Минимизация длины флага
Традиционное решение с использованием многоразрядного флага
Еще раз напомним о том, что передаваемые по транспортным системам данные объединяются в логически законченные структурные единицы: кадры, пакеты, ячейки и проч.
В рассмотренных ранее решениях начало кадра помечалось флагом – уникальным кодом, который не встречается в области, отведенной для передачи данных. В отсутствие флага данные передавались бы сплошным аморфным потоком, в котором нет никаких видимых ориентиров для выделения и последующей смысловой трактовки различных фрагментов. (К этим фрагментам относятся, например, поля байтов, интерпретируемые как адреса, команды, контрольные суммы и т.д.)
Но с точки зрения рядового пользователя транспортной системы флаг является лишним элементом, и поэтому неплохо было бы если не избавиться от него (как ни странно, и это возможно [18]!), то хотя бы уменьшить его длину, чтобы повысить скорость передачи, либо на освободившиеся битовые позиции поместить дополнительные биты данных.
Оказывается, что длину флага можно уменьшить до минимума, выделив для него в каждом кадре только один бит [14]. Прежде чем ознакомиться со столь примечательным решением, рассмотрим обычную схему передачи данных с их мультиплексированием (рис.5.13).
Рис.5.66. Схема мультиплексной передачи данных с временным разделением каналов и структура одного из потоков данных в линии связи (TX 1 RX 2 или TX 2 RX 1). Байты данных (последовательный код) из каналов 1 – N при передаче по линии связи могут комплектоваться дополнительными служебными битами (лог. 0) вследствие применения бит-стаффинга к области данных кадра; t – время
В этой схеме низкоскоростные потоки данных из каналов 1 – N поступают на входы мультиплексора MUX 1 (MUX 2). Сумма этих потоков в виде последовательности кадров пересылается с относительно высокой скоростью по линии связи к удаленному мультиплексору MUX 2 (MUX 1), который распознаёт кадр и распределяет данные по соответствующим каналам.
Каждый кадр начинается с флага – уникальной комбинации битов (например 01111110), которая не встречается в оставшейся части кадра. Чтобы достичь такой уникальности, оставшаяся часть кадра (область данных) анализируется и при необходимости разбавляется вставкой служебных нулевых битов в имеющиеся длинные цепочки единиц (эта процедура называется бит-стаффингом). В данном примере после каждых пяти единиц, следующих вплотную друг за другом, всегда (независимо от значения последующего бита) вставляется нулевой (служебный) бит. Тем самым исключается возможность последующего обнаружения удаленным мультиплексором группы из шести или более следующих друг за другом единиц, что могло бы привести к ложному опознанию флага.
После получения кадра, переданного по линии связи, нулевой бит, следующий за каждой группой из пяти единиц, справедливо расценивается приемником как служебный и безусловно вычеркивается. Поэтому, в частности, длинные цепочки единиц смыкаются, полученное поле данных кадра обретает первоначальный вид. Из-за применения бит-стаффинга длина передаваемых по линии кадров непостоянна: например, кадр, содержащий в поле данных “сплошные нули”, передается по линии без изменения, а кадр со “сплошными единицами” в поле данных требует значительного разбавления нулями.
Как видим, избыточность потока передаваемых по линии данных обусловлена как применением многоразрядного флага, так и бит-стаффингом.