Технология передачи данных по коаксиальному кабелю

Кратко о DOCSIS или есть ли жизнь в КТВ?

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.

Далее переходим к стратегическим вопросам и экономической стороне.

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 здесь 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 здесь. 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 subnet-mask 255.255.248.0;
option routers 10.10.200.1;

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;

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:

Main <
NetworkAccess 1;

GlobalPrivacyEnable 0;
UsServiceFlow
<
UsServiceFlowRef 200;
QosParamSetType 7;
MaxRateSustained 0;
SchedulingType 2;
>
DsServiceFlow
<
DsServiceFlowRef 100;
QosParamSetType 7;
TrafficPriority 3;
MaxRateSustained 0;
>

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 «Кабельщик»

Источник

Технология DOCSIS: что это и как подключиться

Интернет передается по телефонным, телевизионным, оптоволоконным кабелям и по витой паре. Выбор зависит от существующей сетевой инфраструктуры и финансовой целесообразности. Для каждого варианта есть свой стандарт передачи данных. DOCSIS – это один из стандартов. В соответствии с ним передача данных осуществляется через развернутые телевизионные (коаксиальные) кабели. Часто рядом со стандартом вы можете увидеть цифровое значение. Оно обозначает версию спецификации технологии. Между собой версии отличаются особенностями организации сети, а для пользователя главное отличие в скорости интернета.

Технология подключения DOCSIS

Стандарт подключения абонентов к сети по коаксиальному кабелю использует downstream-канал, то есть осуществляется сверху вниз.

В общих чертах схема выглядит следующим образом:

где CMTS – это оконечная система кабельного модема. Проще говоря,это модем оператора, с которым соединяются пользовательские устройства. Он кодирует и модерирует потоки данных, переводя их в нужный диапазон частот.

Такая схема предполагает раздачу интернета через главный модем, CMTS, всем подключенным абонентам одновременно.

Когда появился стандарт DOCSIS и кому он полезен

Доксис стали использовать с 1998 года. Задача стандарта – унифицировать требования к передаче данных по коаксиальному кабелю и гарантировать совместимость аппаратуры, поставляемой разными производителями.

На момент внедрения технология была перспективной. Она позволяла проводить интернет через уже существующие сети, а значит, снижать затраты на создание новой инфраструктуры. Для операторов кабельного телевидения это означало возможность расширения перечня предоставляемых услуг, а для пользователей – недорогой интернет с довольно высокой скоростью.

Сейчас подключение через DOCSIS по скорости передачи данных уступает по скорости другим вариантам подсоединения к сети – FTTB, PON, HCNA.

Какие есть разновидности технологии Доксис

Доксис делится по видам спецификаций. Деление проводится по порядку выхода обновлений с дополнительными функциями:

• Версия 1.0.
• Версия 1.1.
• Версия 2.0.
• Версия 3.0.
• Версия 3.1.
• Версия 3.1 FD.
• EuroDOCSIS.

Различия между видами определяются критериями качества обслуживания (QoS), емкостью потока, модуляциями, помехоустойчивостью. EuroDOCSIS – адаптация стандарта под европейскую сетку частот.

Какова скорость Доксис

Самый первый стандарт предполагал передачу данных со скоростью не более 42 Мбит/с, а в обратном направлении – до 10 Мбит/с.

Асимметричность канала существовала и в последующие годы, при выпуске обновленией. Только в последней версии спецификации удалось выровнять скорость потоков.

Начиная с DOCSIS 3,0 скорость передачи данных увеличили до 170 Мбит/с по прямому каналу и до 122 Мбит/с по обратному.

В регламенте версии 3.1 прописана скорость прямого канала до 10 Гбит/с, а обратного – до 1 Гбит/с. Эти значения существенно превосходят предыдущие спецификации. Кроме того, стандарт предусматривает снижение энергоемкости при помощи средств управления энергопотреблением. Такой подход делает индустрию передачи данных по коаксиальным кабелям более экономичной.

Поправка спецификации 3.1 FD еще не внедрена в коммерческое использование. Считается, что она сделает кабельный интернет более привлекательным для пользователей за счет выравнивания скоростей прямого и обратного каналов передачи данных – на обоих направлениях 10 Гбит/с.

Как скорость делится между абонентами

Доксис – это не персональная выделенная линия. Полоса делится между всеми пользователями, которые в данный момент обмениваются данными. Поэтому значение для конкретного абонента варьируется в широких пределах.

Стандарт DOCSIS 2 0 отличается от технологии 3 0 не только скоростью, но и возможностью объединения каналов. Третья версия впервые позволила объединять каналы на кабельном модеме. С помощью этой функции можно получить более высокие показатели скорости.

Технология DOCSIS 3.0: что это для абонента

Этот стандарт обеспечивает довольно высокую скорость, а если смотреть на перспективу, то при внедрении очередной поправки принимать и отправлять данные можно будет одинаково быстро. Однако едва ли можно сказать, что технология будет конкурировать с оптоволокном. Это невозможно из-за того, что развертывать новые коаксиальные сети дорого, плюс реальная скорость для абонента при других типах подключения выше.

Однако в малонаселенные районы с частными домами протягивать оптоволокно дорого. При наличии коаксиальных кабелей намного дешевле подключать абонентов к интернету именно через них. Даже версия 2.0 способна конкурировать с ADSL-сетями, а 3.0 намного их превосходит.

Оборудование для DOCSIS 3.0

Вариантов оборудования, которое подходит для этого типа подключения, много. Выбор зависит от производителя, дополнительных функций и устраивающей ценовой категории. Среди предложений распространены устройства, работающие по принципу два в одном – кабельный модем и вай-фай.

Один из наиболее популярных производителей такого оборудования – компания Netgear. В частности они поставляют Wi-Fi роутер для DOCSIS модели N450. Он обеспечивает быстрый доступ в сеть. Но другие производители не уступают по качеству. При выборе оборудования посоветуйтесь с вашим оператором.

Что нужно знать о Доксис: резюме

• Это технология подключения к интернету по телевизионным кабелям.
• Она упрощает доступ в сеть абонентам в частных домах, куда дорого прокладывать оптоволокно.
• По скорости интернет через DOCSIS превосходит ADSL.
• Большинство версий спецификаций стандарта обеспечивают ассиметричную скорость передачи данных.
• Скорость от 42 Мбит/с до 340 Мбит/с в прямом канале в зависимости от версии.
• Полоса делится между всеми абонентами, обменивающимися данными.

Если у вас есть вопросы о подключении Доксис или вы хотите узнать, можно ли воспользоваться стандартом в вашем доме, закажите бесплатную телефонную консультацию нашего оператора.

Источник