Инверсное мультиплексирование

Инве́рсное мультиплекси́рование — технология в цифровой связи, основанная на разделении одного высокоскоростного потока данных на несколько низкоскоростных с целью последующей передачи по нескольким узкополосным линиям связи. Является операцией, противоположной по смыслу обычному мультиплексированию (уплотнению).

Одним из применений инверсного мультиплексирования является передача ATM-трафика по нескольким E1/T1 каналам.

Слово «инверсное» указывает на тот факт, что рассматриваемый вид мультиплексирования можно считать противоположным общепринятому алгоритму, реализованному в большинстве систем передачи. Аналоговые и цифровые системы передачи объединяют несколько каналов со сравнительно невысокой пропускной способностью. Результат «суммирования» передается по каналу с высокой пропускной способностью. Инверсное мультиплексирование основано на ином алгоритме. На входе мультиплексора высокоскоростной сигнал «разделяется». Он передается по нескольким каналам со сравнительно невысокой пропускной способностью. С другой стороны, совокупность этих каналов можно рассматривать как один тракт, который не нарушает структуру передаваемой информации.

Основная сфера применения инверсного мультиплексирования — «узкие места» в инфокоммуникационных сетях. Очевидно, что для телефонной связи рассматриваемая технология не представляет существенного интереса. Иная ситуация складывается в том случае, когда необходимо передать данные с высокой скоростью или видеоинформацию. На рисунке 2.9.1 показана типичная схема организации высокоскоростного тракта для обмена данными с помощью инверсного мультиплексирования. Предполагается, что информацию необходимо передать через транспортную сеть со скоростью 8 Мбит/с, а имеющиеся ресурсы образованы стандартными трактам Е1 с пропускной способностью 2048 кбит/с.

История

Лет 10 назад технологии глобальных и локальных сетей развивались независимо и не оказывали влияния друг на друга. Для LAN с короткими каналами связи разрабатывались высокоскоростные технологии, реализация которых была либо слишком дорогостоящей, либо технически трудно осуществимой. Однако развитие Internet привело к тому, что сетевые технологии уже являются базовыми для ведения бизнеса. Локальные сети становятся ядром корпоративной структуры. Теперь 80 % приходится на обмен с внешним миром и лишь 20 % — на внутренний трафик. Все это не могло не сказаться на инфраструктуре сетей передачи данных: появляются оптоволоконные магистрали, по которым данные несутся со скоростью до 10 Gbps, принимается стандарт мультипротокольной коммутации с использованием меток (MPLS), а медлительные маршрутизаторы заменяются быстрыми коммутаторами уровня 3. Не многие компании могут позволить себе использовать высокоскоростной доступ к сети Internet. Технологии инверсного мультиплексирования (inverse multiplexing — imux) предлагают эффективное решение данной проблемы.

По своей сути инверсное мультиплексирование прямо противоположно традиционному, объединяющему множество потоков данных и передающему их по единому высокоскоростному физическому каналу. Инверсное же мультиплексирование, наоборот, для обеспечения необходимой полосы пропускания использует несколько раздельных физических каналов как один логический.

Побитовое инверсное мультиплексирование

Побитовое инверсное мультиплексирование (bit-based inverse multiplexing). Технология imux стартовала в начале 90-х, когда компания Larscom совместно с корпорацией IBM получила патент на каналы типа N x T1/E1. Первоначально в магистраль объединялись до восьми каналов Т1/Е1, что позволяло обеспечить многомегабитовый доступ к высокоскоростным сетям Frame Relay, Internet и/или поддержку видеоконференций. Инверсные мультиплексоры расщепляли входной поток на восемь подпотоков и передавали их по группе каналов по одному биту с циклическим приоритетом. Каждый из каналов Т1/Е1 мог иметь собственный маршрут и, следовательно, время задержки. На приемном конце первоначальный порядок следования битов восстанавливался посредством буферизации входящих подпотоков и последующей обработки. Данный метод имел ряд привлекательных свойств. Во-первых, трафик не разрушался, поскольку сохранялась первоначальная последовательность битов. Во-вторых, связанные каналы управлялись как единая сущность, и, наконец, в-третьих, данные передавались прозрачно, независимо от протоколов, что приобретает особое значение в WAN-среде, в которой сосуществуют пользователи с разными LAN-технологиями и типами информации. Однако побитовое инверсное мультиплексирование, как и всякая патентованная технология, требовало оборудования одного производителя на обоих концах канала.

Многоканальный протокол точка--точка

Многоканальный протокол точка—точка (Multilink Point-to-Point Protocol — MLPPP). Эта технология часто используется для обмена информацией по объединенным каналам Т1/Е1 между фронтальным маршрутизатором и ядром глобальной сети. Его основное преимущество перед предыдущей технологией заключается в том, что MLPPP является индустриальным стандартом, кстати, первым, который IETF приняла в 1990 г. Проблема сохранения порядка пакетов, присущая любым методам разделения нагрузки, здесь решается с помощью последовательной их нумерации и корректной сборки на принимающем конце канала. К недостаткам MLPPP следует отнести высокую нагрузку на вычислительные ресурсы маршрутизаторов.

Многоканальная ретрансляция кадров

Многоканальная ретрансляция кадров (Multilink Frame Relay — MFR). Еще одна imux-подобная технология, одобренная организацией Frame Relay Forum в качестве стандарта (FRF.16). В соответствии с MFR каналы Т1/Е1 группируются в многоканальный транк, который для канального уровня FR Q.922 проявляется как единый физический интерфейс. Как и в описанных выше алгоритмах, кадры распределяются по индивидуальным каналам на передающем конце канала и реконструируются в правильном порядке на приемном. Результатом стандартизации этой технологии явилось то, что маршрутизаторы, коммутаторы и другие устройства доступа от разных производителей могут взаимодействовать друг с другом. MFR позволяет значительно сэкономить средства при необходимости получить высокоскоростной FR-сервис.

Заключение

В заключение заметим, что инверсное мультиплексирование стало общепризнанной технологией. Она является основой для хорошо масштабируемых и гибких (подстраивающихся под возникающие требования) решений, служащих отличным средством для бесшовного соединения низкоскоростных каналов (Т1/Е1) с высокоскоростными (например, Т3/Е3), построения транков между маршрутизаторами или коммутаторами, обеспечения эффективного доступа к Internet.

Ссылки

• Steve Steinke. Network tutorial: a complete introduction to networks. CMP Books, 2000. ISBN 978-1-57820-044-3 (в Google Books).
• Inverse Multiplexing ([1])
• Инверсное мультиплексирование ([2])
• Inverse Multiplexing over ATM ([3])
• Инверсное мультиплексирование ([4])
• Langdon, Robin D., Imuxing ATM, Bit by Bit. Larscom ([5])
• Inverse Multiplexing — Scalable Solutions for the WAN ([6])
• T1 Inverse Multiplexing: Getting Started on the Road to ATM ([7])