を形成する非常に短いコマンド、クエリ、およびアドレスに対して適切に機能します。

CMTSを使用すると、1,000人ものユーザーが単一の6MHzチャネルを介してインターネットに接続できるようになります。1つのチャネルで30〜40メガビット/秒（Mbps）の総スループットが可能であるため、これは、標準のダイヤルアップモデムで利用できるよりもはるかに優れたパフォーマンスがユーザーに表示される可能性があることを意味します。ただし、単一チャネルの側面は、一部のユーザーがケーブルモデムで経験する問題の1つにつながる可能性もあります。

特定のケーブルチャネルを介してインターネットに接続した最初のユーザーの1人である場合は、チャネルのほぼすべての帯域幅を使用できる可能性があります。新規ユーザー、特にアクセスの多いユーザーがチャネルに接続しているため、その帯域幅を共有する必要があり、その結果、パフォーマンスが低下する可能性があります。多くの接続ユーザーが頻繁に使用する場合、パフォーマンスが理論上の最大値をはるかに下回る可能性があります。幸いなことに、この特定のパフォーマンスの問題は、ケーブル会社が新しいチャネルを追加し、ユーザーの基盤を分割することで解決できます。

インターネットアクセス用のケーブルモデムのもう1つの利点は、ADSLとは異なり、そのパフォーマンスが中央ケーブルオフィスからの距離に依存しないことです。デジタルCATVシステムは、特定の品質のデジタル信号を顧客の家庭に提供するように設計されています。アップストリーム側では、ケーブルモデムのバースト変調器は、ヘッドエンドからの距離でプログラムされ、正確な伝送のための適切な信号強度を提供します。

ケーブルモデムと関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。

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