计算机网络数据同步技术

以上所讨论的通信及传输方式，是从信息流对接角度考虑的，其着眼点仅在于发方发送的数字信号能够被传送到接收方，至于接收方是否能够正确地接收，还必须要有一定的传输方法来保证，同步方法就是从可靠性角度来考虑数字信息传输的。

对于串行传输，为了有效地区分到达接收方的一系列比特流，从而达到正确译码，需要采用字符码组的同步传输。目前所采用的有异步传输方式和同步传输方式两种。

1.异步传输

异步传输方式又称起止式同步方式，它是以字符为单位进行同步的，且每一字符的起始时刻可以任意。为了给接收端提供一个字符开始和结尾的信息，在每个字符前设置“起”信号和在结尾处设置“止”信号。一般“起”信号的长度规定为1 个码元宽度，极性为“0”，即用空号（space）代表，“止”信号可以为l 或2 个码元的长度，其长度的选取与所采用的传输代码类型有关，如国际2 号代码用l.5 个宽度，国际5 号或其他码常用1 或2 个码元宽度作为止位，极性是“1”，即传号（mark）状态。异步通信传输方式如图2.7所示。

图2.7　异步通信传输方式

在异步传输方式中，字符可以被单独发送或连续发送，字符与字符的间隔期间可以连续发送“1”状态，而且当不传送字符时，不要求收发时钟同步，而仅在传输字符时，收发时钟才需在字符的每一位上均同步。同步的具体过程是：若发送端有信息要发送时，即将自己从不传信息的平时态转到起始态，接收端检测出这种极性改变时，就利用该极性的反转启动接收时钟以实现收发时钟的同步。同理，接收端一旦收到终止位，就将定时器复位以准备接收下一个字符。

异步通信传输方式的优点是每一个字符本身就包括了本字符的同步信息，不需要在线路两端设置专门的同步设备，使收发同步简单，其缺点是每发一个字符就要添加一对起止信号，造成线路的附加开销，降低了有效性。异步传输方式常用于小于或等于1 200 b/s 的低速数据传输中，且目前仍在被广泛使用。

2.同步传输

同步传输方式是以固定的时钟节拍来串行发送数字信号的一种方法。在数字信息流中，各码元的宽度相同且字符间无间隙。为使接收方能够从连续不断的数据流中正确区分出每个比特，则需首先建立收发方的同步时钟。实质上，在同步传输方式中，不管是否传送信息，要求收发两端的时钟都必须在每个比特（位）上保持一致。因此，同步传输方式又常被称为比特同步或位同步，其传输示意图如图2.8所示。

图2.8　同步通信传输

在同步通信传输中，数据的发送一般是以组（或帧）为单位。每个数据块头部和尾部都要附加一个特殊的字符或比特序列，以标记开始和结束。形式分为面向字符和面向位流两种，前者在数据头用一个或多个“SYN”标记，数据尾用“ETX”标记；后者头尾用一个特殊比特序列标记，如01111110，当数据流中出现连续的“1”时，每连续5 个便插入一个“0”。

同步通信就是使接收端接收的每一位数据块或一组字符都要和发送端准确地保持同步，在时间轴上，每个数据码字占据等长的固定时间间隔，码字之间一般不得留有空隙，前后码字接连传送，中间没有间断时间。收发双方不仅保持码元（位）同步关系，而且保持码字（群）同步关系。如果在某一期间确实无数据可发，则需用某种无意义码字或位同步序列进行填充，以便始终保持不变的数据串格式和同步关系。否则，在下一串数据发送之前，必须发送同步序列（一般是在开始使用同步字符SYN“01101000”或一个同步字节“01111110”，并且在结束时使用同步字符或同步字节），以完成数据的同步传输过程。

实现同步传输方式的收发时钟同步方法有外同步法和自同步法两种。外同步法的基本点是在传输线中增加一根时钟信号线以连接到接收设备的时钟上，在发送数据信号前，先向接收端发送一串同步时钟脉冲，接收端则按照这个频率来调整其内部时钟，并把接收时钟重复频率锁定在同步频率上。该方法适用于近距离传输。另一种方法称为自同步法，其基本原理是让接收方的调制解调器从接收数据信息波形中直接提取同步信号，并用锁相技术获得与发送时钟完全相同的接收时钟。当然，这要对线路上的传输码型提出一定的要求，也就是说，线路的编码必须能把同步信号和代码信息一起传输到接收端，如曼彻斯特码就具有这个功能。自同步方法常用于远距离传输。

同步传输方式克服了异步传输方式中每一个字符均要附加起、止信号的缺点，因此具有较高的效率，但实现起来较为复杂，该方式常用于大于2 400 b/s 的传输速率。

3.同步技术(www.xing528.com)

在计算机通信网络中，广泛采用的同步方法有位同步法和群同步法两种。

（1）位同步。位同步就是要使接收端对每一位数据都要和发送端保持同步，通常就叫同步传输。实现位同步的方法有外同步法和自同步法两种。

在外同步法中，接收端的同步信号事先由发送端送来，而不是自己产生，也不是从信号中提取出来。即在发送数据之前，发送端先向接收端发出一串同步时钟脉冲，接收端按照这一对时钟脉冲频率和时序锁定接收端的接收频率，以便在接收数据的过程中始终与发送端保持同步。

自同步法是指能从数据信号波形中提取同步信号的方法，典型例子就是著名的曼彻斯特编码，它常用于局域网传输。在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示“1”，从低到高跳变表示“0”。还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而每位开始时用有无跳变表示“0”或“1”，有跳变为“0”，无跳变为“1”，如图2.9所示。

图2.9　两种曼彻斯特编码

这两种曼彻斯特编码都是将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方，每位编码中有一跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。但每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率（即码元速率）的1/2。

（2）群同步。在数据通信中，群同步是指传输的信息被分成若干“群”。所谓的“群”，实际上就是指由若干比特组成的一个字符，在每个字符前后设置起始位、终止位，从而组成一个字符序列。在数据传输过程中，字符可顺序地出现在比特流中，字符间的间隔时间是任意的，但字符内各个比特用固定的时钟频率传输。字符间的异步定时与字符内各个比特间的同步定时是群同步的特征。所以，群同步实际上就是异步传输。

群同步是靠起始和停止位来实现字符定界及字符内比特同步。起始位指示字符的开始，并启动接收端对字符中的比特进行同步；而停止位则是作为字符间的间隔位设置的，没有停止位，下一字符的起始位可能丢失。

群同步传输每个字符由4 部分组成，如图2.10所示。

图2.10　群同步的字符格式

（1）1 位起始位，用逻辑“0”表示。

（2）5～8 位数据位，即要传输的字符内容。

（3）0～1 位奇偶校验位，用于检错。

（4）1～2 位停止位，用逻辑“1”表示，用作字符间的间隔。