Компьютерные сети. 6-е изд.

До версии DOCSIS 3.1 пакеты входящего потока разделялись на фреймы MPEG длиной 188 байт; при этом каждый фрейм содержал 4-байтный заголовок и пользовательские данные в 184 байта (так называемый уровень конвергенции MPEG). Помимо самих данных, головная станция периодически отправляет модему управляющую информацию о ранжировании, выделении каналов и других задачах, связанных с их распределением. Эти задачи выполняются уровнем управления доступом к среде (MAC). В целях совместимости версия DOCSIS 3.1 по-прежнему поддерживает данный уровень конвергенции, но он больше не используется для входящей передачи данных.

Канальный уровень DOCSIS организует передачу в соответствии с профилями модуляции (modulation profiles). Профиль модуляции представляет собой список заказов модуляции (то есть битовых нагрузок), сопоставленных с поднесущими OFDM. При нисходящей передаче головная станция может использовать отдельный профиль для каждого кабельного модема, но обычно он используется для целой группы модемов с одинаковыми или близкими параметрами производительности. Принимая в расчет идентификационные данные служебного потока и параметры QoS, канальный уровень (в DOCSIS 3.1), теперь называемый уровнем конвергенции (convergence layer), группирует пакеты с одинаковым профилем в один буфер пересылки. Обычно для каждого профиля отводится отдельный буфер небольшого размера во избежание значительной задержки. Затем алгоритм формирования кодовых слов преобразует фреймы DOCSIS в соответствующие кодовые слова с упреждающим исправлением ошибок (FEC). При этом он извлекает пакеты из буферов разных профилей, сменяя буфер на границе каждого кодового слова. В кодировке FEC фрейм DOCSIS выглядит как поток битов, а не как последовательность байтов. DOCSIS использует кодовые слова LDPC. В случае входящей передачи полное кодовое слово может содержать до 2027 байт, где 1799 байт (или меньше) служат для передачи данных, а 225 байт — для проверки четности. В каждом байте фрейма DOCSIS первым передается самый младший бит. Когда значение занимает несколько байтов, старшие байты передаются перед младшими — такой способ упорядочения называется сетевым порядком (network order). На головной станции также применяется байт-стаффинг: при отсутствии фреймов DOCSIS в нисходящем потоке станция вставляет заполненные нулями поднесущие в символы OFDM или просто вставляет последовательности единиц в кодовые слова, как показано на илл. 3.28.

Начиная с версии 3.0, DOCSIS поддерживает технологию связывания каналов (channel bonding), которая позволяет одному абоненту использовать сразу несколько исходящих и входящих каналов. Данный подход представляет собой разновидность агрегации каналов (link aggregation) — объединения нескольких физических соединений (или портов) в одно логическое. В версии DOCSIS 3.0 можно связать до 32 входящих и до 8 исходящих каналов шириной 6–8 МГц. Версия DOCSIS 3.1 предоставляет такие же возможности связывания, но каналы могут быть гораздо шире — до 192 МГц при входящей и до 96 МГц при исходящей передаче; в DOCSIS 3.0 эти цифры составляют 6–8 МГц и до 6,4 МГц соответственно. Кроме того, модем с поддержкой DOCSIS 3.1 может связывать каналы разных типов (например, один канал OFDM шириной 192 МГц и четыре канала SC-QAM шириной 6 МГц).

Илл. 3.28. Преобразование фрейма DOCSIS в кодовые слова

V — значение; Resv — зарезервировано; PDU Ptr — указатель протокольного блока данных; End of previous PDU — конец предыдущего протокольного блока данных; Start of Next PDU — начало следующего протокольного блока данных; CW header — заголовок кодового слова; Payload — пользовательские данные; BCH parity — код BCH проверки на четность; LDPC parity — код LDPC проверки на четность

27 Его также иногда называют подуровнем физической среды (Physical Media Dependent, PMD).

3.6. Резюме

Задача канального уровня — преобразование необработанного потока битов, поступающего с физического уровня, в поток фреймов, которые могут использоваться сетевым уровнем. Канальный уровень может представлять этот поток с различной степенью надежности, начиная от служб без установки соединения и без подтверждения и заканчивая стабильными службами, ориентированными на установление соединения.

Для формирования фреймов используются разнообразные методы, включая подсчет байтов, байт-стаффинг и бит-стаффинг. Протоколы канального уровня могут обеспечить контроль ошибок для обнаружения и исправления поврежденных и повторной передачи потерянных фреймов. Во избежание перегрузки медленного приемника быстрым отправителем применяется управление потоком. Популярный механизм «раздвижных окон» — простой способ объединения контроля ошибок и управления потоком. Для окна размером в один пакет применяется протокол с остановкой и ожиданием.