Standard DOCSIS » Klíč k rychlému internetu přes kabelovou televizi
Autor: Conrad tým, 25. říjen 2023
Vynález telefonu v roce 1876 současně odstartoval budování pevné telefonní sítě. Díky stále rychleji se rozrůstající a perspektivní výstavbě sítí není překvapením, že byla pro první elektronický přenos dat v roce 1969 jako infrastruktura využita stávající telefonní síť. Také internet, který byl veřejnosti zpřístupněn roku 1993, zpočátku vyžadoval telefonní přípojku.
Dokonce i když se tehdy používané analogové modemy mezitím staly muzejními exponáty, probíhá internetové spojení ještě i dnes částečně přes telefonní kabely. V mezičase se ovšem objevily ještě další možnosti rychlého přístupu k celosvětové síti. Jednou z nich je kabelová televize a DOCSIS. Co se skrývá za zkratkou DOCSIS a jak tento systém funguje, to si vysvětlíme v našem rádci.
Trochu zvláštní zkratka DOCSIS vznikla jednoduše z počátečních písmen Data Over Cable Service Interface Specification. V zásadě se jedná o specifikaci rozhraní pro přenos dat přes kabel. Tato specifikace nicméně nepopisuje přenos dat přes telefonní kabel (1). Mnohem spíše se jedná o přenos velkých objemů dat přes televizní kabel (2), jak je tomu u kabelového připojení.
Podobně jako budování telefonní sítě se totiž od 80. let 20. století prosazovalo také budování sítě kabelové televize. Začalo to ve velkých městech, ale kabelová televize se rozšiřovala stále dále. Zpočátku fungovala jednosměrně. Na rozdíl od běžných dvoužilových telefonních kabelů dokázaly stíněné koaxiální kabely přenášet mnohem více informací než jen televizní signál nebo rozhlasové vysílání.
Díky použití zpětných kanálů je dnes možné realizovat u televizního kabelu přenos signálu oběma směry. Pro rychlý, bezpečný a efektivní přenos dat v širokopásmové kabelové síti je nezbytný určitý standard, kterým se v roce 1997 stal standard DOCSIS.
Abychom si mohli představit způsob fungování standardu DOCSIS, musíme si nejprve vysvětlit model OSI (Open Systems Interconnection). Specifikace DOCSIS jsou totiž umístěné v modelu OSI na vrstvách (layers) jedna a dvě. V závislosti na verzi DOCSIS sem patří také šířky pásma přenosu, metody vícestavové modulace Multi Carrier a multiplexní metody. Model OSI je architektura budovaná v sedmi vrstvách nebo úrovních, která popisuje řízenou komunikaci různých technických systémů v rámci počítačové sítě.
Vrstvy na sebe počínaje první vrstvou navazují, přičemž příslušné instance, tedy organizační jednotky v hierarchické struktuře příkazů, poskytují své služby přímo vrstvě ležící nad nimi.
Sedm vrstev modelu OSI:
| Vrstva | Vrstva OSI | Funkce | Zařazení |
|---|---|---|---|
| 7 | Aplikační vrstva (Application Layer) |
Použití | Orientace na aplikaci |
| 6 | Prezentační vrstva (Presentation Layer) |
Použití | Orientace na aplikaci |
| 5 | Relační vrstva (Session Layer) |
Použití | Orientace na aplikaci |
| 4 | Transportní vrstva (Transport Layer) |
Přeprava | Orientace na transport |
| 3 | Síťová vrstva (Network-Layer) |
Internet | Orientace na transport |
| 2 | Linková vrstva (Data Link Layer) |
Přístup k síti | Orientace na transport |
| 1 | Fyzická vrstva (Physical Layer) |
Přístup k síti | Orientace na transport |
Přenos dat v rámci vrstvového modelu
I když na sebe jednotlivé vrstvy (layers) navazují vertikálně, uskutečňuje se přímý horizontální přenos dat mezi jednotlivými instancemi příslušné vrstvy.
K tomu se v každé vrstvě používají různé protokoly.
Na přiloženém obrázku jsou znázorněné tři ze sedmi vrstev.
Od svého zavedení procházel protokol DOCSIS nepřetržitým dalším vývojem. Standard DOCSIS tak mohl být přizpůsoben technickým podmínkám, například změněným frekvenčním pásmům, zavedení optických vláken a také neustále rostoucím požadavkům na přenosovou rychlost. Původní frekvenční rozsah se při zavedení pohyboval mezi 50 MHz a 862 MHz. Od té doby byl frekvenční rozsah rozšířen až na 1 800 MHz, resp. 1,8 GHz, přičemž jsou pro datový tok využívány i zrušené analogové televizní kanály.
DOCSIS 1.0
Díky standardu specifikovanému jedním americkým provozovatelem kabelové sítě v roce 1997 bylo možné dosáhnout obdivuhodných rychlostí asi 40 Mbit/s pro stahování a 10 Mbit/s pro nahrávání.
DOCSIS 2.0
Se standardem DOCSIS 2.0, který byl vydán roku 2002, byla zvýšena šířka pásma na účastníka, což umožnilo přenosy v reálném čase. Rychlost nahrávání se zvýšila na 30 Mbit/s.
DOCSIS 3.0
Od roku 2006 bylo díky DOCSIS 3.0 možné sloučit až 32 kanálů pro odesílání a přijímání. Tím se zvýšila rychlost stahování na 1 Gbit/s a rychlost nahrávání až na 100 Mbit/s.
DOCSIS 3.1
Díky vylepšené metodě modulace a flexibilnímu využívání různě širokých nosičů jsou podporovány rychlosti 10 Gbit/s pro stahování a 1 Gbit/s pro nahrávání. Po zrušení analogových televizních kanálů nyní využitelné frekvenční spektrum sahá od 5 MHz do 1,8 GHz.
DOCSIS 4.0
Standard DOCSIS 4.0 je nástupcem verze DOCSIS 3.1 Full-Duplex z roku 2017. U ní byla zachována podporovaná rychlost stahování 10 Gbit/s, ovšem rychlost nahrávání byla zvýšena na 6 Gbit/s. Doba latence, kterou potřebuje datový paket od koncového zařízení k serveru a zpět, byla zkrácena na 1 ms.
Upozornění k EuroDOCSIS 3.0
U v Evropě používaného televizního standardu PAL (Phase Alternating Line) byl stanoven rastr kanálu 8 MHz. Naproti tomu šířka pásma u systému NTSC používaného v Americe činí pouze 6 MHz. To vedlo k tomu, že musely být specifikace DOCSIS pro Evropu upraveny. Nesou označení EuroDOCSIS. Počínaje verzí 3.1 se už mezi DOCSIS a EuroDOCSIS 3.0 nerozlišuje.
Abychom mohli využívat rychlý přístup k internetu přes televizní kabel, musíme předem zkontrolovat, zda je k dispozici hlavní předávací bod pro kabelovou televizi. Protože výstavba kabelové sítě probíhala nejprve ve větších aglomeracích, dostupnost se v jednotlivých regionech výrazně liší. V případě potřeby se informujte u lokálního poskytovatele kabelové televize, zda je možné nainstalovat přípojku.
Signály z hlavního předávacího bodu jsou nejprve zesilovány a pak individuálně rozváděny po budově. Přes multimediální zásuvky jsou poskytovány příslušné signály pro televizi, rádio a přenos dat. „Kabelové“ připojení multimediální zásuvky je pak připojené ke kabelovému routeru s integrovaným modemem. Tento modem, resp. kabelový modem pak zajišťuje, stejně jako klasický DSL router, všechny běžné úkoly, jako je LAN, WLAN a telefonie.
Protože se u televizní kabelové sítě jedná o sdílené médium, musejí kabelové modemy připojených účastníků sdílet šířku pásma, která je k dispozici. I přesto je internetové připojení přes kabelovou televizi výrazně rychlejší a stabilnější než internetové připojení přes DSL. Standard DOCSIS přitom definuje vrstvu MAC (Media Access Control), s jejíž pomocí mohou provozovatelé sítě nastavit šířky pásma, nakonfigurovat služby a provádět údržbu modemů. Aby nedocházelo k zasahování do cizích datových toků, je výměna dat mezi hlavní stanicí a příslušným kabelovým modemem šifrovaná.
Produkty kompatibilní s DOCSIS
Tato otázka je ve výsledku zajímavá pouze pro uživatele, kteří mají k dispozici jak telefonní přípojku, tak i kabelovou televizi. Nejvýraznější rozdíly jsme shrnuli do následující tabulky.
| Druh připojení | Telefonní kabel | Kabelová televize |
|---|---|---|
| Přenosová rychlost stahování | 16 Mbit/s (DSL) 100 Mbit/s (VDSL) 250 Mbit/s (Supervectoring) |
Až 10 Gbit/s |
| Přenosová rychlost nahrávání | 40 Mbit/s | Až 6 Gbit/s |
| Dostupnost | Celoplošně | Není k dispozici celoplošně |
| Poskytovatelé | Velká rozmanitost poskytovatelů a pestrá nabídka | Omezená rozmanitost poskytovatelů |
| Přednosti | Vysoká dostupnost Konstantní rychlost Každý uživatel má své vlastní vedení |
Velmi vysoké rychlosti stahování Stabilní signály díky zesilovači |
| Nevýhody | Nestabilní při velké vzdálenosti od rozdělovače Pomalejší stahování |
Výkyvy rychlosti ve špičkách Není dostupné celoplošně |
Závěr:
Díky rychlejšímu přenosu dat je internet po kabelu rozhodně výhodnější, pokud využíváme IP telefonii, živě streamované konference a pokud potřebujeme rychle odesílat a přijímat velké objemy dat. To je také důvod, proč firmy a podniky většinou upřednostňují tento druh připojení. Předpokladem je, že je k dispozici kabelová přípojka. Se zrychlující se výstavbou gigabitových kabelových sítí s optickými vlákny bude v budoucnosti k dispozici ještě rychlejší připojení k internetu.