Štandard DOCSIS » Kľúč k rýchlemu internetu cez káblovú televíziu
Autor: Conrad tím, 25. október 2023
Vynález telefónu v roku 1876 súčasne odštartoval aj budovanie pevnej telefónnej siete. Vďaka stále rýchlejšie sa rozrastajúcej a perspektívnej výstavbe sietí nie je prekvapením, že pre prvý elektronický prenos dát v roku 1969 bola ako infraštruktúra využitá existujúca telefónna sieť. Taktiež internet, ktorý bol verejnosti sprístupnený v roku 1993, vyžadoval spočiatku telefónnu prípojku.
Dokonca aj keď sa vtedy používané analógové modemy medzitým stali múzejnými exponátmi, internetové spojenie ešte aj dnes prebieha čiastočne cez telefónne káble. V medzičase sa však objavili ešte ďalšie možnosti rýchleho prístupu k celosvetovej sieti. Jednou z nich je káblová televízia a DOCSIS. Čo sa skrýva za skratkou DOCSIS a ako tento systém funguje, to si vysvetlíme v našom radcovi.
Trochu zvláštna skratka DOCSIS vznikla jednoducho z počiatočných písmen Data Over Cable Service Interface Specification. V zásade ide o špecifikáciu rozhrania na prenos dát cez kábel. Táto špecifikácia však nepopisuje prenos dát cez telefónny kábel (1). Oveľa skôr sa jedná o prenos veľkých objemov dát cez televízny kábel (2), ako je to pri káblovom pripojení.
Podobne ako budovanie telefónnej siete sa taktiež od 80. rokov 20. storočia presadzovalo aj budovanie siete káblovej televízie. Najprv to začalo vo veľkých mestách, potom sa káblová televízia rozširovala stále ďalej. Spočiatku fungovala jednosmerne. Na rozdiel od bežných dvojžilových telefónnych káblov dokázali tienené koaxiálne káble prenášať oveľa viac informácií než len televízny signál alebo rozhlasové vysielanie.
Vďaka použitiu spätných kanálov je dnes možné pri televíznom kábli realizovať prenos signálu oboma smermi. Pre rýchly, bezpečný a efektívny prenos dát v širokopásmovej káblovej sieti je potrebný určitý štandard, ktorým sa v roku 1997 stal štandard DOCSIS.
Aby sme si mohli predstaviť spôsob fungovania štandardu DOCSIS, musíme si najskôr vysvetliť model OSI (Open Systems Interconnection). Špecifikácie DOCSIS sú totiž umiestnené v modeli OSI na vrstvách (layers) jedna a dve. V závislosti na verzii DOCSIS sem patria aj šírky pásma prenosu, metódy viac-stavovej modulácie Multi Carrier a multiplexné metódy. Model OSI je architektúra budovaná v siedmich vrstvách alebo úrovniach, ktorá popisuje riadenú komunikáciu rôznych technických systémov v rámci počítačovej siete.
Vrstvy na seba počnúc prvou vrstvou nadväzujú, pričom príslušné inštancie, teda organizačné jednotky v hierarchickej štruktúre príkazov, poskytujú svoje služby priamo vrstve ležiacej nad nimi.
Sedem vrstiev modelu OSI:
| Vrstva | Vrstva OSI | Funkcia | Zariadenie |
|---|---|---|---|
7 |
Aplikačná vrstva |
Použitie |
Orientácia na aplikáciu |
6 |
Prezentačná vrstva |
Použitie |
Orientácia na aplikáciu |
5 |
Relačná vrstva |
Použitie |
Orientácia na aplikáciu |
4 |
Transportná vrstva |
Preprava |
Orientácia na transport |
3 |
Sieťová vrstva |
Internet |
Orientácia na transport |
2 |
Linková vrstva |
Prístup k sieti |
Orientácia na transport |
1 |
Fyzická vrstva |
Prístup k sieti |
Orientácia na transport |
Prenos dát v rámci vrstvového modelu
Aj keď na seba jednotlivé vrstvy (layers) nadväzujú vertikálne, uskutočňuje sa priamy horizontálny prenos dát medzi jednotlivými inštanciami príslušnej vrstvy.
Na to sa v každej vrstve používajú rôzne protokoly.
Na priloženom obrázku sú znázornené tri zo siedmich vrstiev.
Od svojho zavedenia prechádzal protokol DOCSIS nepretržitým ďalším vývojom. Štandard DOCSIS tak mohol byť prispôsobený technickým podmienkam, napríklad zmeneným frekvenčným pásmam, zavedeniu optických vlákien a tiež neustále rastúcim požiadavkám na prenosovú rýchlosť. Pôvodný frekvenčný rozsah sa pri zavedení pohyboval medzi 50 MHz a 862 MHz. Odvtedy bol frekvenčný rozsah rozšírený až na 1 800 MHz, resp. 1,8 GHz, pričom sú pre dátový tok využívané aj zrušené analógové televízne kanály.
DOCSIS 1.0
Vďaka štandardu špecifikovanému jedným americkým prevádzkovateľom káblovej siete v roku 1997 bolo možné dosiahnuť obdivuhodné rýchlosti asi 40 Mbit/s na sťahovanie a 10 Mbit/s na nahrávanie.
DOCSIS 2.0
So štandardom DOCSIS 2.0, ktorý bol vydaný v roku 2002, bola zvýšená šírka pásma na účastníka, čo umožnilo prenosy v reálnom čase. Rýchlosť nahrávania sa zvýšila na 30 Mbit/s.
DOCSIS 3.0
Od roku 2006 bolo vďaka DOCSIS 3.0 možné zlúčiť až 32 kanálov na odosielanie a prijímanie. Tým sa zvýšila rýchlosť sťahovania na 1 Gbit/s a rýchlosť nahrávania až na 100 Mbit/s.
DOCSIS 3.1
Vďaka vylepšenej metóde modulácie a flexibilnému využívaniu rôzne širokých nosičov sú podporované rýchlosti 10 Gbit/s na sťahovanie a 1 Gbit/s na nahrávanie. Po zrušení analógových televíznych kanálov siaha teraz využiteľné frekvenčné spektrum od 5 MHz do 1,8 GHz.
DOCSIS 4.0
Štandard DOCSIS 4.0 je nástupcom verzie DOCSIS 3.1 Full-Duplex z roku 2017. U nej bola zachovaná podporovaná rýchlosť sťahovania 10 Gbit/s, avšak rýchlosť nahrávania bola zvýšená na 6 Gbit/s. Doba latencie, ktorú potrebuje dátový paket od koncového zariadenia k serveru a späť, bola skrátená na 1 ms.
Upozornenie k EuroDOCSIS 3.0
V Európe, u používaného televízneho štandardu PAL (Phase Alternating Line) bol stanovený raster kanálu 8 MHz. Naproti tomu šírka pásma pri systéme NTSC používaného v Amerike predstavovala iba 6 MHz. To viedlo k tomu, že špecifikácie DOCSIS museli byť pre Európu upravené. Nesú označenie EuroDOCSIS. Počnúc verziou 3.1 sa už medzi DOCSIS a EuroDOCSIS 3.0 nerozlišuje.
Aby sme mohli využívať rýchly prístup k internetu cez televízny kábel, musíme vopred skontrolovať, či je k dispozícii hlavný odovzdávací bod pre káblovú televíziu. Pretože výstavba káblovej siete prebiehala najskôr vo väčších aglomeráciách, dostupnosť sa v jednotlivých regiónoch výrazne odlišuje. V prípade potreby sa informujte u lokálneho poskytovateľa káblovej televízie, či je možné nainštalovať prípojku.
Signály z hlavného odovzdávacieho bodu sú najprv zosilňované a potom individuálne rozvádzané po budove. Cez multimediálne zásuvky sú poskytované príslušné signály pre televíziu, rádio a prenos dát. „Káblové“ pripojenie multimediálnej zásuvky je potom pripojené ku káblovému routeru s integrovaným modemom. Tento modem, resp. káblový modem potom zaisťuje, rovnako ako klasický DSL router, všetky bežné úlohy, ako je LAN, WLAN a telefónia.
Pretože sa pri televíznej káblovej sieti jedná o zdieľané médium, musia káblové modemy pripojených účastníkov zdieľať šírku pásma, ktorá je k dispozícii. Aj napriek tomu je internetové pripojenie cez káblovú televíziu výrazne rýchlejšie a stabilnejšie ako internetové pripojenie cez DSL. Štandard DOCSIS pritom definuje vrstvu MAC (Media Access Control), s pomocou ktorej môžu prevádzkovatelia siete nastaviť šírky pásma, nakonfigurovať služby a vykonávať údržbu modemov. Aby nedochádzalo k zasahovaniu do cudzích dátových tokov, je výmena dát medzi hlavnou stanicou a príslušným káblovým modemom šifrovaná.
Produkty kompatibilné s DOCSIS
Táto otázka je vo výsledku zaujímavá iba pre užívateľov, ktorí majú k dispozícii ako telefónnu prípojku, tak aj káblovú televíziu. Najvýraznejšie rozdiely sme zhrnuli do nasledujúcej tabuľky.
| Druh pripojenia | Telefónny kábel | Káblová televízia |
|---|---|---|
Prenosová rýchlosť sťahovania |
16 Mbit/s (DSL) |
Až 10 Gbit/s |
Prenosová rýchlosť nahrávania |
40 Mbit/s |
Až 6 Gbit/s |
Dostupnosť |
Celoplošne |
Nie je k dispozícii celoplošne |
Poskytovatelia |
Veľká rozmanitosť poskytovateľov a pestrá ponuka |
Obmedzená rozmanitosť poskytovateľov |
Prednosti |
Vysoká dostupnosť |
Veľmi vysoké rýchlosti sťahovania |
Nevýhody |
Nestabilný pri veľkej vzdialenosti od rozdeľovača |
Výkyvy rýchlosti v špičkách |
Záver:
Vďaka rýchlejšiemu prenosu dát je internet po kábli určite výhodnejší, pokiaľ využívame IP telefóniu, naživo streamované konferencie a pokiaľ potrebujeme rýchlo odosielať a prijímať veľké objemy dát. To je tiež dôvod, prečo firmy a podniky väčšinou uprednostňujú tento druh pripojenia. Predpokladom je, že je k dispozícii káblová prípojka. So zrýchľujúcou sa výstavbou gigabitových káblových sietí s optickými vláknami bude v budúcnosti k dispozícii ešte rýchlejšie pripojenie k internetu.