Предвестники стандарта Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) появились в 1998 году, когда Междунаро́дный сою́з электросвя́зи (ITU) одобрил основополагающий стандарт J.112, определяющий методы передачи данных по сетям кабельного телевидения. После чего, на основе стандартов J.112 и J.83 консорциумом CableLabs и был разработан единый международный стандарт DOCSIS. Он предусматривает передачу данных абоненту по сети кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/c (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. По задумке CableLabs он призван сменить господствовавшие ранее решения на основе фирменных протоколов передачи данных и методов модуляции, несовместимых друг с другом, и должен гарантировать совместимость аппаратуры различных производителей. Последняя на сегодняшний день версия, DOCSIS 3.0, позволяет увеличить скорости передачи данных по прямому каналу - до 400 Мбит/с, по обратному - до 120 Мбит/с. Для сравнения, скорость в прямом канале протокола DOCSIS 2.0 составляет 50 Мбит/с, и 30 Мбит/с в обратном.
Российский фальстарт
Технология DOCSIS редко используется в России. Технический директор ЗАО «Акадо-Столица» Михаил Медриш полагает, что это происходит в первую очередь по причине банального незнания. Когда технология активно развивалась в мире, в России не нашлось достаточно крупных инвесторов, которые рискнули бы вложить значимые средства в развитие двунаправленных кабельных сетей по технологии HFC/DOCSIS. «В результате в России в 90-х годах для предоставления услуг Интернет широкому кругу пользователей стали использовать сети, построенные по технологии Ethernet. Их строили в условиях отсутствия средств, ставили оборудование, не предназначенное для операторской деятельности, - вспоминает г-н Медриш. - Воздушно-кабельные переходы строили с использованием неэкранированного медного кабеля. А уже потом по прошествии нескольких лет стали менять на оптику, ставить управляемые коммутаторы и т.д. То есть это такое экстенсивное развитие. Никаких «залповых» вложений в инфраструктуру, кроме, наверное, «Корбины» и «Центела», не было. Потом в 2003 - 2004 годах после нескольких шагов развития технологии ADSL и появления дешевых абонентских устройств стал активно развиваться рынок услуг доступа в Интернет по технологии ADSL на базе медной кабельной инфраструктуры традиционных телефонных операторов. О технологии HFC опять мало кто думал».Эксперты отмечают, что отличия Ethernet и DOCSIS следует обсуждать только с учетом исторически сложившихся обстоятельств, так как сравнивать собственно технологии, не учитывая условия их реализации, не совсем корректно. «Если не брать в расчет возможности самих технологий, их различие кроется в их происхождении и реализации в конкретных условиях, - поясняет начальник проектного отдела Петербургской компании «Р2» Роман Шуматов. - DOCSIS, как и DSL, разрабатывался для применения в уже существующих сетях, поверх уже работающей кабельной инфраструктуры. Ethernet, изначально не предназначавшийся для массового применения на сетях доступа, реализуется на собственной вновь построенной инфраструктуре».
Как все начиналось
Роман Шуматов отмечает, что в конце 90-х DOCSIS имел некоторое преимущество: кабельное телевидение было на подъеме, инвесторы не жалели денег на его развитие. В то же время ethernet-оборудование (сети строились преимущественно на концентраторах - хабах) стоило значительно дороже, а отечественная промышленность по производству оптических кабелей была представлена двумя-тремя заводами, что не давало широкого выбора типов кабелей за приемлемую цену. «Однако, несмотря на то, что DOCSIS разрабатывался консорциумом CableLabs для условий применения на уже существующих сетях кабельного телевидения, таковых сетей, пригодных для двунаправленного обмена информацией, в России также не было, поэтому все строительство DOCSIS-сетей начиналось с нуля», - поясняет Роман Шуматов.«Немаловажно также отметить законодательные условия, в которых строились все сети в принципе, - напоминает Роман Шуматов. - HFC-сети развертывались, как правило, при тщательном проектировании и последующей экспертизе проектов, получением и выполнением всевозможных согласований - медленно, но верно. Далее, эти сети проходили процедуры 113-го приказа в Связьнадзоре с получением заветных синих бумажек. Ethernet-операторы зачастую не утруждали себя подобными процедурами: протокол передачи данных не настолько требователен к физической среде распространения и, соответственно, к проектированию сетей, а конкуренция подстегивала к более быстрому освоению территорий и более быстрому возврату средств, вложенных в сеть. Поэтому все процедурные вопросы решались уже постфактум - получением разрешения на телематические услуги связи по упрощенному порядку приложения «А» к 113-му приказу».
В любом случае, Г-н Шуматов вспоминает, что большинство кабельных операторов, начинавших развитие в сторону сетей передачи данных в начале 2000-х годов, как правило, делали выбор как раз в пользу DOCSIS, развертывая его поверх гибридных оптико-волоконных сетей (HFC, Hybrid Fiber Coax). «Идеология HFC-сетей предполагала доведение оптики внутрь квартала до глубины проникновения в 500…3000 квартир, - поясняет Роман Шуматов. - Далее от оптического узла развертывались коаксиальные сети, доводя телевизионный сигнал в каждый дом. Стоимость строительства таких сетей доходила до $50 в расчете на одну квартиру в зоне охвата сети (т.н. HP - Homes Passed)».
Дальнейшее же сосуществование DOCSIS и Ethernet сетей проходило на фоне более быстрого снижения стоимости Ethernet-оборудования, повышения доступности оптики и снижения стоимости ее инсталляции, что, в итоге, привело к появлению бесчисленного множества операторов разного калибра, конкуренции и снижению тарифов на услуги. «DOCSIS операторы в этой войне понесли значительные потери, достигнув потолка возможностей технологии в версии 2.0 этой спецификации - говорит Роман Шуматов. - Возможность дальнейшей конкуренции в гонке скоростей представилась в версии 3.0 DOCSIS, но для этого оператору необходимо сменить парк используемых модемов - как головных, так и абонентских». В Петербурге, к примеру, на сегодняшний день только один оператор принял решение развивать технологию дальше - это ТКТ. «Все остальные начали параллельно своим сетям развертывать сети уровня FTTx с параллельными сетями обычного однонаправленного телевидения (ну, может быть, с добавлением цифровых каналов в формате DVB-C) и Ethernet-сетей, оставив DOCSIS непритязательным и инертным постоянным абонентам», - уверен Роман Шуматов.
Опыт ТКТ
В ТКТ считают, что технология DOCSIS была самым рациональным решением на момент строительства сети компании. В ТКТ, который исторически является оператором кабельного телевидения и работает на базе HFC, стандарт DOCSIS применяют с 2004 года. «На первом этапе технология DOCSIS была внедрена на экспериментальном участке Московского района, - рассказал генеральный директор ОАО «Телекомпания Санкт-Петербургское кабельное телевидение» Руслан Евсеев. - После успешного тестирования состоялось промышленное внедрение на всей сети. У стандарта DOCSIS существует несколько версий. На момент внедрения технологии в ТКТ, существовала только первая версия - DOCSIS 1.0. Эта версия использовалась в ТКТ до 2005 года. В 2005 году состоялся переход на версию DOCSIS 2.0, которая позволила существенно повысить качество предоставления услуг. В частности, были увеличены скорости для абонентов. Очередным этапом развития стал переход в конце 2009 года на версию DOCSIS 3.0. Сейчас по данному протоколу работает три района города. До конца 2010 года планируется полностью перейти на новый протокол. Основное конкурентное преимущество сети HFC - в возможности предоставления по одному кабелю значительно более широкого спектра услуг: кабель для обычного аналогового сигнала достаточно провести один раз, и в дальнейшем не требуется никаких работ в квартире абонента для подключения Интернет, цифрового телевидения (телефонии) и т.д. Немаловажно и то, что каждая новая версия DOCSIS позволяет существенно увеличить скорости передачи данных. Протокол DOCSIS 2.0 позволяет получить на абонентском модеме скорость до 10 Мбит/с, а при протоколе DOCSIS 3.0 скорость может быть повышена до 100 Мбит/с».
Внедрение всех версий DOCSIS на сети ТКТ производилось техническими специалистами компании. Для выполнения монтажных работ привлекались специалисты компании V-LUX. На сети ТКТ используется оборудование Arris. «Технические специалисты прошли специализированный курс обучения по настройке и управлению оборудованием. Часть обучения была проведена на стороне партнеров ТКТ, за рубежом», - рассказал Руслан Евсеев. В ТКТ не озвучивают инвестиции в свою сеть.
«Общие инвестиции определяются масштабом сети, - поясняет главный инженер — заместитель генерального директора ЗАО «Телевизионные интегрированные кабельные сети» (ТВ-ИКС) Алексей Холмецкий. - Стоимость в основном, определяется стоимостью CMTS (центральная станция кабельных модемов) и серверным оборудованием. В среднем инвестиции в расчете на одного подключенного абонента составляют примерно $25-30».
Эксперты полагают, что для ТКТ в настоящих условиях более простым и удобным является именно DOCSIS. «Тот административный ресурс, то положение на рынке, доставшиеся Петербургскому ТКТ в наследство от СПб КТВ, наиболее удобно легли в основу построенной сети: нет проблем с подключением к сетям электроснабжения - используются линии, ранее использовавшиеся для подключения антенных усилителей или вновь проложенные линии на тех же условиях; как правило, нет проблем с доступом и размещением оборудования, с прокладкой кабелей между зданиями; нет проблем со сбором абонентской платы - платежи включены в счета ВЦКП за коммунальные услуги еще со времен СПб КТВ, а отказаться от услуги не так просто», - перечисляет Роман Шуматов. - Кроме того, при масштабах сети ТКТ простая замена одной технологии на другую вряд ли, на мой взгляд, разумна. В модернизацию сети вложены значительные суммы. На протяжении 2-3 лет несколько раз был изменен частотный план под различные версии DOCSIS, причем каждый раз приходилось менять усилительное оборудование и фильтры. Теперь начался переход на 3-ю версию, что опять же повлечет за собой замену оборудования линейной сети в связи с очередным расширением диапазона обратного канала, а также, что самое неприятное, замену головных кабельных модемов и постепенную замену абонентских модемов. Модемы предыдущих версий смогут работать лишь в пределах своих возможностей и не подлежат апгрейду. Кроме того, замена технологии потребует изменения квалификации обслуживающего персонала, который, по моим данным, не избалован высокой заработной платой. Найти такое количество линейного персонала нереально - job-ресурсы пестрят дефицитом сотрудников «техник оборудования связи», «монтажник оборудования связи».
Опыт Акадо
В Москве по технологии HFC/DOCSIS предоставляет услуги телевидения, Интернет и телефонии сеть АКАДО. «Зона покрытия двунаправленной сети HFC/DOCSIS превышает 2,1 млн. квартир - рассказал Михаил Медриш. - Внедрение DOCSIS началось в АКАДО в 2000-м году, как один из проектов компании, предоставляющей услуги телевидения по двунаправленной кабельной сети. Сегодня сеть АКАДО предоставляет сотням тысяч абонентов услуги аналогового и цифрового телевидения, доступа в сеть Интернет и услуги телефонной связи. Используемая технология позволяет предоставлять все эти услуги через один кабель. Кабель один, технология единая, и, как следствие, - недорогая эксплуатация».
Михаил Медриш привел пример: «Для эксплуатации имеющейся у нас Ethernet сети мы содержим одного ремонтного работника примерно на 1 - 1,2 тысячи абонентов при 15-20% проникновении услуги доступа в Интернет. Для эксплуатации сети HFC/DOCSIS у нас 1 ремонтный работник на 3-4 тысячи абонентов. При этом надо иметь ввиду, что в этом случае сеть предоставляет весь комплекс услуг. Из чего такая экономия? Из того, что для обслуживания сети HFC выезд к абоненту почти в трех четвертях случаев завершается работами внутри квартиры абонента или около его квартиры при подключении к стояку. Что там бывает: случайно пробили кабель, случайно дернули кабель и оторвали экран, иногда бывает поврежденное оборудование. Конечно, бывает вандализм и поврежденный коаксиальный кабель в стояке, но чаще всего работы завершаются в квартире абонента. А вот при Ethernet в ¾ случаев, наоборот, надо идти на чердак или в подвал, где стоит коммутатор, надо разбираться с тем, окислилось там что-то или нет, сгорело ли, или просто «зависло», ведь активное оборудование стоит прямо в доме. В случае с DOCSIS, станция кабельных модемов (интеллектуальное сетевое устройство) находится на крупном узле, с хорошим электроснабжением, защитой, в том числе и физической, за железной дверью, с кондиционированием. В промежутке находится только кабельная инфраструктура и усилители. Такие системы работают очень надежно». «Рисунок» DOCSIS
«DOCSIS базируется на частотном разделении потоков данных, передаваемых от головного кабельного модема (CMTS, Cable Modem Termination System) к абонентскому модему в диапазоне 47/54/87…862 МГц (downstream) QAM-модулированными сигналами и от абонента в диапазоне 5…30/42/65 МГц (upstream) QPSK или QAM- модулированными сигналами, - рассказывает Роман Шуматов. - Причем downstream поток является общим для всех пользователей, находящихся в зоне действия физического сегмента конкретного CMTS, то есть вся полоса делится между активными пользователями, принимающими данные в каждый момент времени. В зависимости от версии спецификации DOCSIS скорость в прямом канале - 55.6 Мбит/с, версия 3.0 позволяет достигнуть 220 Мбит/с и более. В upstream потоке используется принцип временного разделения канала, что позволяет передавать данные на скорости до 30 Мбит/с, в версии 3.0 - 120 Мбит/с».«В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD), - поясняет Алексей Холмецкий. - Это накладывает ограничения на диаметр локальной сети не более 200 м от коммутатора и, в случае узкого внешнего канала замедляет процесс доступа компьютеров к внешним ресурсам. Технология DOCSIS использует временное разделение доступа кабельных клиентских модемов к ресурсам сети, что позволяет перераспределять доступ во внешнюю сеть между кабельными модемами и сохраняя заданную скорость доступа на постоянном уровне, обеспечивая необходимое QoS».
Кадровый вопрос
Как отмечают специалисты, в обслуживанием сети КТВ с обратным каналом вполне может справиться обычный монтажник. «Опыт приобретается в процессе работы», - говорит Алексей Холмецкий.«Квалификации линейного персонала без особой подготовки (но с опытом) достаточно для поддержания сети в работоспособном состоянии, - говорит Роман Шуматов. - Поскольку для линейной сети (собственно от головной станции до абонента) сигналы сети передачи данных равноценны обычным сигналам телевизионного вещания, то для ее обслуживания достаточно того же персонала, который ранее обслуживал обычную телевизионную сеть: достаточно знания что такое «децибел» и с чем его едят без особых приправ. Если у абонента есть телевидение, то в большинстве случаев проблем с наличием связи у абонента не должно возникнуть. Для особо сложных случаев достаточно инженера более высокой квалификации, чтобы в ней разобраться».
Сложности
«Часто те, кто пытается строить сеть DOCSIS с нуля, наталкиваются на множество проблем. Они плюют и говорят: двунаправленную сеть здесь не построить, - сразу отмечает не столько исторические, сколько культорологические особенности Михаил Медриш. - И все. Они решают - лучше будем строить Ethernet. Потому что вроде бы знают, как его строить - это проще. Но причина кроется именно в технологических особенностях, в знании или незнании этих особенностей. Поэтому в России до сих пор двунаправленные HFC-сети почти нигде никто не строит.«Основная проблема при внедрении данной технологии - наличие большого количества радиопомех в полосе частот обратного канала особенно в его низкочастотной области (до 15 МГц), - отмечает Алексей Холмецкий. - Если применить высококачественные материалы с глубокой экранировкой при строительстве сети и установить специальные фильтрующие устройства на абонентские отводы, не пользующихся услугой доступа в Интернет, то проблему можно преодолеть».
Слабые стороны технологии DOCSIS Роман Шуматов видит в делении полосы к абоненту и зависимость от загрузки этого канала, что требует тщательного планирования нагрузки на один downstream и/или наличия резерва как физических линий (оптических волокон, приходящих на оптический узел), так и достаточно дорогостоящего оборудования (головные модемы, дополнительные модули для этих головных модемов, приемо-передающие узлы up- и downstream`ов).
«DOCSIS при нормально построенной и эксплуатируемой сети доставляет мало проблем, - уточняет Роман Шуматов. - Проблемы возникают тогда, когда загрузка отдельного головного модема достигает предельной в рамках предоставляемых тарифных планов. В этом случае приходится вкладывать достаточно серьезные средства в сегментирование сети - новый головной модем DOCSIS 2.0 в конфигурации 1 downstream/4upstream стоит в районе 14-20 k$, при нынешних тарифах на таком модеме терминируется до 2 тыс абонентов. Плюс еще необходимы вливания в транспорт - приемо-передающие узлы up- и downstream`ов могут обойтись еще в $4 тыс (на один такой головной модем). Масштабирование Ethernet-сети проходит не настолько болезненно».
Достоинства технологии
«Неоспоримыми преимуществами DOCSIS является то, что аналогично DSL, услуга доступна там, где есть сеть, то есть любой подписчик кабельного оператора без дополнительных затрат в виде прокладки отдельного кабеля в квартиру может также подписаться на услугу доступа в Интернет (естественно, для этого нужен кабельный модем), - говорит Роман Шуматов. - Кроме того, между абонентом и оператором нет никаких активных устройств, способных «зависнуть» и находящихся вне зоны оперативного доступа обслуживающего персонала. Активное оборудование, используемое для передачи телевизионного сигнала и одновременно для передачи данных, доступно для резервирования дистанционного питания по коаксиальному кабелю, то есть линейная сеть и услуга на этой сети не зависят от пропадания электроснабжения на соседних подъездах/домах». «Совершенствовать технологию очень просто, - говорит Алексей Холмецкий. - Замене подвергаются абонентские кабельные модемы (это можно делать постепенно) и центральный CMTS. По данным американских источников единственным реальным конкурентом нарождающейся технологии GPON является DOCSIS 3.0. В печати были сообщения, что в лабораториях Cisco System проведены опыты по передаче информации со скоростью 1000 Мбит/сек в полосе 8 МГц радиочастотного спектра. Такая скорость достигнута за счет высоких индексов модуляции радиочастотного сигнала и применением новых материалов для коаксиальных кабелей. В телевизионном диапазоне Российского стандарта умещается 100 ТВ каналов с шириной спектра 8 МГц. Нетрудно подсчитать пропускную способность коаксиального кластера».«По сути, собственно DOCSIS является «коробочным» решением, которое затачивается по месту грамотным администратором, которому совсем не нужно вникать в особенности передачи сигналов по сети кабельного телевидения. Поэтому длительность процесса внедрения технологии упирается только в длительность развертывания сети кабельного телевидения, - считает Роман Шуматов. - В зависимости от подходов к строительству, схем сетей, применяемых технологий строительства, численности персонала, количества подрядчиков, скорость развертывания в районах массовой застройки 10-15 тыс. квартир в месяц для крупного оператора можно считать вполне «съедобной».
Финиш
Эксперты отмечают, что в настоящих российских реалиях перспективы у DOCSIS туманны. «Если наши контролирующие органы начнут требовать выполнения нормативных документов по защите сетей связи, а собственники жилых домов и управляющие компании начнут приводить в порядок пространство чердаков, слаботочных каналов и небо между домами, то, боюсь, первыми пострадают Ethernet операторы, - говорит Роман Шуматов. - Списывать совсем со счетов DOCSIS я бы тоже не стал. Например, неплохой урожай ТКТ собрал в районах исторической застройки центра Санкт-Петербурга, что обусловлено сложностями прокладки сетей Ethernet и абонентских линий на этом жилом фонде: перепады высот рядом стоящих домов, покатые крыши, невысокая плотность населения».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, начинаем срывать покровы давайте разберемся с вопросами:
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. 
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). Как пример если вы не оператор КТВ а скажем АТС то опять же строить коаксиальную сеть по всему городу не представляется полезным значительно дешевле податься в ADSL – думаю понятно.
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 Для совсем несведущих это (очень грубо) такой большой и дорогой модем к которому линкуются абонентские модемы.
4. Основным требованием к сети является – обслуживаемость и наличие на усилителях обратного канала. Обслуживаемость – это перманентное вырезание нелегалов и слежение за уровнями сигнала в прямом и обратном каналах. Сезонный шат сигнала может очень существенно подпортить жизнь пользователям и вашей службе поддержки.
5. С кратким перечнем производителей модемов можно ознакомиться . 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 routers 10.10.200.1;
Include "/usr/local/etc/users_dhcp.conf";
}
Subnet 10.10.100.0 netmask 255.255.248.0 {
default-lease-time 3600;
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;
MaxRateSustained 0;
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 типа
Cable 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
По кабелю или DOCSIS — это международный стандарт телекоммуникаций, который позволяет добавлять передачу данных в существующую коаксиальную систему кабельного телевидения с высокой пропускной способностью. Это важно как для интернет-пользователей, так и для интернет-провайдеров, потому что позволяет увеличить скорость интернета без замены коаксиальных кабельных сетей. На практическом уровне для потребителей нужно будет знать, какой стандарт DOCSIS нужен при покупке кабельного модема.
Основы модемного подключения
DOCSIS позволяет использовать кабельные соединения для обслуживания приложений с высокой пропускной способностью. Он был создан в марте 1997 года. За этот период он прошел несколько этапов усовершенствований. Система включает в себя модем, расположенный в помещении пользователя, а также устройства, находящиеся в другом месте, как правило, на центральной станции компании провайдера или на промежуточном узле.
Существует два основных компонента DOCSIS: физический уровень (PHY) и уровень управления доступом к среде (MAC). Физический уровень относится к используемому оборудованию для проводки и маршрутизации, а также к передаче данных через эти различные физические системы. В общем, более быстрая скорость передачи означает лучшую производительность. Однако есть несколько ограничений с точки зрения физического расстояния.
Эти ограничения влияют на области, где может устанавливаться кабельный модем DOCSIS 3. 0 и другая инфраструктура, что влияет на их скорость и цену. Уровень MAC предназначен для интеллектуального управления в любое время огромным количеством обрабатываемой информации, что позволяет обеспечить критический уровень организации, который предотвращает частые «пробки», вызванные встречными сигналами.
Эволюция скорости передачи в интернете
В целом, на протяжении многих лет существовали три разные крупные итерации DOCSIS: 1.x, 2.x и 3.x. Первоначальные спецификации 1.0 и 1.1 имели рабочий предел 38 Мбит/с для скорости передачи и всего 9 Мбит/с для увеличения скорости. По мере развития технологий в течение следующих нескольких лет необходимо было организовать работу так, чтобы кабельные провайдеры имели большую гибкость по мере улучшения скорости и повышения уровня обслуживания. Это привело к созданию DOCSIS 2.0 в 2002 году.
DOCSIS 2.0 не представил новых возможностей для снижения скорости сети, но в три раза увеличил скорость, позволяя подключать 30 Мбит/с. Наиболее значительные изменения произошли в 2008 году с введением DOCSIS 3.0. Эта новая итерация представляла собой формат, который значительно увеличивал скорость до 1.2 Гбит/с и 200 Мбит/с соответственно. Это был огромный скачок, при этом DOCSIS 3.0 включал введение канальной связи.
Она позволяет собирать или комбинировать несколько каналов вниз и вверх по движению сигнала с улучшенными скоростями по всему диапазону. При канальном соединении, чем больше присутствуют каналов, тем лучше. Так, установка 16 каналов вниз по потоку и 4 вверх или 16х4 обеспечивает быструю скорость, а система 24 x 8 еще более быструю.
Последний стандарт интеграции
В 2016 году был выпущен DOCSIS 3.1, что привело к резкому скачку скоростей, включительно и на нисходящем направлении. Эта итерация принесла пакет скоростей до 10 Гбит/с и 1 Гбит/с соответственно. Сегодня уже ведется работа по разработке новой итерации, обычно называемой DOCSIS 3.1 Full Duplex. Эта версия будет поддерживать симметричные скорости восхождения и понижения 10 Гбит/с.
Неизбежно, что кабельный модем DOCSIS будет продолжать развиваться, используя все новые технологии и требования пользователей по всему миру. Потребители должны следить за этими изменениями, чтобы своевременно перейти на передовые модели.
Поскольку 4K и UHD становятся все более распространенными как для беспроводных, так и проводных сетей, их параметры увеличиваются с точки зрения объема и удобства. Поэтому в предстоящие десятилетия еще предстоит много интересных событий в области DOCSIS.
Покупка или аренда
Если пользователь арендует кабельный модем у своего интернет-провайдера, покупка — это вариант, который сэкономит ему сотни долларов за время эксплуатации устройства на арендных платежах. Некоторые компании взимают за аренду около 120 долларов ежегодно, а учитывая небольшую стоимость модемов - большинство из них окупятся очень быстр. Кроме того, выбор модема для личных потребностей позволяет максимально эффективно использовать интернет-план, а сеть работает лучше, чем арендуемое оборудование.
Не каждый модем подходит для всех типов интернет сервисов. Кабельный интернет не будет работать с потому что они используют разные способы доставки. DSL использует наземную инфраструктуру телефона. Если интернет-провайдер также является оператором стационарного телефона, вероятно, понадобится подходящий тип DSL.
Более продвинутые пользователи рекомендуют модем и маршрутизатор combo, если нужна недорогая и компактная замена арендованного устройства. Однако нужно учитывать, что они не дают большого контроля над маршрутизатором. Если одно устройство сломается, нужно будет заменить оба.
Принцип работы кабельного модема
Он обеспечивает передачу данных в сетях кабельного телевидения и может быть подключен непосредственно в гнездо телевизора. Таким образом он располагается между кабельным подключением пользователя и компьютером. Также он может быть присоединен к компьютеру через USB или сетевой кабель. Если пользователь хочет подключить несколько компьютеров, то необходим в дополнение к модему совместимый маршрутизатор или комбинированное устройство, которое будет сочетать в себе обе функции.
Данные, отправленные компьютером, должны быть преобразованы в подходящий формат, чтобы иметь возможность передавать их на специальных частотах через телевизионный кабель. Сегодня интернет-провайдеры предоставляют, в основном, комбинированные устройства от кабельного модема маршрутизатора, что позволяет подключаться через WLAN с интернетом.
Несколько устройств с одним IP
Интернет-провайдер предоставляет только один IP-адрес. Но часто случается ситуация, когда нужно подключить несколько устройств через WLAN параллельно сети. Это возможно, если этот IP-адрес связан напрямую не с ПК, а с маршрутизатором, который соединяет внутреннюю сеть с внешним миром. Он работает с общедоступным IP-адресом. Однако внутренняя сеть использует отдельный блок IP-адресов.
Теоретически они находятся в диапазоне от 192. 168.0.0 до 192. 168. 255. 255. На практике они почти всегда равны 192. 168.1.1 или 192. 168. 1.50. Адреса, начинающиеся с 192.168., по определению являются всегда частными IP-адресами. Устройства с одинаковыми IP-адресами находятся во многих миллионах малых и больших сетей. Почти каждый персональный маршрутизатор по умолчанию использует внутренний IP 192.168.1.1.
Очень важно, в каком порядке включается устройства. Сначала включают кабельный модем и ждут, пока не загорится светодиод, говорящий о том, что он готов к запуску и подключен к интернету. Затем запускают маршрутизатор. Опыт показывает, что это происходит немного быстрее, чем с модемом. Только в тот момент, когда они готовы, терминалы подключаются к сети в любом порядке: мобильный телефон, планшет, ноутбук, настольный ПК.
Подключение и настройка маршрутизатора
Настройка сетевого оборудования с маршрутизаторами сегодня намного проще, чем раньше. Перед тем как подключить кабельный модем, полезно понять, какой тип лучше всего подходит для быстрого соединения, чтобы избежать нежелательных проблем в будущем. Подключение к Motorola:
- Открыть интернет-браузер. В поле адреса ввести для роутеров Motorola: 192.168.100.1, для модема: 192.168.0.1.
- Нажать «Ввод». Имя пользователя по умолчанию: admin. Пароль по умолчанию: motorola, все строчные буквы.
- Нажать «Войти». Если не удается войти в систему с 192.168.0.1, попробовать использовать 192.168.100.1.
- Убедится, что используется имя пользователя: admin и пароль: motorola.
- Убедится, что подключаемая модель кабельного модема Motorola, начинается с буквы "M", пример: MB8600, MG7550, MD1600.
- Установить для устройства заводские настройки по умолчанию. Тут понадобится булавка или выпрямленная скрепка.
- Это делается при включении питания. В задней части устройства найти отверстие RESET.
- Нажать скрепкой на отверстие RESET примерно на 25 секунд. Подождать, пока устройство снова подключится.
Домашняя сеть с TP-Link AC1750
Высокопроизводительный модем TP-Link AC1750 (с DOCSIS 3.0, оснащен беспроводным маршрутизатором переменного тока, который поддерживает надежную домашнюю сеть. Он позволяет передавать 4K, не замедляя его. Теперь этот невероятный модем по цене немного выше бюджетных моделей, однако разница в производительности оправдывает эти ценовые показатели. Положительные качества:
- Обеспечивает до 1750 Мбит/с скорость Wi-Fi, обеспечиваемую 16 потоковыми и 4 восходящими каналами.
- Процессор 2,4 ГГц поддерживает тяжелые онлайн-игры.
- Оснащен внутренними антеннами и мощными усилителями, он может повысить уровень сигнала и уменьшить помехи.
- Имеет удобную настройку.
- Кабельный модем Motorola имеет совместимость с большинством интернет-провайдеров.
Даже если у пользователей возникнут проблемы с настройкой, команда поддержки доступна 24/7 и готова к оказанию помощи.
Недостатки модели:
- Веб-интерфейс для управления настройками мог бы быть более удобным для пользователя.
- Скорость передачи файлов могла быть лучше.
Несмотря на несколько жалоб, это устройство по-прежнему имеет подавляющее большинство положительных отзывов.
Кроме того, это устройство с отличной производительностью по разумной цене.
Оптимальная домашняя модель NETGEAR
NETGEAR CM500 - 1AZNAS — кабельный модем, подключение которого базируется с DOCSIS 3.0, который обеспечивает скорость до 680 Мбит/с и готов к обработке широкого спектра пакетов соединений. Это лучшая бюджетная модель, потому что может дать невероятную скорость при цене ниже 70 долларов. Он совместим с различными операционными системами: Microsoft Windows 7, 8, 10, Vista, XP, 2000Mac OS. Может работать с большинством крупных провайдеров кабельного интернета. Функциональные возможности - одновременное выполнение 16 загрузок и 4 восходящими каналами.
Положительные качества:
- Поддерживает потоковое видео 4k и HD.
- Работает до 300 интернет-планов.
- Скорость до 680 Мбит/с,16 × 4-канальное соединение с DOCSIS 3.0 Порт Gigabit Ethernet.
Недостатки:
- Плохо работают голосовые услуги, которые включены в комплекты.
- Не работает с Verizon, AT & T или CenturyLink.
ARRIS для волоконно-оптической сети
Если пользователь использует гигабайтную скорость в волоконно-оптической сети, кабельный модем Arris cm820 максимально подходит для него, независимо от того, находитесь ли он в сети 1 Гбит/с или нет. Это один из онлайн-геймеров, который также хорошо себя зарекомендовал среди пользователей, которые используют огромные потоки данных для загрузки фильмов и игр или просто нуждаются в новейших технологиях.
Гигабайтный интернет является вершиной этой модельной линии. Таким образом, чтобы наслаждаться всем передовыми технологиями, нужно проверить у своего провайдера, есть ли у них волоконно-оптические линии для оказания услуг в доме. Однако необходимо отметить, что максимальная скорость интернета будет зависеть от тарифного плана.
Положительные качества:
- Самая быстрая скорость интернета с загрузкой до 1,4 Гбит/с для оптоволокна и 626 Мбит/с на кабеле. Это настоящий гигабитный кабельный модем Arris.
- Скорость интернета поддерживается 32-канальными каналами.
- Является последним DOCSIS 3.0.
- Поддержка IPv4 и IPv6.
- Сертифицировано большинством основных интернет-провайдеров.
Недостаток заключается в том, что светодиодные индикаторы слишком яркие и раздражающие.
Если человек хочет пользоваться всеми преимуществами оптоволоконного интернета, ARRIS SURFboard SB6183 - это идеальный модем. Он оснащен лучшими технологиями, которые помогут оптимизировать гигабитную подписку, но основным плюсом является то, что он поставляется с ценой ниже 100 долларов.
- CPU - P4, 3GHz или быстрее.
- ОЗУ - 1 ГБ или больше.
- Жесткий диск - 7200 об / мин или быстрее.
- Ethernet - тыс. BaseT).
- Windows.
- Подключение Ethernet - Windows 2000, Windows XP, Windows Vista или Windows 7 MacOS.
- Ethernet-соединение - система 7.5 до MacOS 9.2 (рекомендуется использовать Open Transport) или Mac OS X,Linux / другие Unix.
- Подключение к Ethernet - драйверы оборудования. Компьютеры, не отвечающие этой конфигурации, смогут работать с CM820, но не будут использовать его максимальную пропускную способность.
Бюджетная модель D-Link DCM-301
D-Link DCM-301 - самый доступный бюджетный кабельный модем для домашних сетей. В частности, он обеспечивает хорошую скорость и простой дизайн, легко работает в индивидуальной сетевой настройке. Кроме того, его достаточно просто объединить с облачным маршрутизатором или подключить к запоминающему устройству для сетевых нужд. Таким образом, среди всех остальных в этом диапазоне это лучший выбор модема.
Положительные качества:
- Дешево и надежно для стоимости в $ 50.
- Использует технологию DOCIS 3.0, которая в 8 раз быстрее, чем DOCSIS 2.0.
- Совместимость с большинством интернет-провайдеров.
- Простая настройка.
- Маленький дизайн и не занимает слишком много места.
- Доступная скорость интернета с учетом его цены: 343 Мбит/с.
Недостатки: некоторая несогласованность в соединении, которая легко разрешается быстрым сбросом настроек.
Smart MG7550. Если пользователь хочет, чтобы сетевой макет был небольшим, он, вероятно, предпочтет маршрутизатор. Поскольку для кабелей и двух отдельных устройств не всегда есть свободное место, это обстоятельство делает комбо модем-маршрутизатор хорошим вариантом. Он является хорошим выбором для лучшей комбинации маршрутизаторов, имеет надежное качество сети и поддерживает гигабайтный интернет. Комбинированные технологии этого устройства обеспечивают максимальную скорость WI-FI и обеспечивает возможность трансляции, как и кабельный модем cisco.
Положительные качества:
- Совместимость с большинством основных поставщиков интернет-услуг, включая Comcast, XFINITY, Time Warner Cable, Cox и Charter Spectrum.
- Быстрая и надежная скорость до 686 Мбит/с 4-гигабитный Etherport, поддерживающий сверх быстрый интернет.
- Простота настройки.
Недостатки: функция повышения мощности, которая должна обеспечить беспроводной сигнал в любом месте дома, часто не соответствует ожиданиям клиентов.
Использование команды modem/router имеет свои преимущества.
Таким образом, хотя Motorola Smart MG7550 с AC1900 может быть немного дорогой, она предлагает лучшие скорости передачи и по-прежнему будет идеальной для небольшой квартиры, дома или офиса. Кроме того, это сетевое решение отлично подходит для игр и потоковой передачи.
Первая версия стандарта — DOCSIS 1.0, ратифицированная Cable Labs в 99 году, имела достаточно ограниченные возможности. Напомним, DOCSIS – сеть передачи данных, наложенная на HFC сеть.
Первая версия DOCSIS 1.0 имела скорость передачи в обратном канале не более 5 Мбит/с, а возможности управления параметрами услуг ограничивались установкой верхнего и нижнего предела ширины канала, выделяемого одному абоненту, и фиксацией максимального объема единовременно отсылаемых данных. Кроме того, в стандарт была заложена используемая в США полоса 6 МГц, неоптимальная для европейских операторов. Последняя проблема решилось за счет добавления европейских модификаций стандарта, предусматривающих возможность использования полосы 7 и 8 МГц.
Функциональность стандарта расширялась в рамках более поздних версий. В DOCSIS 1.1 появились механизмы QoS, позволяющие, в частности, запускать в сети голосовые услуги. Одновременно была усовершенствована система безопасности и введены некоторые дополнительные механизмы, повышающие эффективность использования полосы. И, наконец, была вдвое расширена полоса обратного канала.
В DOCSIS 2.0 пропускная способность обратного канала стала еще в три раза больше и достигла 30 Мбит/сек. В этой версии были добавлены скоростные схемы QAM модуляции и система мультиплексирования S-CDMA для обратного канала. Пропускная способность прямого канала сохранилась на уровне 47 Мбит/с (55 Мбит/с для версии EuroDOCSIS). В результате сеть DOCSIS стала более пригодной для симметричных услуг. Новые системы мультиплексирования в сочетании с усиленными схемами помехозащиты позволили снизить минимальный требуемый уровень С/N на входе приемника обратного канала с 23 дБ до 12 дБ. В DOCSIS 2.0 появилась также поддержка работы VLAN.
DOCSIS 3.0.
Основная цель разработки этой версии — увеличение пропускной способности каналов DOCSIS.
Эта необходимость продиктована резким ростом приложений P2P, включающих передачу тяжелых файлов с видео, а также планы использования сетей DOCSIS для предоставления Видео-по-Требованию (VOD). Задачу резкого увеличения пропускной способности каналов DOCSIS можно было решить только «экстенсивным» способом, то есть за счет увеличения их ширины. Прежние версии DOCSIS допускают возможность использования нескольких прямых и обратных каналов, количество которых ограничивается только шириной доступного спектра. Но эти каналы работают независимо друг от друга. Это исключает возможность их одновременного использования одним абонентом, не говоря уж об одном приложении. Из-за невозможности гибкого перераспределения нагрузки спектр используется неоптимально, а некоторые «тяжелые» приложения, типа VOD, быстро блокируют канал.
Таким образом, было ясно, что расширение должно производиться за счет расширения самих каналов. Эта задача может быть решена двумя способами Один из них, предложенный Cisco и Broadcom, предусматривает связку на уровне транспортных потоков MPEG-2 TS. MPEG-2 TS — транспортный формат DVB сетей, который иcпользуется, в частности, и для передачи Ethernet пакетов с данными в каналах DOCSIS. Размеры транспортного потока ограничены шириной физического канала кабельной сети, определяемого стандартным частотным планом. Для Америки эта ширина составляет 6 МГц, а для Европы 7 или 8 МГц. Объединение нескольких транспортных потоков в один по существу означало бы расширение полосы одного физического канала, которое повлекло бы за собой пересчет всей сети для соблюдения условий по шумам и интермодуляционным искажениям.
Поэтому CableLabs предпочли второй, вариант предложенный компаниями Arris и Motorola. Он предусматривает сохранение ширины физических каналов, но с возможностью их связки в один логический канал. В этом случае в каждом физическом канале формируется отдельный транспортный поток, но пакеты, относящиеся к одной услуге, могут распределяться по нескольким каналам. При этом варианте несколько менее эффективно используется транспортная полоса, но зато он и менее затратный в плане внедрения.
Стандарт определяет минимальное количество физических каналов, связку которых должно поддерживать оборудование DOCSIS 3.0. И в прямом, и в обратном канале должна поддерживаться связка не менее 4 физических каналов, а IP пакеты, относящиеся к одной услуге, могут произвольно распределяться по всем физическим каналам, включенным в логическое объединение.Такая сеть позволит передавать до 160 Мбит/с в прямом канале (EuroDOCSIS) и до 120 Мбит/с в обратном. Максимальное количество каналов явным образом не ограничено, но для прямого направления введено требование, чтобы все связываемые каналы размещались в полосе 60 МГц. Оно обусловлено сложностями реализации широкополосного приемника в кабельном модеме. Количество прямых каналов, размещаемое в этой полосе, не превышает семи при полосе 8 МГц и десяти при полосе 6 МГц.
Сам частотный отрезок в 60 МГц может располагаться в любом месте наземного диапазона, верхняя граница которого поднята до 1002 МГц. Сдвиг вверх продиктован распространением в США пассивных и активных компонентов распределительной сети, работающих в полосе до 1000 МГц, хотя рабочая полоса основной массы действующих сетей по прежнему ограничена 862 МГц. Других ограничений на частотное размещение каналов стандарт не накладывает, хотя они и могут быть продиктованы состоянием спектра или особенностями модуляторов.
Максимальная полоса одного обратного канала по-прежнему ограничена 6,4 МГц, что позволяет передавать до 30 Мбит/с. Но кабельный модем должен поддерживать возможность одновременной передачи как минимум на 4 каналах. При необходимости выйти в линию с определенным приложением, кабельный модем отправляет запрос CMTS, которая выделяет ему для этой цели слоты в рамках одного или нескольких каналов. Максимальное количество каналов, которыми может оперировать модем, он сообщает CMTS при авторизации.
Вторая особенность DOCSIS 3.0 по сравнению с предшественниками заключается в поддержке IPv6 . Она существенно расширяет диапазон доступных адресов, что может вскоре оказаться полезным целей администрирования, а в перспективе и для назначения абонентам.
Третье нововведение — поддержка многоадресной (multicast) передачи . Вся информация о характеристиках мультикастового трафика находится на CMTS, что позволяет поддерживать расширенные механизмы управления мультикастовой группой.
Кроме того, в новом стандарте появилась возможность привязки мультикастовых услуг не к модему, а к CPE (Сustomer Premises Equipment) , подключенному к локальной сети модема. Для них могут поддерживаться механизмы доставки мультикастового трафика и назначаться определенный QoS. Последняя функция, очевидно, требует соблюдения QoS также и в сети за кабельным модемом.
В стандарте также введен дополнительный механизм приоритезации мультикастового трафика , для этой цели вводится понятие группового сервисного потока (Group Service Flow) который может ссылаться на класс услуги (Service Class Name) в рамках которой реализуется заданный набор механизмов QoS.
В СMTS введена поддержка прокси для TFTP (Trivial File Transfer Protocol) сервера, позволяющая ускорить загрузку конфигурационных файлов при одновременном подключении большого количества модемов.
Важным моментом является повышение безопасности передачи. В DOCSIS 3.0 появилась возможность шифрования трафика модема по AES (Advanced Encryption Standard) алгоритму с применением 128 битных ключей. Расширены сами функции управления безопасностью, введена проверка IP адреса отправителя, появилась возможность безопасной загрузки ПО и ряд других усовершенствований.
Следует также сказать, что расширение функций, и, главное, появление концепции модульной CMTS, о которой речь в следующем параграфе, существенно усложнило систему эксплуатационной поддержки OSS (Operations Support System). Количество MIB-ов, используемых этой системой, работающей на базе протокола SNMP, увеличилось с 1385 (DOCSIS 2.0) до 2130. Причем, в части мониторинга сети обратной совместимости систем не наблюдается.
Модульная CMTS
Одновременно с DOCSIS 3.0 введена концепция модульной CMTS. Основная ее идея заключается в том, что формирование РЧ сигналов выносится из СMTS в отдельное устройство Edge -QAM. Такие устройства существуют не первый год и устанавливаются на границе цифровой транспортной сети IP/Ethernet и сети доступа DVB-C. За M-CMTS Core в этой схеме остаются функции распределения и синхронизации DOCSIS пакетов, классификация пакетов, управление качеством обслуживания и обеспечение безопасности.
Такое разделение в первую очередь связано с тем, что сегмент доступа в современных сетях все больше приближается к абоненту. В случае интегрированной архитектуры CMTS они должны устанавливаться в каждом шлюзе на границе транспортной сети и сегмента доступа, и чем ближе транспорт подходит к абоненту, тем большее количество CMTS придется установить. Модульная архитектура позволяет использовать одну CMTS, размещенную на центральной станции, а на границе транспортной сети устанавливать устройства Edge-QAM. Эти устройства одновременно могут использоваться и для преобразования ТВ потоков. Идея отделения РЧ интерфейсов пока реализована только для прямого канала, приемники потоков обратного канала продолжают быть интегрированы с СMTS , что снижает ценность данного модульного решения. Платой за гибкость архитектуры стало появление дополнительных серверов, координирующих работу разнесенных компонентов.
Структурная схема модульной CMTS показана на рисунке:
Помимо CMTS-Core и Edge-QAM она включает DOCSIS Timing Server, синхронизирующий их совместную работу, а также Edge Resource Manager, координирующий распределение транспортных ресурсов Edge-QAM в соответствии с запросами от сервисных подсистем головной станции.
СMTS-C и Edge-QAM соединяются по каналу GBE c применением специально разработанного для этой цели интерфейса DEPI (Downstream External Physical Interface). Расстояние между ними ограничивается только требованиями DVB /MPEG к величине относительной задержки прохождения пакетов. Для взаимодействия M-CMTS с DOCSIS Timing Server был разработан интерфейс DTI, а для взаимодействия с Edge Resource Manager — интерфейс ERMI.
DOCSIS 3.0 может внедряться и в интегрированные СMTS (I-CMTS), имеющие традиционную архитектуру. Более того, первые внедрения оборудования Pre-DOCSIS 3.0 реализованы как раз на базе традиционной архитектуры.
Спецификации.
Описание характеристик DOCSIS 3.0 собрано в четырех документах и одной техническом отчете, доступных на сайте Cable Labs .
- Спецификация MULPI (Media Access Control and Upper Layer Protocols Interface) определяет порядок связки прямых и обратных каналов, совместимость с адресацией IPv6 и ее сосуществование с IPv4, перенос информации об использовании мультикаста из кабельных модемов в CMTS и стандартизированный механизм обеспечения QoS для мультикастовых сессий.
- В спецификации PHY (Physical Layer Specification) приведена типовая архитектура системы, а также изложены принципы формирования и обработки DOCSIS сигналов.
- В спецификации SEC (Security Specification) определены принципы шифровки и администрирования ключей при закрытии передаваемых данных алгоритмом AES.
- В спецификации OSSI (Operations Support System Interface Specification) в дополнение к связке каналов, IPv6, мультикасту и усиленной безопасности детализируются принципы приема нескольких обратных каналов на один порт, способы модернизации сетевой топологии для внедрения DOCSIS 3.0, а также усовершенствованные методы диагностики, мониторинга качества сигнала, сбор эксплуатационных параметров сети и применение биллинга.
- В техническом отчете MGMT-3 DIFF (DOCSIS3.0 Management Features Differences) резюмируются отличия между системами администрирования сетей DOCSIS 2.0 и DOCSIS 3.0.
Состояние рынка.
Таким образом, стандарт предлагает множество новых функций, разнящихся по степени сложности и неотложности реализации. Так, например, связка прямых каналов реализуется проще, чем связка обратных. Одновременно из-за ассиметричности большинства «тяжелых» приложений, связка прямых каналов сегодня и более актуальна. Поэтому не случайно связка прямых каналов в CMTS-ах была реализована на два года раньше связки обратных.
Для того, чтобы облегчить и ускорить появление на рынке сертифицированных устройств, Cable Labs установил три этапа квалификации СMTS с поддержкой DOCSIS 3.0. В зависимости от степени полноты они получили название золотой, серебряной и бронзовой. Золотая, то есть полная сертификация присваивается CMTS, удовлетворяющей всем требованиям спецификации. Полный перечень требований двух нижних уровней предоставляется только производителям сертифицируемого оборудования, но, судя по пресс-релизам от Cable Labs, бронзовая квалификация присваивается оборудованию, если оно обеспечивает связку 4 каналов в прямом направлении, а серебряная, если дополнительно к этому оно умеет связывать обратные каналы, поддерживает AES шифровку и адресацию IPv6.
За 56 волну сертификации, прошедшую в декабре 2007 года, полную сертификацию не получило ни одно устройство. Бронзовую квалификацию получили СMTS Arris C4 и Cisco uBR10012, а серебряную — CMTS Casa Systems C 2200 . В ближайшие дни должны стать известны результаты следующей, 57 волны сертификации.
Что же касается модемов, то для них предусмотрена только полная сертификация, которая требует их проверки совместно с полностью квалифицированной СMTS. Поэтому пока сертифицированных моделей нет и появление их в 57 волну маловероятно. Сейчас производители предлагают модемы, совместимые с их собственными моделями CMTS. Так в конце февраля Motorola анонсировала новую линейку кабельных модемов Surf Board DOCSIS 3.0 работающих в совместно с BSR 64000, а Arris и Cisco, чьи CMTS получили бронзовую квалификацию, предлагают модемы формата «2.0В» поддерживающие связку прямых каналов.
Внедрение.
В США, на родине стандарта, операторы не торопятся коммерчески внедрять данные решения, ограничиваясь лабораторными тестами и маломасштабными полевыми испытаниями. В тоже время на других рынках уже имеются случаи внедрения систем DOCSIS с поддержкой связки каналов. Так в сингапурской сети Starhub реализована система pre-DOCSIS 3.0 со связкой трех каналов, допускающих передачу потоков до 100 Мбит/с, с использованием СMTS и абонентских модемов Motorola . А в канадской сети Videotron запущена система также со связкой трех каналов.