郭榮峰

關(guān)于C-CM TS對(duì)CableM odem數(shù)量限制的問(wèn)題探討

郭榮峰

（廣州珠江數(shù)碼集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510010）

珠江數(shù)碼在使用C-CMTS過(guò)程中積累了一定經(jīng)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)C-CMTS在建設(shè)運(yùn)維中出現(xiàn)部分Cable Modem不能上線的問(wèn)題，通過(guò)分析C-DOCSIS協(xié)議、互聯(lián)網(wǎng)交換原理，和供應(yīng)商討論設(shè)備配置，最終發(fā)現(xiàn)MAC地址表、ARP表和C-CMTS服務(wù)流三部分共同對(duì)Cable Modem的上線數(shù)量產(chǎn)生限制，尤其是C-CMTS服務(wù)流限制是造成故障的主要原因。最后針對(duì)以上三種限制，提出使用建議和解決辦法。

C-DOCSIS；C-CMTS；Cable Modem；服務(wù)流；MAC；ARP

2013年開(kāi)始，廣州珠江數(shù)碼集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“珠江數(shù)碼”）大力推廣C-CMTS（中國(guó)電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱CMC）技術(shù)[1]。截至2013年底，已經(jīng)成功安裝約1 300臺(tái)CMC，有效緩解網(wǎng)內(nèi)帶寬壓力，大幅度節(jié)約網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。經(jīng)過(guò)大半年的在網(wǎng)使用，CMC整體使用效果理想，用戶端故障率與使用機(jī)框式CMTS相比沒(méi)有明顯變化。然而，在CMC安裝維護(hù)過(guò)程中也遇到一些問(wèn)題，如部分割接完的CMC下面有批量CM不能上線，或割接一段時(shí)間后部分用戶偶然不能上線等。通過(guò)排除各種線路、硬件及服務(wù)器問(wèn)題后，最終發(fā)現(xiàn)由于CMC系統(tǒng)的MAC表、ARP表、服務(wù)流限制引起CM上線數(shù)量限制，當(dāng)上線CM超過(guò)一定數(shù)量時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)CM不能上線或不能上網(wǎng)的現(xiàn)象。本文將針對(duì)上述3種限制進(jìn)行深入分析，以幫助理解限制產(chǎn)生的原因，為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 業(yè)務(wù)及系統(tǒng)介紹

珠江數(shù)碼的互動(dòng)點(diǎn)播業(yè)務(wù)和寬帶業(yè)務(wù)均基于DOCSIS協(xié)議傳輸[2]?；?dòng)電視業(yè)務(wù)基于Mediaroom平臺(tái)，采用“IP+QAM”傳輸[3]，IP負(fù)責(zé)點(diǎn)播，QAM負(fù)責(zé)廣播傳輸。目前，在一臺(tái)CMTS上實(shí)現(xiàn)高清互動(dòng)電視的點(diǎn)播以及寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)的融合。大部分用戶采用不同業(yè)務(wù)不同終端接入，寬帶業(yè)務(wù)一個(gè)CM，互動(dòng)電視業(yè)務(wù)一個(gè)CM，兩種CM都只開(kāi)通一上一下兩條業(yè)務(wù)流，部分新裝用戶采用“寬帶+互動(dòng)+WiFi”一體機(jī)，一體機(jī)開(kāi)通兩上兩下四條業(yè)務(wù)流。

全網(wǎng)共有雙向光機(jī)4 000多臺(tái)，平均每光機(jī)覆蓋有線電視用戶400戶。全網(wǎng)互動(dòng)電視接入率約20%，寬帶接入率約15%，以此計(jì)算每光機(jī)約有互動(dòng)和寬帶業(yè)務(wù)終端140個(gè)（即使同一個(gè)用戶同時(shí)使用互動(dòng)和寬帶業(yè)務(wù)，仍屬于兩個(gè)獨(dú)立的終端）。對(duì)于部分密集小區(qū)和高接入率的光機(jī)，每光機(jī)終端總數(shù)可以達(dá)到300～400或更多。

通常CMC系統(tǒng)分為集中式（圖1）和分布式（圖2）兩種。

圖1 集中式系統(tǒng)

圖2 分布式系統(tǒng)

兩種系統(tǒng)的區(qū)別在于分布式的系統(tǒng)控制和分類(lèi)轉(zhuǎn)發(fā)由和CMC配套的OLT（光線路終端）、交換機(jī)、路由器等三層設(shè)備完成，CMC只負(fù)責(zé)射頻接口部分；集中式由CMC實(shí)現(xiàn)全部三層功能，上聯(lián)可以自由選擇不同的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。網(wǎng)內(nèi)全部采用分布式CMC系統(tǒng)。

2 原理分析

根據(jù)DOCSIS協(xié)議及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換的原理分析，系統(tǒng)主要有3部分對(duì)CM的數(shù)量有影響。分別是MAC表、ARP表以及服務(wù)流。

根據(jù)C-DOCSIS的定義，CMC的架構(gòu)如圖3所示。

圖3 CMC架構(gòu)圖

CMC架構(gòu)包括系統(tǒng)控制模塊、分類(lèi)轉(zhuǎn)發(fā)模塊和射頻接口模塊3部分，控制模塊負(fù)責(zé)分類(lèi)轉(zhuǎn)發(fā)模塊和射頻接口模塊的配置和管理，分類(lèi)轉(zhuǎn)發(fā)模塊負(fù)責(zé)對(duì)下行數(shù)據(jù)流的匹配分類(lèi)并插入標(biāo)記以及對(duì)上行數(shù)據(jù)流的往城域網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)。

2.1 MAC表限制

下行數(shù)據(jù)流從匯聚網(wǎng)絡(luò)NSI（網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口）口進(jìn)入，需要轉(zhuǎn)換成CDT（C-DOCSIS數(shù)據(jù)格式標(biāo)記）格式才能由CMC系統(tǒng)內(nèi)的射頻模塊傳輸。下行CDT中的CM in?dex需要以NSI輸入報(bào)文的目的MAC地址表項(xiàng)為索引到MAC地址表中查詢，因此OLT支持的CM的數(shù)量由MAC地址表的最大存儲(chǔ)數(shù)量決定。一般OLT的MAC表存儲(chǔ)數(shù)量在16 kbyte以上。16 kbyte的MAC存儲(chǔ)數(shù)量分別給CM和CPE使用，如果每CM分配一個(gè)CPE地址，則每臺(tái)OLT支持8 000個(gè)CM（按照靜態(tài)策略計(jì)算）。

2.2 ARP表限制

對(duì)于分布式系統(tǒng)，ARP映射在OLT、交換機(jī)、路由器等完成，對(duì)于集成式系統(tǒng)，ARP映射由CMC完成。目前使用OLT為頭端的分布式系統(tǒng)，ARP表地址數(shù)量是8 kbyte。DOCSIS協(xié)議中定義4種終端類(lèi)型，分別是CM，HOST，STB，MTA，每種終端在使用上需要獲取一組IP地址，分別映射成一組ARP表。目前在用的終端有CM，HOST，STB。而一個(gè)CM只對(duì)應(yīng)HOST或STB的一種。因此，OLT最大支持4 000個(gè)業(yè)務(wù)終端同時(shí)使用。

2.3 服務(wù)流限制

服務(wù)流提供MAC層的傳輸服務(wù)，系統(tǒng)根據(jù)服務(wù)流定義的CoS（業(yè)務(wù)分類(lèi)）參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)整形、監(jiān)管和劃分優(yōu)先級(jí)，在系統(tǒng)控制模塊通過(guò)射頻接口模塊和CM之間建立。

CDT是影響服務(wù)流的主要接口，數(shù)據(jù)包所屬的服務(wù)流是由CoS和VID（VLAN標(biāo)識(shí)符）的組合來(lái)標(biāo)識(shí)的，CDT標(biāo)簽如圖4所示。

圖4 CDT標(biāo)簽格式

2.3.1 下行部分

下行數(shù)據(jù)包由匯聚網(wǎng)絡(luò)通過(guò)NSI接口進(jìn)入分類(lèi)轉(zhuǎn)發(fā)模塊，由分類(lèi)轉(zhuǎn)發(fā)模塊根據(jù)報(bào)文中的LLC，IP，TCP/ UDP等相關(guān)字段進(jìn)行分類(lèi)匹配，再在數(shù)據(jù)包頭插入CDT標(biāo)簽標(biāo)記所屬業(yè)務(wù)流。如圖5所示。

圖5 下行數(shù)據(jù)包流程圖

射頻接口根據(jù)CDT標(biāo)簽識(shí)別數(shù)據(jù)包所屬服務(wù)流，并根據(jù)QoS屬性和配置對(duì)服務(wù)流調(diào)度、排隊(duì)、整形。CoS和VID結(jié)合使用，來(lái)標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)包屬于哪一個(gè)C-DOCSIS業(yè)務(wù)流。對(duì)同一個(gè)CM而言，無(wú)論數(shù)據(jù)流向，控制模塊總是會(huì)選擇同一個(gè)VID值，而不同的CoS則決定了不同的服務(wù)流。每一對(duì)VID和CoS的值都對(duì)應(yīng)一個(gè)指定方向的唯一的服務(wù)流。

2.3.2 上行部分

上行方向，CM在系統(tǒng)控制模塊的控制下按照業(yè)務(wù)流的QoS參數(shù)進(jìn)行流量整形和轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度，射頻接口模塊對(duì)收到的數(shù)據(jù)包都加上CDT標(biāo)簽，途中需要CDT中攜帶著CM的index信息（CM Index）和CM的服務(wù)流信息（Service，CoS）。當(dāng)上行CDT由射頻接口模塊出來(lái)并到達(dá)轉(zhuǎn)發(fā)模塊時(shí)由分類(lèi)轉(zhuǎn)發(fā)模塊根據(jù)CoS及VID對(duì)上行服務(wù)流做VLAN映射，然后由NSI口轉(zhuǎn)發(fā)，如圖6所示。

圖6 上行數(shù)據(jù)包流程圖

2.3.3 限制解析

由于射頻接口模塊的硬件能力限制，本文采用的CMC下行最大支持1 024條服務(wù)流，上行最大支持2 048條服務(wù)流。DOCSIS協(xié)議定義了CM上下行共支持8對(duì)服務(wù)流，設(shè)備出廠默認(rèn)為每個(gè)CM保留4對(duì)服務(wù)流資源，因此系統(tǒng)最多只支持256個(gè)CM在線。目前按照業(yè)務(wù)終端劃分主要有3種終端：互動(dòng)電視、寬帶和互動(dòng)寬帶一體機(jī)。其中一體機(jī)采用路由器方式分配互動(dòng)和寬帶兩類(lèi)IP地址。因此對(duì)于部分業(yè)務(wù)發(fā)展比較好的光機(jī)，晚上高峰期在線CM超過(guò)256個(gè)，超過(guò)的部分不能上線。某些光機(jī)割接完沒(méi)有馬上出現(xiàn)問(wèn)題，當(dāng)業(yè)務(wù)發(fā)展一段時(shí)期也會(huì)出現(xiàn)高峰期超過(guò)256個(gè)CM的情況從而引起故障。

3 解決辦法

對(duì)于分布式系統(tǒng)，MAC表和ARP表限制都產(chǎn)生在OLT，在設(shè)計(jì)匯聚網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要對(duì)OLT覆蓋終端數(shù)總量控制，按照上面計(jì)算，MAC表儲(chǔ)存空間8 000個(gè)，ARP表地址數(shù)4 000個(gè)，因此OLT最大支持4 000個(gè)業(yè)務(wù)終端同時(shí)使用?？偭靠刂圃跇I(yè)務(wù)高峰期4 000個(gè)業(yè)務(wù)終端同時(shí)使用的規(guī)模。

服務(wù)流的限制在CMC，需要在割接前比較準(zhǔn)確估計(jì)用戶數(shù)量，對(duì)于業(yè)務(wù)可能發(fā)展比較快的地方注意多留余量，在超過(guò)限制的光機(jī)安裝兩臺(tái)CMC或者把光機(jī)進(jìn)一步分拆來(lái)分擔(dān)用戶。另外，還要求供應(yīng)商根據(jù)實(shí)際情況，修改CMC默認(rèn)保留資源，為一個(gè)CM只保留2～3對(duì)服務(wù)流資源（假設(shè)不開(kāi)通MTA終端），修改后CMC可以支持374～500個(gè)CM。

4 總結(jié)

由于集團(tuán)光機(jī)所帶用戶數(shù)量較多同時(shí)雙IP業(yè)務(wù)的獨(dú)特性，造成CMC的承載能力不足，因此，實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的具體情況部署CMC，尤其是業(yè)務(wù)高速發(fā)展的區(qū)域更應(yīng)該多留裕量。

[1] 陳立明，任偉，邵建中.CMTS，EPON和EoC的封裝方式比較[J].電視技術(shù)，2011，35（8）：69-71.

[2] GY/T266—2012，NGB，寬帶接入系統(tǒng)C-DOCSIS技術(shù)規(guī)范[S].2012.

[3] 李曉峰，王曦，崔衛(wèi)，等.有線電視視頻點(diǎn)播解決方案分析[J].電視技術(shù)，2007，31（4）：44-46.

Discussion on Access Lim itations of C-CMTS to CableM odem

GUO Rongfeng
（Guangzhou Digital Media Group,Guangzhou 510010,China）

Guangzhou Digital Media Group has accumulated some experience in the course of using CCMTS.Some cablemodems are found with issues that can’t be on line.Through deeply analysis of C-DOCSIS protocol,internet exchange principle and device configurations,the MAC address table,ARP table and C-CMTS service flow are finally found out the cause of the limitations of C-CMTS to CableModem.Especially,the C-CMTS service flow restriction is the main reason of the breakdown problem.At last,recommendations and solutions for the above three restrictions are proposed.

C-DOCSIS；C-CMTS；CableModem；service-flow；MAC；ARP

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2014-04-04

【本文獻(xiàn)信息】郭榮峰.關(guān)于C-CMTS對(duì)CableModem數(shù)量限制的問(wèn)題探討[J].電視技術(shù)，2014，38（20）.