home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Info 1997 December / Internet_Info_CD-ROM_Walnut_Creek_December_1997.iso / drafts / draft_ietf_i / draft-ietf-ipcdn-ipcabledata-spec-00.txt < prev    next >
Text File  |  1996-10-02  |  37KB  |  1,203 lines
  1.  
  2.                                   - 1 -
  3.  
  4.  
  5.  
  6.        INTERNET-DRAFT                    October 1, 1996
  7.  
  8.                     IP Over Cable Data Network Service
  9.  
  10.                   draft-ietf-ipcdn-ipcabledata-spec-00.txt
  11.  
  12.                               October 1, 1996
  13.  
  14.  
  15.                                Masuma Ahmed
  16.                              mxa@terayon.com
  17.                            Terayon Corporation
  18.  
  19.                                Guenter Roeck
  20.                              groeck@cisco.com
  21.                                   Cisco
  22.  
  23.  
  24.  
  25.  
  26.        1.  Status of this Memo
  27.  
  28.        This document is an Internet-Draft. Internet-Drafts are
  29.        working documents of the Internet Engineering Task Force
  30.        (IETF), its areas, and its working groups. Note that other
  31.        groups may also distribute working documents as Internet-
  32.        Drafts.
  33.  
  34.        Internet-Drafts are draft documents valid for a maximum of
  35.        six months and may be updated, replaced, or obsoleted by
  36.        other documents at any time. It is inappropriate to use
  37.        Internet-Drafts as reference material or to cite them other
  38.        than as "work in progress."
  39.  
  40.        To learn the current status of any Internet-Draft, please
  41.        check the "lid-abstracts.txt" listing contained in the
  42.        Internet-Drafts Shadow Directories on ds.internic.net (US
  43.        East Coast), nic.nordu.net (Europe), ftp.isi.edu (US West
  44.        Coast), or munnari.oz.au (Pacific Rim).
  45.  
  46.  
  47.        2.  Abstract
  48.  
  49.        This document describes the application of IP over a cable
  50.        data network service environment configured as a logical IP
  51.        subnetwork (LIS). Specifically, this document describes the
  52.        cable data network interfaces to support IP, IP service
  53.        features, IP address assignment using Dynamic Host
  54.        Configuration Protocol (DHCP), Address Resolution Protocol
  55.        (ARP), and other service-specific issues relating to
  56.        supporting IP over cable data network service. This document
  57.        considers only directly connected IP end-stations and the
  58.        router operating in the conventional LAN based paradigm over
  59.        a cable data network. As background information, this
  60.        document also provides an overview of the cable data network
  61.  
  62.  
  63.  
  64.  
  65.  
  66.  
  67.  
  68.  
  69.  
  70.  
  71.  
  72.                                   - 2 -
  73.  
  74.  
  75.  
  76.        service, the architecture and the related network
  77.        interfaces. This document does not specify an Internet
  78.        Standard of any kind. It is presented for discussion
  79.        purposes only.
  80.  
  81.  
  82.  
  83.        3.  Conventions
  84.  
  85.        The following language conventions are used in the items of
  86.        specifications in this document:
  87.  
  88.            *   MUST, SHALL, or MANDATORY - this item is an absolute
  89.                requirement of the specification.
  90.  
  91.            *   SHOULD or RECOMMEND - this item should generally be
  92.                followed for all but exceptional circumstances.
  93.  
  94.            *   MAY or OPTIONAL - this item is truly optional and may
  95.                be followed or ignored according to the needs of the
  96.                implementor.
  97.  
  98.  
  99.  
  100.  
  101.        4.  Introduction
  102.  
  103.        The goal of this specification is to allow compatible and
  104.        interoperable implementations for transmitting IP packets
  105.        over cable data network service.  This memo defines only the
  106.        operation of IP over cable data network service and is not
  107.        meant to describe the operation of cable data network
  108.        service.  Note that the cable data network service described
  109.        in this document is referred to as high speed cable data
  110.        service (HSCDS) in the Request For Proposals [1] (RFP) issued
  111.        by CableLabs.
  112.  
  113.  
  114.        The cable data network service is a public carrier service.
  115.        Therefore, supporting IP over a public carrier service has
  116.        issues such as security, scalability, fairness, charging
  117.        based on service tiers, traffic management and should be
  118.        dealt with appropriately. This document tries to address
  119.        some of these issues.
  120.  
  121.        In this document, the cable data network is defined as an
  122.        end-to-end network consisting of three overlaid networks; IP
  123.        routed network, a data link layer subnetwork and the
  124.        physical HFC access networks. A functional diagram of the
  125.        end-to-end cable data network is shown in Figure 1. In this
  126.        configuration, IP packet data service is supported using the
  127.  
  128.  
  129.  
  130.  
  131.  
  132.  
  133.  
  134.  
  135.  
  136.  
  137.  
  138.                                   - 3 -
  139.  
  140.  
  141.  
  142.        packet data bearer service capabilities of the data link
  143.        layer cable sub-network which in turn is supported using the
  144.        physical transmission medium and the Medium Access Control
  145.        (MAC) protocol of the physical layer in the Hybrid Fiber
  146.        Coax (HFC) access networks. Note that the data link layer
  147.        subnetwork is a routable network unlike a bridged network
  148.        and may support functions such as Address Resolution
  149.        Protocol (ARP) filtering.
  150.  
  151.  
  152.  
  153.         ________             IP Routed Network
  154.         |Router|--------------------------------------------|PC|
  155.         |______|          Data Link Layer Subnetwork
  156.                 |headend|----------------------------|modem|
  157.                 |equip. |                            |     |
  158.                              HFC Access Network
  159.                          ----------------------------
  160.  
  161.  
  162.  
  163.        Note: The Data link layer subnetwork shown here is
  164.              a routable network and is not a bridged network.
  165.  
  166.  
  167.               Figure 1: End-to-end Cable Data Network
  168.  
  169.  
  170.        The rest of the document details the support of IP, Address
  171.        Resolution Protocol (ARP), and IP address assignment over
  172.        cable data network service.  As background information, a
  173.        brief overview of the cable data network service along with
  174.        the cable data network architecture is provided in
  175.        Appendices A and B.
  176.  
  177.  
  178.  
  179.        5.  Cable Data Network Architecture
  180.  
  181.        As mentioned earlier, a cable data network consists of three
  182.        overlaid networks; IP overlaid network, data link layer
  183.        subnetwork and HFC access network.  This section describes
  184.        the requirements associated with the IP network over the
  185.        cable data network service only.  Specifications of the data
  186.        link layer and the physical layer networks are beyond the
  187.        scope of this document.  As background information, a brief
  188.        description of the physical and data link layer networks is
  189.        provided in Appendix B.
  190.  
  191.  
  192.  
  193.  
  194.  
  195.  
  196.  
  197.  
  198.  
  199.  
  200.  
  201.  
  202.  
  203.  
  204.                                   - 4 -
  205.  
  206.  
  207.  
  208.        5.1  IP Routed Network 
  209.  
  210.        The end-to-end cable data network MUST provide the
  211.        internetworking capabilities by using IP as the network
  212.        layer protocol technology. A router MUST be used to provide
  213.        the layer 3 connectivity between different customer
  214.        equipment and the wide area network.  Therefore, the
  215.        interface provided by the router to the customer equipment
  216.        MUST be a network layer interface and the data transferred
  217.        MUST be a routable protocol which may be routed to the
  218.        backbone network belonging to the same carrier network or to
  219.        the Wide Area Network (WAN). The router MUST provide all
  220.        internetworking between customer equipment (e.g., PCs)
  221.        attached to the cable data modems and between cable modem
  222.        users and the WAN.
  223.  
  224.  
  225.  
  226.        6.  Cable Data Network Interfaces
  227.  
  228.        The network components of the cable data network and the
  229.        related interfaces are shown in Figure 2. We followed the
  230.        conventions as much as possible with a few exceptions used
  231.        in the HSCDS RFP issued by CableLabs to name the network
  232.        elements and the associated interfaces of the cable data
  233.        network.  The network components of the cable data network
  234.        include:
  235.  
  236.  
  237.            *   cable data modem (CDM) and PC/WorkStation at
  238.                the subscriber premise
  239.  
  240.            *   cable data modem termination system (CDMTS) at
  241.                the distribution hub or headend
  242.  
  243.            *   router, Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)
  244.                server and local web servers at the headend
  245.  
  246.  
  247.        In the sections below, the router interfaces to support IP
  248.        over cable data network are described.  Other relevant
  249.        interfaces of the end-to-end cable data network are also
  250.        briefly described.
  251.  
  252.  
  253.  
  254.  
  255.  
  256.  
  257.  
  258.  
  259.  
  260.  
  261.  
  262.  
  263.  
  264.  
  265.  
  266.  
  267.  
  268.  
  269.  
  270.                                   - 5 -
  271.  
  272.  
  273.  
  274.                   Headend or
  275.                   Distribution Hub
  276.                 |------------------------|
  277.                 |________ ---------      |
  278.                 ||Local | |Manage-|      |
  279.                 ||WWW   | |ment   |      |
  280.                 ||Server| |System |      |
  281.                 |---^---- -^----^--      |
  282.                 |   |      |    |        |
  283.                 |   |   |--|----|---|    |
  284.                 |   |  ---I/M1    ---I/M2|
  285.                     |   |           |    |
  286.                 |___v___v_        |-v---|| I/F3  |-------| I/F2  |---|I/F1 ____
  287.            I/F7 ||Router |<---|-->|CDMTS|<---|-->|HFC    |<--|-->|CDM|<-|->|PC|
  288.        To <--|-->|_^_____|   I/F4 |-----||       |Access |       |---|     |__|
  289.        WAN      |  |   |                 |       |Network|                   |
  290.                 |  |   |<----------------|----|----------------------------->|
  291.                 | ---I/F5                |    I/F6
  292.                 |  |                     |
  293.                 ||-v----|                |
  294.                 ||DHCP  |                |
  295.                 ||Server|                |
  296.                 ||______|                |
  297.                 --------------------------
  298.  
  299.           I/F: Network Interface
  300.           I/M: Management Interface
  301.  
  302.  
  303.  
  304.                 Figure 2: Cable Data Network Interfaces
  305.  
  306.  
  307.  
  308.        6.1  IF/1 Interface
  309.  
  310.  
  311.        The I/F1 is the interface between the CDM and the PC at the
  312.        subscriber premise. The I/F1 interface supports native
  313.        Ethernet and IEEE 802.3 Medium Access Control (MAC)
  314.        protocols over 10Base-T physical interface. The I/F1
  315.        interface carries transparently the higher layer protocols
  316.        (e.g., IP) above the data link layer protocol to the PC (or
  317.        workstation). The specification of this interface is beyond
  318.        the scope of this document.
  319.  
  320.  
  321.  
  322.  
  323.  
  324.  
  325.  
  326.  
  327.  
  328.  
  329.  
  330.  
  331.  
  332.  
  333.  
  334.  
  335.  
  336.                                   - 6 -
  337.  
  338.  
  339.  
  340.        6.2  I/F2 Interface
  341.  
  342.  
  343.        The I/F2 is the interface between the CDM and the HFC access
  344.        network. The I/F2 supports an RF digital transmission
  345.        interface between the CDM and the HFC access network and
  346.        performs upstream RF channel signal modulation and
  347.        downstream RF channel signal demodulation functions. In
  348.        addition, I/F2 supports a data link layer interface to the
  349.        HFC network providing network access control and data
  350.        delivery functions.  The specification of this interface is
  351.        beyond the scope of this document.
  352.  
  353.  
  354.        6.3  I/F3 Interface
  355.  
  356.  
  357.        The I/F3 is the interface between CDMTS and the HFC access
  358.        network. The I/F3 interface performs almost the same
  359.        protocol functions as the I/F2 interface with a few
  360.        exceptions. The I/F3 interface at the CDMTS is used to
  361.        control and manage a number of CDMs in the HFC access
  362.        networks. Therefore, one of the primary functions of the
  363.        I/F3 interface is to manage and control the usage of
  364.        upstream and downstream RF channel resources by the
  365.        subscriber modems. Also, at the physical level, the
  366.        following differences exist between the I/F2 and I/F3
  367.        interfaces:
  368.  
  369.  
  370.            -   upstream and downstream channel frequencies
  371.               (e.g., I/F3 upstream and downstream frequencies are
  372.                opposite to those at the I/F2)
  373.  
  374.            -   receive and transmit power levels
  375.  
  376.  
  377.        In addition, it is possible that the I/F3 may aggregate more
  378.        than one fiber nodes and as such the I/F3 interface may have
  379.        different Bit Error Rate (BER) and Signal to Noise Ratio
  380.        (SNR) than the I/F2 interface. The specification of this
  381.        interface is beyond the scope of this document.
  382.  
  383.  
  384.        6.4  I/F4 Interface
  385.  
  386.        The I/F4 is the interface between the CDMTS and the router
  387.        located at the headend or the distribution hub. Separation
  388.        of the router and the CDMTS may be an implementation issue
  389.        and as such the I/F4 interface is vendor implementation
  390.        specific.  Therefore, the specification of I/F4 interface is
  391.  
  392.  
  393.  
  394.  
  395.  
  396.  
  397.  
  398.  
  399.  
  400.  
  401.  
  402.                                   - 7 -
  403.  
  404.  
  405.  
  406.        beyond the scope of this document.
  407.  
  408.  
  409.        6.5  /F5 Interface
  410.  
  411.        The I/F5 is the interface between the router and the IP
  412.        address server which in this case is the Dynamic Host
  413.        Configuration Protocol (DHCP) server. The I/F5 interface is
  414.        a traditional IP routed network from the headend router to
  415.        the DHCP server(s). As the data transmitted across this
  416.        network is native IP, the choice of LAN and WAN media is
  417.        extremely flexible. It is possible that the router or the
  418.        CDMTS itself may contain the DHCP server functions and thus
  419.        the I/F5 interface may support a proprietary interface
  420.        depending on a specific vendor's implementation.  Therefore,
  421.        the specification of I/F5 interface is beyond the scope of
  422.        this document.
  423.  
  424.  
  425.        6.6  I/F6 Interface
  426.  
  427.        The I/F6 is the IP interface between the router located at
  428.        the headend or distribution hub and the PC located at the
  429.        subscriber premise. The I/F6 interface MUST support the IP
  430.        network layer interface between the router located at the
  431.        distribution hub/headend and the PC (or workstation) located
  432.        at the subscriber premise. This interface MUST support
  433.        dynamic assignment of network layer address, i.e., the IP
  434.        address to the PC on PC power up using DHCP [4]. This
  435.        interface is described in detail in Section 8 below.
  436.  
  437.  
  438.        6.7  I/F7 Interface
  439.  
  440.        The I/F7 is the Wide Area Network (WAN) interface between
  441.        the router and the public backbone network. This interface
  442.        supports all of the required standard WAN interfaces
  443.        supported in a public carrier network. Specification of the
  444.        I/F7 interface is beyond the scope of this document.
  445.  
  446.  
  447.  
  448.        7.  IP Service Features
  449.  
  450.        The types of IP service features that may be supported over
  451.        cable data network service include:
  452.  
  453.  
  454.  
  455.  
  456.  
  457.  
  458.  
  459.  
  460.  
  461.  
  462.  
  463.  
  464.  
  465.  
  466.  
  467.  
  468.                                   - 8 -
  469.  
  470.  
  471.  
  472.            *   Guaranteed and best effort IP service delivery
  473.                (e.g., by using RSVP and Integrated services protocol)
  474.  
  475.            *   Packet/protocol filtering (e.g., packet access,
  476.                filtering, forwarding, and control)
  477.  
  478.            *   Subscription based service provisioning
  479.               (e.g., access to the IP service via a service order process)
  480.  
  481.            *   Dynamic and static configuration of IP addresses
  482.                to subscriber's end systems (using DHCP)
  483.  
  484.            *   Different tiers of IP service (e.g., using IP access list)
  485.  
  486.            *   IP multicast service
  487.  
  488.  
  489.  
  490.  
  491.        8.  Logical IP Subnetwork Configuration
  492.  
  493.        In the Logical IP Subnetwork (LIS) configuration, each
  494.        separate administrative entity configures its hosts and
  495.        routers within a closed logical IP subnetwork. Each cable
  496.        data network can be considered to be under one
  497.        administrative entity, i.e., under the jurisdiction of one
  498.        cable data network service provider.  The cable data network
  499.        can be configured as a single or multiple IP subnetworks
  500.        depending on the geographic span and physical architecture
  501.        of the cable data network configuration and the number of
  502.        hosts supported in the network.
  503.  
  504.        In general, the router in the cable data network MUST
  505.        support at least one subnetwork configuration (referred to
  506.        as `router LIS configuration').  The hosts within the same
  507.        subscriber premise MUST have direct access to the other
  508.        hosts belonging to the same host subnet configuration but
  509.        MUST not have direct access to the other cable data network
  510.        service hosts supported in the same router LIS. All hosts
  511.        within the same host LIS MUST have the same IP
  512.        network/subnet number and address mask, i.e., all of the IP
  513.        devices on each of the Ethernet interfaces of the subscriber
  514.        CDMs MUST be on the same IP router subnet.
  515.  
  516.        Depending on the cable data network service requirements, it
  517.        is RECOMMENDED that the router providing LIS functionality
  518.        over the cable data network service be able to support more
  519.        than one LIS.  Therefore, the router SHOULD be configured as
  520.        a member of one or more LISs.  All members within a router
  521.        LIS MUST have the same IP network/subnet number and address
  522.        mask.
  523.  
  524.  
  525.  
  526.  
  527.  
  528.  
  529.  
  530.  
  531.  
  532.  
  533.  
  534.                                   - 9 -
  535.  
  536.  
  537.  
  538.        As mentioned in Appendix A, RF channels are used as the
  539.        physical transmission medium in the HFC access networks to
  540.        support cable data network service. In addition, separate RF
  541.        channels at different RF frequency spectrum are used for
  542.        upstream and downstream transmission. Also, depending on the
  543.        CATV network lay-out, two-way CATV data transmission may be
  544.        supported using a single downstream RF channel and multiple
  545.        upstream RF channels. For the purpose of this document, the
  546.        downstream RF channel and the associated upstream RF
  547.        channels used for two-way data transmission are considered
  548.        as a single two-way RF transmission entity.
  549.  
  550.        Depending on the span of the cable data network and the
  551.        number of hosts supported per RF transmission entity, a
  552.        router LIS MUST be configured to support all hosts connected
  553.        to a single or multiple RF transmission entities.  The
  554.        router providing interconnection of differing LISs MUST be
  555.        able to support multiple sets of parameters (one set for
  556.        each connected LIS) and be able to associate each set of
  557.        parameters to specific IP network/subnet number. The router
  558.        MUST be able to provide multiple LISs support with a single
  559.        physical I/F4 interface between itself and the CDMTS.
  560.        Similarly, a router MUST be able to support a single LIS
  561.        that spans over multiple CDMTSs. Also, the router MUST be
  562.        able to provide a single LIS support to more than one RF
  563.        transmission entities with a single physical I/F4 interface
  564.        between itself and the CDMTS.  Note that, as mentioned
  565.        earlier, the router and the CDMTS functions may be combined
  566.        into a single entity.  In such a case, the I/F4 related
  567.        requirements described here do not apply.
  568.  
  569.        Hosts that are not within the same subscriber premise but
  570.        within the same IP router subnet as well as of different IP
  571.        router subnets MUST communicate via the IP router.
  572.        Therefore, the hosts within the same router LIS MUST not
  573.        have direct access to each other.  The router MUST support
  574.        sending IP packets to any and all hosts within the same
  575.        router LIS as well as of differing router LISs but the hosts
  576.        within the router LIS MUST send packets to the router only.
  577.        Since it is expected that only a small amount of the cable
  578.        data network service traffic will be from one host to
  579.        another, this will not cause excessive relay traffic, but
  580.        does have significant impact on the IP subnet model.
  581.  
  582.        8.1  Address Resolution Protocol
  583.  
  584.        The hosts and router had the same subnet mask for the large
  585.        router subnet and the hosts that happened to talk to many
  586.        other hosts on the same router subnet may be required to
  587.        support very large (e.g., 10,000 entries) Address Resolution
  588.        Protocol (ARP) tables.  Therefore, the router MUST view a
  589.  
  590.  
  591.  
  592.  
  593.  
  594.  
  595.  
  596.  
  597.  
  598.  
  599.  
  600.                                   - 10 -
  601.  
  602.  
  603.  
  604.        single or multiple RF transmission entities in the cable
  605.        data network as one subnet (e.g., 1,000 to 10,000 hosts).
  606.  
  607.        Normally, ARP [5] is used between hosts and the router, and
  608.        between hosts.  ARP used in the cable data network for each
  609.        of these cases is described below.
  610.  
  611.        * Router to Host
  612.  
  613.        To avoid scaling and security problems with use of ARP over
  614.        a large IP router subnet (e.g., 1,000 to 10,000 hosts), the
  615.        router MUST not ARP for the MAC address of the host.
  616.        Instead, the router MUST assume that DHCP is used by the IP
  617.        hosts. In the process of relaying the DHCP requests between
  618.        the hosts to the DHCP server, the router MUST capture the
  619.        MAC address of the host and the host's IP address assigned
  620.        by the server. The router MUST bind this information
  621.        together into its ARP table.  The entry in the ARP table
  622.        MUST be flagged to prevent it from aging out normally.
  623.        Unicast ARP MAY be used to validate the entry and refresh
  624.        it.
  625.  
  626.        * Host to Router
  627.  
  628.        The DHCP MUST communicate the default IP gateway address to
  629.        the host. Through configuration in the DHCP server, the IP
  630.        address of the router MUST be supplied to the host. The host
  631.        MUST issue a normal ARP for the IP address of the router.
  632.        The subscriber CDM MUST encapsulate this packet to send it
  633.        upstream.   The router MUST answer this ARP normally.
  634.  
  635.        * Host to Host
  636.  
  637.        Hosts ARPing other hosts attached to the same I/F1 interface
  638.        MUST not leave the I/F1 interface. However, for hosts ARPing
  639.        other hosts within the router LIS, the router MUST use the
  640.        proxy ARP capability to answer these ARP requests.
  641.  
  642.  
  643.        8.1.1  ICMP
  644.       
  645.        Data from one host to another on the same
  646.        router subnet MUST be sent via the router. When two hosts
  647.        are on the same subnet, the router would normally send an
  648.        ICMP Redirect to inform the first host that a better (in
  649.        this case, direct) path exists. However, since the cable
  650.        media does not support direct host to host communications
  651.        within the same router subnet, the router MUST do the
  652.        forwarding and MUST suppress the ICMP messages.
  653.  
  654.  
  655.  
  656.  
  657.  
  658.  
  659.  
  660.  
  661.  
  662.  
  663.  
  664.  
  665.  
  666.  
  667.  
  668.                                   - 11 -
  669.  
  670.  
  671.  
  672.        8.2  IP Address Assignment
  673.  
  674.        A host attached to the CDM at the subscriber premise MUST
  675.        use DHCP to obtain its configuration and IP address.  The
  676.        router MUST participate in all DHCP exchanges between the
  677.        host and the DHCP server.  For example, upon power-up, the
  678.        host may broadcast a DHCP message on its local Ethernet
  679.        segment. The host may optionally include any host
  680.        configuration parameters that it may need. The subscriber
  681.        modem transmits this packet upstream to the router.
  682.  
  683.        Upon receiving the packet, the router adds its IP address to
  684.        the gateway IP address field in the DHCP packet and may
  685.        forward the packet to one or more DHCP servers. The DHCP
  686.        servers send DHCP packets to the router with each packet
  687.        containing offered IP addresses available for use which the
  688.        router forwards to the host. The host selects an offered IP
  689.        address and sends back a DHCP request message for a lease on
  690.        that address to the router which forwards the packet to the
  691.        DHCP server. The DHCP server sends an acknowledgement
  692.        indicating a successful lease of the address. The router
  693.        adds an ARP entry, binding the IP address to the Ethernet
  694.        MAC address of the host and forwards the DHCP
  695.        acknowledgement to the host.
  696.  
  697.        8.2.1  IP Broadcast Address
  698.  
  699.        It is RECOMMENDED that the
  700.        router and the hosts within the IP subnet of the cable data
  701.        network be able to receive and transmit IP packets with any
  702.        of the four standard IP broadcast addresses as specified in
  703.        RFC1122 [6]. Members upon receiving an IP broadcast or IP
  704.        subnet broadcast packets for their LIS, MAY process the
  705.        packet as if addressed to that station.  However, depending
  706.        on the cable data network service requirements, the router
  707.        SHOULD have the capability to suppress packets received with
  708.        broadcast IP address.
  709.  
  710.        8.2.2  IP Multicast Address
  711.  
  712.        The IP multicasting method
  713.        specified in RFC1112 [7] requires a Network Service Interface
  714.        which provides a multicast-like ability to provide dynamic
  715.        access to the local network service interface operations:
  716.  
  717.  
  718.          - JoinLocalGroup (group-address)
  719.  
  720.          - LeaveLocalGroup (group-address)
  721.  
  722.  
  723.        Security, subscription and subscriber billing related
  724.        implications associated with dynamic subscription and
  725.        removal from group address lists of any host in a router IP
  726.        subnetwork require further study. Also, methods to support
  727.  
  728.  
  729.  
  730.  
  731.  
  732.  
  733.  
  734.  
  735.  
  736.  
  737.  
  738.                                   - 12 -
  739.  
  740.  
  741.  
  742.        IP multicasting over data link layer protocol of the cable
  743.        data network service require further study and will be
  744.        addressed in the future.
  745.  
  746.  
  747.        8.3  IP Service Tiers
  748.  
  749.        Cable data network service providers may support different
  750.        tiers of IP service using different charging schemes.
  751.        Depending on the service tier subscribed to, a host can have
  752.        access to different servers and application services such as
  753.        premium web pages, guaranteed bit rate packet, multicast,
  754.        etc. Different tiers of IP service MAY be supported using
  755.        the IP access list. By arranging the IP address assigned to
  756.        fall into one of several ranges, the number of access lists
  757.        required may be reduced to a very small number.  The router
  758.        MAY support such capability by modifying the DHCP Address
  759.        Assignment packet to include the subscriber's cable modem ID
  760.        in the DHCP  `client identifier' field. Note that the
  761.        subscriber's hosts MUST not know the cable modem ID. This
  762.        will be done transparently to them.
  763.  
  764.        8.4  Security
  765.  
  766.        The IP security issues such as supporting authenticated
  767.        end-to-end IP transmission, e.g., using data encryption are
  768.        beyond the scope of this document.
  769.  
  770.  
  771.  
  772.        9.  Issues
  773.  
  774.        Issues associated with cable data network service
  775.        configurations to support capabilities such as IP
  776.        multicasting, IP tunneling and Virtual Private Network (VPN)
  777.        configuration include:
  778.  
  779.         - procedures for performing routing updates between the
  780.           headend router and the modem router (in this case, the
  781.           modem at the subscriber premise supports routing
  782.           functions)
  783.  
  784.         - ability to create virtual private IP routed network
  785.  
  786.         - filtering of IP packets from outgoing routing protocol
  787.           updates
  788.  
  789.  
  790.  
  791.  
  792.  
  793.  
  794.  
  795.  
  796.  
  797.  
  798.  
  799.  
  800.  
  801.  
  802.  
  803.  
  804.                                   - 13 -
  805.  
  806.  
  807.  
  808.        10.  Acknowledgements
  809.  
  810.        Special thanks to Jim Forster and Dennis Picker for their
  811.        valuable suggestions and critical review of the document.
  812.        In addition, the author would like to thank Amir Furhman
  813.        and Steve Lin for helpful discussions on the topic.
  814.  
  815.  
  816.  
  817.  
  818.  
  819.  
  820.        11.  Appendix A: CATV Data Network Service
  821.  
  822.        Examples of CATV data network service capabilities include:
  823.  
  824.  
  825.            *packet data delivery to subscriber cable data modem (CDM) with
  826.             minimum peak bit rate of 500 kbps in the downstream direction.
  827.             The maximum peak bit rate can be up to 40 Mbps.
  828.  
  829.            *packet data delivery to subscriber cable data modem (CDM) with
  830.             maximum peak bit rate of 10 Mbps in the upstream direction.
  831.             The minimum peak bit rate can be as low as 28 kbps.
  832.  
  833.  
  834.        Various implementations of cable data network service
  835.        supporting a number of data link layer protocols are
  836.        available today.   Most of these implementations support
  837.        data link layer protocol for the cable data network service
  838.        using slot and frame approach in both upstream and
  839.        downstream directions.  In the HFC access network, the
  840.        downstream direction is described as the transmission of
  841.        data flow from the network to the subscriber and the
  842.        upstream direction is described as the transmission of data
  843.        flow from the subscriber to the network.   In the downstream
  844.        direction, usually broadcast mode is used to distribute
  845.        traffic to the subscribers from the cable headend equipment.
  846.        In the upstream direction, the network resources are shared
  847.        and subscribers have to contend for it.  As an upstream
  848.        resource arbiter, the cable headend equipment allocates and
  849.        manages upstream bandwidth to the subscribers using data
  850.        link layer bandwidth management algorithm.
  851.  
  852.        Radio Frequency (RF) channels in the upstream and downstream
  853.        directions over HFC access networks are used as the physical
  854.        medium to transport the cable data network service.  Various
  855.        combinations of the modulation techniques are used for
  856.        digital transmission of the cable data network service over
  857.  
  858.  
  859.  
  860.  
  861.  
  862.  
  863.  
  864.  
  865.  
  866.  
  867.  
  868.                                   - 14 -
  869.  
  870.  
  871.  
  872.        analog transmission medium of the HFC access networks.
  873.        Examples of different modulation techniques include:
  874.  
  875.  
  876.             * Spread spectrum modulation technique such as
  877.               Direct Sequence Spread Spectrum
  878.  
  879.             * Quaternary Phase Shift Keying (QPSK) technique
  880.  
  881.             * Quadrature Amplitude Modulation Technique (QAM) with modulation
  882.               order of 16, 64, and/or 256
  883.  
  884.             *Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) technique
  885.  
  886.  
  887.        The RF channels are configured to run between the cable
  888.        modem at the subscriber premise and the channel controller
  889.        at the headend. Upstream channel is shared among all the
  890.        subscribers in the HFC networks and various physical layer
  891.        access algorithms in addition to data link layer bandwidth
  892.        management algorithms are used to access the upstream
  893.        resources. One or a combination of the following physical
  894.        layer access algorithms is used to support cable data
  895.        network service in the upstream direction.
  896.  
  897.  
  898.            * Synchronous Code Division Multiple Access (S-CDMA) method
  899.  
  900.            * Time Division Multiple Access (TDMA) method
  901.  
  902.            *Frequency Division Multiple Access (FDMA) method
  903.  
  904.  
  905.  
  906.  
  907.  
  908.        12. Appendix B: Cable Data Network Architecture and Interfaces  
  909.  
  910.  
  911.        The physical and data link layer portion of the cable data
  912.        network architecture is described below.
  913.  
  914.        B1. HFC Access Network
  915.  
  916.        The physical HFC access network is a a shared-media, tree
  917.        and branch architecture with analog transmission over fiber
  918.        used for trunks and coaxial cable used for accessing the end
  919.        systems. The majority of the existing HFC access networks
  920.        support sub-split systems where the upstream frequency
  921.        spectrum is supported from 5 to 30 MHz (and 42 MHz in the
  922.        upgraded systems) and the downstream frequency spectrum is
  923.  
  924.  
  925.  
  926.  
  927.  
  928.  
  929.  
  930.  
  931.  
  932.  
  933.  
  934.                                   - 15 -
  935.  
  936.  
  937.  
  938.        from 50 to 550 MHz (and 750 MHz in the upgraded systems).
  939.        There are also systems that support mid-split (5 to 108 MHz
  940.        in the upstream direction, and 162 MHz and above in the
  941.        downstream direction) and high-split (5 to 174 MHz in the
  942.        upstream direction, and 243 MHz and above in the downstream
  943.        direction) systems, however, these systems are primarily
  944.        used in institutional networks.
  945.  
  946.        A physical lay-out of the HFC access network is illustrated
  947.        in Figure 3. As shown, a typical HFC access network consists
  948.        of fiber nodes and cascaded amplifiers with remote
  949.        distribution hubs centrally controlled from a central cable
  950.        headend system.  Depending on network configurations, a
  951.        single headend in the cable data network can support from 40
  952.        to 200 or larger number of fiber nodes and each fiber node
  953.        can support from 500 to 2000 or even larger number of
  954.        households.
  955.  
  956.  
  957.  
  958.  
  959.  
  960.  
  961.  
  962.  
  963.  
  964.  
  965.  
  966.  
  967.  
  968.  
  969.  
  970.  
  971.  
  972.  
  973.  
  974.  
  975.  
  976.  
  977.  
  978.  
  979.  
  980.  
  981.  
  982.  
  983.  
  984.  
  985.  
  986.  
  987.  
  988.  
  989.  
  990.  
  991.  
  992.  
  993.  
  994.  
  995.  
  996.  
  997.  
  998.  
  999.  
  1000.                                   - 16 -
  1001.  
  1002.  
  1003.  
  1004.        To other<--//---|
  1005.        DH or  --//--->||<----SONET Ring           ________    |<------>
  1006.        HE             ||    (digital)             |      |    |Co-axial
  1007.                       ||                   |------|Fiber |----|Distribut(500/
  1008.                       ||       (analog)    |      |      |    |-ion     2000
  1009.                  _____||______ Fiber Optics| |--->|Node  |    |<------> homes
  1010.                  |            |<-----//----| |    |______|              passed)
  1011.                  |Distribution|------//------|
  1012.                  |Hub (DH)    |                            |<---------->
  1013.                  |or          |                 ________   |
  1014.                  |Head End    |   Fiber Optics  |      |---|<-Co-axial  (500/
  1015.                  |(HE)        |<-------//-------|Fiber |    Distribution 2000
  1016.                  |____________|------//-------->|Node  |---|<---------->homes
  1017.                        ||                       |______|   |<---------->passed)
  1018.                        || 20,000/100,000
  1019.        To other <--//--|| homes passed          40 to 200
  1020.        DH or    --//--->|                       Fiber Nodes
  1021.        HE
  1022.  
  1023.  
  1024.                         Figure 3: An Example HFC Access Network
  1025.  
  1026.  
  1027.  
  1028.        RF channels usually 6 MHz wide are used to transport analog
  1029.        services such as NTSC video, and digital services such as
  1030.        cable data network service, in the HFC access networks. An
  1031.        RF channel is the physical layer parameter of the HFC access
  1032.        network that extends from the physical layer interface of
  1033.        the cable data modem (CDM) located at the subscriber premise
  1034.        to the cable data modem termination system (CDMTS) located
  1035.        at the headend or distribution hub.  Separate RF channels in
  1036.        different frequency spectrum are used for upstream and
  1037.        downstream transmission.  Distribution hubs are remotely
  1038.        located from the headend and are configured to support one
  1039.        or more fiber nodes. These remote hubs are interconnected
  1040.        back to a centralized headend via digital transmission
  1041.        medium such as SONET ring.
  1042.  
  1043.  
  1044.  
  1045.        13.  Terminology
  1046.  
  1047.  
  1048.        In this document, the following terminology is used
  1049.        consistent with the Cablelabs HSCDS RFP.
  1050.  
  1051.  
  1052.         * CDM is the cable data modem at the subscriber premise.
  1053.         * CDMTS is the cable data modem termination system
  1054.           at the headend or distribution hub.
  1055.  
  1056.  
  1057.  
  1058.  
  1059.  
  1060.  
  1061.  
  1062.  
  1063.  
  1064.  
  1065.  
  1066.                                   - 17 -
  1067.  
  1068.  
  1069.  
  1070.         * Customer equipment is the equipment at the subscriber premise
  1071.           such as a PC or workstation.
  1072.         * HE is the cable head end.
  1073.         * DHE is the Distribution Hub Equipment.
  1074.         * Carrier equipment is the equipment such as CDM, CDMTS, HE
  1075.           that belongs to the public carrier network.
  1076.         * I/F refers to the network interface in the CATV data network.
  1077.         * I/M refers to the management interface in the CATV data network.
  1078.         
  1079.  
  1080.  
  1081.        14.  Authors' Addresses
  1082.  
  1083.  
  1084.                                Masuma Ahmed
  1085.                            Terayon Corporation
  1086.                           2952 Bunker Hill Lane
  1087.                           Santa Clara, CA 95054
  1088.                           Phone: (408) 486-5207
  1089.                            Fax: (408) 727-6205
  1090.                           Email: mxa@terayon.com
  1091.  
  1092.                                Guenter Roeck
  1093.                                   Cisco
  1094.                               174 Tasman Drive
  1095.                           Santa Clara, CA 95054
  1096.                           Phone: (408) 527-3143
  1097.                            Fax: (408) 727-6205
  1098.                           Email: groeck@cisco.com
  1099.  
  1100.  
  1101.  
  1102.  
  1103.  
  1104.  
  1105.  
  1106.  
  1107.  
  1108.  
  1109.  
  1110.  
  1111.  
  1112.  
  1113.  
  1114.  
  1115.  
  1116.  
  1117.  
  1118.  
  1119.  
  1120.  
  1121.  
  1122.  
  1123.  
  1124.  
  1125.  
  1126.  
  1127.  
  1128.  
  1129.  
  1130.  
  1131.  
  1132.  
  1133.  
  1134.  
  1135.  
  1136.  
  1137.  
  1138.  
  1139.  
  1140.  
  1141.  
  1142.  
  1143.                                   - 18 -
  1144.  
  1145.  
  1146.  
  1147.  
  1148.                                 References
  1149.  
  1150.  
  1151.         1. "High Speed Cable Data Service Request for Proposals",
  1152.            Cable Television Laboratories, April 1995.
  1153.  
  1154.         4. Droms, R., "Dynamic Host Configuration Protocol",
  1155.            RFC1531, Bucknell University, October 1993.
  1156.  
  1157.         5. Plummer, D., "An Ethernet Address Resolution Protocol -
  1158.            or - Converting Network Addresses to 48 bit Ethernet
  1159.            Address for Transmission on Ethernet Hardware", STD 37,
  1160.            RFC826, MIT, November 1982.
  1161.  
  1162.         6. Deering, S., "Requirements for Internet Hosts -
  1163.            Communication Layers", STD 3, RFC1122, USC/Information
  1164.            Sciences Institute, October 1992.
  1165.  
  1166.         7. Deering, S., "Host Extensions for IP Multicasting", STD
  1167.            5, RFC1112, Stanford University, August 1989.
  1168.  
  1169.  
  1170.  
  1171.  
  1172.  
  1173.  
  1174.  
  1175.  
  1176.  
  1177.  
  1178.  
  1179.  
  1180.  
  1181.  
  1182.  
  1183.  
  1184.  
  1185.  
  1186.  
  1187.  
  1188.  
  1189.  
  1190.  
  1191.  
  1192.  
  1193.  
  1194.  
  1195.  
  1196.  
  1197.  
  1198.  
  1199.  
  1200.  
  1201.  
  1202.  
  1203.