Методы передачи данных канального уровня

Лекция 5. Основы передачи дискретных данных.

Асинхронная и синхронная передачи

В асинхронном режиме каждый байт данных сопровождается специальными сиг­налами «старт» и «стоп». Назначение этих сигналов состоит в том, чтобы, во-первых, известить приемник о приходе данных и, во-вторых, чтобы дать приемнику достаточно времени для выполнения некоторых функций, связанных с синхронизацией, до поступления следующего байта. Сигнал «старт» имеет продол­жительность в один тактовый интервал, а сигнал «стоп» может длиться один, полто­ра или два такта, поэтому говорят, что используется один, полтора или два бита в качестве стопового сигнала, хотя пользовательские биты эти сигналы не представляют.

Асинхронным описанный режим называется потому, что каждый байт может быть несколько смещен во времени относительно побитовых тактов предыдущего байта.

При синхронном режиме передачи старт-стопные биты между каждой парой байт отсутствуют. Пользовательские данные собираются в кадр, который предва­ряется байтами синхронизации. Байт синхронизации — это байт, со­держащий заранее известный код, который оповещает приемник о приходе кадра данных. При его получении приемник должен войти в байтовый синхронизм с передатчиком, то есть правильно понимать начало очередного байта кадра. Иногда применяется несколько синхробайт для обеспечения более надеж­ной синхронизации приемника и передатчика.

На слайде показаны различные схемы бит-ориентированной передачи. Они отличаются способом обозначения начала и конца каждого кадра.

Первая схема. Начало и конец каждого кадра от­мечается одной и той же 8-битовой последовательностью — 01111110, называемой флагом. Термин «бит-ориентированный» используется потому, что принимаемый поток бит сканируется на побитовой основе для обнаружения старто­вого флага, а затем во время приема для обнаружения стопового флага. Поэтому длина кадра в этом случае не обязательно кратна 8 бит.

Чтобы обеспечить синхронизацию приемника, передатчик посылает последова­тельность байтов простоя (каждый состоит из 11111111), предшествующую старто­вому флагу.

Для достижения прозрачности данных в этой схеме необходимо, чтобы флаг не присутствовал в поле данных кадра. Это достигается с помощью приема, известного как вставка 0 бита, — бит-стаффинга. Схема вставки бита работает на передающей стороне во время передачи поля данных кадра. Если эта схема обнаруживает, что подряд передано пять 1, то она автоматически вставляет дополнительный 0 (даже если после этих пяти 1 шел 0). Поэтому последовательность 01111110 никогда не появится в поле данных кадра. Аналогичная схема работает в приемнике и выполняет обратную функцию. Когда после пяти 1 обнаруживается 0, он автоматически удаляется из поля данных.

Во второй схеме для обозначения начала кадра имеется только стартовый флаг, а для определения конца кадра используется поле длины кадра, которое при фиксированных размерах заголовка и концевика чаще всего имеет смысл длины поля данных. Эта схема наиболее применима в локальных сетях. В этих сетях для обозначения факта незанятости среды в исходном состоя­нии по среде вообще не передается никаких символов. Чтобы все остальные стан­ции вошли в битовую синхронизацию, посылающая станция предваряет, содержимое кадра последовательностью бит, известной как преамбула, которая состоит из че­редования единиц и нулей 101010... Войдя в битовую синхронизацию, приемник исследует входной поток на побитовой основе, пока не обнаружит байт начала кадра 10101011. За этим байтом следует заголовок кадра, в котором в определенном месте находится поле длины поля дан­ных. Таким образом, в этой схеме приемник просто отсчитывает заданное количе­ство байт, чтобы определить окончание кадра.

Третья схема (внизу) использует для обозначения начала и конца кадра флаги, которые включают запрещенные для данного кода сигналы (V). Например, при манчестерском кодировании вместо обязательного изменения по­лярности сигнала в середине тактового интервала уровень сигнала остается неизмен­ным и низким (запрещенный сигнал J) или неизменным и высоким (запрещенный сигнал К). Начало кадра отмечается последовательностью JK0JK000, а конец — по­следовательностью JK1JK100. Этот способ очень экономичен, так как не требует ни бит-стаффинга, ни поля длины, но его недостаток заключается в зависимости от принятого метода физического кодирования. При использовании избыточных кодов (например 4В/5В) роль сигналов J и К играют запрещенные символы.

Каждая из трех схем имеет свои преимущества и недостатки. Флаги позволяют отказаться от специального дополнительного поля, но требуют специальных мер: либо бит-стаффинга, либо запрещенных сигналов, что делает эту схему зависимой от способа кодирования.

Для большей части протоколов характерны кадры, состоящие из служебных полей фиксированной длины. Исключение делается только для поля данных, с целью экономной пересылки как небольших квитанций, так и больших файлов. Способ определения окончания кадра путем задания длины поля данных, рассмотренный выше, как раз рассчитан на такие кадры с фиксированной структурой и фиксированными размерами служебных полей.

Однако существует ряд протоколов, в которых кадры имеют гибкую структуру (например, РРР). Кадры таких протоколов состоят из неопределенного количества полей, каждое из которых может иметь переменную длину. Начало такого кадра отмечается некоторым стандартным образом, напри­мер с помощью флага, а затем протокол последовательно просматривает поля кад­ра и определяет их количество и размеры. Каждое поле обычно описывается двумя дополнительными полями фиксированного размера.