在数据链路层,“位”将被组成字符、字节或帧。在实际的网络通信中,数据均是以帧的方式传输。与“位”同步一样,帧在网络中传输时,发送方和接收方也必须协调帧传输时间,这就是“帧同步”。
为了协调帧的传输,“帧同步”有三种方法可选择:异步、同步和等时。
1.帧异步传输系统
帧异步传输系统的基本技术特征,是发送与接收设备都能维持自己的内部时钟。发送方和接收方两台设备使用相似的计时方法,但不对双方的时钟进行同步化操作。帧异步系统具有如下特点。
帧异步传输系统的设备发送数据帧时,每一个数据帧以自己的起始位开始计时,而不管其他各帧的计时如何。也就是说,在异步传输系统中,被发送的每一数据帧,都有自己独立的起始位的计时长度。
一般来说,数据链路层的数据帧相对来说都比较短,所以发送和接收双方设备之间可能的计时错误不会导致帧起始位被接收设备弄错。正是由于这个原因,这种类型的传输常用于随机产生字符的场合。例如,用户在一台终端的键盘上敲键,其帧的起始位和停止位不仅指示接收方该何时去测量帧的出现,而且能够指出数据流的开始与结束。
一般来讲,异步传输相对来说比较简单,但仍会发生错误。为此,广泛使用一种检测异步传输错误的方法——奇偶校验法。该方法是在每一数据帧的结尾,增加一个“附加位”,叫做奇偶校验位。
奇偶校验法检测异步传输错误的原理很简单。奇校验,就是保证“附加位”所发送的位串中“1”的个数为奇数;若使用偶校验进行错误检测时,则要求“附加位”所发送的位串中“1”的个数为偶数(包括检验位)。当然,具体实现时,要求接收方与发送方应使用相同的校验机制,同是奇校验或偶校验。
不过,在异步系统中使用校验,也存在对发送或接收的帧无法校验的问题。例如,有时会发生多个位错,而无法检测出来,当然也就无法纠正。
帧异步传输系统的优势与劣势如下所述。
优势:异步系统是一种简单并成熟的技术;由于媒介和发送器/接收器不必支持分离的控制信号,相对同步系统来讲,异步系统设备的价格较低。
劣势:每次帧传输和差错检测需要约20%~30%的开销;若多帧出错,奇偶校验差错检测将无效;与帧同步系统比较,数据传输的速率相对较慢。
2.帧同步传输系统
帧同步传输系统所采用的技术方法与异步传输系统有比较大的差别,帧同步传输系统要求通信设备必须提供一个时钟,以确保发送方和接收方帧传输的同步。具体的实现方法有如下两种。
●发送特殊位串或一个或多个控制字符(通常称为SYN或SYNC)。(www.xing528.com)
●使用一个独立媒介传输信道专门服务于帧同步时钟。
两种方法都能标记帧是从哪一位开始的或从哪一位哪一字节起始的,从而可使接收方能够知道在何时需要开始接收数据,并计算一个字节或帧的填充位数。
一般来讲,帧同步传输系统比帧异步传输系统发生计时错误少,这是因为收发双方都使用同一时钟,即使在没有数据传输时,发送时仍不断地传输一个个空帧,这就是所谓的同步传输系统填充位,以确保发送方能保持传输计时的完整性。
帧同步传输系统的最大优势,是在传输大块数据时最为有效,因为它消除了与异步传输系统有关的那些额外的开销。
与帧异步传输系统一样,帧同步传输也要进行错误检测。常用的方法是循环冗余检测(CRC)。CRC的基本思想是把传输的数据块纳入一个算法,其计算结果叫做CRC。CRC在数据发送前被附加到数据块上,并同数据块一起被发送给接收方。在接收方,使用同样的算法对接收到的数据块进行计算,然后将结果与接收到的CRC进行比较。比较后出现任何差异都意味着帧传输过程中已经遭到破坏,从而要求对方再次重发或丢弃该数据块。不难看出,CRC比帧异步传输系统的奇偶校验错误检测法能检测出更多的差错。
帧同步传输系统的优势与劣势如下所述。
优势:比帧异步传输系统更有效;可实现高速传输;CRC差错检测更有效。
劣势:复杂的收发器和接收器需要更高的费用。
3.帧等时传输系统
帧等时传输系统使用一个固定频率的传输时钟来产生时间间隔(称为“时隙”)。该固定频率的时钟信号一般均由网络某个特定的设备产生,然后传递给网上所有设备。等时传输系统使用事先规定的媒介访问规则,其基本的方法与实现过程如下。
在帧等时传输系统的网络里,网络设备不断监视网络上各个时隙内的空闲时间,然后按需要插入数据。在每个时隙内可插入多个帧,直到时隙充满为止。使用这种方法,既无须像帧异步传输系统那样,由接收方为每一帧都提供一个时钟信号,也无须像帧同步传输系统那样,在每一帧的开始由发送方提供一个时钟信号,而是由一个设备(不进行数据传输的设备)为网上所有其他设备提供一个恒定频率的时钟。
帧等时传输系统的优势与劣势如下所述。
优势:具有确定的传输速率,并有保证;需要特别小的额外开销。
劣势:要求有无故障的外接时钟装置配合。
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