Кратко о DOCSIS или есть ли жизнь в КТВ? / Хабр
Собственно аббревиатуру DOCSIS слышали многие, но далеко не все представляют что это и зачем оно нужно. Самые любопытные могли, даже просветится этим вопросом в википедии, но как показывает практика довольно много вопросов все равно остается. Итак,1. что это?
2. кому это нужно?
3. что для этого нужно?
4. как начать?
Слабонервных не желающих вникать в «How it’s made?» просьба под хабракат не заглядывать — там ничего интересного нет.
Итак, начинаем с общей теории.
Аббревиатурой DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specifications) обозначается стандарт передачи данных по телевизионному кабелю, который был принят в 98 году. Сей стандарт в оригинале предполагает передачу данных до 42/38 Мбит/с в даунстриме (к пользователю) и до 10/9 Мбит/с в апстриме (от пользователя).
У столкнувшихся с технологией впервые часто возникает вопрос – это каждому? Нет – полоса разделяется на всех пользователей, висящих на этих DS/US.
Собственно версий DOCSIS существует несколько:
— DOCSIS 1.0
— DOCSIS 1.1
— DOCSIS 2.0
— DOCSIS 3.0
— EURODOCSIS
Если не пускаться в подробности различия между ними сводятся к QoS, частотам, агрегации каналов, полосе и модуляциям. Собственно все это прямо связано со скоростями и жизнеспособностью в зашумленных сетях.
Далее переходим к стратегическим вопросам и экономической стороне.
Кому это нужно?
Нужно это в первую очередь существующим операторам КТВ для расширения спектра услуг предоставлением конечным пользователями высокоскоростного доступа в Интернет и сопутствующих навесок (VoIP, IPTV ну или на что фантазии хватит).
Я выделил слово «существующим» и из-за следующего (думаю очевидного соображения).
Развертывать коаксиальную сеть только ради предоставления доступа к Интернетам пользователям с нуля как минимум глупо и экономически не целесообразно, поскольку есть намного более дешевые и быстрые технологии (например FTTB, ADSL, PON).
При существующей грамотно построенной коаксиальной сети накрывающей значительную площадь DOCSIS может стать оптимальным стартом, требующим минимальных вмешательств в физику. Особенно в слабозаселенных районах типа частного сектора, где плотность утыкивания муфтами/свичами/боксами на единицу потребителя может оказаться космической в случае FTTB. Опять же в случае многоэтажной застройки (т.н. спальных районах) с наличествующей конкуренцией в виде «домашних сетей» возможно, имеет смысл развертывать параллельную коаксиальной FTTB сеть или раз уже очень хочется использовать HCNA – будет имхо дешевле и перспективней.
Оборудование
В общих чертах типичная схема будет выглядеть так:
Собственно из загугленной картинки сразу становится понятно что для того чтобы предоставить оконечному пользователю интернет требуется:
1.
облачко в котором живет интернет 😉
2. сервер с установленными сервисами DHCP, TFTP
3. CMTS (Cable Modem Termination System)
4. коаксиальная сеть идущая к абоненту
5. модем и желание подключится у пользователя
Кратко пробежимся по указанным выше пунктам.
1. с интернетом все понятно – допустим он у нас есть
2. сервер будем использовать на чем-то с чем знаком администратор. Предположим что знаком он с FreeBSD/Linux 😉
3. CMTS… бывают разные черные, белые грязные с кратким перечнем производителей можно ознакомится здесь Для совсем несведущих это (очень грубо) такой большой и дорогой модем к которому линкуются абонентские модемы.
5. С кратким перечнем производителей модемов можно ознакомиться здесь. Docsis модем является довольно специфичным устройством предоставляющий довольно широкие возможности – начиная ограничением пропускной способности абонента прямо на его модеме и заканчивая фильтрами (грубо удаленно управляемым фаерволом).
С чего начать?
В последнее время ко мне с завидной регулярностью стучат админы начальство которых, руководствуясь соображениями, изложенными в «Кому это нужно?» купило CMTS (почему-то чаще всего это что-то типа подержанных BSR1000, BSR2000, CiscoUBR) и сказало «засунь интернет в КТВ сеть».
Для людей знакомых уже с Ethernet или ADSL схема работы DOCSIS сети может оказаться не совсем прозрачной а количество телодвижений нужных для того чтобы хотя бы один модем запингался – окончательно упоротым. Довольно сложно что-то сделать не представляя общих принципов того как это должно работать. Первая мысль которая приходит в голову это прикрутить модем напрямую к CMTS и посмотреть что получится.
Естественно не получится ничего – модем будет просто светомузыкально мелькать лампочками и все. Больше ничего не случится.При попытке соединиться модем сканирует весь диапазон частот на тему наличия downstream/upstream и если находит пытается получить адрес посредством DHCP для модема, если адрес получен — модем по TFTP пытается получить специальным образом собранный конфиг для себя родимого, после чего если конфиг нормально прожеван пытается получить по DHCP адрес для CPE (customer-provided equipment) коим являться будет скорее всего сетевая плата либо роутер.
Работать в норме на тестовом стенде оно должно так:
1. CMTS настроена
2. На сервере подняты вышеуказанные сервисы
3. модем подключен через пачку тапов чтобы обеспечить номинальные уровни сигнала для DS/US.
1. На настройке CMTS заострять внимание мы особо не будем, ибо в зависимости от производителя, физических реалий сети и планируемой топологии сети она будет очень сильно разниться.
Радует наличие всеобъемлющей документации, которое шло в комплекте со всеми попадавшими ко мне в руки дивайсами – думаю по ней должно быть все более-менее понятно для людей знакомых с cisco-like интерфейсом и общей теорией настройки сетевых устройств.
Минимальные пассы руками которые следует провести над CMTS чтобы она была готова к стендовым испытаниям выглядят как:
— прописываем частоту DS
— прописываем частоты и модуляции для US
— прописываем адрес DHCP сервера который мы будем рилеить
— прописываем secret key для конфигов
— прописываем пароли
— сохраняемся
2. Поднимаем на сервере нужные нам сервисы.
# cd /usr/ports/net/isc-dhcp31-server/ && make install (собираем с поддержкой Option82)
tftpd скорее всего у нас есть по умолчанию, просто раскоментируем его в /etc/inetd.conf
#cd /usr/ports/net-mgmt/docsis && make install
Который нужен нам для генерации бинарных конфигов для DOCSIS-совместимых модемов как гласит pkg-descr.
Допустим CMTS мы настроили как 10.10.10.9 рилеящую DHCP риквесты на сетевую нашего хоста с айпишкой 10.10.10.10 которая смотрит на CMTS. Тогда наш /usr/local/etc/dhcpd.conf должен выглядеть следующим образом option domain-name "catv";
option domain-name-servers 10.10.10.10;
default-lease-time 3600;
max-lease-time 43200;
authoritative;
ddns-update-style none;
log-facility local7;
one-lease-per-client true;
deny duplicates;
subnet 10.10.200.0 netmask 255.255.248.0 {
default-lease-time 3600;
max-lease-time 86400;
option domain-name-servers 10.10.10.10;
option subnet-mask 255.255.248.0;
option routers 10.10.200.1;
include «/usr/local/etc/users_dhcp.conf»;
}
subnet 10.10.100.0 netmask 255.255.248.0 {
option subnet-mask 255.255.248.0;
option routers 10.
10.100.1;server-name «10.10.10.10»;
option tftp-server-name «10.10.10.10»;
option bootfile-name «cm_config/other.b»;
next-server 10.10.10.10;
filename «cm_config/other.b»;
option time-servers 10.10.10.10;
option time-offset 2;
include «/usr/local/etc/modems_dhcp.conf»;
}
Из чего должно быть понятно что мы резервируем под модемы сеть 10.10.100/21 и под пользовательские CPE сеть 10.10.200/21
Для простоты работы в будущем хосты для сабнетов мы инклудим из /usr/local/etc/modems_dhcp.conf и /usr/local/etc/users_dhcp.conf соответственно. Для начала в /usr/local/etc/modems_dhcp.conf мы вписываем наш тестовый модем в виде
host m1002 {
hardware ethernet 00:ff:ff:55:ff:f2;
fixed-address 10.10.100.3;
filename "cm_config/testmodem.b";
}
А в и /usr/local/etc/users_dhcp.conf добавляем свой тестовый хост:
host m10102002 {
hardware ethernet 00:cc:cc:99:aa:ff;
fixed-address 10.
10.200.2;
}
Директива filename должна намекать на то что в ней содержится путь (относительно tftp root который обычно в /tftpboot) к забинареному конфигу модема. В простейшем случае конфиг модема (не пригодный к реальному использованию! For testing purposes only! Achtung!) будет выглядеть следующим образом:
#cat /tftpboot/cm_source/testing
Main {
NetworkAccess 1;
GlobalPrivacyEnable 0;
UsServiceFlow
{
UsServiceFlowRef 200;
QosParamSetType 7;
SchedulingType 2;
}
DsServiceFlow
{
DsServiceFlowRef 100;
QosParamSetType 7;
TrafficPriority 3;
MaxRateSustained 0;
}
MaxCPE 16;
}
Теперь нам следует его скомпилить в приемлемый для модема вид при помощи ранее собранной утилиты docsis используя указанный на CMTS secret-key
#echo "sosecret" > /somewhere/key
#docsis -e /tftpboot/cm_source/testing /somewhere/key /tftpboot/cm_config/testing.
b
Прописываем рауты для сетей модемов, и пользователей на CMTS в rc.conf:
static_routes="cable modem"
route_cable="10.10.200.0/21 10.10.10.9"
route_modem="10.10.100.0/21 10.10.10.9"
3. собираем из спичек и желудей пигтейлов и тапов конструкцию объединяющую DS и один из US и обеспечивающую прохождение на модем указанных в документации уровней сигнала.
Если мы все сделали правильно то на CMTS в bsr#show cable modem
Мы увидим что-то типаCable 0/0/D0/U0/C0 431 online 1458 26.0 10.10.100.3 00ff.ff55.fff2
И соответственно наши тестовый модем и тестовый хост которые как мы помним 10.10.100.3 и 10.10.200.2 должны пингаться.
Видите как все просто и наглядно? – а вы боялись. =)
В случае сегментирования сети на множество CMTS для обеспечения повышения отказоустойчивости и быстродействия все выглядит аналогичным образом. И сводиться к разнесению разных сетей по раутам.
Вышеприведенный конфиг не адекватен для реального применения по ряду причин:
Как минимум:
— нету фильтров на изоляцию пользователей
— нету прописанных snmp для сбора статистики
— нету привязки модема к конкретному CPE
Еще хорошо было бы сделать:
— шейпинг канала прямо на устройстве
— учесть особенности различных дивайсов
— отрубить веб-лицо модема, пользователю там делать нечего
— грамотно построить QoS
Изначально я очень хотел написать пошаговый мануал по тому, как сделать не просто чтобы «ходили интернеты» а и по тому, как грамотно их продать конечным пользователям, собственно с примерами конфигов, готовой АСР итд. Но так как писатель из меня честно-говоря никакой — мне банально стыдно показывать свой быдлокод который к тому же довольно узкоспецифичен и в любом случае требует глубокой доводки под конкретного оператора 🙂
В общих чертах требования к биллингу работающему в DOCSIS сети очень просты:
— уметь считать трафик
— уметь считать деньги
— делать из посчитанных денег трафика гибкие тарифы
— гибко ограничивать пользовательскую полосу
— уметь на лету компилировать конфиги к модемам на каждого пользователя + править хосты dhcpd.
Если с первыми четырьмя пунктами все понятно – и собственно все АСР ими в основном и занимаются, то на последнем следует заострить внимание на последнем. Естественно можно выдать один конфиг на всех, а потом аутентификацию пользователя производить при помощи внутренних механизмов АСР (разношерстные авторизаторы) либо скажем методом PPtP тунелля но это я считаю просто дополнительным костылем и сознательным отказом от очень удобных возможностей предоставляемых технологией.
Думаю сейчас много-много людей скажет, что технология мертва, дорога, не актуальна и потыкают меня мордочкой в FTTB, PON, HCNA. Да я в курсе что такие есть и что например в плотнозаселенных многоэтажках намного цена/скорость порта в десятки раз дешевле с FTTB и что HCNA предоставляет по тому же коаксиалу намного более вкусные скорости при сопоставимой стоимости абонентских железок и отсутствии в необходимости покупки относительно дорогой CMTS. Если интересно могу на пальцах объяснить, почему FTTB в частном секторе это дорого, и почему там же HCNA сводится к «почти FTTB» по стоимости порта а так же почему публика пока еще не готова к PON.
Опять же для применения любой пока еще живой технологии всегда есть свои мотивы от «давайте использовать существующую сеть» до «иначе будет слишком дорого и долго». Опять же выбор играть в демпинг и гоняться со скоростями домашних сетей не самый хороший вариант при вышеуказанных ТТХ и собственно козырем DOCSIS провайдера должны быть имхо сервисы предоставляемые по одному кабелю и их качество.
На данном этапе развития DOCSIS 2.0 может в полнее успешно конкурировать с ADSL а 3.0 наступает на пятки остальным как перспективная платформа для Triple Play.
Как всегда в конце статьи я использую свою слабую отмазку звучащую как:
«Да я не грамотен, я знаю. Язык не родной, в школе не учили, хотя догадываюсь это слабая отмазка. Если вы воспринимаете пропущенную запятую как личное оскорбление – приношу извинения заранее. Честно – я не хотел»
Как правило, действует 😉
Статья написана по спецзаказу журнала «Кабельщик»
Поговорим про Docsis? / Хабр
Доброго времени суток всем хабражителям.
Не так давно мне довелось работать системным администратором в местном провайдере. Ничего необычного, но стандарт передачи данных данного провайдера был не особо распространенный — это был Docsis. Порывшись по поиску Хабра я нашел всего 1 более-менее вразумительную статью про Docsis, в которой было по чуть-чуть про все и это натолкнуло меня на написание поста об этом редком стандарте и его, пожалуй, главной части — CMTS. Всех заинтересованных прошу под кат.Для начала немного теории. Как утверждает Википедия этот стандарт предусматривает передачу данных абоненту по сети кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/с. (при ширине полосы пропускания 6 МГц и использовании многопозиционной амплитудной модуляции 256 QAM) и получение данных от абонента со скоростью до 10,24 Мбит/с.
Самой дорогой и, соответственно, самой важной частью построения сети на основе КТВ является CMTS. В нашем случае это будет Casa C3200 про которую сегодня я и хочу поговорить.
В чем ее преимущества?
Как CMTS третьего поколения, Casa C3200 имеет большое количество преимуществ над более старыми CMTS.
- На сегодня у C3200 высокие ёмкости при объединении каналов downstream (до 24) и upstream (до 8). Полоса пропускания вполне может достигнуть отметки в 1Гбит/сек на абонента.
- C3200 имеет более высокую канальную плотность чем ее предшественники (возможна поддержка до 120 QAM-каналов downstream).
- C3200 поддерживает полное отделение ёмкостей каналов downstream от upstream в одном физическом шасси и, таким образом, обеспечивает гибкое регулирование соотношения скоростей downsream/ upstream.
- Полное соответствие спецификациям DOCSIS/EuroDOCSIS 1.1 и DOСSIS/EuroDOCSIS 2.0.
- Расширенный частотный диапазон – диапазон частот downstream увеличен до 1 ГГц (48~1002 МГц).
CMTS С3200 имеет компактный форм-фактор 3RU. Она имеет модульную архитектуру, которая даёт кабельному оператору максимальную гибкость в подборе комплектации в соответствии с предоставляемыми услугами. С3200 состоит из базовой системы с одним слотом для модуля коммутации и управления, шестью слотами под модули DOCSIS (модули DQM под downstream или модули DCU под upstream).
Любое сочетание модулей downstream и upstream поддерживается платформой. Это позволяет гибко регулировать соотношение downstream/upstream. Модуль DOCSIS QAM (DQM) – это полностью модуль под DOCSIS downstream, включающий обработку пакетов DOCSIS, QoS, DOCSIS downstream MAC, PHY, и up-конвертацию. Существуют 3 версии модулей downstream, 8-канальный DQM 08, 16-канальный DQM 16 и 24-канальный DQM 24. Все версии имеют 4 выходных порта.
Модуль DOCSIS Control and Upstream (DCU) – это полностью модуль под DOCSIS upstream, включающий обработку пакетов DOCSIS, upstream MAC и приёмники. Существуют 2 версии модулей DCU, 8-канальный DCU08 и 4-канальный DCU04. В сумме на платформе С3200 поддерживаются разнообразные конфигурации от 8 DSx40US до 120DSx8US, и всё это в 3 RU. Типичной конфигурацией при использовании channel bonding может быть 32DSx32US для канального соотношения 1:1, или 48DSx24US для канального соотношения 2:1. Каждый QAM канал downstream может поддерживать DOCSIS или MPEG/DVB-C video или их сочетание.
В минимальной комплектации С3200 имеет один модуль DQM08 и один DCU04 — 8DSx4US.
Немного про интерфейс?
С3200 имеет user-friendly консольный интерфейс и предоставляет пользователю широкие возможности по управлению как например
show cable modem summary total
что позволяет посмотреть кол-во модемов на каждом из интерфейсов, либо
show docsis channel utilization
который дает возможность просмотра загруженности всех прямых и обратных каналов.
При нажатии на «?» умная С3200 выдаст список возможного продолжения команд, при этом сохранит весь ранее написанный текст
Еще чуть-чуть о настройке
Полный рабочий конфиг я выкладывать не буду, но несколько интересных моментов все же хотелось бы осветить.
- Mac-домены:
для уменьшения времени поиска модемом его частоты, прямые и обратные каналы объединяются в Mac-домены, что позволяет модемам, находящимся физически на определенном upstream’е, выбирать себе downstream из предоставленных в домене.
- Сервисные группы и балансировка внутри домена:
С3200 позволяет делать балансировку модемов внутри домена либо по количеству модемов на интерфейсе, либо по загруженности канала, для этого нужно создать сервисные группы, определяющие прямые либо обратные каналы на которых возможна такая балансировка. - Изменение модуляции канала в зависимости от Signal Noise Ratio(SNR):
snr’ы нестабильны и часто случается так, что из-за шумов их уровень падает. В таком случае С3200 сама меняет модуляцию на канале в зависимости от заданных ей настроек
сами же профайлы выглядят так:
Что такое DOCSIS и как он работает в 2023 году?
Спецификация интерфейса службы передачи данных по кабелю (DOCSIS), также известная как кабельные модемы, сертифицированные CableLabs, — это стандарт для передачи по кабелю услуг передачи данных Интернет-протокола (IP).
Меня зовут Джон, я эксперт по домашним сетям, и я составил это руководство, чтобы объяснить DOCSIS.
В этом руководстве рассказывается, как работает DOCSIS, его обновления на протяжении многих лет, а также следует ли обновлять модем до нового стандарта DOCSIS.
Итак, продолжайте читать, чтобы узнать все о DOCSIS и о том, что это значит для вашей домашней сети.
Что такое DOCSIS?
DOCSIS означает спецификацию интерфейса передачи данных по кабелю и является стандартом, обеспечивающим передачу данных с высокой пропускной способностью по существующей инфраструктуре кабельного телевидения.
По сути, это технология, которая обеспечивает вам кабельный интернет.
Как работает DOCSIS?
DOCSIS передает мультимедийные и интернет-услуги через физическую кабельную систему кабельного телевидения .
Ваш модем или комбинированный модем/маршрутизатор подключается к кабельной сети с помощью коаксиального кабеля в системе терминации кабельного модема (CMTS), центральном узле телекоммуникационной компании. [1]
Затем вы можете подключить свой компьютер, смартфон и т. д. к портам Ethernet маршрутизатора или сети Wi-Fi. Ваш модем и маршрутизатор «преобразуют» данные и создают IP-адрес, позволяя вашим устройствам подключаться к сети.
Как правило, вы никогда не подключаете свой компьютер или другие устройства напрямую к коаксиалу.
Это, конечно, очень упрощенная версия. Если вы хотите узнать, как это работает более подробно, ознакомьтесь с его техническим документом.
Почему DOCSIS использует коаксиальный кабель
Зачем вообще использовать коаксиальные кабели, если каждое интернет-устройство использует кабель Ethernet? Ответ прост: в конце 90-х годов уже существовало обширных инфраструктур коаксиальных кабелей в домах и на предприятиях.
Замена этих существующих кабелей другим типом будет стоить больших денег и займет много времени . А поскольку коаксиальные кабели с DOCSIS поддерживают более чем достаточную пропускную способность, чтобы обеспечить домам сверхвысокую скорость Интернета, в которой они нуждаются, их замена редко имеет смысл.
История DOCSIS
DOCSIS развивался с годами, начиная с марта 1997 года и с тех пор совершенствуясь. Вот некоторые ключевые вехи.
DOCSIS 1.0
Первое поколение DOCSIS —DOCSIS 1.0— началось 19 марта.97 и был создан для реализации услуг, связанных с доступом в Интернет. D1.0 поддерживал пропускную способность около 10 Мбит/с в восходящем канале и около 40 Мбит/с в нисходящем канале.
В то время пропускная способность 40 Мбит/с в нисходящем направлении была более чем достаточной для использования Интернета 1997 года без каких-либо задержек.
В апреле 1999 года он был улучшен до версии D1.1, сохранив те же скорости полосы пропускания, но став основой для реализации услуг VoIP с кабельными абонентами.
D1.1 с помощью элементов качества обслуживания (QoS) начал выполнять требования безопасности передачи DES 56. Некоторыми из этих требований являются шифрование передачи и реализация фильтров.
DOCSIS 2.0
К январю 2002 г. была выпущена улучшенная версия DOCSIS — DOCSIS 2.0. D2.0 обеспечивает более симметричную пропускную способность восходящего и нисходящего трафика , чтобы решить проблему потребителей с пропускной способностью сети.
По сути, это улучшение помогло с такими вещами, как онлайн-игры, передача файлов и другие задачи, где загрузка информации имеет решающее значение.
DOCSIS 2.0 достиг максимальной скорости 30 Мбит/с в восходящем направлении и 40 Мбит/с в нисходящем направлении, что стало возможным благодаря использованию более эффективных схем модуляции и расширению диапазона, доступного для загрузки или восходящего канала.
DOCSIS 3.0
DOCSIS 3.0 был запущен в 2006 году как решение проблемы увеличения скорости.
В D3.0 предусмотрена возможность интеграции:
- Многоадресная IP-рассылка — оптимизирует передачу данных на несколько устройств в сети Шифрование
- AES — расширенный стандарт шифрования, который защищает данные .
- Объединение каналов — объединение восходящего и нисходящего каналов
- Функциональность IPv6 — новый интернет-протокол для управления сетевым трафиком
По сравнению с DOCSIS 2.0, D3.0 обеспечивает более высокую скорость .
Он может достигать скорости нисходящего потока до 440 Мбит/с (EuroDOCSIS) и 340 Мбит/с (DOCSIS) за счет подключения каналов 6 МГц и 8 МГц. В восходящем направлении он может достигать скорости до 120 Мбит/с. Хотя в сетях Hybrid Fiber Coax (HFC) скорость нисходящего потока может достигать 1 Гбит/с в DOCSIS 3.0. [2]
Кроме того, это значительно повысило безопасность и еще больше оптимизировало производительность сети.
D3.0 был основой работы сетевой технологии HFC с момента ее появления.
Использование DOCSIS и его модификаций на протяжении многих лет катализировало развитие технологии HFC, которая играет огромную роль в телекоммуникационной отрасли.
Гибридная коаксиальная сеть (HFC) состоит из кабелей, соединенных с оптическим узлом. Узел помогает в преобразовании электрического сигнала в оптический и связан с центральным пунктом — Системой терминации кабельного модема (CMTS) — волокном.
Оптические узлы обычно подают питание на усилитель, подключенный к коаксиальным кабелям. CMTS — это концентратор для модемов, связанных с распределенной сетью HFC.
DOCSIS 3.1
В 2013 году была выпущена версия DOCSIS 3.1, которая позволила применять сервисы GigabitEthernet в сетях HFC и решить проблему оптоволоконных сетей.
D3.1 реализует новую генерацию физического уровня (PHY), которая объединяет операции мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) и прямого исправления ошибок (FEC).
По состоянию на 2022 год DOCSIS 3.
1 является новейшим стандартом для модемов .
Обновление 3.0 повышает эффективность сети на 66 % в восходящем направлении и на 50 % в нисходящем направлении. Это связано с расширенной модуляцией от 1024QAM до 409.6QAM, способ передачи данных с большей пропускной способностью.
DOCSIS 3.1 поддерживает пропускную способность 10 Гбит/с в нисходящем направлении и от 1 до 2 Гбит/с в восходящем направлении.
Для достижения этой большей пропускной способности полосы частот 6 или 8 МГц, используемые DOCSIS 3.0, заменяются более узкими поднесущими OFDM (шириной 25 кГц или 50 кГц), которые в совокупности образуют спектр шириной до 200 МГц.
Для получения дополнительной информации о DOCSIS 3.1 ознакомьтесь с нашим сравнением его с DOCSIS 3.0.
Что дальше для DOCSIS?
Вопреки слухам, которые распространяются уже более двадцати лет, DOCSIS не рискует устаревать . На самом деле, CableLabs только что проинформировала общественность о завершении спецификации DOCSIS 4.
0 .
D4.0 потенциально может поддерживать скорость до 10 Гбит/с и обеспечивать скорость 6 Гбит/с в восходящем направлении.
По сути, DOCSIS 4.0 работает почти так же, как доступные оптоволоконные решения (Fiber Internet). Это означает, что DOCSIS 4.0 — это способ убедиться, что сеть HFC и кабельная промышленность в целом не устареют из-за технического прогресса.
До аппаратного обеспечения DOCSIS 4.0 еще далеко. Модемы с поддержкой DOCSIS 4.0, скорее всего, будут доступны в 2024 или 2025 году . [3]
Спецификация интерфейса службы передачи данных по кабелю, похоже, технологически не отстает. Технология DOCSIS, похоже, делает технологические скачки.
Прочтите наше руководство по DOCSIS 4.0 для получения более подробной информации.
Сравнение версий DOCSIS
Вот снимок производительности версий DOCSIS:
| Итерация | DOCSIS 1. 0 | DOCSIS 1.1 | DOCSIS 2 .0 | DOCSIS 3.0 | DOCSIS 3.1 | DOCSIS 4.0 |
| 1997 | 2001 | 2002 | 2006 | 2013 | 2017 | |
| 40 Мбит/с | 40 Мбит/с | 40 Мбит/с | 1 Гбит/с | 10 Гбит/с | 10 Гбит/с | |
| 10 Мбит/с | 10 Мбит/с | 30 Мбит/с | 200 Мбит/с | 1–2 Гбит/с | 6 Гбит/с |
DOCSIS и EuroDOCSIS
Существует два разных стандарта DOCSIS для Европы и США, поскольку между американской и европейской системами существует много различий.
Европейское кабельное телевидение соответствует системе SECAM (Séquentiel couleur à mémoire) или системе фазово-переменных линий (PAL).
С другой стороны, в США используется аналоговая цветовая система Национального комитета по телевизионным системам (NTSC).
Они также используют разные радиочастотные каналы — 8 МГц в Европе и 6 МГц в США. Разница в радиочастотных каналах приводит к последующим различиям в пропускной способности каналов: 8 МГц в EuroDOCSIS позволяют назначать нисходящему каналу более широкую полосу пропускания.
Что означает DOCSIS для домовладельца?
Итак, теперь, когда вы знаете о DOCSIS, вам может быть интересно, нужно ли вам что-то делать с вашей домашней сетью.
Если у вас возникли проблемы с домашней сетью (низкие скорости, обрывы соединений, задержки и т. д.), возможно, пришло время перейти на новый модем или комбинацию маршрутизатор/модем, поддерживающую DOCSIS 3.1.
Например, если ваш модем поддерживает только DOCSIS 3.0 и вы платите за план со скоростью 1 Гбит/с, вы не окупите своих денег, поскольку максимальный нисходящий поток DOCSIS 3.
0 ограничен от 100 до 9.60 Мбит/с в зависимости от модели.
В этом случае ваш модем DOCSIS 3.0 является узким местом и серьезно ограничит ваш домашний Интернет . Обновление до модема DOCSIS 3.1 позволит вам использовать весь потенциал интернет-центра, решив при этом другие сетевые проблемы. Кроме того, обновление поможет защитить вашу домашнюю сеть в будущем.
На самом деле, большинство интернет-провайдеров хотят, чтобы вы обновлялись, чтобы идти в ногу с их обновленной сетевой инфраструктурой.
Bottom Line
DOCSIS — это технологическая инновация, которая позволяет пользователям подключаться к Интернету с помощью коаксиальных кабелей. Это значительно упрощает доступ в Интернет для домохозяйств, поскольку в большинстве домов уже есть коаксиальные соединения. Кроме того, это не так дорого, как оптоволокно, и поддерживает высокую пропускную способность и пропускную способность.
В целом, DOCSIS — это превосходный метод доступа к Интернету, который никуда не денется, несмотря на рост оптоволоконных сетей.
Если вы хотите обновить свой модем, прочитайте наше руководство по лучшим модемам DOCSIS 3.1.
Знакомьтесь, DOCSIS, часть 1: незамеченный герой высокоскоростного кабельного доступа в Интернет
Бизнес и ИТ —
Ильич ван Бейнум —
Идеальным способом создания общенациональной широкополосной сети для доступа к Интернету является двунаправленный кабель с высокой пропускной способностью, идущий к каждому отдельному дому. Но иногда вам приходится работать с тем, что у вас есть, а в Америке у нас есть сети кабельного телевидения. У этих сетей есть пропускная способность, но нет двунаправленной части — они изначально не предназначались для двусторонней связи. Хуже того, кабели многих соседей соединяются вместе, поэтому невозможно послать сигнал только одному дому.
И тем не менее кабельным компаниям удается обеспечить пропускную способность 100 Мбит/с для своих клиентов широкополосного доступа, используя эту ущербную инфраструктуру, и они делают это без ущерба для ранее существовавших услуг кабельного телевидения. Технология, стоящая за этим волшебным трюком, носит название DOCSIS, что означает «Спецификации интерфейса передачи данных по кабелю».
В этой серии из двух частей мы подробно рассмотрим DOCSIS — что это такое и как он развивался. Если вы когда-нибудь задавались вопросом, как кабельным телекомпаниям удается постепенно увеличивать пропускную способность старых кабельных линий, то эта серия статей для вас.
Конечно, история начинается не со 100 мегабит в секунду. Самые ранние попытки предоставления широкополосных услуг по кабелю (отнеситесь к слову «широкий» с долей скептицизма здесь) заключались в использовании односторонних систем, в которых обратный путь проходил по телефонной линии. Одна из первых настоящих кабельных широкополосных систем была разработана LANcity.
Кабельные модемы LANcity рассматривали кабельную сеть как очень большой сегмент Ethernet со скоростью 10 Мбит/с.
Коаксиальный кабель
Традиционный Ethernet 10 Мбит/с также использует коаксиальный кабель, как и кабельное телевидение (фактически кабель имеет немного другие характеристики). Коаксиальный кабель состоит из внутреннего провода, обернутого в изолятор, который, в свою очередь, окружен внешним проводником. Таким образом, внутренний провод защищен от электромагнитных помех извне, а внешний провод заземлен, поэтому он также не восприимчив к помехам. Это позволяет использовать для кабеля те же телеканалы, которые используются и для эфирного вещания (в разумных пределах, поскольку на практике экранирование не идеально).
Большая разница между Ethernet по коаксиальному кабелю и данными по телевизионному кабелю заключается в том, что Ethernet подает напряжение непосредственно на кабель. Способ перехода напряжения составляет биты 0 и 1. Этот простой режим работы называется передачей в основной полосе частот, отсюда и название 10BASE2 (передача основной полосы частот со скоростью 10 Мбит/с на (почти) 200 метров).
Передача основной полосы частот проста в реализации, но имеет недостаток, заключающийся в том, что одновременно по проводу может передаваться только один сигнал. Таким образом, когда несколько систем подключены к одному и тому же проводу, системы должны по очереди передавать данные, ожидая, пока провод освободится. Когда две системы Ethernet случайно начинают передачу одновременно, каждая из них замечает передачу другой, объявляет «коллизию» и повторяет попытку чуть позже. Системы используют случайное время ожидания, поэтому повторные передачи обычно не сталкиваются снова.
РекламаВ кабельной сети все делается несколько иначе. Чтобы сосуществовать с телевизионными (и радио) передачами, передаваемыми по тому же кабелю, цифровые сигналы модулируются в каналы 6 МГц (или 8 МГц во многих местах по всему миру), как и телеканалы. В нисходящем направлении (от кабельного оператора к пользователю) цифровая информация передается по неиспользуемому телеканалу.
Сложная часть — восходящее направление, от пользователя к кабельному оператору.
К счастью, в прошлом кабельные сети имели ограниченную пропускную способность в восходящем направлении, иногда называемую «поддиапазоном». Это самая нижняя часть полосы частот, используемая для кабельного телевидения, и она часто использовалась для передачи программ от станций кабельного доступа к «головному узлу» кабельного оператора, где находится все оборудование для ввода контента в кабельную сеть. Частоты от 5 до 42 или 65 МГц используются для обратного трафика, а более высокие частоты, вплоть до 1 ГГц, используются для широковещательного и нисходящего трафика.
Таймшер с пропускной способностью
Итак, теперь у нас есть высокоскоростная и двунаправленная инфраструктура. Это оставляет только одну проблему: тот факт, что несколько пользователей подключены к одному и тому же кабелю. В нисходящем направлении это не является большой проблемой. Как и в сети Ethernet, каждый пакет данных адресуется предполагаемому получателю, и все просто игнорируют пакеты, адресованные не ему или ей.
Однако в восходящем направлении все сложнее. Что делать, если несколько пользователей отправляют данные одновременно? Хотя для решения этой проблемы можно применить классическую механику коллизии и повторной передачи Ethernet, это не очень эффективно при увеличении длины кабеля — или вообще вообще. Поэтому вместо этого DOCSIS использует метод TDMA (множественный доступ с временным разделением), который также используется в сотовой телефонии. При использовании TDMA канал нарезается на небольшие временные интервалы, называемые «мини-слотами», которые затем распределяются между кабельными модемами (CM) с помощью CMTS (система терминации кабельных модемов) кабельного оператора. Обычно для передачи одного IP-пакета требуется несколько мини-слотов. Предоставляя кабельному модему большее или меньшее количество временных интервалов, CMTS может точно контролировать, какую пропускную способность отдачи получает каждый кабельный модем.
Синхронизация и скорость света
Поскольку мини-интервалы очень малы (обычно 40 000 мини-интервалов в секунду), синхронизация различных передач очень важна.
Если определенный кабельный модем передает слишком рано, он переходит на предыдущий временной интервал, но если он передает слишком поздно, он перекрывается со следующим. Таким образом, каждый кабельный модем должен быть правильно синхронизирован с CMTS, чтобы избежать проблем.
Беда в том, что разные дворы находятся на разном расстоянии от головного конца, и на 25 микро секунды на временной интервал, скорость света нельзя игнорировать — разница в расстоянии кабеля между двумя домохозяйствами в несколько миль или километров заставит один дом топтаться по всему временному интервалу другого. Таким образом, когда КМ первоначально связывается с CMTS, CMTS отправляет обратную связь о времени, которое требуется для передачи CM, чтобы CM мог компенсировать это и оставаться в назначенных ему временных интервалах. После успешного выполнения этой процедуры кабельный модем синхронизируется с CMTS и готов к обмену IP-пакетами.
РекламаГайки и болты DOCSIS
Исходная спецификация DOCSIS 1.
0 была разработана в 1997 г. компанией CableLabs и сертифицирована в 1999 г. DOCSIS 1.1 последовал за ним в 1999/2001, а 2.0 – в 2001/2002. Преимущество DOCSIS 2 по сравнению с 1 заключается в восходящем направлении, что обеспечивает лучшую производительность в шумных средах, а также лучшую пропускную способность. В DOCSIS 1 восходящие каналы могут иметь ширину от 200 до 3200 кГц, DOCSIS 2 также добавляет 6400 кГц.
| Восходящий поток | Необработанный битрейт | Нисходящий поток | Необработанный битрейт | |
|---|---|---|---|---|
| DOCSIS 1.0 и 1.1 | 200–3200 кГц, QPSK или 16QAM | 0,4–13 Мбит/с | QAM64 или QAM256 | 36 или 43 Мбит/с |
| DOCSIS 2.0 | 200 — 6400 кГц, QPSK — 128QAM | 0,4–36 Мбит/с | QAM64 или QAM256 | 36 или 43 Мбит/с |
| DOCSIS 3.0 | n * 200 — 6400 кГц, QPSK — 128QAM | макс. n * 36 Мбит/с | n * QAM64 или QAM256 | от 36 до 172 Мбит/с (с 4 каналами) |
Скорости загрузки в DOCSIS 2 также способствуют новые методы модуляции, которые вмещают больше битов в каждый «символ». И есть совершенно новый способ для нескольких модемов совместно использовать полосу пропускания восходящего потока: S-CDMA (синхронный множественный доступ с кодовым разделением). S-CDMA позволяет нескольким кабельным модемам передавать одновременно, а также более устойчив к шуму, присутствующему на каналах ниже 20 МГц. Давайте более подробно рассмотрим как биты на символ, так и проблемы S-CDMA.
Модуляция QAM
Для тех, кто не является инженером-электриком или не жил в эпоху коммутируемого доступа, я объясню проблему бит на символ. При передаче без основной полосы сигнал, который мы хотим передать, модулируется на несущей. Таким образом, каждая передача может иметь свою собственную частоту, не мешая другим. Однако каждый раз, когда происходит изменение сигнала данных, это искажает чистоту несущей, заставляя ее распространяться по частотному диапазону.
Степень этого вторжения в соседнее частотное пространство определяется частотами сигнала, который мы модулируем на несущую, что, в свою очередь, зависит от того, как часто в секунду мы изменяем сигнал данных.
Созвездие QAM
Таким образом, полоса частот, которую нам разрешено использовать, накладывает ограничение на то, сколько раз в секунду мы можем изменять сигнал данных. По этой причине невозможно иметь скорость бод (изменений в секунду) намного выше, чем 2400 для модемов по телефонной сети, которая обеспечивает полосу частот от 300 до 3400 Гц. Однако не все потеряно — нет никаких причин, по которым мы не можем иметь гораздо больше «символов», чем просто 0 и 1. Таким образом, вместо того, чтобы наш носитель кодировал 0 и 1, мы можем заставить его кодировать большее количество значений. Например, при коммутируемом соединении стандарт V.32 использует скорость передачи 2400 бод, но каждое из этих 2400 изменений в секунду может состоять не менее чем из шестнадцати различных символов.