8.1. Типы синхронизации данных
Синхронизация данных – это согласование различных процессов во времени. При обмене данными на физическом уровне единицей информации является бит, поэтому средства физического уровня поддерживают побитовую синхронизацию между приемником и передатчиком. Канальный уровень оперирует кадрами, кадрами данных и обеспечивает синхронизацию между приемником и передатчиком на уровне кадров. В обязанности приемника входят, распознавание начала первого байта кадра, распознавание границ полей кадра и распознавание признака окончания кадра. Процессы передачи или приема информации в вычислительных сетях могут быть привязаны к определенным временным отметкам, т. е. один из процессов может начаться только после того, как получит полностью данные от другого процесса. Такие процессы называются синхронными.
В то же время существуют процессы, в которых нет такой привязки, и они могут, выполнятся независимо от степени полноты переданных данных. Такие процессы называются асинхронными.
Асинхронная связь (старт-стоп связь). Обычно достаточно обеспечить синхронизацию на указанных двух уровнях – битовом и кадровом, чтобы передатчик и приемник смогли обеспечить устойчивый обмен информацией. Однако при плохом качестве линий связи для удешевления аппаратуры и повышения надежности передачи данных вводят дополнительные средства синхронизации на уровне байт. Этот метод связи используется обычно стандартными телефонными линиями. Каждый символ – буква, число или знак – раскладываются в последовательность битов. Каждая из этих последовательностей отделяется от других стартовым битом и стоповым битом, которые позволяют произвести выделение их из потока передачи (рис. 15, а). Передающие и принимающие устройства должны согласовывать комбинацию стартовых и стоповых битов. Принимающий компьютер для управления синхронизацией использует стартовые биты, готовясь тем самым к приему следующего байта данных. Связь этого типа не синхронизируется, т. е. отсутствует синхронизирующее устройство. Передающий компьютер – просто шлет, а принимающий – просто их получает. Затем принимающий компьютер проверяет данные, чтобы убедиться в том, что они приняты без ошибок. При асинхронной связи используется специальный бит – бит четности. Бит четности используется для контроля правильности передачи данных и принимает такое значение, чтобы в передаваемом символе общее число единиц (или нулей) всегда было четное или нечетное в зависимости от начальной установки регистров устройства оконечного оборудования данных. Приемное устройство заново вычисляет четность поступающих данных и сравнивает полученный результат с принятым значением бита четности. При несовпадении четности считается, что произошла ошибка в передаче.
Заметим, что 25 % трафика данных состоит из управляющей и координирующей информации.
Синхронная связь (рис.15, б) основана на схеме синхронизации, согласованной между двумя устройствами. При этом выделяются биты из группы при передаче их кадрами.
Для установки синхронизации и периодической проверки ее правильности используются специальные символы. Передача завершается в конце одного кадра и начинается вновь на следующем кадре. Этот метод более эффективен, чем асинхронная передача.
В случае ошибки синхронная схема распознавания и коррекции ошибок просто повторяет передачу кадров.
Рис. 15. Асинхронная (а) и синхронная (б) передача данных
Таким образом, при синхронной передаче информация передается блоками, которые обрамляются специальными управляющими символами. В состав блока включаются также специальные синхросимволы, обеспечивающие контроль состояния физической передающей среды, и символы, позволяющие обнаружить ошибки при обмене информацией. В конце блока данных при синхронной передаче в канал связи выдается контрольная последовательность, сформированная по специальному алгоритму. По этому же алгоритму формируется контрольная последовательность при приеме информации из канала связи. Если обе последовательности совпадают, то ошибок нет. Если повторные передачи не дают положительного результата, то фиксируется состояние аварии. Синхронная связь используется практически во всех цифровых системах связи.