Мультиплексирование.
Мультиплексирование – технология разделения средств передачи данных между группой использующих их объектов.
В базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем мультиплексированием называется функция N‑уровня, посредством которой одно соединение N‑1 уровня, используется для поддержки нескольких соединений N‑уровня. И, обратно, демультиплексированием именуется функция идентификации множества N‑соединений, поддерживаемых одним соединением N‑1 уровня. Мультиплексирование является функцией, выполняемой внутри уровня.
На физическом уровне мультиплексирование позволяет соединять один физический канал с группой каналов.
В территориальной сети структура с мультиплексором используется в тех случаях, когда абонентские системы, включаемые в сеть, компактно расположены в одном месте, например, в здании. В этом случае группа систем подключается к узлу коммутации одним физическим каналом.
Аналогично этому, по одному физическому каналу, соединяющему в территориальной сети два узла коммутации, программное мультиплексирование обеспечивает взаимодействие многих пар абонентских систем.
В локальной сети мультиплексирование позволяет связать группу систем одним общим для них физическим каналом.
Естественно, что во всех случаях пропускная способность общего канала К должна обеспечить необходимые скорости передачи данных [4].
Существует временное и частотное мультиплексирование. При временном мультиплексировании парам взаимодействующих систем для передачи данных физический канал K предоставляется по очереди (в разные интервалы времени). Процедуры, в соответствии с которыми осуществляется работа, определяются одним из следующих способов:
временное мультиплексирование TDM;
статистико-временное мультиплексирование STDM;
множественный доступ с контролем передачи и обнаружением столкновений;
множественный доступ с передачей полномочия;
множественный доступ с разделением времени;
асинхронный способ передачи.
Первые два способа относятся к случаям, когда мультиплексирование осуществляет мультиплексор. При временном мультиплексировании TDM канал К предоставляется всем системам по очереди независимо от того, есть ли у них данные для передачи. При мультиплексировании STDM канал К представляется, по очереди только тем системам, которым есть что передать в те моменты времени, когда эта возможность предоставляется. Следующие три способа используются тогда, когда системы непосредственно (без мультиплексоров) подключаются к общему каналу. Асинхронный способ может использоваться во всех схемах.
При частотном мультиплексировании полоса пропускания физического канала К делится на ряд узких частотных полос. Процедуры использования частотного мультиплексирования в коаксиальном кабеле, оптическом кабеле, либо радиоканале характеризуются множественным доступом с разделением частоты.
Частотное и временное мультиплексирование могут применяться одновременно. В этом случае, в физическом канале выделяются частотные полосы. В любой из этих полос каждой системе для передачи данных предоставляются определенные интервалы времени [5].
В результате мультиплексирования в одном физическом канале создается группа логических каналов.
Трансляция протоколов.
Трансляция обеспечивает согласование двух протоколов путем преобразования (трансляции) сообщений, поступающих от одной сети, в формат другой сети. Транслирующий элемент в качестве которого могут выступать, например, программный или аппаратный шлюз, мост, коммутатор или маршрутизатор, размещается между взаимодействующими сетями и служит посредником в их «диалоге».
В зависимости от типа транслируемых протоколов процедура трансляции может иметь разную степень сложности. Так, преобразование протокола Ethernet в протокол Token Ring сводится к нескольким несложным действиям, главным образом благодаря тому, что в обоих протоколах используется единая адресация узлов. А вот трансляция протоколов сетевого уровня IP и IPX представляет собой гораздо более сложный, интеллектуальный процесс, включающий не только преобразование форматов сообщений, но и отображение адресов сетей и узлов, различным образом трактуемых в этих протоколах [7].
Следует отметить, что сложность трансляции зависит не от того, насколько высокому уровню соответствуют транслируемые протоколы, а от того, насколько сильно они различаются. Так, например, весьма сложной представляется трансляция протоколов канального уровня ATM-Ethernet, именно поэтому для их согласования используется не трансляция, а другие подходы.
К частному случаю трансляции протоколов может быть отнесен широко применяемый подход с использованием общего протокола сетевого уровня (IP или IPX). Заголовок сетевого уровня несет информацию, которая, дополняя информацию заголовка канального уровня, позволяет выполнять преобразование протоколов канального уровня. Процедура трансляции в данном случае выполняется маршрутизаторами, причем помимо информации, содержащейся в заголовках транслируемых кадров, то есть в заголовках канального уровня, дополнительно используется информация более высокого уровня, извлекаемая из заголовков сетевого уровня.
Трансляцию протоколов могут выполнять различные устройства – мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, программные и аппаратные шлюзы. Часто транслятор протоколов называют шлюзом в широком смысле, независимо от того, какие протоколы он транслирует. В этом случае подчеркивается тот факт, что трансляция осуществляется выделенным устройством, соединяющим две разнородные сети[8].
Инкапсуляция (туннелирование) протоколов.
Инкапсуляция (encapsulation) или туннелирование (tunneling) – это еще один метод решения задачи согласования сетей, который однако применим только для согласования транспортных протоколов и только при определенных ограничениях. Инкапсуляция может быть использована, когда две сети с одной транспортной технологией необходимо соединить через сеть, использующую другую транспортную технологию. Необходимо обеспечить только взаимодействие узлов двух сетей NetBIOS, а взаимодействие между узлами NetBIOS и узлами сети TCP/IP не предусматривается. То есть, при инкапсуляции промежуточная сеть используется только как транзитная транспортная система.
Метод инкапсуляции заключается в том, что пограничные маршрутизаторы, которые подключают объединяемые сети к транзитной, упаковывают пакеты транспортного протокола объединяемых сетей в пакеты транспортного протокола транзитной сети. В данном случае пакеты NetBIOS упаковываются в пакеты TCP, как если бы пакеты NetBIOS представляли собой сообщения протокола прикладного уровня. Затем пакеты NetBIOS переносятся по сети TCP/IP до другого пограничного маршрутизатора. Второй пограничный маршрутизатор выполняет обратную операцию – он извлекает пакеты NetBIOS из пакетов TCP и отправляет их по сети назначения адресату.
Для реализации метода инкапсуляции пограничные маршрутизаторы должны быть соответствующим образом сконфигурированы. Они должны знать, во-первых, IP‑адреса друг друга, во-вторых – NetBIOS‑имена узлов объединяемых сетей. Имея такую информацию, они могут принять решение о том, какие NetBIOS‑пакеты нужно переправить через транзитную сеть, какой IP‑адрес указать в пакете, передаваемом через транзитную сеть и каким образом доставить NetBIOS‑пакет узлу назначения в конечной сети.
Инкапсуляция может быть использована для транспортных протоколов любого уровня. Например, протокол сетевого уровня Х.25 может быть инкапсулирован в протокол транспортного уровня TCP, или же протокол сетевого уровня IP может быть инкапсулирован в протокол сетевого уровня Х.25. Для согласования сетей на сетевом уровне могут быть использованы многопротокольные и инкапсулирующие маршрутизаторы, а также программные и аппаратные шлюзы[9].
Обычно инкапсуляция приводит к более простым и быстрым решениям по сравнению с трансляцией, так как решает более частную задачу, не обеспечивая взаимодействия с узлами транзитной сети.
Сравнение трансляции и мультиплексирования.
Использование техники трансляции связано со следующими достоинствами:
Не требуется устанавливать дополнительное программное обеспечение на рабочих станциях.
Сохраняется привычная среда пользователей и приложений, транслятор полностью прозрачен для них.
Все проблемы межсетевого взаимодействия локализованы, следовательно, упрощается администрирование, поиск неисправностей, обеспечение безопасности.
Недостатки согласования протоколов путем трансляции состоят в том, что:
Транслятор замедляет работу из-за относительно больших временных затрат на сложную процедуру трансляции, а также из-за ожидания запросов в очередях к единственному элементу, через который проходит весь межсетевой трафик.
Централизация обслуживания запросов к «чужой» сети снижает надежность. Однако можно предусмотреть резервирование – использовать несколько трансляторов.
При увеличении числа пользователей и интенсивности обращений к ресурсам другой сети резко снижается производительность – плохая масштабируемость [10].
Достоинства мультиплексирования по сравнению с трансляцией протоколов заключаются в следующем:
Запросы выполняются быстрее, за счет отсутствия очередей к единственному межсетевому устройству и использования более простой, чем трансляция, процедуры переключения на нужный протокол.
Более надежный способ – при отказе стека на одном из компьютеров доступ к ресурсам другой сети возможен посредством протоколов, установленных на других компьютерах.
Недостатки данного подхода.
Сложнее осуществляется администрирование и контроль доступа.
Высокая избыточность требует дополнительных ресурсов от рабочих станций, особенно если требуется установить несколько стеков для доступа к нескольким сетям [11].