槻ノ木隆の「BBっとWORDS」

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■	その115「ドメインとActive Directory」 [2007/03/19]
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■	その108「NASの登場と一般への普及」 [2007/01/22]
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■	その104「AIFFの構造」 [2006/12/11]
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■	その102「WMAの歴史」 [2006/11/27]
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■	その97「IEEE 802.16e（モバイルWiMAX）の特徴」 [2006/10/23]
■	その96「TIFFの特徴」 [2006/10/16]
■	その95「PNGの現状と今後」 [2006/10/02]
■	その94「GIFの構造」 [2006/09/25]
■	その93「10GBASEの種類（2）」 [2006/09/11]
■	その92「10GBASEの種類」 [2006/09/04]
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■	その88「MPEGの仕組み」 [2006/07/31]
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■	その84「Realのこれまでと今後」 [2006/06/26]
■	その83「ShareとWinny」 [2006/06/19]
■	その82「DOCSISの仕組み」 [2006/06/12]
■	その81「SQLインジェクションの流れ」 [2006/06/05]
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■	その79「Skypeの仕組み」 [2006/05/22]
■	その78「BitTorrentの特徴と今後」 [2006/05/15]
■	その77「Winnyの仕組みと現状」 [2006/05/08]
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■	その53「SNMPとMIBの動作」 [2005/10/03]
■	その52「Jumbo Frameとフレームサイズ」 [2005/09/12]
■	その51「WPA2の仕組み」 [2005/09/05]
■	その50「WPAとWPA-PSKの違い」 [2005/08/29]
■	その49「WPAの仕組み」 [2005/08/22]
■	その48「WebDAVの動作」 [2005/08/08]
■	その47「OFDMAの仕組みとOFDMとの違い」 [2005/08/01]
■	その46「OFDMの仕組み」 [2005/07/25]
■	その45「WiMAXの特徴」 [2005/07/11]
■	その44「Wi-Fiの役割」 [2005/07/04]
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■	その39「DNSの原理」 [2005/05/30]
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■	その32「IPアドレスのクラス」 [2005/04/04]
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■	その23「SSHの仕組みと応用」 [2005/01/24]
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■	その21「POP3とIMAP4の違い」 [2004/12/27]
■	その20「POP3の役割と機能」 [2004/12/20]
■	その19「SMTPの機能と問題点」 [2004/12/13]
■	その18「SPIとパケットフィルタリング」 [2004/12/06]
■	その17「LANの概念とその広がり」 [2004/11/29]
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■	その14「VoIPの仕組み」 [2004/11/01]
■	その13「イーサネットとは」 [2004/10/25]
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■	その11「DHCPの役割」 [2004/10/04]
■	その10「MIMOとは」 [2004/09/27]
■	その9「DMZとその効果」 [2004/09/13]
■	その8「ファイアウォールとは」 [2004/09/06]
■	その7「NATとNAPTの違いとIPマスカレード」 [2004/08/30]
■	その6「VPNとVPNパススルーの仕組み」 [2004/08/23]
■	その5「無線LANの問題とWEP」 [2004/08/09]
■	その4「IEEE 802.11a/b/gって何を意味しているの？」 [2004/08/02]
■	その3「ダイナミックDNSって？」 [2004/07/26]
■	その2「グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレス」 [2004/07/12]
■	その1「PPPoEって何だろう？」 [2004/07/05]

その82「DOCSISの仕組み」

■ DOCSISって何？

　ADSLやFTTHを使ってインターネットアクセスしている人にはほとんど無関係ですが、CATVを使ったインターネットでは必ず出てくる用語が「DOCSIS」です。読み方はそのまま“ドクシス”で、「Data Over Cable Service Interface Specifications」の略語です。名前の通り、CATVを使ったネットワークのプロトコルや制御インターフェイスなどが定義されます。

　まず一般的な話からしましょう。CATVの場合、1本の同軸ケーブルでセンターと各家庭が繋がっています。CATVですので、当然VHFやUHFといったテレビの映像信号が流れているわけですが、これに重ならない形でインターネット接続用の帯域が確保されています。図1は初期（1990年代後半～2000年前後）における、一般的なCATV回線における帯域の利用状況を示したものです。上りが概ね数百KB/sec、下りが数MB/secといった程度で利用されていました。この周波数配分は、国によっても異なる場合があり、従って初期の段階ではCATVのプロバイダーごとに細かなスペックが違っているという状況にありました。

図1：CATVにおける周波数配分

　こうした課題を整理すべく、CATVに関わるメーカーが設立したのがCableLabsです。そして、1996年にDOCSISのSpecification（CableLabsの用語では“The CableLabs Certified Cable Modem project”）の検討がはじまり、1998年にはDOCSIS Interface Specification 1.0がリリースされます。ただ、いくつか欠陥があり、これらが最終的に修正されるのに2001年11月までかかってしまいました。

　この欠陥に対処するとともに、QoS機能を追加したものがDOCSIS 1.1で、1999年4年に登場しています。こちらもRevision Upは随時行なわれているようで、例えばDOCSIS 1.1のBaseline Privacy Plus Interface Specificationは、最新の更新日付が2005年8月12日になっているなど、まだあまり落ち着いているとはいえない状況です。とはいっても、2000年10月からは相互互換性テストがはじまるなど、多くのベンダーに標準仕様として受け入れられる状態になっており、一般に利用されるのはこのDOCSIS 1.1の製品が多いようです。

　DOCSIS 1.1は、DOCSIS 1.0との互換性を重視しており、転送速度などは一切変わっていません。実際にどの程度の性能かというのは、変調方式や割り当てる周波数帯域などで変わってくるので一概には言えないのですが、理論値では下り40Mbps、上り10Mbpsが最大と考えて良いでしょう。

　その後、2001年にはDOCSIS 2.0のSpecificationがリリースされ、2002年からは互換性テストもはじまり、これにパスした製品が2003年から出回るようになりました。DOCSIS 2.0の最大の改良は速度で、特に上りが最大30Mbps程度まで増速されるようになりました。また、信号の雑音耐性向上や新たな変調方式/誤り訂正方式を追加するなど、高速化の技法が多く取り入れられています。国内でも複数のCATVプロバイダーが、オプションで高速接続コースを提供していますが、大体の場合で高速接続コースがDOCSIS 2.0、標準コースが1.0という棲み分けがなされているようです。

　もう少し細かい話をすると、DOCSIS 1.1の場合では上りの変調方式にはQPSK（Quadrature Phase Shift Keying）もしくは16QAM（Qyadrature Amplitude Modulation）が選択可能です。QPSKはQAMよりもノイズに強い半面、転送速度がQAMの半分になってしまいます。このため、環境に応じて選択が行なわれます。標準だと3.2MHzの帯域を占有し、最大5.12Mbps（QPSK）もしくは10.24Mbps（16QAM）となります。もっともこれは誤り訂正を行なう“前”の数字で、これを考慮した実効転送速度はそれぞれ4.5Mbps/9Mbps程度となります。アクセス制御にはFDMA（Frequency Division Multiple Access）+TDMA（Time Division Multiple Access）を利用します。

　一方、下りの変調方式は64QAMもしくは256QAMが選択できます。概して下りは、ノイズの影響を受けにくい性質があり、上りより耐雑音性能を落としても大丈夫、という判断です。6MHzの帯域を占有して、64QAMで最大30.34Mbps、256QAMで42.88Mbpsとなってますが、誤り訂正を行なったあとの実効転送速度は概ね27Mbps/39Mbpsあたりがピーク値となります。アクセス制御方式にはTDMAのみを利用します。

　携帯電話などと同様、それほど広い周波数帯域を使えるわけでない点と、多数のユーザーで回線を共有する関係で、変調方式やアクセス制御方式にはかなり近いものがあります。

　また、ちょっと面白いのはDOCSIS 2.0で変調方式が追加された点です。DOCSIS 1.0が出る前にCATVで比較的大きなシェアを持っていたベンダーに米テラヨンがあります。ここが当時提供していたCATVモデムは「S-CDMA（Synchronous Code Division Multiple Access）」という変調方式を使っていました（関連記事）。名前からわかる通り、「CDMA」をベースとした技術で、DOCSISとはまるで互換性がありませんでした。テラヨン社はDOCSIS採用ベンダーとシェアを争いましたが、大勢はDOCSISに移りはじめ、同社もDOCSIS準拠製品を投入しましたが、売上は下降の一途をたどり、今年4月にはNASDAQ上場が廃止になる程です。ところが、DOCSIS 2.0にはそのS-CDMAが変調方式として追加採用されることになりました。このあたりは技術的な評価がそのままマーケットでのシェアに繋がらなかった、という良い例なのかもしれません。

■ DOCSISの今後

　またCableLabsでは現在、DOCSIS 3.0の制定を進めています。DOCSIS 3.0の最大の特徴はChannel Bondingと呼ばれるもので、複数チャネルを束ねて利用することで転送速度をさらに上げよう、ということ“らしい”です。“らしい”というのは、本来ならば今年第1四半期中にSpecification公開だったはずなのが遅れているからで、これが公開されないとあまり詳しいことがわからない、というのが実情です（現在はCableLabs加盟メンバーに対し、機密保持契約の元でドラフトが公開されている状態）。

　米国にせよ日本にせよ、まもなくアナログ放送が終了する関係で、CATV自体もデジタル化が必要になってきます。DOCSIS 3.0は当然これを見越したものになるはずで、単にChannel Bondingが追加されただけではすまないでしょう。

　ただ、日本のCATVプロバイダーの状況を見た場合、同軸ケーブルを使った従来の方式から、FTTHを使ってTV映像もインターネット接続もIP電話も提供する、という方向に進みつつあるのがちょっと気になるところです。1本の光ファイバでは帯域が足りなければ、WDMを使うことで解決できるため（「スカパー！光」がこの代表例です（関連記事））、デジタル化に伴なって同軸ケーブルの張り替えなどが必要なプロバイダーの場合、この機会に光ファイバ化を進めるといった動きが出ています。当然ながら、FTTHではDOCSISは不要なわけで、CATVが広く普及している米国ではともかく、日本では果たしてDOCSIS 3.0がうまく立ち上がるかどうか、少し微妙な感じではあります。

2006/06/12 11:00

槻ノ木隆
　国内某メーカーのネットワーク関係「エンジニア」から「元エンジニア」に限りなく近いところに流れてきてしまった。ここ２年ほどは、企画とか教育、営業に近いことばかりやっており、まもなく肩書きは「退役エンジニア」になると思われる。（イラスト：Mikebow）

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