Голос по кабелю в DOCSIS

Как и другие конкурирующие технологии, такие, как DSL, благодаря высоким поддерживаемым скоростям кабельные модемы открывают потенциальную возможность для оказания голосовых услуг. Однако для их предоставления с надлежащим качеством операторам и производителям предстоит преодолеть ряд проблем. Часть из них является общей для всех альтернативных технологий передачи речи по пакетным сетям, часть же специфична для сети КТВ.

Одна из таких специфических проблем характерна не только для передачи голоса, но и вообще для передачи данных с помощью кабельных модемов — это однонаправленная широковещательная природа сети КТВ. Однако если в случае передачи данных ввиду несимметричности доступа в Internet ее можно обойти посредством организации обратного канала по телефонной линии, то для оказания голосовых услуг преобразование сети КТВ в двунаправленную среду передачи посредством замены усилителей является обязательным условием.

Типичной проблемой для пакетных сетей является большая (и варьирующаяся) задержка при передаче пакетов. Эта задержка складывается из задержки на выборку, задержки на оцифровку и задержки на передачу по сети. В кабельных сетях к этой сумме добавляется еще задержка на опрос. Она связана с особенностями передачи пакетов кабельными модемами. Чтобы отправить голосовые пакеты, агенту приходится ждать, пока, оконечная станция опросит всех остальных агентов о наличии у них пакетов для передачи. Поэтому, в целях минимизации задержки, оборудование с поддержкой голосовых услуг должно уметь прогнозировать момент следующего опроса и подготавливать к этому времени голосовые пакеты.

Появившаяся в 1999 г. версия DOCSIS за номером 1.1 предусматривает меры по обеспечению QoS и предоставлению приоритета определенным видам трафика. Однако она не решает всех технических вопросов, связанных с оказанием голосовых услуг на базе кабельных модемов. Чтобы восполнить имеющиеся пробелы, консорциум американских кабельных операторов разработал спецификацию протокола сигнализации вызовов по сети (Network-Based Call Signaling, NCS). Она базируется на существующем протоколе управления шлюзом между различными средами (Media Gateway Control Protocol, MGCP), поэтому ее иногда называют также MGCP NCS. Кроме того, NCS предусматривает дополнительные меры защиты, помимо принятых в DOCSIS 1.0 и 1.1 для обеспечения конфиденциальности разговоров, в частности использование IPSec.

Организация защиты в DOCSIS

Операторам кабельных сетей приходилось принимать защитные меры и ранее при предоставлении таких услуг, как «платный просмотр». Однако высокоскоростная передача данных ставит намного более серьезные проблемы с точки зрения защиты.

Главная из них связана с широковещательной природой сетей КТВ: любая передача по сети может быть без труда подслушана. Поэтому трафик следует в первую очередь защитить от перехвата. Для этого уже в самой первой версии стандарта DOCSIS 1.0 было предусмотрено шифрование передаваемых данных. Применяемый в DOCSIS базовый интерфейс обеспечения конфиденциальности (Baseline Privacy Interface, BPI) поддерживает шифрование в соответствии с режимом сцепления шифруемых блоков (Cipher Block Chaining, CBC) стандарта DES с 56-разрядным ключом, а также обмен ключами с применением 768-разрядного шифрования RSA.

Однако BPI и DOCSIS 1.0 не обеспечивали защиты от двойников, поэтому в DOCSIS 1.1 была включена расширенная версия BPI. BPI+, так она называется, поддерживает аутентификацию с помощью сертификатов. Кабельный модем должен предоставить сертификат, удостоверяющий, что MAC-адрес и открытый ключ RSA действительно принадлежат ему.

Обеспечивая конфиденциальность передачи и идентификацию подписчиков, BPI и BPI+ не в состоянии защитить, например, от атак типа «отказ в обслуживании», когда какой-либо злонамеренный пользователь забивает шумом или мусором весь обратный канал.

Подуровень MAC в DOCSIS

Системы передачи на базе кабельных модемов имеют несимметричную архитектуру: одна оконечная станция может обслуживать сотни и даже тысячи кабельных модемов. Это, конечно же, связано с особенностями топологии сетей КТВ.

Все кабельные модемы слушают передачу конечной станции на своем канале и принимают кадры, предназначенные им самим или подключенным к ним конечным устройствам. Таким образом, при передаче в прямом направлении какая-либо конкуренция за среду передачи отсутствует, и здесь возникает лишь одна серьезная проблема — защита информации, так как передача осуществляется путем широковещания.

Читать далее

Стек протоколов DOCSIS

Ввиду доминирующего положения на рынке оборудования на базе DOCSIS мы кратко рассмотрим именно эту спецификацию (сокращение DOCSIS переводится как спецификация интерфейса сервиса передачи данных по кабелю — Data Over Cable Service Interface Specification, а употребляемое взаимозаменяемо с ним MCNS как мультимедийная система на базе кабельной сети — Multimedia Cable-Network System). Вообще говоря, стандарт включает 12 документов, определяющих интерфейс между кабельным модемом и конечным оборудованием, интерфейс между оконечной системой (Cable Modem Termination System, CMTS) и внешней сетью, радиочастотный интерфейс, интерфейс для обратного телефонного соединения, защиту и интерфейс с системой управления.

Как написано в стандарте DOCSIS, главная функция оконечной системы и обслуживаемой ею кабельных модемов состоит в прозрачной передаче трафика TCP/IP между конечным оборудованием подписчика и распределительным узлом. Под словосочетанием «прозрачной передаче» подразумевается то что, ни пользователь, ни ПО работающее в операционной системе не подозревают, что к компьютеру подключен кабельный модем (если не принимать во внимание того, что модем стоит рядом с компьютером, и его можно банально увидеть), они лишь пользуются стандартным TCP/IP интерфейсом, предоставленным им операционной системой. Таким образом, кабельные модемы могут поддерживать все стандартные приложения на базе TCP/IP.

univ-shema-docsis-protocol-stack

Рис. 1. Стек протоколов DOCSIS в сравнении с моделью OSI

Канальный уровень делится на три подуровня, а именно:

  • стандартный подуровень контроля канала LLC в соответствии с IEEE802.2(более поздняя модификация IEEE802.14),
  • подуровень защиты канального уровня и зависящий от направления передачи
  • подуровень контроля доступа к среде передачи.

Спецификация физического уровня также зависит от направления передачи и различается выделенными диапазонами частот и применяемыми методами модуляции, а также форматами пакетов.

Стандарты модемов DOCSIS

Двумя основными стандартами на кабельные модемы являются MCNS/ DOCSIS и DVB/DAVIC. Однако если первый, американский, стандарт пользуется безоговорочной поддержкой американских производителей и операторов, то второй, европейский, стандарт сталкивается с все более жесткой конкуренцией европейского аналога DOCSIS — так называемого EuroDOCSIS (основное различие между американской и европейской версией DOCSIS связано с разной шириной телевизионных каналов в США и Европе и затрагивает только физический уровень).

Читать далее

Общие данные систем доступа в Internet (ISDN, ADSL, DOCSIS)

ISDN

Одной, из получивших распространение, технологий высокоскоростного доступа в интернет, является технология ISDN, которая предоставляет доступ в интернет при помощи телефонных сетей.

ISDN доставляет информацию от цифрового коммутатора через два типа пользовательских интерфейсов: Basic Rate Interface (BRI) и Primary Rate Interface (PRI). Каждый из интерфейсов состоит из нескольких каналов со скоростью 64Kb/s, или каналов B. Каналы В связаны в одни данные и образуют канал D. По определению, каналы B являются 64Kb/s соединениями и могут использоваться для коммутируемого соединений данных и голоса. Канал D определен для пакетно-комммутируемого вызова, установки и сигнализации соединений, доступный всем пользователям ISDN.
Это действительно перспективная технология, но основным препятствием для её развития на Урале служит, отсутствие в нашем регионе АТС поддерживающих эту технологию, а так же высокая цена подобного оборудования.

ADSL

Другим конкурентом технологии CATV является технология ADSL. ADSL обеспечивает скорости передачи данных до 8 Мбит/с по направлению к пользователю(downstream) и до 1 Мбит/с в обратном направлении(upstream). Конкретные значения скоростей передачи данных сильно зависят от расстояния между пользователем и телефонной станцией. Полоса пропускания 8 Мбит/с обеспечивается пользователям, находящимся на расстоянии до 2,7 км от телефонной станции; расстояниям 2,7-3,5 км соответствует предел в 6 Мбит/с; если же пользователь удален от телефонной станции на 3,5-5,5 км, он должен довольствоваться скоростью в 1,5 Мбит/с. На расстоянии свыше 5,5 км связь по ADSL не гарантируется. Не так давно московская компания Plus Communications провела испытания оборудования для ADSL от фирмы 3Com. На физической линии длиной 4 км была зафиксирована скорость 2 Мбит/с по направлению от провайдера к клиенту и 1 Мбит/с — в противоположном направлении.

Для передачи данных по технологии ADSL используется диапазон частот, находящийся выше полосы частот, отведенной для передачи голоса, поэтому данные и обычный телефонный трафик можно передавать по одной и той же линии. Для этого, правда, с каждой стороны приходится устанавливать так называемый частотный разделитель (POTS splitter). Он обеспечивает передачу низкочастотного голосового сигнала на оборудование ТфОП (со стороны клиента — на телефонный аппарат, со стороны телефонной станции — на коммутатор), а высокочастотного сигнала передачи данных — на оборудование ADSL.

Стандарт на ADSL (T1.413) был утвержден ANSI еще в 1995 г., однако данная технология до сих пор не получила широкого распространения. Причина этого в значительной степени связана со сложностью установки устройств ADSL; они требуют серьезной настройки на конкретную абонентскую линию (как правило, с участием технического сотрудника компании — оператора сети). Кроме того, нужно отдельно устанавливать частотный разделитель; нередко приходится частично менять телефонную кабельную проводку. Всё это в конечном итоге привело к слишком большой цене подключения, поэтому трудно ожидать, что услуга доступа к Internet по ADSL станет массовой.

DOCSIS

Для начала рассмотрим сущность и основные особенности кабельного телевидения. Станция кабельного телевидения получает и обрабатывает различные сигналы радиопередач, спутниковых программ и передач местных телевизионных студий. Теле сигналы — это электромагнитные импульсы, или
волны, и они занимают отведенное им место в частотном спектре. Для распространения теле сигналов необходим некоторый носитель, по которому они проходят от станции к телевизорам клиентов. Сигналы обычного телевидения могут передаваться по воздуху на разных частотах и распространяться по системам кабельного телевидения, в которых используются специальные кабели — коаксиальные или оптоволоконные.

Читать далее