La especificación de interfaz de servicio de datos por cable ( DOCSIS ) es un estándar de telecomunicaciones internacional que permite agregar transferencia de datos de gran ancho de banda a un sistema de televisión por cable (CATV) existente. Muchos operadores de televisión por cable lo utilizan para proporcionar acceso a Internet por cable a través de su infraestructura híbrida de fibra-coaxial (HFC) existente .
DOCSIS fue desarrollado originalmente por CableLabs y empresas contribuyentes, incluidas Arris , BigBand Networks , Broadcom , Cisco , Comcast , Conexant , Correlant, Cox , Harmonic , Intel , Motorola , Netgear , Terayon , Time Warner Cable y Texas Instruments . [1] [2] [3]
En 1994, se creó 802.14 para desarrollar un control de acceso a los medios sobre un HFC. En 1995, se formó el Sistema de red de cable multimedia (MCNS). Los socios originales fueron TCI , Time Warner Cable , Comcast y Cox. Posteriormente se unieron al grupo Continental Cable y Rogers . En junio de 1996, SCTE formó el Subcomité de Estándares de Datos para comenzar a trabajar en el establecimiento de estándares nacionales para datos de alta velocidad a través de plantas de cable. Julio de 1997: SCTE DSS votó afirmativamente sobre el documento DSS 97-2. Este estándar se basa en la conocida especificación DOCSIS. El estándar también se presentó al Sector de Normalización de Telecomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T) y se adoptó como UIT-T J.112 Anexo B.
Como los planes de ancho de banda de asignación de frecuencia difieren entre los sistemas CATV de Estados Unidos y Europa, los estándares DOCSIS anteriores a 3.1 se han modificado para su uso en Europa. Estas modificaciones se publicaron con el nombre de EuroDOCSIS . Las diferencias entre los anchos de banda existen porque la televisión por cable europea cumple con los estándares PAL / DVB-C de ancho de banda de canal RF de 8 MHz y la televisión por cable norteamericana cumple con los estándares NTSC / ATSC que especifican 6 MHz por canal. El ancho de banda de canal más amplio en las arquitecturas EuroDOCSIS permite asignar más ancho de banda a la ruta de datos descendente (hacia el usuario). Las pruebas de certificación EuroDOCSIS las realiza la empresa belga Excentis (anteriormente conocida como tComLabs), mientras que las pruebas de certificación DOCSIS las ejecuta CableLabs. Normalmente, el equipo de las instalaciones del cliente recibe una "certificación", mientras que el equipo CMTS recibe una "calificación".
El Sector de Normalización de las Telecomunicaciones de la UIT (UIT-T) ha aprobado las distintas versiones de DOCSIS como estándares internacionales. DOCSIS 1.0 fue ratificado como Recomendación UIT-T J.112 Anexo B (1998), pero fue reemplazado por DOCSIS 1.1 que fue ratificado como Recomendación UIT-T J.112 Anexo B (2001). Posteriormente, DOCSIS 2.0 fue ratificado como Recomendación UIT-T J.122. Más recientemente, DOCSIS 3.0 fue ratificado como Recomendación UIT-T J.222 (J.222.0, J.222.1, J.222.2, J.222.3).
Nota: Si bien el Anexo B de la Recomendación UIT-T J.112 corresponde a DOCSIS/EuroDOCSIS 1.1, el Anexo A describe un sistema de módem por cable europeo anterior (" DVB EuroModem") basado en estándares de transmisión ATM. El Anexo C describe una variante de DOCSIS 1.1 que está diseñada para funcionar en sistemas de cable japoneses. El cuerpo principal de la Recomendación UIT-T J.122 corresponde a DOCSIS 2.0, el Anexo F de J.122 corresponde a EuroDOCSIS 2.0 y el Anexo J de J.122 describe la variante japonesa de DOCSIS 2.0 (análoga al Anexo C de J.112).
DOCSIS proporciona una variedad de opciones disponibles en las capas 1 y 2 de Interconexión de sistemas abiertos (OSI): las capas física y de enlace de datos .
Las primeras tres versiones del estándar DOCSIS admiten un rendimiento descendente con 256-QAM de hasta 42,88 Mbit/s por canal de 6 MHz (aproximadamente 38 Mbit/s después de la sobrecarga), o 55,62 Mbit/s por canal de 8 MHz para EuroDOCSIS (aproximadamente 50 Mbit/s después de la sobrecarga). El rendimiento ascendente posible es de 30,72 Mbit/s por canal de 6,4 MHz (aproximadamente 27 Mbit/s después de la sobrecarga), o 10,24 Mbit/s por canal de 3,2 MHz (aproximadamente 9 Mbit/s después de la sobrecarga).
DOCSIS 3.1 admite un rendimiento descendente con 4096-QAM y una separación de subportadora de 25 kHz de hasta 1,89 Gbit/s por canal OFDM de 192 MHz. El rendimiento ascendente posible es de 0,94 Gbit/s por canal OFDMA de 96 MHz . [17]
Las tablas asumen modulación 256-QAM para flujo descendente y 64-QAM para flujo ascendente en DOCSIS 3.0, y modulación 4096-QAM para OFDM/OFDMA (primeros métodos de flujo descendente/ascendente) en DOCSIS 3.1, aunque las velocidades de datos reales pueden ser más bajas debido a variables Modulación en función de la SNR. Son posibles velocidades de datos más altas, pero requieren esquemas QAM de orden superior que requieren una tasa de error de modulación descendente (MER) más alta. DOCSIS 3.1 fue diseñado para admitir hasta 8192-QAM/16,384-QAM, pero solo es obligatorio admitir hasta 4096-QAM para cumplir con los estándares mínimos de DOCSIS 3.1.
Para DOCSIS 3.0, el rendimiento máximo teórico para la cantidad de canales vinculados se enumera en la siguiente tabla.
Tenga en cuenta que la cantidad de canales que puede admitir un sistema de cable depende de cómo esté configurado el sistema de cable. Por ejemplo, la cantidad de ancho de banda disponible en cada dirección, el ancho de los canales seleccionados en la dirección ascendente y las restricciones de hardware limitan la cantidad máxima de canales en cada dirección. [ cita necesaria ]
Tenga en cuenta que el ancho de banda descendente máximo en todas las versiones de DOCSIS depende de la versión de DOCSIS utilizada y del número de canales ascendentes utilizados si se utiliza DOCSIS 3.0, pero los anchos de los canales ascendentes son independientes de si se utiliza DOCSIS o EuroDOCSIS. [ cita necesaria ]
El flujo ascendente DOCSIS tradicional en América del Norte utiliza el rango de frecuencia de 5 a 42 MHz. EuroDOCSIS utiliza el rango de 5 a 65 MHz. Esto se conoce como diseño de "división baja" o "subdivisión", capaz de una capacidad compartida total de ~108 Mbit/s ascendente (suponiendo 4 canales ascendentes SC-QAM). [20]
En los últimos años, [ ¿cuándo? ] operadores de cable [ ¿cuáles? ] han comenzado a aumentar la cantidad de ancho de banda dedicado al upstream. Las dos opciones más populares para esto incluyen una "división media" o una "división alta". [21]
Una división media aumenta el rango de frecuencia ascendente a 5–85 MHz, lo que admite una capacidad ascendente compartida total de ~450 Mbit/s (asumiendo 4 canales SC-QAM + OFDMA). [22]
Una división alta aumenta el rango de frecuencia ascendente a 5–204 MHz, lo que admite una capacidad ascendente compartida total de ~1,5 Gbit/s (asumiendo 4 canales SC-QAM + OFDMA). [22]
DOCSIS 4.0, tanto en configuraciones full-duplex (FDX) como DOCSIS de espectro extendido (ESD), admitirá velocidades de subida que superen los 5 Gbit/s. [23]
Una arquitectura DOCSIS incluye dos componentes principales: un módem de cable ubicado en las instalaciones del cliente y un sistema de terminación de módem de cable (CMTS) ubicado en la cabecera de CATV. [24]
La PC del cliente y los periféricos asociados se denominan equipo en las instalaciones del cliente (CPE). Los CPE están conectados al módem por cable, que a su vez está conectado a través de la red HFC al CMTS. Luego, el CMTS enruta el tráfico entre el HFC e Internet. Utilizando sistemas de aprovisionamiento y a través del CMTS, el operador de cable ejerce control sobre la configuración del cable módem. [24]
Digiweb también utilizó DOCSIS 2.0 en frecuencias de microondas (10 GHz) en Irlanda , utilizando enlaces inalámbricos dedicados en lugar de una red HFC. En las instalaciones de cada abonado, el CM ordinario está conectado a una caja de antena que convierte a/desde frecuencias de microondas y transmite/recibe en 10 GHz. Cada cliente tiene un enlace dedicado, pero el mástil del transmisor debe estar en la línea de visión (la mayoría de los sitios están en la cima de una colina). [25]
DOCSIS incluye servicios de seguridad de capa de control de acceso a medios (MAC) en sus especificaciones de interfaz de privacidad básica. DOCSIS 1.0 utilizó la especificación inicial de la interfaz de privacidad básica (BPI). Posteriormente, BPI se mejoró con el lanzamiento de la especificación Baseline Privacy Interface Plus (BPI+) utilizada por DOCSIS 1.1 y 2.0. Más recientemente, se agregaron una serie de mejoras a la interfaz de privacidad básica como parte de DOCSIS 3.0 y la especificación pasó a llamarse "Seguridad" (SEC).
La intención de las especificaciones BPI/SEC es describir los servicios de seguridad de la capa MAC para comunicaciones DOCSIS CMTS con módem por cable. Los objetivos de seguridad de BPI/SEC son dos:
BPI/SEC tiene como objetivo evitar que los usuarios de cable se escuchen entre sí. Para ello, cifra los flujos de datos entre el CMTS y el módem por cable. BPI y BPI+ utilizan cifrado del Estándar de cifrado de datos (DES) de 56 bits , mientras que SEC agrega soporte para el Estándar de cifrado avanzado (AES) de 128 bits . La clave AES, sin embargo, está protegida únicamente por una clave RSA de 1024 bits. [26]
BPI/SEC tiene como objetivo permitir a los operadores de servicios de cable rechazar el servicio a módems de cable no certificados y usuarios no autorizados. BPI+ fortaleció la protección del servicio agregando autenticación basada en certificados digitales a su protocolo de intercambio de claves , utilizando una infraestructura de clave pública (PKI), basada en autoridades de certificación digital (CA) de los evaluadores de certificación, actualmente Excentis (anteriormente conocido como tComLabs) para EuroDOCSIS y CableLabs. para DOCSIS. Normalmente, el operador de servicios de cable agrega manualmente la dirección MAC del módem de cable a la cuenta de un cliente con el operador de servicios de cable; [27] y la red permite el acceso solo a un módem de cable que puede dar fe de esa dirección MAC utilizando un certificado válido emitido a través de la PKI. La especificación BPI anterior (ANSI/SCTE 22-2) tenía una protección de servicio limitada porque el protocolo de administración de claves subyacente no autentificaba el cable módem del usuario.
La seguridad en la red DOCSIS mejora enormemente cuando solo se permiten comunicaciones críticas para el negocio y se niega la comunicación del usuario final con la infraestructura de la red. Los ataques exitosos a menudo ocurren cuando el CMTS está configurado para ser compatible con módems DOCSIS 1.1 anteriores al estándar. Estos módems eran "software actualizable sobre el terreno", pero no incluían certificados raíz DOCSIS o EuroDOCSIS válidos. [ cita necesaria ]
Cuando un usuario de computadora busca acceder a Internet, el módem del usuario informará su dirección MAC al ISP, y si el ISP reconoce que la dirección MAC del módem pertenece a un suscriptor de pago, el ISP permitirá que el usuario acceda a Internet. a través de la red del ISP.