Байт-ориентированные

Синхронизация байт достигается за счет того, что передатчик добавляет перед каждым блоком байт два или более управляющих байта (символа), называемых символами SYN. В качестве данных символов используются символы кодов ASCII или EBCDIC.

В коде ASCII символ SYN имеет двоичное значение 0010110. Данное значение несимметрично относительно начала символа, потому позволяет легко разграничивать отдельные символы SYN при их последовательном приеме.

При использовании символов SYN сначала обеспечивается побитная синхронизация. После ее достижения происходит распознавание границ символов SYN. Когда приемник начал отделять один символ от другого, можно задавать границы начала кадра с помощью других специальныхо символов. Для обозначения начала кадра обычно используется символ STX (Start of TeXt), конца кадра - ЕТХ (End of TeXt). В коде ASCII данные символы имеют значения 0000010 и 0000011 соответственно.

Такой простой способ выделения границ кадра хорошо работает только в том случае, если внутри кадра нет символов STX и ЕТХ. Это возможно в случае подключения к компьютеру алфавитно-цифровых терминалов. При связи компьютера с компьютером данные внутри кадра могут быть любыми (например, если между компьютерами передается программа).

Наиболее популярным протоколом синхронным протоколом байт-ориентированного типа был протокол BSC компании IBM. Он работал в двух режимах: непрозрачном, когда некоторые специальные символы внутри кадра запрещались, и прозрачном, когда разрешалась передача внутри кадра любых символов.

Прозрачность достигалась за счет того, что перед управляющими символами STX и ЕТХ всегда вставлялся символ DLE (Data Link Escape). Такая процедура называется байт-стаффингом (вставкой символов). Если в поле данных кадра встречалась последовательность DLE ЕТХ, то передатчик удваивал символ DLE, т.е. порождал последовательность DLE DLE ЕТХ. Приемник, встретив подряд два символа DLE DLE, всегда удалял первый, но оставшийся DLE уже не рассматривал как начало управляющей последовательности, т.е. оставшиеся символы DLE ЕТХ считал просто пользовательскими данными.

Бит-ориентированные протоколы

Байт-ориентированная передача не эффективна для передачи двоичных данных, т. к. приходится в поле данных кадра добавлять достаточно много служебных данных (символов STX, ЕТХ и DLE).

Кроме того, формат управляющих символов для разных кодировок различен. Поэтому байт-ориентированные протоколы передачи допустимы только с определенным типом кодировки, даже если кадр содержит только двоичные данные. Чтобы преодолеть эти проблемы, сегодня почти всегда используется более универсальный метод, называемый бит-ориентированной передачей. Этот метод сейчас применяется при передаче как двоичных, так и символьных данных.

На рис. 4.27 показаны 3 различные схемы бит-ориентированной передачи. Они отличаются способом выделения границ кадра.

Рис. 4.27 - Способы выделения границ кадра при синхронной бит-ориентированной передаче

Первая схема (рис.4.27 а) похожа на использование символов STX и ЕТХ при байт-ориентированной передаче. Начало и конец каждого кадра отмечается 8-битовой последовательностью 01111110, называемой флагом.

Термин «бит-ориентированный» используется потому, что принимаемые данные сканируется приемником на побитовой основе для обнаружения стартового и стопового флагов. Длина кадра в этом случае не обязательно должна быть кратна 8 бит.

Чтобы обеспечить синхронизацию приемника, передатчик посылает перед стартовым флагом последовательность байтов простоя (каждый состоит из 11111111).

Для достижения прозрачности данных в этой схеме необходимо, чтобы флаг не присутствовал в поле данных кадра. Это достигается с помощью бит-стаффинга во время передачи поля данных кадра. Если обнаруживается, что подряд передано пять 1, то передатчик автоматически вставляется дополнительный 0, поэтому последовательность 01111110 никогда не появится в поле данных кадра. В приемнике выполняется обратная функция - когда после пяти 1 обнаруживается 0, он автоматически удаляется из поля данных кадра.

Бит-стаффинг, применяемый при бит-ориентированной передаче, более экономичен, чем байт-стаффинг, применяемый при байт-ориентированной передаче, т.к. в первом случае вставляется бит, а во втором – байт. Таким образом, скорость передачи пользовательских данных при бит-стаффинге замедляется в меньшей степени.

Во второй схеме (рис. 4.27, б) для обозначения начала кадра используется стартовый флаг, а для определения конца кадра используется поле длины кадра, которое при фиксированных размерах заголовка и концевика содержит длину поля данных кадра.

В данной схеме для обозначения факта незанятости среды в исходном состоянии не передается никаких символов. Для входа приемника в режим битовой синхронизации передатчик предваряет содержимое кадра преамбулой - последовательностью бит, которая состоит из чередования единиц и нулей 101010...

Войдя в битовую синхронизацию, приемник исследует входной поток, пока не обнаружит байт начала кадра 10101011, который выполняет роль символа STX. За этим байтом следует заголовок кадра, в котором в определенном месте находится поле длины поля данных. Таким образом, в данной схеме приемник просто отсчитывает заданное количество байт, чтобы определить окончание кадра.

В третьей схема (рис. 4.27, в) флаги, которые используются для обозначения начала и конца кадра, включают запрещенные для данного кода сигналы (code violations, 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.

Данный способ очень экономичен, так как не требует ни бит-стаффинга, ни поля длины (как в предыдущих двух схемах). Недостатком является зависимость от принятого метода физического кодирования.

Каждая из трех схем имеет свои преимущества и недостатки. Флаги позволяют отказаться от специального дополнительного поля, но требуют специальных мер: либо по разрешению размещения флага в поле данных за счет бит-стаффинга, либо по использованию в качестве флага запрещенных сигналов, что делает эту схему зависимой от способа кодирования.