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Data Over Cable Service Interface Specification DOCSIS ist eine von Cable Labs um 1997 entwickelte Spezifikation für Sch

Data Over Cable Service Interface Specification

Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) ist eine von Cable Labs um 1997 entwickelte Spezifikation für Schnittstellen von Kabelmodems und dazugehörigen Peripheriegeräten, die von der ITU im März 1998 ratifiziert wurde (ITU-T Recommendation J.112). DOCSIS ist dabei ein Standard, der die Anforderungen für Datenübertragung in einem Breitbandkabelnetz festlegt.

Die wichtigste Anwendung von DOCSIS ist die schnelle Übertragung von Daten über bestehende Kabelfernsehnetze. Es ermöglicht durch die Verwendung von Koaxialkabeln erheblich höhere Reichweiten als DSL (das auf Telefonanschlüssen mit ungeschirmten Kupfer-Doppeladern aufbaut) und durch die konzeptionelle Auslegung auf Frequenzmultiplexübertragungen erheblich höhere Datenübertragungsraten von bis zu 10 Gbit/s im Download.

DOCSIS-Reichweite im Vergleich zu DSL-Varianten (nach Unitymedia)

Entwicklung Bearbeiten

In der Frühzeit des Internets war es für Internetdienstanbieter noch nicht möglich bzw. wirtschaftlich, eine eigene Infrastruktur für den Internetzugang aufzubauen, wie etwa Glasfaser bis zum Endkunden. Stattdessen wurde bestehende Infrastruktur (zunächst Telefonleitungen, später auch Rundfunkkabelanschlüsse, Mobilfunknetze u. a.) für diesen Zweck auf- und umgerüstet. DOCSIS wurde damit als konkurrierende technische Plattform eingeführt und erweitert den Rundfunkkabelanschluss um Datendienste wie das dominierende Internet, das seit DOCSIS 2.0 auch für Echtzeitkommunikation wie Voice over Cable genutzt werden kann. Damit werden zusätzlicher Mehrwert auf Kundenseite und neue Geschäftsmodelle auf Anbieterseite geschaffen, die Triple-Play-Angebote (Rundfunk, Internet, IP-Telefonie).

DOCSIS 1.0 Bearbeiten

DOCSIS erzielt einen Datendurchsatz

  • in Empfangsrichtung (englisch „downstream“) von etwa 38 Mbit/s (EuroDOCSIS: 50 Mbit/s) pro Fernsehkanal im Frequenzbereich von 50 MHz bis etwa 862 MHz
  • in Senderichtung (engl. „upstream“) von etwa 27 Mbit/s pro Kanal im Frequenzbereich von 5 MHz bis 65 MHz.

DOCSIS 2.0 Bearbeiten

Die Nachfolgespezifikation DOCSIS 2.0 wurde 2002 vorgestellt, vor dem Hintergrund der stärkeren Nachfrage von symmetrischen, Echtzeit erfordernden Datendiensten wie IP-Telefonie. DOCSIS 2.0 unterstützt ein Frequenzspektrum von 88 MHz bis 860 MHz im Downstream und (5 MHz) 30 MHz bis 42 MHz im Upstream.

DOCSIS 3.0 Bearbeiten

Die DOCSIS-3.0-Spezifikation wurde im August 2006 veröffentlicht. Durch Bündelung von bis zu 32 Kanälen können bei eingesetzter 256-QAM (je Kanal 38 bzw. 50 Mbit/s) Geschwindigkeiten von 1216 bzw. 1600 Mbit/s über EuroDOCSIS in Empfangsrichtung (Downstream) erreicht werden. In Senderichtung (Upstream) können durch Bündelung von bis zu 8 Kanälen mit 256-QAM (je Kanal 27 bzw. 30 Mbit/s) 216 bzw. 240 Mbit/s über EuroDOCSIS erzielt werden. DOCSIS 3.0 unterstützt ein Frequenzspektrum von 108 MHz bis 1002 MHz im Downstream und (5 MHz) 30 MHz bis 65 MHz im Upstream sowie IPv6.

DOCSIS 3.1 Bearbeiten

Die DOCSIS-3.1-Spezifikation wurde im Oktober 2013 veröffentlicht und unterstützt Datenraten von bis zu 10 GBit/s im Downstream und 1 Gbit/s im Upstream. Das wird durch 4096-QAM sowie 20 kHz bis 50 kHz breiten Trägern mit Orthogonaler Frequenz Divisions Multiplex Kodierung (OFDM) erreicht. Diese Träger können innerhalb eines Frequenzspektrums zusammengefasst werden, welches im Downstream mindestens 24 MHz und max. 192 MHz breit sein kann. DOCSIS 3.1 unterstützt ein Frequenzspektrum von bis zu 1,8 GHz im Downstream und im Upstream 30 MHz bis 204 MHz (weitere zulässige Upstream Splitfrequenzen: 65/85/117 MHz) sowie IPv6.

DOCSIS 4.0 Bearbeiten

Die DOCSIS-4.0-Spezifikation wurde im März 2020 veröffentlicht und unterstützt Datenraten von

  • bis zu 10 Gbit/s im Downstream
  • bis zu 6 Gbit/s im Upstream.

Des Weiteren umfasst DOCSIS 4.0 die neuen Vollduplex- und Erweiterungsspektrumfunktionen.

DOCSIS vs. EuroDOCSIS Bearbeiten

Durch die unterschiedlichen Fernsehsysteme sind die Frequenzen in den US-amerikanischen und europäischen Kabelnetzen unterschiedlich aufgeteilt. Aufgrund des in Europa genutzten PAL-Fernsehsystems wurden die Bandbreiten auf 8 MHz festgelegt; aus der US-amerikanischen NTSC-Tradition betrugen sie ursprünglich jedoch 6 MHz. Aus diesem Grunde wurden die DOCSIS-Spezifikationen für den europäischen Markt angepasst und mit EuroDOCSIS bezeichnet.

Bedingt durch die größeren Kanal-Bandbreiten ermöglicht EuroDOCSIS pro Einzelkanal zwar eine größere Datenrate im Downstream als das amerikanische DOCSIS. Da aber ohnehin jeweils mehrere Kanäle zusammengeschaltet werden, können insgesamt über dieselben Gesamtbandbreiten auch dieselben Datenraten erreicht werden. Werden z. B. drei EuroDOCSIS-Kanäle zu je 8 MHz zusammengeschaltet, so resultiert eine Gesamtbandbreite von 24 MHz; genausoviel, wie wenn mit DOCSIS 4 Kanäle zu je 6 MHz zusammengeschaltet werden.

Wenn nun von Kabelnetzanbietern in Europa ausnahmsweise DOCSIS (und nicht EuroDOCSIS) eingesetzt wird, so wird der Umstand ausgenutzt, dass beim amerikanischen DOCSIS aufgrund der schmaleren Kanalbandbreiten eine leicht flexiblere Frequenzbandbelegung resultiert.

Verbreitung Bearbeiten

DSL ist der ältere und bekanntere Internetzugang. DOCSIS wird aufgrund seiner Datenraten, die deutlich höher sind als bei Wählverbindungen (vgl. Schmalbandkommunikation), oft mit DSL gleichgesetzt oder verglichen („DSL-Geschwindigkeit“). Beide Begriffe definieren jedoch unterschiedliche Zugangstechnologien unter dem Oberbegriff Breitband-Internetzugang.

Besonders in Frankreich, Österreich, der Schweiz und in den USA sowie in Ballungsräumen anderer Industrieländer sind mit dem DOCSIS-Standard arbeitende Kabelmodems weit verbreitet. In Deutschland ist die Anzahl von DOCSIS-Anbietern aufgrund der historisch bedingten komplizierten Aufteilung der Netzebenen der Kabelnetze begrenzt. Die möglichen Bandbreiten reizt Vodafone Deutschland im Rahmen der DOCSIS-Spezifikation aus. Die Verfügbarkeit und Akzeptanz der DOCSIS-Angebote wächst in Deutschland seit 2009 rapide.

Noch 2017 war es allerdings für die Kabelnetzbetreiber problematisch, Modems für den neueren DOCSIS-Standard 3.1 zu erhalten.

Implementierung Bearbeiten

DOCSIS im OSI-Schichtenmodell Bearbeiten

OSI-Schichtenmodell

DOCSIS ist angesiedelt in den beiden untersten OSI-Schichten:

Technik Bearbeiten

Die DOCSIS-Architektur besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten:

Das CMTS besteht aus mehreren Downstream- und Upstream-Modulatoren, die jeweils einen Port bilden und die Verbindung zum Kabelmodem herstellen, ähnlich einem DSLAM in einem DSL-Netzwerk. Da Up- und Downstream jeweils in unterschiedlichen Frequenzbereichen lokalisiert sind, sind für eine bestehende Duplexverbindung immer zwei physische Ports nötig. Eine WAN-Schnittstelle schafft die Verbindung zwischen dem CMTS und dem IP-Backbone.

Die Teilnehmer-Endgeräte (Customer Premises Equipment) wie Computer oder Telefone sind über Ethernet, USB oder ATA mit dem Kabelmodem verbunden und über das CMTS mit dem IP-Backbone.

Über das von DOCSIS implementierte Media Access Control (MAC) kann der Kabelnetzbetreiber das Kabelmodem konfigurieren, die Übertragungsbandbreiten regulieren und bestimmte Dienste aktivieren oder deaktivieren. Da in einem Breitbandkabelnetz gesendete Information potenziell an jede angeschlossene Einheit (und damit auch an andere Kabelmodems) übertragen wird, wird zudem durch MAC-Verschlüsselung die Privatsphäre der Kunden untereinander gewährleistet.

Literatur Bearbeiten

  • Andres Keller: Datenübertragung im Kabelnetz (DOCSIS über Hybrid-Fibre-Coax), Springer, 10.2004, ISBN 978-3-540-22501-0

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. http://www.zdnet.de/88299079/avm-bringt-fritzbox-7590-und-fritzbox-6590-cable-in-den-handel/?inf_by=59650d49681db85b618b489a 32x8-Kanalbündelung über DOCSIS 3.0
  2. https://www.cablelabs.com/specifications/search?category=DOCSIS&subcat=DOCSIS%203.0&doctype=Specifications
  3. https://www.cablelabs.com/specifications/search?category=DOCSIS&subcat=DOCSIS%203.1&doctype=Specifications
  4. https://www.cablelabs.com/on-the-path-to-10g-cablelabs-publishes-docsis-4-0-specification
  5. https://www.cablelabs.com/specifications/search?category=DOCSIS&subcat=DOCSIS%204.0&doctype=Specifications
  6. https://www.golem.de/news/fruehstart-kabelnetzbetreiber-findet-keine-modems-fuer-docsis-3-1-1705-128074.html golem.de: Kabelnetzbetreiber findet keine Modems für Docsis 3.1
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Veröffentlichungsdatum:
Data Over Cable Service Interface Specification DOCSIS ist eine von Cable Labs um 1997 entwickelte Spezifikation fur Schnittstellen von Kabelmodems und dazugehorigen Peripheriegeraten die von der ITU im Marz 1998 ratifiziert wurde ITU T Recommendation J 112 DOCSIS ist dabei ein Standard der die Anforderungen fur Datenubertragung in einem Breitbandkabelnetz festlegt Die wichtigste Anwendung von DOCSIS ist die schnelle Ubertragung von Daten uber bestehende Kabelfernsehnetze Es ermoglicht durch die Verwendung von Koaxialkabeln erheblich hohere Reichweiten als DSL das auf Telefonanschlussen mit ungeschirmten Kupfer Doppeladern aufbaut und durch die konzeptionelle Auslegung auf Frequenzmultiplexubertragungen erheblich hohere Datenubertragungsraten von bis zu 10 Gbit s im Download DOCSIS Reichweite im Vergleich zu DSL Varianten nach Unitymedia Inhaltsverzeichnis 1 Entwicklung 1 1 DOCSIS 1 0 1 2 DOCSIS 2 0 1 3 DOCSIS 3 0 1 4 DOCSIS 3 1 1 5 DOCSIS 4 0 2 DOCSIS vs EuroDOCSIS 3 Verbreitung 4 Implementierung 4 1 DOCSIS im OSI Schichtenmodell 4 2 Technik 5 Literatur 6 Weblinks 7 EinzelnachweiseEntwicklung BearbeitenIn der Fruhzeit des Internets war es fur Internetdienstanbieter noch nicht moglich bzw wirtschaftlich eine eigene Infrastruktur fur den Internetzugang aufzubauen wie etwa Glasfaser bis zum Endkunden Stattdessen wurde bestehende Infrastruktur zunachst Telefonleitungen spater auch Rundfunkkabelanschlusse Mobilfunknetze u a fur diesen Zweck auf und umgerustet DOCSIS wurde damit als konkurrierende technische Plattform eingefuhrt und erweitert den Rundfunkkabelanschluss um Datendienste wie das dominierende Internet das seit DOCSIS 2 0 auch fur Echtzeitkommunikation wie Voice over Cable genutzt werden kann Damit werden zusatzlicher Mehrwert auf Kundenseite und neue Geschaftsmodelle auf Anbieterseite geschaffen die Triple Play Angebote Rundfunk Internet IP Telefonie DOCSIS 1 0 Bearbeiten DOCSIS erzielt einen Datendurchsatz in Empfangsrichtung englisch downstream von etwa 38 Mbit s EuroDOCSIS 50 Mbit s pro Fernsehkanal im Frequenzbereich von 50 MHz bis etwa 862 MHz in Senderichtung engl upstream von etwa 27 Mbit s pro Kanal im Frequenzbereich von 5 MHz bis 65 MHz DOCSIS 2 0 Bearbeiten Die Nachfolgespezifikation DOCSIS 2 0 wurde 2002 vorgestellt vor dem Hintergrund der starkeren Nachfrage von symmetrischen Echtzeit erfordernden Datendiensten wie IP Telefonie DOCSIS 2 0 unterstutzt ein Frequenzspektrum von 88 MHz bis 860 MHz im Downstream und 5 MHz 30 MHz bis 42 MHz im Upstream DOCSIS 3 0 Bearbeiten Die DOCSIS 3 0 Spezifikation wurde im August 2006 veroffentlicht Durch Bundelung von bis zu 32 Kanalen konnen bei eingesetzter 256 QAM je Kanal 38 bzw 50 Mbit s Geschwindigkeiten von 1216 bzw 1600 Mbit s uber EuroDOCSIS in Empfangsrichtung Downstream erreicht werden In Senderichtung Upstream konnen durch Bundelung von bis zu 8 Kanalen mit 256 QAM je Kanal 27 bzw 30 Mbit s 216 bzw 240 Mbit s uber EuroDOCSIS erzielt werden 1 2 DOCSIS 3 0 unterstutzt ein Frequenzspektrum von 108 MHz bis 1002 MHz im Downstream und 5 MHz 30 MHz bis 65 MHz im Upstream sowie IPv6 DOCSIS 3 1 Bearbeiten Die DOCSIS 3 1 Spezifikation wurde im Oktober 2013 veroffentlicht und unterstutzt Datenraten von bis zu 10 GBit s im Downstream und 1 Gbit s im Upstream 3 Das wird durch 4096 QAM sowie 20 kHz bis 50 kHz breiten Tragern mit Orthogonaler Frequenz Divisions Multiplex Kodierung OFDM erreicht Diese Trager konnen innerhalb eines Frequenzspektrums zusammengefasst werden welches im Downstream mindestens 24 MHz und max 192 MHz breit sein kann DOCSIS 3 1 unterstutzt ein Frequenzspektrum von bis zu 1 8 GHz im Downstream und im Upstream 30 MHz bis 204 MHz weitere zulassige Upstream Splitfrequenzen 65 85 117 MHz sowie IPv6 DOCSIS 4 0 Bearbeiten Die DOCSIS 4 0 Spezifikation wurde im Marz 2020 veroffentlicht und unterstutzt Datenraten von bis zu 10 Gbit s im Downstream bis zu 6 Gbit s im Upstream Des Weiteren umfasst DOCSIS 4 0 die neuen Vollduplex und Erweiterungsspektrumfunktionen 4 5 DOCSIS vs EuroDOCSIS BearbeitenDurch die unterschiedlichen Fernsehsysteme sind die Frequenzen in den US amerikanischen und europaischen Kabelnetzen unterschiedlich aufgeteilt Aufgrund des in Europa genutzten PAL Fernsehsystems wurden die Bandbreiten auf 8 MHz festgelegt aus der US amerikanischen NTSC Tradition betrugen sie ursprunglich jedoch 6 MHz Aus diesem Grunde wurden die DOCSIS Spezifikationen fur den europaischen Markt angepasst und mit EuroDOCSIS bezeichnet Bedingt durch die grosseren Kanal Bandbreiten ermoglicht EuroDOCSIS pro Einzelkanal zwar eine grossere Datenrate im Downstream als das amerikanische DOCSIS Da aber ohnehin jeweils mehrere Kanale zusammengeschaltet werden konnen insgesamt uber dieselben Gesamtbandbreiten auch dieselben Datenraten erreicht werden Werden z B drei EuroDOCSIS Kanale zu je 8 MHz zusammengeschaltet so resultiert eine Gesamtbandbreite von 24 MHz genausoviel wie wenn mit DOCSIS 4 Kanale zu je 6 MHz zusammengeschaltet werden Wenn nun von Kabelnetzanbietern in Europa ausnahmsweise DOCSIS und nicht EuroDOCSIS eingesetzt wird so wird der Umstand ausgenutzt dass beim amerikanischen DOCSIS aufgrund der schmaleren Kanalbandbreiten eine leicht flexiblere Frequenzbandbelegung resultiert Verbreitung BearbeitenDSL ist der altere und bekanntere Internetzugang DOCSIS wird aufgrund seiner Datenraten die deutlich hoher sind als bei Wahlverbindungen vgl Schmalbandkommunikation oft mit DSL gleichgesetzt oder verglichen DSL Geschwindigkeit Beide Begriffe definieren jedoch unterschiedliche Zugangstechnologien unter dem Oberbegriff Breitband Internetzugang Besonders in Frankreich Osterreich der Schweiz und in den USA sowie in Ballungsraumen anderer Industrielander sind mit dem DOCSIS Standard arbeitende Kabelmodems weit verbreitet In Deutschland ist die Anzahl von DOCSIS Anbietern aufgrund der historisch bedingten komplizierten Aufteilung der Netzebenen der Kabelnetze begrenzt Die moglichen Bandbreiten reizt Vodafone Deutschland im Rahmen der DOCSIS Spezifikation aus Die Verfugbarkeit und Akzeptanz der DOCSIS Angebote wachst in Deutschland seit 2009 rapide Noch 2017 war es allerdings fur die Kabelnetzbetreiber problematisch Modems fur den neueren DOCSIS Standard 3 1 zu erhalten 6 Implementierung BearbeitenDOCSIS im OSI Schichtenmodell Bearbeiten nbsp OSI SchichtenmodellDOCSIS ist angesiedelt in den beiden untersten OSI Schichten auf Schicht 1 Datenubertragung sind folgende Ubertragungsbandbreiten vorgesehen DOCSIS 1 0 0 2 MHz bis 3 2 MHz DOCSIS 2 0 voll abwartskompatibel zu DOCSIS 1 0 bis zu 6 4 MHz Die zu ubertragenen Daten werden mit Quadraturamplitudenmodulation moduliert Downstream 64 QAM oder 256 QAM Upstream 16 QAM bzw QPSK bei DOCSIS 2 0 ausserdem 32 QAM 64 QAM und 128 QAM auf Schicht 2 Datensicherung verwendet DOCSIS eine Kombination von Zeitmultiplex und Codemultiplexverfahren Flexibles Zeitmultiplexverfahren TDMA Technik Bearbeiten Die DOCSIS Architektur besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten einem Kabelmodem auf der Kundenseite einem Cable Modem Termination System CMTS in der Kabelkopfstelle des Anbieters Das CMTS besteht aus mehreren Downstream und Upstream Modulatoren die jeweils einen Port bilden und die Verbindung zum Kabelmodem herstellen ahnlich einem DSLAM in einem DSL Netzwerk Da Up und Downstream jeweils in unterschiedlichen Frequenzbereichen lokalisiert sind sind fur eine bestehende Duplexverbindung immer zwei physische Ports notig Eine WAN Schnittstelle schafft die Verbindung zwischen dem CMTS und dem IP Backbone Die Teilnehmer Endgerate Customer Premises Equipment wie Computer oder Telefone sind uber Ethernet USB oder ATA mit dem Kabelmodem verbunden und uber das CMTS mit dem IP Backbone Uber das von DOCSIS implementierte Media Access Control MAC kann der Kabelnetzbetreiber das Kabelmodem konfigurieren die Ubertragungsbandbreiten regulieren und bestimmte Dienste aktivieren oder deaktivieren Da in einem Breitbandkabelnetz gesendete Information potenziell an jede angeschlossene Einheit und damit auch an andere Kabelmodems ubertragen wird wird zudem durch MAC Verschlusselung die Privatsphare der Kunden untereinander gewahrleistet Literatur BearbeitenAndres Keller Datenubertragung im Kabelnetz DOCSIS uber Hybrid Fibre Coax Springer 10 2004 ISBN 978 3 540 22501 0Weblinks BearbeitenZDNet de Highspeed Internet im Kabel 200 MBit s mit EuroDocsis 3 0 28 Oktober 2009 http www ietf org proceedings 01dec slides ipcdn 3 DOCSIS 2 0 Prasentation http www cablemodem ch cablemodeminfo docsis2 docsis2 html Vergleich zwischen DOCSIS 1 x und DOCSIS 2 0 DOCSIS ProjektseiteEinzelnachweise Bearbeiten http www zdnet de 88299079 avm bringt fritzbox 7590 und fritzbox 6590 cable in den handel inf by 59650d49681db85b618b489a 32x8 Kanalbundelung uber DOCSIS 3 0 https www cablelabs com specifications search category DOCSIS amp subcat DOCSIS 203 0 amp doctype Specifications https www cablelabs com specifications search category 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