stringtranslate.com

ДОКСИС

Спецификация интерфейса службы передачи данных по кабелю ( DOCSIS ) — международный телекоммуникационный стандарт, позволяющий добавлять широкополосную передачу данных к существующей системе кабельного телевидения (CATV). Он используется многими операторами кабельного телевидения для предоставления кабельного доступа в Интернет через существующую гибридную волоконно-коаксиальную (HFC) инфраструктуру.

DOCSIS изначально был разработан CableLabs и сотрудничающими компаниями, включая Arris , BigBand Networks , Broadcom , Cisco , Comcast , Conexant , Correlant, Cox , Harmonic , Intel , Motorola , Netgear , Terayon , Time Warner Cable и Texas Instruments . [1] [2] [3]

Версии

DOCSIS 1.0
Выпущенный в марте 1997 года, DOCSIS 1.0 включал в себя функциональные элементы предыдущих фирменных кабельных модемов . [4]
DOCSIS 1.1
Выпущенный в апреле 1999 года, DOCSIS 1.1 стандартизировал механизмы качества обслуживания (QoS), описанные в DOCSIS 1.0. [5]
DOCSIS 2.0 (сокращенно D2)
Выпущенный в декабре 2001 года стандарт DOCSIS 2.0 повысил скорость передачи данных в восходящем направлении в ответ на возросший спрос на симметричные услуги, такие как IP-телефония.
DOCSIS 3.0 (сокращенно D3)
Выпущенный в августе 2006 года стандарт DOCSIS 3.0 значительно увеличил скорость передачи данных (как в восходящем, так и в нисходящем направлении) и ввел поддержку интернет-протокола версии 6 (IPv6).
DOCSIS 3.1
Впервые выпущенный в октябре 2013 года и впоследствии обновленный несколько раз, набор спецификаций DOCSIS 3.1 поддерживает пропускную способность до 10 Гбит/с в нисходящем направлении и 1 Гбит/с в восходящем направлении с использованием 4096 QAM . Новые спецификации устранили разнос каналов шириной 6 МГц и 8 МГц и вместо этого используют более узкие (шириной 25 кГц или 50 кГц) поднесущие с ортогональным частотным разделением (OFDM) ; они могут быть связаны внутри блочного спектра, который может в конечном итоге иметь ширину около 200 МГц. [6] Технология DOCSIS 3.1 также включает функции управления питанием , которые позволят кабельной отрасли сократить потребление энергии, и алгоритм DOCSIS-PIE [7] для уменьшения раздувания буфера . [8] В Соединенных Штатах провайдер широкополосного доступа Comcast объявил в феврале 2016 года, что несколько городов в пределах его зоны обслуживания будут иметь доступ к DOCSIS 3.1 до конца года. [9] В конце 2016 года Mediacom объявила, что станет первой крупной кабельной компанией США, которая полностью перейдет на платформу DOCSIS 3.1. [10]
DOCSIS 4.0
Улучшает DOCSIS 3.1 для использования полного спектра кабельной установки (от 0 МГц до ~1,8 ГГц) одновременно в обоих направлениях восходящего и нисходящего потока. Эта технология обеспечивает многогигабитные симметричные услуги, сохраняя обратную совместимость с DOCSIS 3.1. CableLabs выпустила полную спецификацию в октябре 2017 года. [11] Ранее известные как DOCSIS 3.1 Full Duplex, эти технологии были переименованы в часть DOCSIS 4.0. [12]

Сравнение

В 1994 году был создан стандарт 802.14 для разработки управления доступом к среде через HFC. В 1995 году была сформирована система мультимедийных кабельных сетей (MCNS). Первоначальными партнерами были TCI , Time Warner Cable , Comcast и Cox. Позже к группе присоединились Continental Cable и Rogers . В июне 1996 года SCTE сформировал подкомитет по стандартам данных, чтобы начать работу по созданию национальных стандартов для высокоскоростной передачи данных по кабельной сети. Июль 1997 года: SCTE DSS проголосовал «за» по документу DSS 97-2. Этот стандарт основан на известной спецификации DOCSIS. Стандарт также был представлен в Международный союз электросвязи по стандартизации телекоммуникаций (ITU-T) и был принят как ITU-T J.112 Annex B.

Европейская альтернатива

Поскольку планы распределения полосы пропускания частот различаются между системами CATV США и Европы, стандарты DOCSIS более ранние, чем 3.1, были изменены для использования в Европе. Эти изменения были опубликованы под названием EuroDOCSIS . Различия между полосами пропускания существуют, поскольку европейское кабельное телевидение соответствует стандартам PAL / DVB-C с полосой пропускания радиочастотного канала 8 МГц, а североамериканское кабельное телевидение соответствует стандартам NTSC / ATSC , которые указывают 6 МГц на канал. Более широкая полоса пропускания канала в архитектурах EuroDOCSIS позволяет выделять большую полосу пропускания для нисходящего пути данных (к пользователю). Сертификационные испытания EuroDOCSIS проводятся бельгийской компанией Excentis (ранее известной как tComLabs), в то время как сертификационные испытания DOCSIS проводятся CableLabs. Обычно оборудование, устанавливаемое на территории клиента , получает «сертификацию», а оборудование CMTS — «квалификацию».

Международные стандарты

Сектор стандартизации электросвязи МСЭ (МСЭ-Т) утвердил различные версии DOCSIS в качестве международных стандартов. DOCSIS 1.0 был ратифицирован как Рекомендация МСЭ-Т J.112 Приложение B (1998), но был заменен DOCSIS 1.1, который был ратифицирован как Рекомендация МСЭ-Т J.112 Приложение B (2001). Впоследствии DOCSIS 2.0 был ратифицирован как Рекомендация МСЭ-Т J.122. Совсем недавно DOCSIS 3.0 был ратифицирован как Рекомендация МСЭ-Т J.222 (J.222.0, J.222.1, J.222.2, J.222.3).

Примечание: В то время как Рекомендация ITU-T J.112 Приложение B соответствует DOCSIS/EuroDOCSIS 1.1, Приложение A описывает более раннюю европейскую систему кабельного модема (« DVB EuroModem»), основанную на стандартах передачи ATM. Приложение C описывает вариант DOCSIS 1.1, который предназначен для работы в японских кабельных системах. Основная часть Рекомендации ITU-T J.122 соответствует DOCSIS 2.0, Приложение F J.122 соответствует EuroDOCSIS 2.0, а Приложение J J.122 описывает японский вариант DOCSIS 2.0 (аналогично Приложению C J.112).

Функции

DOCSIS предоставляет множество опций, доступных на уровнях 1 и 2 взаимодействия открытых систем (OSI) — физическом и канальном .

Физический уровень

Уровень канала передачи данных

Пропускная способность

Первые три версии стандарта DOCSIS поддерживают пропускную способность нисходящего потока с 256-QAM до 42,88 Мбит/с на канал 6 МГц (примерно 38 Мбит/с после накладных расходов) или 55,62 Мбит/с на канал 8 МГц для EuroDOCSIS (примерно 50 Мбит/с после накладных расходов). Возможная пропускная способность восходящего потока составляет 30,72 Мбит/с на канал 6,4 МГц (примерно 27 Мбит/с после накладных расходов) или 10,24 Мбит/с на канал 3,2 МГц (примерно 9 Мбит/с после накладных расходов).

DOCSIS 3.1 поддерживает пропускную способность нисходящего потока с 4096-QAM и разнесением поднесущих 25 кГц до 1,89 Гбит/с на канал OFDM 192 МГц. Возможная пропускная способность восходящего потока составляет 0,94 Гбит/с на канал OFDMA 96 МГц . [17]

Сетевой уровень

Пропускная способность

Таблицы предполагают модуляцию 256-QAM для нисходящего потока и 64-QAM для восходящего потока в DOCSIS 3.0 и модуляцию 4096-QAM для OFDM/OFDMA (первые методы нисходящего/восходящего потока) в DOCSIS 3.1, хотя реальные скорости передачи данных могут быть ниже из-за переменной модуляции в зависимости от SNR. Более высокие скорости передачи данных возможны, но требуют схем QAM более высокого порядка, которые требуют более высокого коэффициента ошибок модуляции нисходящего потока (MER). DOCSIS 3.1 был разработан для поддержки до 8192-QAM/16,384-QAM, но для соответствия минимальным стандартам DOCSIS 3.1 обязательна только поддержка до 4096-QAM.

Для DOCSIS 3.0 теоретическая максимальная пропускная способность для количества связанных каналов указана в таблице ниже.

Обратите внимание, что количество каналов, которые может поддерживать кабельная система, зависит от того, как настроена кабельная система. Например, объем доступной полосы пропускания в каждом направлении, ширина каналов, выбранных в восходящем направлении, и аппаратные ограничения ограничивают максимальное количество каналов в каждом направлении. [ необходима цитата ]

Обратите внимание, что максимальная пропускная способность нисходящего потока во всех версиях DOCSIS зависит от используемой версии DOCSIS и количества используемых восходящих каналов, если используется DOCSIS 3.0, но ширина восходящего канала не зависит от того, используется ли DOCSIS или EuroDOCSIS. [ необходима ссылка ]

Вверх по течению

Традиционный DOCSIS upstream в Северной Америке использует частотный диапазон 5–42 МГц. Диапазон 5–65 МГц используется EuroDOCSIS. Это известно как «низко-разделенная» или «подразделенная» конструкция, способная обеспечить общую общую емкость ~108 Мбит/с upstream (предполагая 4 SC-QAM upstream канала). [20]

В последние годы [ когда? ] кабельные операторы [ которые? ] начали увеличивать объем полосы пропускания, выделенной для восходящего потока. Два самых популярных варианта для этого включают "mid-split" или "high-split". [21]

Промежуточное разделение увеличивает диапазон частот восходящего потока до 5–85 МГц, поддерживая общую общую пропускную способность восходящего потока ~450 Мбит/с (предполагая 4 канала SC-QAM + OFDMA). [22]

Высокое разделение увеличивает диапазон частот восходящего потока до 5–204 МГц, поддерживая общую общую пропускную способность восходящего потока ~1,5 Гбит/с (предполагая 4 канала SC-QAM + OFDMA). [22]

DOCSIS 4.0 в двух конфигурациях: полнодуплексной (FDX) и расширенного спектра DOCSIS (ESD) будет поддерживать скорость восходящего потока, превышающую 5 Гбит/с. [23]

Оборудование

Кабельный модем DOCSIS 3.0
Система терминации кабельного модема (CMTS)

Архитектура DOCSIS включает в себя два основных компонента: кабельный модем, расположенный в помещении клиента, и систему терминации кабельного модема (CMTS), расположенную на головной станции CATV. [24]

Клиентский ПК и связанные с ним периферийные устройства называются клиентским оборудованием (CPE). CPE подключаются к кабельному модему, который в свою очередь подключается через сеть HFC к CMTS. Затем CMTS направляет трафик между HFC и Интернетом. Используя системы предоставления и через CMTS, кабельный оператор осуществляет контроль над конфигурацией кабельного модема. [24]

DOCSIS 2.0 также использовался на микроволновых частотах (10 ГГц) в Ирландии компанией Digiweb , используя выделенные беспроводные каналы вместо сети HFC. В помещениях каждого абонента обычный CM подключается к антенному блоку, который преобразует микроволновые частоты в/из них и передает/принимает на 10 ГГц. У каждого клиента есть выделенный канал, но мачта передатчика должна находиться в зоне прямой видимости (большинство сайтов находятся на вершине холма). [25]

Безопасность

DOCSIS включает службы безопасности уровня управления доступом к среде (MAC) в свои спецификации Baseline Privacy Interface. DOCSIS 1.0 использовал первоначальную спецификацию Baseline Privacy Interface (BPI). Позднее BPI был улучшен с выпуском спецификации Baseline Privacy Interface Plus (BPI+), используемой DOCSIS 1.1 и 2.0. Совсем недавно ряд улучшений Baseline Privacy Interface был добавлен как часть DOCSIS 3.0, и спецификация была переименована в «Security» (SEC).

Целью спецификаций BPI/SEC является описание служб безопасности уровня MAC для связи DOCSIS CMTS с кабельным модемом. Цели безопасности BPI/SEC двояки:

BPI/SEC предназначен для предотвращения прослушивания друг друга пользователями кабельного телевидения. Он делает это путем шифрования потоков данных между CMTS и кабельным модемом. BPI и BPI+ используют 56-битное шифрование Data Encryption Standard (DES), в то время как SEC добавляет поддержку 128-битного Advanced Encryption Standard (AES). Однако ключ AES защищен только 1024-битным ключом RSA. [26]

BPI/SEC предназначен для того, чтобы позволить операторам кабельных услуг отказывать в обслуживании несертифицированным кабельным модемам и неавторизованным пользователям. BPI+ усилил защиту услуг, добавив аутентификацию на основе цифровых сертификатов в свой протокол обмена ключами , используя инфраструктуру открытых ключей (PKI), основанную на цифровых центрах сертификации (CA) тестеров сертификации, в настоящее время Excentis (ранее известный как tComLabs) для EuroDOCSIS и CableLabs для DOCSIS. Обычно оператор кабельных услуг вручную добавляет MAC-адрес кабельного модема в учетную запись клиента у оператора кабельных услуг; [27] и сеть разрешает доступ только к кабельному модему, который может подтвердить этот MAC-адрес, используя действительный сертификат, выданный через PKI. Более ранняя спецификация BPI (ANSI/SCTE 22-2) имела ограниченную защиту услуг, поскольку базовый протокол управления ключами не аутентифицировал кабельный модем пользователя.

Безопасность в сети DOCSIS значительно повышается, когда разрешены только критически важные для бизнеса коммуникации, а коммуникация конечного пользователя с сетевой инфраструктурой запрещена. Успешные атаки часто происходят, когда CMTS настроена на обратную совместимость с ранними предстандартными модемами DOCSIS 1.1. Эти модемы были «программно обновляемыми в полевых условиях», но не включали действительные корневые сертификаты DOCSIS или EuroDOCSIS. [ необходима цитата ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ «Пять систем производителей модемов, рассмотренных для спецификаций кабельных данных». CableLabs. 23 сентября 1996 г. Архивировано из оригинала 21 октября 2002 г. Получено 15 апреля 2023 г.
  2. ^ "CableLabs выбирает Broadcom и Terayon для разработки предложений по передовым модемным технологиям". CableLabs. 13 ноября 1998 г. Архивировано из оригинала 11 октября 2013 г. Получено 15 апреля 2023 г.
  3. ^ "Спецификации интерфейса передачи данных по кабелю (DOCSIS)". Community.Cisco.com . Cisco Systems . 1 марта 2019 г. . Получено 15 апреля 2023 г. .
  4. ^ "Cable Modem Termination System–Network Side Interface Specification" (PDF) . CableLabs. Архивировано из оригинала (PDF) 17 августа 2016 г. . Получено 27 июля 2016 г. .
  5. ^ "Характеристики". CableLabs . Получено 2 декабря 2017 г. .
  6. ^ "DOCSIS 3.1 нацелен на нисходящий поток 10 Гбит/с". Легкое чтение .
  7. ^ Грег, Уайт; Ронг, Пан. «Активное управление очередями (AQM) на основе пропорционально-интегрального контроллера Enhanced (PIE) для спецификаций кабельного интерфейса передачи данных по кабелю (DOCSIS)». Tools.IETF.org . Получено 12 апреля 2021 г. .
  8. ^ "Активное управление очередями в кабельных модемах DOCSIS 3.x" (PDF) . CableLabs.
  9. ^ "Comcast представит первую в мире гигабитную интернет-услугу на базе DOCSIS 3.1 в Атланте, Чикаго, Детройте, Майами и Нэшвилле". BusinessWire.com . 2 февраля 2016 г. . Получено 15 февраля 2016 г. .
  10. ^ "Mediacom Going All DOCSIS 3.1 к концу года". Легкое чтение . Получено 2 декабря 2017 г.
  11. ^ Хамзех, Белал (11 октября 2017 г.). «CableLabs завершает разработку спецификации Full Duplex DOCSIS». CableLabs . Получено 17 июня 2019 г. .
  12. ^ ab "Технология DOCSIS 4.0". CableLabs . Получено 7 марта 2023 г.
  13. ^ «Технология DOCSIS». Роде и Шварц .
  14. ^ "Рекомендация J.83 (1997) Поправка 1 (11/06)". Ноябрь 2006 г. Получено 20 июня 2013 г.
  15. ^ "Понимание пропускной способности данных в мире DOCSIS". Cisco . Получено 21 февраля 2024 г.
  16. ^ ab "CableLabs Issues DOCSIS 3.0 Specifications Enabling 160 Mbps". CableLabs. Архивировано из оригинала 20 ноября 2010 г. Получено 2 декабря 2017 г.
  17. ^ Синклер, Дэйв. «DOCSIS What's Next — An Overview» (PDF) . SCTE-SanDiego.org . Архивировано (PDF) из оригинала 15 августа 2017 г. . Получено 6 марта 2023 г. .
  18. ^ "DOCSIS 2.0 Interface". CableModem.com . Архивировано из оригинала 4 сентября 2009 г.
  19. ^ Torbet, Dan (9 апреля 2008 г.). "IPv6 и кабель: как кабель управляет переходом от IPv4 к IPv6" (PDF) . Rocky Mountain IPV6 Task Force . Получено 12 февраля 2015 г. .
  20. ^ "StackPath". BroadbandTechReport.com . Получено 25 июня 2022 г. .
  21. ^ "Band Splits 101: Splitting Our Way to 10G". CableLabs. 9 декабря 2021 г. Получено 25 июня 2022 г.
  22. ^ ab Howald, Robert; Wolcott, Larry; Ellis, Leslie (11 октября 2021 г.). Выполните переделку Upstream Makeover, не оставляя шрамов (PDF) . Cable-Tec Expo. SCTE . Получено 26 июня 2022 г.
  23. ^ Баумгартнер, Джефф (29 апреля 2022 г.). «Comcast, Charter делают DOCSIS 4.0 и «10G» шагом к коммерческой реальности». Light Reading . Луисвилл, Колорадо . Получено 26 июня 2022 г.
  24. ^ ab DOCSIS 3.1 (Технический отчет). CableLabs. Спецификация физического уровня. CM-SP-PHYv3.1-I19-211110.
  25. ^ "Беспроводной широкополосный Интернет". Ogier Electronics . Получено 5 декабря 2023 г.
  26. ^ Характеристики интерфейса службы передачи данных по кабелю DOCSIS 3.0 Security Specification (PDF) (Технический отчет). CableLabs. 2006–2013. стр. 87. CM-SP-SECv3.0-I15-130808.
  27. ^ «Соединенные Штаты против Райана Харриса, он же DerEngel и TCNISO, Inc» (PDF) . Wired . стр. 2. Когда пользователь компьютера пытается получить доступ к Интернету, модем пользователя сообщает свой MAC-адрес интернет-провайдеру, и если интернет-провайдер распознает MAC-адрес модема как принадлежащий платному абоненту, интернет-провайдер разрешит пользователю получить доступ к Интернету через сеть интернет-провайдера.

Внешние ссылки

Технические характеристики