DOCSIS là gì và nó làm thế nào để Internet cáp tốc độ Gigabit trở thành hiện thực?

Đây là kỷ nguyên Internet tốc độ gigabit, nhưng với hơn 90% Mỹ hiện đang được dây cáp đồng trục (coaxial) và chỉ 25% có khả năng truy cập cáp quang, không cảm thấy như chúng ta đã đến đó. Tuy nhiên, kể từ cuối năm 2015, một số kết nối cáp hiện có đã nhận được nâng cấp tốc độ nghiêm trọng (nhiều gigabit mỗi giây!) chỉ bằng cách thay đổi một vài phần cứng – không cần dây dây mới. Tiêu chuẩn này, DOCSIS 3.1, đã có mặt từ năm 2013, nhưng với nhiều ISP cập nhật thiết bị của họ, có thể trong vài năm nữa hầu hết người dùng sẽ không cần đợi cáp quang thực tế để có tốc độ cáp quang.

DOCSIS là gì?

Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) là cách nói dài dòng để nói "cách Internet cáp hoạt động". DOCSIS 1.0 được phát triển bởi Cable Labs năm 1997, và nó đã được phát triển kể từ đó, nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn với mỗi thế hệ.

Không đi sâu quá nhiều vào vật lý của nó, tiêu chuẩn DOCSIS hoạt động như sau: một hộp cáp nhận tín hiệu từ mạng cáp quang của ISP, dịch chúng thành tín hiệu mà cáp đồng trục có thể mang, và truyền các tín hiệu đó qua "dặm cuối" (last mile) của cáp đồng trục đến người dùng. Các tín hiệu này kết thúc ở modem cáp của người dùng, từ đó người dùng có thể gửi dữ liệu trở lại hộp để dịch ngược. Bên trong chính cáp, tiêu chuẩn DOCSIS quản lý tần số nào được dùng để gửi dữ liệu lên (upstream) và xuống (downstream).

Hãy hình dung toàn bộ như một cao tốc (cáp) với các làn đường (khoảng tần số) chạy hai chiều. DOCSIS là bộ quy tắc quản lý bao nhiêu làn đường đi mỗi chiều (lớp tần số vật lý) và giao thông luân chuyển lên chúng như thế nào (lớp kiểm soát truy cập phương tiện hoặc lớp phần mềm). Với mỗi phiên bản mới, cao tốc được tổ chức hiệu quả hơn, và xe cộ trên đó có thể chở nhiều hành khách hơn (dữ liệu). Vì cao tốc luôn đặt trong cùng không gian vật lý (cáp đồng trục), bạn chỉ cần nâng cấp một vài điểm chính, chủ yếu ở lối vào và lối ra, để thay đổi mẫu giao thông (luồng bit) tốt hơn.

DOCSIS 3.1 so với DOCSIS 3.0

Tất nhiên, điểm chính của các tiêu chuẩn mới là đạt tốc độ tốt hơn, vậy DOCSIS đã nhanh hơn như thế nào qua các thế hệ?

Sau khi phát hành năm 2013, DOCSIS mất vài năm trước khi bắt đầu triển khai cho người dùng cuối năm 2015. Tính đến năm 2018, nó vẫn ở giai đoạn rất sớm trên toàn cầu. Tuy nhiên, nó đại diện cho một bước nhảy vọt tiềm năng lớn về hiệu suất nhờ một số cải tiến chính. Với thuật ngữ phi kỹ thuật, 3.1 có thể đưa nhiều hành khách hơn lên cao tốc cùng lúc và có thể thêm nhiều làn đường hơn. Với thuật ngữ kỹ thuật hơn một chút, nó sử dụng tần số cao hơn với nhiều chỗ hơn, tách luồng dữ liệu thành nhiều luồng để dùng nhiều hơn mỗi dải tần số, và cải thiện hàng đợi gói tin, nghĩa là dữ liệu không phải chờ đợi lâu trước khi vào cáp, giảm độ trễ. Nói đơn giản, DOCSIS 3.1 và về sau có thể nhét nhiều dữ liệu hơn vào cùng lượng không gian, cho bạn tốc độ lên và xuống tốt hơn.

Là một thêm vui, DOCSIS 3.1 tương thích ngược (backwards-compatible), nghĩa là chuyển từ 3.0 sang 3.1 có thể là quá trình dần dần. Bạn có thể thay đổi thiết bị ISP sang 3.1 trong khi để thiết bị người dùng ở tiêu chuẩn 3.0 cho đến khi họ muốn nâng cấp.

DOCSIS Full Duplex và DOCSIS 4.0

Mặc dù DOCSIS 3.1 chưa thực sự đi vào phổ biến, Cable Labs đã đang hoàn thiện tiêu chuẩn DOCSIS 3.1 Full Duplex, có thể phát hành vào năm 2019. Cũng có một vài tin đồn về DOCSIS 4.0, dù còn rất xa.

Như tên gợi ý, Full Duplex cho phép cả lên (upstream) và xuống (downstream) sử dụng toàn bộ dải tần số có sẵn. Điện thoại là ví dụ tốt của giao tiếp duplex: hai người có thể nói cùng lúc và nghe nhau ở cả hai đầu dây, thay vì chỉ một người truyền tại một thời điểm, như cái talkie-walkie. Điều này về cơ bản nghĩa là thay vì chia cáp đồng trục thành kênh lên và xuống, bất kỳ kênh nào cũng sẽ có thể mang dữ liệu theo bất kỳ hướng nào, làm cho tốc độ tải lên có thể khớp tốc độ tải xuống, với (rất) lý thuyết tối đa 10 Gbps cả hai chiều.

Quên cáp quang! Internet cáp siêu nhanh của tôi đâu?

Thật không may, DOCSIS 3.1 vẫn ở giai đoạn đầu, vì nhiều ISP đang chuyển đổi chậm và giá cao. Nơi có sẵn, bạn có thể nhận 1-2 Gbps tải xuống, với lên tới 1 Gbps tải lên, làm cho nó thành đối thủ thực sự với cáp quang. Tuy nhiên, tốc độ không rẻ: công ty cáp đang cố gắng tối đa hóa lợi nhuận trong khi có thể, vì vậy phí hiện tại ngang hoặc lớn hơn cáp quang ở hầu hết khu vực. Với việc phần cứng cáp đã tồn tại cho nhiều người dùng, DOCSIS 3.1 có thể cuối cùng phục vụ nhiều người dùng hơn cáp quang, và giá có thể giảm khi tốc độ cao trở thành chuẩn.

Kết luận: đây là thời điểm tốt để trực tuyến

Bất kể thế nào sớm thế giới có DOCSIS 3.1, sống trong kỷ nguyên DOCSIS 3.0/cáp quang sớm là thú vị. Hầu hết nơi có băng rộng không thể phàn nàn quá nhiều về tốc độ tải xuống, và tải lên nhanh hơn đang trên đường đến. Giống như bất kỳ sự tiến hóa công nghệ nào, nó có thể mất thời gian để hoàn thiện, nhưng giữa cáp quang, DOCSIS 3.1, và Internet vệ tinh quỹ đạo thấp, tương lai kết nối trông khá tốt.