Инверсный мультиплексор: что это, как работает и когда применяется в сети

Такой подход может применяться, когда требуемую полосу предполагается получить за счет группы отдельных каналов, а использование одного канала нужной емкости недоступно или не подходит для конкретной архитектуры.

Что такое мультиплексирование

Мультиплексор объединяет несколько входных сигналов или потоков для передачи через общий ресурс. На противоположной стороне демультиплексор выполняет обратную операцию и разделяет общий поток на составляющие.

Конкретный механизм зависит от технологии.

В оптических системах, например, мультиплексоры и демультиплексоры CWDM/DWDM позволяют объединять и разделять оптические каналы с разными длинами волн. В других сетевых технологиях разделение общего ресурса может строиться по времени, частоте или иным признакам.

Поэтому слово "мультиплексор" описывает функцию, но не определяет конкретную технологию устройства.

Что такое инверсный мультиплексор

Инверсное мультиплексирование использует обратное по направлению распределение: один клиентский поток передается через несколько транспортных каналов.

На принимающей стороне выполняется обратная сборка, после которой оборудование получает исходный поток.

В общем случае inverse multiplexing описывает распределение одного клиентского сигнала или потока между несколькими транспортными сигналами или каналами с последующим восстановлением на принимающей стороне.

Упрощенно схема выглядит так:

Один клиентский поток или сигнал -> распределение -> несколько параллельных каналов -> обратная сборка -> исходный поток или сигнал.

В таких реализациях отдельные каналы используются как согласованная группа. Простого наличия нескольких независимых линий недостаточно: применяемый механизм должен обеспечивать предусмотренное стандартом или оборудованием распределение и последующее восстановление данных.

Чем инверсное мультиплексирование отличается от обычного

Различие проще всего показать через направление преобразования.

В сетевых реализациях сходный принцип может применяться для распределения данных одного логического соединения между несколькими параллельными линиями. Конкретный механизм зависит от стандарта и уровня сети.

Как работает инверсный мультиплексор

Конкретный алгоритм зависит от технологии, но общий принцип можно разделить на несколько этапов.

Сначала устройство принимает исходный поток. Затем данные распределяются между доступными транспортными каналами. Конкретный способ распределения, маркировки и последующей сборки определяется используемой технологией.

На противоположной стороне второе устройство принимает данные со всех каналов, восстанавливает правильную последовательность и формирует исходный поток.

Именно этап восстановления отличает такое решение от простого наличия нескольких физических соединений.

Зачем распределять один поток между несколькими каналами

Одна из причин применения - недостаточная пропускная способность отдельного доступного канала для конкретной задачи.

Если инфраструктура позволяет организовать несколько линий определенной емкости, но одной линии недостаточно для клиентского потока, инверсное мультиплексирование может использовать их как группу при наличии поддержки со стороны применяемой технологии и оборудования.

Подход может применяться, когда:

• доступная инфраструктура состоит из нескольких каналов меньшей емкости;

• заменить существующие линии одним более производительным соединением нельзя;

• требуется использовать уже развернутые транспортные ресурсы;

• оборудование и технология поддерживают объединение каналов в единый логический тракт.

Однако суммарная номинальная пропускная способность каналов сама по себе еще не гарантирует требуемого результата. Необходимо учитывать служебные данные, синхронизацию, особенности распределения трафика и ограничения конкретной технологии.

Задержка между каналами

Одна из важных задач инверсного мультиплексирования - работа с различиями задержки.

Задержка в отдельных составляющих каналах может различаться, поэтому части одного потока способны прибывать на принимающую сторону не одновременно.

Реализация inverse multiplexing должна учитывать допустимую дифференциальную задержку, предусмотренную конкретным стандартом или оборудованием, и восстанавливать последовательность данных. Если расхождение выходит за допустимые пределы, нормальная сборка потока может нарушиться.

Поэтому при проектировании оценивается не только суммарная полоса группы, но и характеристики составляющих ее каналов.

Что происходит при отказе одного канала

Поведение при отказе зависит от реализации.

Реакция на отказ одного из составляющих каналов зависит от технологии и реализации. В одних системах доступная емкость группы может уменьшиться, в других потеря канала приводит к нарушению или прекращению работы всего логического тракта. Возможность продолжения передачи или перераспределения нагрузки определяется используемым протоколом и оборудованием.

Поэтому инверсное мультиплексирование не следует автоматически считать механизмом резервирования. Объединение пропускной способности и обеспечение отказоустойчивости - разные задачи, даже если конкретная система способна реализовывать обе функции.

Инверсный мультиплексор и агрегация каналов - не всегда одно и то же

Термины, связанные с объединением нескольких линий, легко смешать.

Инверсное мультиплексирование описывает распределение одного клиентского потока по нескольким транспортным каналам с последующей обратной сборкой. Под общим названием агрегации каналов используются разные механизмы совместного использования нескольких линий. Некоторые из них распределяют трафик между линиями по потокам или соединениям и не выполняют inverse multiplexing одного клиентского сигнала.

Механизм определяется конкретным стандартом и уровнем сети.

Поэтому наличие четырех физических линий между двумя устройствами еще не означает, что используется инверсный мультиплексор.

Инверсное мультиплексирование и оптические мультиплексоры

Отдельно следует различать инверсное мультиплексирование и оптическое спектральное уплотнение.

Оптические мультиплексоры CWDM или DWDM объединяют несколько оптических каналов с разными длинами волн для передачи по одному волокну. На противоположной стороне демультиплексор разделяет их.

Инверсное мультиплексирование решает другую задачу: исходный клиентский поток распределяется между несколькими транспортными каналами.

Следовательно, "оптический мультиплексор" и "инверсный мультиплексор" нельзя считать взаимозаменяемыми названиями одного класса оборудования. Кроме того, название "оптический мультиплексор" само по себе недостаточно для определения функции устройства: оно может использоваться для оборудования разных технологий. Для выбора сначала определяют требуемую функцию и способ мультиплексирования.

Что учитывать при выборе решения

Если задача действительно требует инверсного мультиплексирования, сначала анализируют транспортную инфраструктуру и требования к исходному потоку.

Проверяются:

• тип и скорость клиентского интерфейса;

• количество доступных транспортных каналов;

• емкость каждого канала;

• допустимая разница задержек;

• механизм синхронизации и восстановления последовательности;

• поведение при отказе одного из каналов;

• совместимость устройств на обоих концах;

• средства мониторинга и диагностики;

• ограничения конкретного стандарта или протокола.

Если задача состоит именно в объединении нескольких оптических каналов на разных длинах волн в одном волокне, применяются технологии спектрального уплотнения, например CWDM или DWDM, с соответствующими мультиплексорами и демультиплексорами.

Главный критерий здесь - направление преобразования. Обычный мультиплексор объединяет несколько потоков в общий ресурс передачи, а инверсный распределяет один поток между несколькими каналами и затем собирает его обратно. Именно требуемая архитектура передачи определяет, какой механизм нужен в конкретной сети.