Войти
Спецификация интерфейса службы передачи данных по кабелю - это международный телекоммуникационный стандарт, который разрешает добавление широкополосной передачи данных к существующей системе кабельного телевидения (CATV). Он используется многими операторами кабельного телевидения для предоставления доступа в Интернет (см. кабельный Интернет ) через существующую гибридную волоконно-коаксиальную инфраструктуру (HFC). К номерам версий иногда добавляется просто «D» вместо «DOCSIS» (например, D3 для DOCSIS 3).
DOCSIS был разработан CableLabs и участвующими компаниями, включая 3Com, ARRIS, BigBand Networks, Broadcom, Cisco, Comcast, Conexant, Correlant, Cox, Harmonic, Hitron Technologies, Intel, Motorola, Netgear, Technicolor, Terayon, Time Warner Cable и Texas Instruments.
Межверсионная совместимость поддерживалась во всех версиях DOCSIS, при этом устройства возвращались к самая высокая поддерживаемая версия, общая для обеих конечных точек: кабельный модем (CM) и оконечная система кабельного модема (CMTS). Например, если у кого-то есть кабельный модем, который поддерживает только DOCSIS 1.0, и система работает под управлением 2.0, соединение будет установлено на скорости передачи данных DOCSIS 1.0.
.
В 1994 году 802.14 была утверждена для разработки управления доступом к среде через HFC. В 1995 году была образована система мультимедийных кабельных сетей (MCNS). Первоначальными партнерами были TCI, Time Warner Cable, Comcast и Cox. Позже к группе присоединились Continental Cable и Роджерс. В июне 1996 года SCTE сформировал Подкомитет по стандартам данных, чтобы начать работу по установлению национальных стандартов для высокоскоростной передачи данных по кабелю. Июль 1997: SCTE DSS проголосовало за документ DSS 97-2. Этот стандарт основан на хорошо известной спецификации DOCSIS. Стандарт также был представлен в Сектор стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (ITU-T) и был принят в качестве Приложения B ITU-T J.112.
| Версия DOCSIS | Дата выпуска | Максимальная пропускная способность нисходящего потока | Максимальная пропускная способность восходящего потока | Характеристики |
|---|---|---|---|---|
| 1.0 | 1997 | 40 Мбит / с | 10 Мбит / с | Первоначальный выпуск |
| 1.1 | 2001 | Добавлены возможности VOIP и механизмы QoS | ||
| 2.0 | 2002 | 30 Мбит / с | Повышенная скорость передачи данных в восходящем направлении | |
| 3,0 | 2006 | 1 Гбит / с | 200 Мбит / с | Значительно увеличена скорость передачи данных в нисходящем / восходящем направлениях, введена поддержка IPv6, введено связывание каналов |
| 3.1 | 2013 | 10 Гбит / с | 1-2 Гбит / s | Значительное увеличение скорости передачи данных в нисходящем / восходящем направлениях, реструктуризация характеристик канала |
| 4,0 | 2017 | 6 Гбит / с | Значительно увеличены скорости передачи данных в восходящем направлении |
Поскольку планы распределения полосы частот для систем CATV США и Европы различаются, стандарты DOCSIS более ранние, чем 3.1, были изменены для использования в Европе. Эти модификации были опубликованы под названием EuroDOCSIS . Различия между полосами пропускания существуют потому, что европейское кабельное телевидение соответствует стандартам PAL / DVB-C с полосой пропускания радиочастотного канала 8 МГц, а кабельное телевидение Северной Америки соответствует NTSC / Стандарты ATSC, которые определяют 6 МГц на канал. Более широкая полоса пропускания канала в архитектурах EuroDOCSIS позволяет выделить большую полосу пропускания для нисходящего пути передачи данных (по направлению к пользователю). Сертификационные испытания EuroDOCSIS проводит бельгийская компания Excentis (ранее известная как tComLabs), а сертификационные испытания DOCSIS выполняет CableLabs. Как правило, оборудование в помещении клиента получает «сертификацию», а оборудование CMTS получает «квалификацию».
Сектор стандартизации электросвязи ITU (ITU-T) одобрил различные версии DOCSIS в качестве международных стандартов. DOCSIS 1.0 был ратифицирован как Рекомендация ITU-T J.112, Приложение B (1998), но был заменен DOCSIS 1.1, который был ратифицирован как Рекомендация ITU-T J.112 Приложение B (2001). Впоследствии DOCSIS 2.0 был ратифицирован как Рекомендация ITU-T J.122. Совсем недавно DOCSIS 3.0 был ратифицирован как Рекомендация ITU-T J.222 (J.222.0, J.222.1, J.222.2, J.222.3 ).
Примечание. Хотя Приложение B к Рекомендации МСЭ-Т J.112 соответствует DOCSIS / EuroDOCSIS 1.1, в Приложении A описана более ранняя европейская система кабельных модемов («DVB EuroModem»), основанная на передаче ATM. стандарты. Приложение C описывает вариант DOCSIS 1.1, предназначенный для работы в японских кабельных системах. Основная часть Рекомендации МСЭ-Т 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 к J.112).
DOCSIS предоставляет большое разнообразие опций, доступных на уровнях 1 и 2 взаимодействия открытых систем (OSI), физическом и канал передачи данных слоев.
Первые три версии стандарта DOCSIS поддерживают нисходящую пропускную способность с 256-QAM до 42,88 Мбит / с на канал 6 МГц (приблизительно 38 Мбит / с после накладных расходов) или 55,62 Мбит / с на канал 8 МГц для EuroDOCSIS (приблизительно 50 Мбит / с после накладных расходов). Возможная пропускная способность восходящего потока составляет 30,72 Мбит / с на канал 6,4 МГц. l (приблизительно 27 Мбит / с после служебных данных) или 10,24 Мбит / с на канал 3,2 МГц (приблизительно 9 Мбит / с после служебных данных).
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.
Максимальная исходная пропускная способность, включая накладные расходы (максимальная полезная нагрузка пропускная способность после накладных расходов). В таблицах предполагается модуляция 256-QAM для нисходящего потока и 64-QAM для восходящего потока в DOCSIS 3.0 и модуляция 4096-QAM для OFDM / OFDMA (первый нисходящий / восходящий методы) в DOCSIS 3.1, хотя реальные скорости передачи данных могут быть ниже из-за переменных значений. модуляция в зависимости от SNR. Возможны более высокие скорости передачи данных, но требуются схемы QAM более высокого порядка, которые требуют более высокого коэффициента ошибок модуляции в нисходящем направлении (MER). DOCSIS 3.1 был разработан для поддержки до 8192-QAM / 16,384-QAM, но только поддержка до 4096-QAM является обязательной для соответствия минимальным стандартам DOCSIS 3.1.
| Версия | Нисходящий | Восходящий поток | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Конфигурация канала | Пропускная способность DOCSIS в Мбит / с | Пропускная способность EuroDOCSIS в Мбит / с | Канал конфигурация | Пропускная способность в Мбит / с | |||||||
| Минимальное выбираемое количество каналов | Минимальное количество каналов, которое должно поддерживать оборудование | Выбранное количество каналов | Максимальное количество каналов | Минимальное выбираемое количество каналов | Минимальное количество каналов, которое должно поддерживать оборудование | Выбранное количество каналов | Максимальное количество каналов | ||||
| 1.x | 1 | 1 | 1 | 1 | 42,88 (38) | 55,62 (50) | 1 | 1 | 1 | 1 | 10,24 (9) |
| 2,0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 42,88 (38) | 55,62 (50) | 1 | 1 | 1 | 1 | 30,72 (27) |
| 3,0 | 1 | 4 | m | Не определено | м × 42,88 (м × 38) | м × 55,62 (м × 50) | 1 | 4 | n | Не определено | n × 30,72 (n × 27) |
| 3.1 | 1 канал OFDMA. ИЛИ. 1 канал SC-QAM | 2 канала OFDMA. И. 32 канала SC-QAM | m1. m2 | Не определено | Зависит от полосы пропускания канала OFDMA в МГц. PL US. m2× 42,88 (m 2 × 38) | В зависимости от полосы пропускания канала OFDMA в МГц. PLUS. m2× 55,62 (m 2 × 50) | 1 канал OFDMA. ИЛИ. 1 канал SC-QAM | 2 канала OFDMA. И. 8 каналов SC-QAM | n1. n2 | Не определено | Зависит от полосы пропускания канала OFDMA в МГц. PLUS. n2× 30,72 (n 2 × 27) |
Для DOCSIS 3.0 теоретическая максимальная пропускная способность для количества связанных каналов перечислены в таблице ниже.
| Конфигурация канала | Пропускная способность нисходящего потока | Пропускная способность восходящего потока | ||
|---|---|---|---|---|
| Количество нисходящих каналов | Количество восходящих каналов | DOCSIS | EuroDOCSIS | |
| 4 | 4 | 171,52 (152) Мбит / с | 222,48 (200) Мбит / с | 122,88 (108) Мбит / с |
| 8 | 4 | 343,04 (304) Мбит / с | 444,96 (400) Мбит / с | 122,88 (108) Мбит / с |
| 16 | 4 | 686,08 (608) Мбит / с | 889,92 (800) Мбит / с | 122,88 (108) Мбит / с |
| 24 | 8 | 1029,12 (912) Мбит / с | 1334,784 (1200) Мбит / с | 245,76 (216) Мбит / с |
| 32 | 8 | 1372,16 (1216) Мбит / с | 1779,712 (1600) Мбит / с | 245,76 (216) Мбит / с |
Обратите внимание, что количество каналов, поддерживаемых кабельной системой, зависит от того, как настроена кабельная система. Например, количество доступной полосы пропускания в каждом направлении, ширина каналов, выбранных в восходящем направлении, и аппаратные ограничения ограничивают максимальное количество каналов в каждом направлении. Также обратите внимание, что, поскольку во многих случаях емкость DOCSIS распределяется между несколькими пользователями, большинство кабельных компаний не продают максимальную техническую емкость, доступную в качестве коммерческого продукта, чтобы уменьшить перегрузку в случае интенсивного использования.
Обратите внимание, что максимальная пропускная способность нисходящего потока для всех версий 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. используемый.
Кабельный модем DOCSIS 3.0 
Система оконечной нагрузки кабельного модема Архитектура DOCSIS включает два основных компонента: кабельный модем, расположенный в помещении клиента, и кабельный модем система завершения (CMTS), расположенная на головной станции CATV. В кабельных системах, поддерживающих программирование по запросу, используется гибридная коаксиально-волоконная система . По волоконно-оптическим линиям цифровые сигналы передаются в узлы системы, где они преобразуются в радиочастотные каналы и сигналы модема по коаксиальным магистральным линиям.
Типичный CMTS - это устройство, на котором размещаются нисходящие и восходящие порты (его функции аналогичны мультиплексору доступа к цифровой абонентской линии (DSLAM), используемому в цифровой абонентской линии (DSL) система). В то время как нисходящая и восходящая связь передается по общей коаксиальной линии в помещении клиента и подключается к одному F-разъему на кабельном модеме, CMTS обычно имеет отдельные F-соединители для нисходящего и восходящего потоков. общение. Это обеспечивает гибкость для оператора кабельного телевидения. Из-за шума на обратном (восходящем) пути восходящий порт обычно подключается к одному соседству (оптоволоконному узлу), тогда как нисходящий порт обычно используется в небольшом количестве соседств. Таким образом, на CMTS обычно больше восходящих портов, чем нисходящих. Типичный CMTS имеет четыре или шесть восходящих портов на нисходящий порт.
Прежде чем кабельная компания сможет развернуть DOCSIS 1.1 или выше, она должна модернизировать свою гибридную оптоволоконно-коаксиальную (HFC) сеть для поддержки обратного пути для восходящего трафика. Без обратного пути старый стандарт DOCSIS 1.0 все еще позволяет использовать данные по кабельной системе, реализуя обратный путь через простой старый телефонный сервис (POTS). Если HFC уже является «двусторонним» или «интерактивным», высока вероятность того, что DOCSIS 1.1 или выше может быть реализован.
Клиентский ПК и связанные с ним периферийные устройства называются клиентским оборудованием (CPE). CPE подключается к кабельному модему, который, в свою очередь, подключается через сеть HFC к оконечной системе кабельного модема (CMTS). Затем CMTS направляет трафик между HFC и Интернетом. Используя CMTS, оператор кабельного телевидения (или операторы нескольких служб - MSO) осуществляет полный контроль над конфигурацией кабельного модема; конфигурация CM изменена, чтобы приспособиться к изменяющимся условиям линии и требованиям обслуживания клиентов.
DOCSIS 2.0 также используется на микроволновых частотах (10 ГГц) в Ирландии компанией Digiweb, используя выделенные беспроводные каналы, а не сеть HFC. В помещении каждого абонента обычный CM подключен к антенной коробке, которая преобразует / из микроволновых частот 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).
Архитектура DOCSIS также используется для фиксированной беспроводной связи с оборудованием, использующим 2,5–2,7 ГГц Многоканальный Служба многоточечного распределения (MMDS) в микроволновом диапазоне в США
DOCSIS включает в себя службы безопасности уровня управления доступом к среде (MAC) в свои спецификации базового интерфейса конфиденциальности. В DOCSIS 1.0 использовалась исходная спецификация базового интерфейса конфиденциальности (BPI). Позднее BPI был улучшен с выпуском спецификации Baseline Privacy Interface Plus (BPI +), используемой DOCSIS 1.1 и 2.0. Совсем недавно как часть DOCSIS 3.0 был добавлен ряд улучшений в интерфейс базовой конфиденциальности, а спецификация была переименована в «Безопасность» (SEC).
Назначение спецификаций BPI / SEC состоит в том, чтобы описать услуги безопасности уровня MAC для связи DOCSIS CMTS с кабельным модемом. Цели безопасности BPI / SEC двояки:
BPI / SEC предназначен для предотвращения прослушивания пользователями кабеля друг друга. Это делается путем шифрования потоков данных между CMTS и кабельным модемом. BPI и BPI + используют 56-битное шифрование Data Encryption Standard (DES), а SEC добавляет поддержку 128-битного Advanced Encryption Standard (AES). Ключ AES, однако, защищен только 1024-битным ключом RSA, который предлагает примерно 80 бит безопасности в качестве самого слабого звена.Все версии предусматривают периодическое обновление ключа (в период, задаваемый оператором сети), чтобы повысить уровень защиты.
BPI / SEC позволяет операторам кабельной связи отказывать в обслуживании несертифицированным кабельным модемам и неавторизованным пользователям. BPI + усилила защиту услуг, добавив аутентификацию на основе цифрового сертификата к своему протоколу обмена ключами, используя инфраструктуру открытых ключей (PKI) на основе цифрового сертификата органы (CA) сертификационных тестеров, в настоящее время Excentis (ранее известная как tComLabs) для EuroDOCSIS и CableLabs для DOCSIS. Обычно оператор кабельной сети вручную добавляет MAC-адрес кабельного модема к учетной записи клиента у оператора кабельной связи; 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, потому что лежащий в основе протокол управления ключами не аутентифицировал кабельный модем пользователя.
Безопасность в сети DOCSIS значительно улучшается, когда разрешены только критически важные для бизнеса соединения, а соединение конечных пользователей с сетевой инфраструктурой запрещено. Успешные атаки часто происходят, когда CMTS настроена для обратной совместимости с ранними предустановленными модемами DOCSIS 1.1. Эти модемы были «программно обновляемыми на месте», но не имели действительных корневых сертификатов DOCSIS или EuroDOCSIS.
