케이블 모뎀

섬네일|홈 오피스에 설치된 케이블 모뎀의 예시.
케이블 모뎀(cable modem)은 케이블망을 통해 인터넷에 고속으로 접속할 수 있게 해주는 장치이다. 케이블망을 통해 초고속 인터넷을 사용할 수 있게 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸어주는 장치이다. 케이블망도 전화망과 같은 아날로그망이기 때문에 모뎀이라는 명칭을 사용한다. 전화망은 구리선이고, 케이블망은 동축 케이블(coaxial cable)과 광케이블(optical cable)로 이루어져 있으므로 케이블망의 대역폭이 훨씬 넓다. 케이블망도 데이터를 전송할 때 디지털을 아날로그로 변환하고 다시 디지털로 변환하는 변복조기술이 필요하다. 이를 지원하기 위해 개발된 것이 케이블 모뎀이다.

케이블 모뎀은 주로 HFC 및 RFoG 네트워크의 높은 대역폭을 활용하여 케이블 인터넷 형태의 광대역 인터넷 접속을 제공하는 데 사용된다. 주로 아메리카, 아시아, 오스트레일리아, 유럽에 배치된다.

역사
MITRE Cablenet
인터넷 실험 노트(IEN) 96(1979)은 초기 RF 케이블 모뎀 시스템에 대해 기술하고 있다. IEN 96의 2페이지와 3페이지에서 발췌:
케이블 버스 시스템

MITRE/워싱턴 케이블넷 시스템은 MITRE/베드포드에서 개발된 기술을 기반으로 한다. 유사한 케이블 버스 시스템이 월터 리드 육군 병원 및 미국 항공 우주국 존슨 우주 센터와 같은 여러 정부 기관에서 운영되고 있지만, 이들은 모두 독립형 로컬 전용 네트워크이다.

이 시스템은 표준 케이블 텔레비전(CATV) 동축 케이블과 마이크로프로세서 기반의 버스 인터페이스 장치(BIU)를 사용하여 가입자 컴퓨터와 단말기를 케이블에 연결한다. ... 케이블 버스는 두 개의 평행한 동축 케이블로 구성되며, 하나는 인바운드이고 다른 하나는 아웃바운드이다. 인바운드 케이블과 아웃바운드 케이블은 한쪽 끝인 헤드엔드에서 연결되고 다른 쪽 끝에서 전기 종단된다. 이 아키텍처는 잘 개발된 단방향 CATV 부품을 활용한다. 네트워크 토폴로지는 수지상이다(즉, 나무처럼 가지를 친다).
...
BIU는 반송파를 변조하여 24 MHz 주파수 범위에서 사용 가능한 대역폭의 1 MHz를 사용하여 디지털 정보를 전송하는 무선 주파수 (RF) 모뎀을 포함한다. 나머지 294 MHz 대역폭은 공중파 TV, FM, 폐쇄회로 TV, 또는 음성 전화 시스템과 같은 다른 통신 채널 또는 다른 디지털 채널을 전송하는 데 사용될 수 있다. 테스트베드 시스템의 비트레이트는 307.2 kbps이다.

IEEE 802.3b (10BROAD36)
IEEE 802 위원회는 802.3b-1985에서 CATV 동축 네트워크 케이블링을 통해 최대 까지 실행되는 IEEE 802.3/이더넷 광대역 시스템으로 10BROAD36을 정의했다. 원래 IEEE 802.3 사양에서 사용된 광대역이라는 단어는 디지털 기저 대역 방형파 변조(선 부호화라고도 함)와는 대조적으로 주파수 분할 다중화(FDM) 채널 대역에서 동작하는 것을 의미했다. 이는 0 Hz 근처에서 시작하여 이론적으로 무한 주파수 대역폭을 소비한다. (실제 시스템에서는 고차 신호 성분이 배경 노이즈와 구별할 수 없게 된다.) 시장에서는 10BROAD36 장비가 10BASE5(1983), 10BASE2(1985), 10BASE-T(1990) 등 기저 대역 표준에 비해 많은 공급업체에서 개발되거나 많은 사용자 네트워크에 배포되지 않았다.

IEEE 802.7
IEEE 802 위원회는 1989년에 802.7-1989를 통해 광대역 CATV 디지털 네트워킹 표준을 명시했다. 그러나 10BROAD36과 마찬가지로 802.7-1989는 상업적으로 거의 성공하지 못했다.

하이브리드 네트워크
하이브리드 네트워크는 1990년에 최초의 고속 비대칭 케이블 모뎀 시스템을 개발, 시연 및 특허를 획득했다. 하이브리드 네트워크의 주요 통찰력은 인터넷 초창기에 데이터 다운로드가 데이터 트래픽의 대부분을 구성하며, 이는 고도로 비대칭적인 데이터 네트워크(즉, 대용량 다운스트림 데이터 파이프와 다수의 소규모 업스트림 데이터 파이프)로 충분히 서비스될 수 있다는 것이었다. 이를 통해 CATV 운영자는 비싼 시스템 업그레이드를 먼저 요구하지 않고도 고속 데이터 서비스를 즉시 제공할 수 있었다. 또한 상류 및 하류 통신이 동일하거나 다른 통신 매체에서 각 방향으로 다른 프로토콜을 사용하여 폐쇄 루프 통신 시스템을 구축할 수 있다는 점도 중요했다. 각 방향에서 사용되는 속도와 프로토콜은 매우 다를 것이다. 초기 시스템은 양방향 케이블 시스템이 거의 없었기 때문에 공중 교환 전화망(PSTN)을 리턴 경로로 사용했다. 후기 시스템은 다운스트림 경로뿐만 아니라 업스트림 경로에도 CATV를 사용했다. 하이브리드의 시스템 아키텍처는 오늘날 대부분의 케이블 모뎀 시스템에 사용된다.

LANcity
LANcity는 케이블 모뎀 분야의 초기 개척자였으며, 미국에 널리 배포된 독점 시스템을 개발했다. 이란계 미국인 엔지니어 루즈베 야시니(Rouzbeh Yassini)가 이끄는 LANcity는 베이 네트웍스에 인수되었다. 베이 네트웍스는 이후 노텔에 인수되었다. 노텔은 당시 안텍과 ARRIS 인터랙티브라는 합작 투자를 설립했다. 이 합작 투자와 관련된 안텍과의 계약 때문에 노텔은 LANcity 그룹을 ARRIS 인터랙티브 합작 투자로 분리했다. ARRIS는 DOCSIS 표준을 준수하는 케이블 모뎀 및 케이블 모뎀 종단 시스템(CMTS) 장비를 계속 생산한다.

제니스 홈워크스
제니스는 1993년에 자체 프로토콜을 사용하는 케이블 모뎀 기술을 선보였으며, 이는 최초의 케이블 모뎀 공급업체 중 하나였다. 제니스 케이블 모뎀 기술은 콕스 커뮤니케이션즈 샌디에이고, 미국 남동부의 Knology, 아메리테크의 아메리캐스트 서비스(이후 SBC/아메리테크 합병 후 와이드 오픈 웨스트에 매각), 온타리오 해밀턴의 코제코, 발도르의 케이블비전 뒤 노르 드 퀘벡을 포함하여 미국 및 기타 국가의 여러 케이블 텔레비전 시스템에서 사용되었다. 제니스 홈워크스는 BPSK (Bi-Phase Shift Keyed) 변조를 사용하여 600 kHz에서 500 Kbit/sec, 또는 6 MHz에서 sec를 달성했다.

Com21

Com21은 케이블 모뎀 분야의 또 다른 초기 개척자였으며, 독점 시스템이 DOCSIS 표준화로 인해 구식이 되기 전까지는 매우 성공적이었다. Com21 시스템은 CATV 네트워크 헤드엔드에 중앙 브리지 역할을 하는 ComController, 다양한 모델의 ComPort 케이블 모뎀, 그리고 HP 오픈뷰를 플랫폼으로 사용하는 NMAPS 관리 시스템을 사용했다. 나중에는 여러 지역의 리턴 경로 신호를 결합할 때 발생하는 노이즈 문제를 해결하기 위해 리턴 경로 멀티플렉서도 도입했다. 독점 프로토콜은 비동기 전송 방식(ATM)을 기반으로 했다. 중앙 ComController 스위치는 하나의 다운스트림 채널(송신기)과 하나의 관리 모듈을 제공하는 모듈형 시스템이었다. 나머지 슬롯은 업스트림 수신기(카드당 2개), 듀얼 이더넷 10BaseT, 그리고 나중에는 고속 이더넷 및 ATM 인터페이스에 사용될 수 있었다. ATM 인터페이스는 증가하는 대역폭 요구 사항을 지원하고 가상 랜을 지원하여 가장 인기가 많았다.
Com21은 DOCSIS 모뎀을 개발했지만, 이 회사는 2003년에 파산 신청을 하고 폐업했다. COM21의 DOCSIS CMTS 자산은 ARRIS에 인수되었다.

CDLP
CDLP는 모토로라가 제조한 독점 시스템이다. CDLP 고객 구내 장비(CPE)는 PSTN(전화망) 및 무선 주파수(케이블) 리턴 경로를 모두 지원했다. PSTN 기반 서비스는 '단방향 케이블'로 간주되었으며 위성 인터넷 서비스와 동일한 단점을 많이 가지고 있었다. 그 결과, '양방향 케이블'로 빠르게 대체되었다. 리턴 경로에 RF 케이블 네트워크를 사용하는 케이블 모뎀은 '양방향 케이블'로 간주되었으며, 양방향 디지털 가입자 회선(DSL) 서비스와 더 잘 경쟁할 수 있었다. 이 표준은 새로운 공급업체가 사용하고 기존 공급업체가 DOCSIS 표준으로 변경함에 따라 현재 거의 사용되지 않는다. 모토로라 CDLP 독점 사이버서퍼는 CDLP 표준에 따라 제작된 장치의 한 예로, 최대 다운스트림 와 업스트림 를 지원한다. CDLP는 여러 케이블 모뎀을 사용하여 도달할 수 있는 최대 다운스트림 대역폭 를 지원했다.

오스트레일리아의 ISP BigPond는 1996년 케이블 모뎀 테스트를 시작할 때 이 시스템을 사용했다. 몇 년 동안 케이블 인터넷 접속은 CDLP를 통해 시드니, 멜버른, 브리즈번에서만 가능했다. 이 네트워크는 몇 년 동안 새로운 DOCSIS 시스템과 병행하여 운영되었다. 2004년, CDLP 네트워크는 종료되고 DOCSIS로 대체되었다.

CDLP는 프랑스 케이블 사업자 Numericable에서도 DOCSIS를 사용하여 IP 광대역 네트워크를 업그레이드하기 전에 출시되었다.

DVB/DAVIC
디지털 비디오 방송(DVB)과 Digital Audio Visual Council (DAVIC)은 일부 케이블 모뎀 표준을 개발한 유럽 기반 조직이다. 그러나 이러한 표준은 DOCSIS만큼 널리 채택되지 못했다.

IEEE 802.14
1990년대 중반, IEEE 802 위원회는 케이블 모뎀 시스템 표준을 개발하기 위해 소위원회(802.14)를 구성했다. IEEE 802.14는 ATM 기반 초안 표준을 개발했다. 그러나 북미 다중 시스템 운영자(MSOs)가 당시 막 시작된 DOCSIS 1.0 사양(일반적으로 최선형 서비스를 사용하고 IP 기반이었음, 미래의 QoS를 위해 ATM을 지원하는 코드 포인트 포함)을 대신 지지하면서 802.14 실무단은 해체되었다. MSOs는 표준 개발 위원회의 느리고 반복적이며 신중한 과정을 기다리는 대신 광대역 인터넷 접속 고객을 위해 서비스를 신속하게 배포하는 데 관심이 있었다. 앨버트 A. 아잠(Albert A. Azzam)은 IEEE 802.14 실무단의 비서였으며, 그의 저서인 High-Speed Cable Modems는 802.14에 제출된 많은 제안들을 설명하고 있다.

IETF
국제 인터넷 표준화 기구(IETF)는 일반적으로 완전한 케이블 모뎀 표준을 생성하지는 않지만, IETF는 케이블 모뎀 기술과 관련된 다양한 표준(802.14, DOCSIS, PacketCable 등)을 생산하는 작업 그룹을 구성했다. 특히, 케이블 데이터 네트워크를 통한 IP(IPCDN) 및 DVB를 통한 IP(IPDVB)에 대한 IETF WG는 케이블 모뎀 시스템에 적용 가능한 일부 표준을 생산했으며, 주로 케이블 모뎀 및 CATV 네트워크에서 작동하는 기타 네트워킹 장비용 간이 망 관리 프로토콜(SNMP) 관리 정보 기반(MIB) 분야에서 활동했다.

DOCSIS

1990년대 후반, "MCNS"라고 알려진 미국 케이블 운영자 컨소시엄이 개방형 및 상호 운용 가능한 케이블 모뎀 사양을 신속하게 개발하기 위해 결성되었다. 이 그룹은 당시 지배적인 두 가지 독점 시스템의 기술을 본질적으로 결합하여 모토로라 CDLP 시스템의 물리 계층과 LANcity 시스템의 MAC 계층을 가져왔다. 초기 사양이 초안된 후, MCNS 컨소시엄은 사양 유지 관리, 다양한 표준화 기관(특히 SCTE 및 ITU)에 홍보, 케이블 모뎀 장비에 대한 인증 테스트 프로그램 개발, 그리고 이후 원래 사양에 대한 여러 확장을 초안한 케이블랩스에 통제권을 넘겨주었다.

배포된 DOCSIS RFI 1.0 장비는 일반적으로 최선형 서비스만 지원했지만, DOCSIS RFI 1.0 Interim-01 문서는 IntServ, RSVP, RTP 및 동기 전송 모드(STM) 텔레포니(ATM과 반대)를 사용하는 서비스 품질(QoS) 확장 및 메커니즘에 대해 논의했다. DOCSIS RFI 1.1은 이후 DOCSIS에 더욱 강력하고 표준화된 QoS 메커니즘을 추가했다. DOCSIS 2.0은 S-CDMA PHY 지원을 추가했으며, DOCSIS 3.0은 IPv6 지원 및 채널 본딩을 추가하여 단일 케이블 모뎀이 여러 업스트림 채널과 여러 다운스트림 채널을 병렬로 동시에 사용할 수 있도록 했다.

오늘날 현장에서 작동하는 거의 모든 케이블 모뎀은 DOCSIS 버전 중 하나를 준수한다. 유럽의 PAL과 미국의 NTSC 시스템의 차이 때문에 DOCSIS와 EuroDOCSIS의 두 가지 주요 버전이 존재한다. 주요 차이점은 RF 채널의 너비에 있다: 미국은 6 MHz, 유럽은 8 MHz이다. DOCSIS의 세 번째 변형은 일본에서 개발되었으며 해당 국가에서 제한적으로 배포되었다.

상호 운용성이 "DOCSIS 프로젝트의 핵심"이었지만, 대부분의 케이블 운영자는 네트워크에서 브랜드, 모델, 때로는 펌웨어 버전으로 '허용된' 모뎀을 식별하고, 가끔은 지원되는 DOCSIS 버전을 단순히 허용하는 대신 모뎀의 하드웨어 버전을 부과하기도 하는 등 매우 제한적인 케이블 모뎀 목록만 승인한다.

 Multimedia over Coax Alliance 
2004년에 Multimedia over Coax Alliance(MoCA)는 기존 동축 케이블을 사용하여 연결된 가정을 위한 산업 표준을 개발하기 위해 설립되었다. 처음에는 MoCA 1.0/1.1을 사용하여 가정 내 네트워킹을 위해 개발되었지만, MoCA 표준은 2010년에 MoCA 2.0/2.1, 2016년에 MoCA 2.5로 계속 발전했다.

2017년, Multimedia over Coax Alliance는 MoCA 2.5 표준을 기반으로 한 MoCA Access 사양을 도입했으며, 이는 동축 케이블을 사용하는 건물 내 광대역 네트워크 접속에 적합하다. MoCA Access는 MoCA 2.5 가정 내 네트워킹을 확장하여 FTTB/FTTdp(fiber-to-the-basement/drop point)를 설치하고 기존 동축 케이블을 사용하여 각 아파트나 주택에 연결하려는 운영자 및 ISP에 적합하도록 한다.

멀티미디어 터미널 어댑터
인터넷 프로토콜을 통한 음성(VoIP) 전화의 발전으로 아날로그 전화 어댑터(ATA)가 전화 서비스 제공을 위해 많은 케이블 모뎀에 통합되었다. 내장된 ATA는 임베디드 멀티미디어 터미널 어댑터(E-MTA)로 알려져 있다.

많은 케이블 TV 서비스 제공업체는 또한 케이블 인프라(PacketCable)를 통해 VoIP 기반 전화 서비스를 제공한다. 일부 고속 인터넷 고객은 보니지, 매직잭+ 및 NetTALK와 같은 타사 서비스에 가입하여 VoIP 전화 서비스를 사용할 수 있다.

네트워크 아키텍처 기능
네트워크 토폴로지에서 케이블 모뎀은 이더넷 네트워킹을 위한 IEEE 802.1D를 준수하는 네트워크 브리지이다(일부 수정 사항 포함). 케이블 모뎀은 고객 LAN과 동축 네트워크 간에 이더넷 프레임을 브리징한다. 기술적으로는 케이블 네트워크를 통해 데이터를 전송하기 위해 데이터를 변조해야 하고, 케이블 네트워크에서 데이터를 수신하기 위해 데이터를 복조해야 하므로 모뎀이다.

이것은 LAN 인터페이스에 이더넷 PHY를 구현하고, HFC 케이블 인터페이스에 DOCSIS 정의 케이블 특정 PHY를 구현한다. 케이블 모뎀이라는 용어는 이 케이블 특정 PHY를 의미한다. 네트워크 계층은 네트워크 운영자가 장치를 유지 관리하는 데 사용하는 자체 IP 주소를 가지므로 IP 호스트로 구현된다. 전송 계층에서 케이블 모뎀은 자체 IP 주소와 관련된 UDP를 지원하며, 예를 들어 고객 LAN 외부로 넷바이오스 트래픽 전달을 차단하기 위해 TCP 및 UDP 포트 번호를 기반으로 한 필터링을 지원한다. 응용 계층에서 케이블 모뎀은 관리 및 유지 보수에 사용되는 특정 프로토콜, 특히 동적 호스트 구성 프로토콜(DHCP), SNMP 및 TFTP를 지원한다.

일부 케이블 모뎀은 라우터와 DHCP 서버를 통합하여 LAN에 IP 네트워크 주소를 제공할 수 있다. 데이터 전달 및 네트워크 토폴로지 관점에서 이 라우터 기능은 두 가지가 단일 인클로저를 공유하고 단일 장치로 나타나더라도 (적어도 논리적으로는) 케이블 모뎀 기능과 구별되는 경우가 많으며, 때로는 가정용 게이트웨이라고도 불린다. 따라서 케이블 모뎀 기능은 라우터와 마찬가지로 자체 IP 주소와 MAC 주소를 갖는다.

케이블 모뎀 플랩
케이블 모뎀은 업계 용어로 "플랩" 또는 "플래핑"으로 알려진 문제를 가질 수 있다. 모뎀 플랩은 모뎀이 헤드엔드에 대한 연결을 끊고(오프라인으로 전환) 다시 온라인으로 돌아오는 것을 의미한다. 오프라인 시간 또는 플랩 비율은 일반적으로 기록되지 않고 발생 횟수만 기록된다. 이는 흔한 현상이며 일반적으로 눈에 띄지 않지만, 모뎀의 플랩이 극도로 높으면 이러한 연결 끊김으로 인해 서비스가 중단될 수 있다. 플랩으로 인해 사용성 문제가 발생할 경우 일반적인 원인은 결함이 있는 모뎀 또는 서비스 제공업체 네트워크의 매우 높은 트래픽량(업스트림 활용률이 너무 높음)이다. 플랩 유형에는 재삽입, 히트 및 미스, 전력 조정이 포함된다.

알려진 취약점
2020년 1월, 브로드컴 칩셋을 사용하는 케이블 모뎀에 영향을 미치는 취약점이 공개되었으며, Cable Haunt라고 명명되었다. 보안 연구원들은 이 취약점이 수억 대의 장치에 영향을 미친다고 말한다. 취약한 모델에서 기본적으로 열려 있는 네트워크 포트를 통해 접근 가능한 모뎀의 스펙트럼 애널라이저 구성 요소(주로 디버깅 목적으로 사용됨)에서 기본 자격 증명이 사용되기 때문에 악용이 가능하다.

 같이 보기 
 인터넷 접속

 각주 

 외부 링크 
 

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