DOCSIS

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

DOCSIS

Specificaţiile de interfaţă a serviciilor de transport de date prin cablu DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) este un standard internaţional dezvoltat de companiile aşa ca: CableLabs, ARRIS, BigBand Networks, Broadcom, Cisco, Conexant, Correlant, Intel, Motorola, Netgear, Terayon, şi Texas Instruments. DOCSIS defineşte cerinţele de interfaţă a suportului de comunicaţie şi de operare pentru transportarea datelor prin sistema de cablu. DOCSIS permite adăugarea transferului de date la viteză înaltă la o sistemă de televiziune prin cablu CATV (Cable TV) deja existentă. Este implementată de mulţi operatori de televiziune prin cablu pentru a oferi acces la Internet prin infrastructura lor hibridă fibră-coaxial HFC (Hybrid fibre-coaxial). Prima specificaţie DOCSIS era versiunea 1.0, editată în martie 1997, revizuită apoi în versiunea 1.1 în aprilie 1999. Din cauza creşterii cererii pentru serviciilor simetrice, în timp real ca IP telefonia, DOCSIS iarăşi a fost revizuită pentru a spori vitezele de transmitere upstream şi capacităţile serviciului de calitate QoS (Quality of Service); această revizuire – DOCSIS 2.0 a fost lansată în decembrie 2001. Recent, specificaţia a fost revizuită pentru a mări considerabil vitezele de transmitere (de data aceasta ambele upstream şi downstream) şi de a introduce suportul pentru IPv6 (Internet Protocol version 6) – această versiune, DOCSIS 3.0, a fost lansată în august 2006. Deoarece planurile benzilor de frecvenţe alocate diferă între sistemele CATV din Statele Unite şi Europa, standardele DOCSIS au fost modificate pentru utilizare în Europa. Aceste modificări au fost publicate sub denumirea de „EuroDOCSIS”. Diferenţel de bază se reduc la lărgimile de benzi diferite a canalelor TV; canalele de cablu europene se conformă standardelor TV PAL (Phase Alternating Line) şi sunt de 8 MHz în lungime, iar canalele de cablu din America de Nord se conformă standardelor NTSC (National Television Systems Committee), care specifică 6 MHz. Lungimea de bandă în arhitectura EuroDOCSIS permite alocarea unei benzi mai largi pentru canalul de date downstream. Testarea de certificare EuroDOCSIS este executată de Excentis (formal tComLabs), pe când testarea de certificare DOCSIS este executată de CableLabs. De obicei, utilajul CPE primeşte „Certificare”, pe când echipamentul CMTS primeşte „Calificare”. Japonia foloseşte alte variaţii DOCSIS. Sectorul de standardizare a telecomunicaţiilor a Uniunii Telecomunicaţiei Internaţionale ITU-T (International Telecommunications Union Telecommunications Standardization Sector) a adoptat două versiuni DOCSIS ca standarde internaţionale. DOCSIS 1.1 s-a ratificat ca Recomandările ITU-T J.112 Anexa B; ulterior, DOCSIS 2.0 s-a ratificat ca Recomandările ITU-T J.122. DOCSIS 2.0/J.122 paralel este compatibil cu DOCSIS 1.1/J.112 Anexa B. Trebuie de menţionat că pe când Recomandările ITU-T J.112 Anexa B corespund cu DOCSIS/EuroDOCSIS 1.1 Anexa A descrie sistema de modemuri de cablu Europene („DVB EuroModem”) bazată pe standardele de transmitere în ATM. Anexa C descrie o variaţie a DOCSIS 1.1, care e proiectat pentru operarea în sistemele de cablu japoneze. Baza Recomandărilor ITU-T J.122 corespunde DOCSIS 2.0, J.122 Anexa F corespunde EuroDOCSIS 2.0, şi J.122 Anexa J descrie varianta japoneză DOCSIS 2.0 (analogic cu Anexa C din J.112).

---

Trăsături

Trăsăturile DOCSIS prevăd o varietate mare de opţiuni valabile pentru nivelurile 1 şi 2 ale modelului OSI, fizic (PHY) şi controlul accesului media (MAC):

• Nivelul fizic:

- Lăţimea de bandă: DOCSIS 1.0/1.1 specifica lăţimile de canale între 200 KHz şi 3,2 MHZ. DOCSIS 2.0 specifică 6,4 MHZ, însă este compatibil şi pentru benzile înguste ale lăţimilor de canale;

- Modularea: DOCSIS 1.0/1.1/2.0 specifică ca modularea amplitudinilor în cod cu 64 sau 256 de nivele (64-QAM sau 256-QAM) să fie folosită pentru modularea datelor downstream, şi folosirea QPSK sau 16-QAM pentru modularea datelor upstream. DOCSIS 2.0 specifică 32-QAM, 64-QAM şi 128 QAM de asemenea valabile pentru utilizarea upstream;

• Nivelul MAC: DOCSIS foloseşte o mixtură de metode de acces deterministe, specific TDMA pentru DOCSIS 1.0/1.1 şi ambele TDMA şi S-CDMA pentru DOCSIS 2.0, cu utilizare limitată a conflictelor a cerinţelor lărgimii de bandă. În contradicţie cu folosirea în sistemele Ethernet a CSMA/CD MAC bazată pe conflicte pure, sistemele DOCSIS întâmpină puţine coliziuni. Pentru DOCSIS 1.1 şi mai sus nivelul MAC mai include trăsături extensive QoS ce ajută la suport eficient pentru aplicaţii, de exemplu VoIP, ce are cerinţe de trafic specifice aşa ca latenţă joasă.

Toate aceste trăsături combinate permit un output upstream de 30,72 Mbps pe canal (cu toate că viteza upstream pentru DOCSIS 1.0 şi 1.1 este limitată la 10,24 Mbps). Toate trei versiuni a standardului DOCSIS susţine un output downstream de până la 42,88 Mbps pe canal cu 256-QAM (datorită lăţimii canalului de 8 MHz, standardul EuroDOCSIS susţine un output downstream de până la 57,20 Mbps pe canal). Trăsăturile DOCSIS 3.0 sunt IPv6 şi legătura canalelor, care permite multiple canale upstream şi downstream să fie folosite împreună în acelaşi timp de un singur abonat.

---

Rata de transfer

Majoritatea modemelor de cablu DOCSIS au restricţii la ratele de încărcare (upload) şi descărcare (download). Acestea sunt setate prin transferul unui fişier de configurare la modem, prin protocolul TFTP (Trivial File Transfer Protocol), când modemul prima dată stabileşte o conexiune la echipamentul furnizorului. Un canal downstream poate trata sute de modemuri de cablu. Cu creşterea sistemei, CMTS poate fi modernizată cu mai multe porturi downstream şi upstream. Dacă reţeaua HFC este vastă, CMTS poate fi grupată în noduri centrale pentru management eficient. Unii utilizatori au încercat să treacă de limita lăţimii de bandă şi să posede acces la toată lăţimea de bandă a sistemei (de obicei cam 30 Mbps), prin descărcarea fişierului propriu la modemul de cablu – proces numit uncapping (în majoritatea cazurilor este o încălcare a înţelegerii şi a legii).

Tabelul 1. Frecvenţele de sincronizare.

---

Echipamentul

O arhitectură DOCSIS include două componente primare: un modem de cablu CM (Cable Modem) localizat la partea abonatului, şi o sistemă terminală a modemului de cablu CMTS (Cable Modem Termination System) localizat la cap-staţie CATV. Tipic, CMTS este un dispozitiv ce găzduieşte porturile downstream şi upstream (funcţional este similar cu DSLAM utilizat în sistemele DSL). Pentru comunicaţii duplex între CMTS şi CM sunt necesare două porturi fizice (spre deosebire de Ethernet, unde un port prevede comunicaţii duplex). Din cauza zgomotului în calea de întoarcere (upstream), porturi upstream sunt mai multe decât downstream – porturile adiţionale upstream prevăd căi de compensare a liniilor ce introduc zgomot (până la DOCSIS 2.0, era nevoie de prevăzut viteze upstream mai înalte). Înainte ca o companie de cablu să poată implementa DOCSIS 1.1 sau mai sus, ea trebuie să-şi modernizeze reţeaua hibridă HFC ca să susţină o cale de returnare pentru traficul upstream. Fără o cale de returnare, vechiul standard DOCSIS 1.0 permite încă utilizarea transportului de date prin sistemele de cablu, implementând calea de returnare prin liniile telefonice obişnuite POTS (Plain Old Telephone Service). Dacă HFC este deja „în ambele căi” sau „interactivă”, şansele sunt mari ca DOCSIS 1.1 şi mai sus să fie implementat. PC-ul utilizatorului şi periferiile asociate sunt definite ca echipament a părţii abonatului CPE (Customer-premises equipment). Echipamentele CPE sunt conectate la modemul de cablu, care la rândul său este conectat prin reţeaua HFC la CMTS. CMTS apoi rutează traficul între HFC şi Internet. Utilizând CMTS, operatorul de cablu (sau operatorii de servicii multiple MSO (Multiple Service Operators)) exercită control total asupra configurării modemului de cablu; configurarea CM este schimbată pentru a fi ajustată la variaţiile condiţiilor de linie şi a cerinţelor de deservire a abonatului.

---

Securitatea

DOCSIS include servicii de securitate la nivelul MAC în specificaţiile sale de interfaţă privată de bază BPI (Baseline Privacy Interface). DOCSIS 1.0 utiliza specificaţia BPI iniţială. Mai târziu ea a fost îmbunătăţită de specificaţia lansată BPI+. Scopul specificaţiilor BPI este de a descrie serviciile de securitate a nivelului MAC pentru DOCSIS CMTS la comunicaţiile CM. Sarcina securităţii BPI este dublă:

• De a prevedea utilizatorii modemului de cablu cu date private prin reţeaua de cablu;

• Prevede operatorii serviciilor de cablu cu protejarea serviciilor; de exemplu: împiedicarea utilizatorilor neautorizaţi de a poseda acces la serviciile RF MAC a reţelei.

BPI are ca scop de a prevedea un nivel de securitate a datelor prin mediul partajat a reţelei de cablu la egalitate sau mai bine decât în cazul serviciilor de acces a reţelelor cu linii dedicate (modemele analogice sau DSL). Aceasta se efectuează prin criptarea fluxului de date dintre CMTS şi CM.