Бит-ориентированные протоколы

Вставка пары символов в начале и конце каждого кадра и дополнительные символы DLE снижаеют производительность сети и делают символьно-ориентированную передачу не эффективной для пересылки двоичных данных.

Кроме того, формат управляющих символов для разных кодировок различен, например, в коде ASCII символ SYN равен 0010110, а в коде EBCDIC - 00110010. Так что этот метод допустим только с определенным типом кодировки, даже если кадр содержит чисто двоичные данные.

Чтобы преодолеть эти проблемы, сегодня почти всегда используется бит-ориентированная передача, являющаяся более универсальным методом. Этот метод применяется при передаче как двоичных, так и символьных данных.

Термин «бит-ориентированный» используется потому, что принимаемый поток бит, сканируется приемником на побитовой основе для обнаружения стартового флага, а затем во время приема для обнаружения стопового флага. Поэтому длина кадра в этом случае не обязательно должна быть кратна 8 бит. Примеры бит-ориентированных протоколов:

1 HDLC – ISO (High Level Data Link Control – протокол высокого уровня для управления каналом.) Является опубликованным ISO стандартом и базовым для построения других протоколов канального уровня (SDLC, LAP, LAPB, LAPD, LAPX и LLC). Он реализует механизм управления потоком посредством непрерывного ARQ (скользящее окно) и имеет необязательные возможности (опции), поддерживающие полудуплексную и полнодуплексную передачу, одноточечную и многоточечную конфигурации, а так же коммутируемые и некоммутируемые каналы.

2 ADCCP – ANSI (Advanced Data Communication Control Protocol – American National Standard Institute) улучшенный протокол управления передачей данных американского института стандартов.

Процедура обмена протоколов дуплексная, синхронная.

Формат кадра HDLC представлен на рисунке 2.21. Для кодирования данных используется помехоустойчивый циклический код, с преобразованием исходных данных по алгоритму P(x)= x₁₆ +x₁₂ + x₅ + 1.

Рисунок 2.21 – Формат кадра HDLC

На рисунке 2.22 показаны 3 различные схемы бит-ориентированной передачи. Они отличаются способом обозначения начала и конца каждого кадра.

Первая схема, показанная на рисунке 2.22а, похожа на схему с символами STX и ЕТХ в символьно-ориентированных протоколах. Начало и конец каждого кадра отмечается одной и той же 8-битовой последовательностью — 01111110, называемой флагом.

Для синхронизации 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 только 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 кадра. Бит-стаффинг гораздо более экономичен, чем байт-стаффинг, так как вместо лишнего байта вставляется один бит,

Рисунок 2.22 – Способы выделения начала и конца кадра при синхронной передаче

следовательно, скорость передачи пользовательских данных в этом случае замедляется в меньшей степени.

Во второй схеме (рисунок 2.22,6) 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 кадра.

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 (преамбулой), 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, который выполняет роль символа STX. 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 (рисунок 2.20,в) использует для обозначения начала и конца кадра флаги, которые 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.

Этот способ очень экономичен, так как не требует ни бит-стаффинга, ни поля длины, но он зависит от принятого метода физического кодирования. При использовании избыточных кодов роль сигналов J и К играют запрещенные символы, например, в коде 4В/5В этими символами являются коды 11000 и 10001.

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.