Синхронная и асинхронная передачи данных.
Добрый вечер, для тех кто немного знаком со связью, очень часто слышали о той или иной технологии, что это синхронная передача, а это асинхронная передача.
Сперва основные отличия, а затем уже примеры. К асинхронной передаче данных, можно отнести большинство протоколов связанных с конечным обычным пользователем, но это просто слова. Асинхронный, значит свободный от временных рамок, то есть связь по запросу. Вам необходимо передать данные, вы обращаетесь к каналу связи, видите, что он свободен и начинаете передачу. Подошли к лифту, нажали на кнопку и ждёте, как только он освободился тут же подъехал и Вас повез, куда нужно.
Теперь в подобном духе рассмотрим синхронную передачу. Во время синхронной передачи, и источник и получатель все время находятся на связи, и пакеты, хоть и пустые но всегда отправляются и посылаются. Здесь уместно сравнить передачу с эскалатором, в любой момент вы к нему подойдете и зайдете на него, при этом он постоянно в движении. Это более затратно, но всегда доступно
Еще можно сравнить с автобусом и попуткой. вы решили поехать в другой город и у вас есть два способа, пойти купить билет и в строго отведенное время, сесть на выделенное место и доехать по расписанию. А можно поймать попутку, она вероятнее будет скорее всего дешевле, может быстрее доехать, а может сломаться по пути или остановиться на неожиданный перекус, но во втором случае больше неожиданных моментов, чем в первом.
Теперь непосредственно к самими технологиям. Наиболее широкий пример использования асинхронной передачи данных — это технология Ethernet. Да, да -это технология асинхронная на канальном и работает по следующему принципу. Есть несколько компьютеров в сети и все сетевые платы слушают канал, свободен он или занят. Если кому-то необходимо передать данные (электронное письмо например отправить ), то на втором уровне проверяется есть ли в этот момент передача данных, при условии, что линия свободна, начинается передача данных.
в момент передачи кадра, все остальные платы начинают слушать, и синхронизироваться(это побитная синхронизация и относится к протоколу) к приему данных. Как видим из рисунка, первые 7 байт, как раз и служат синхронизацией. Сетевая плата, за эти семь байт подстраивается под сигнал и первым делом принимает адрес получателя. Если адрес получателя совпадает или является широковещательным, то кадр загружается весь, иначе он просто игнорируется. Кадр закончился и снова сидим ждем отправки или получения. Но может возникнуть ситуация, когда устройства будут мешать друг другу, при использовании концентраторов ( hub) очень часто возникали коллизии, коммутаторы избавили нас от них.
Обращу внимание что сейчас речь идет о каналах связи. Синхронная и асинхронная передача на уровне каналов.
Теперь переходим к синхронной передаче. Сюда в первую очередь относят синхронную цифровую иерархию (SDH). Основная особенность в том, что кадры идут постоянно и в строго отведенных временных границах. то есть синхронизация идет постоянно и на нескольких уровнях.
Основная идея в том, что STM16 включает в себя 4 канала STM4. Каждый STM4 состоит из 4 логических каналов STM1. то есть в одном потоке STM16 содержится 16 потоков или каналов STM1.
Теперь обратите внимание на рисунок с железнодорожным составом. Впереди идет локомотив, который является служебной частью всего потока и за ним будем следовать 4 вагона STM1, сразу же за последним вагоном пойдет новый серый локомотив. Обратите внимание, что перед тем как вагон STM1 заполнен контейнером в него(в контейнер) погрузили данные. В нашем случае поток данных Е4 погрузили в виртуальный контейнер VC4 и затем отправили в путь. Цифровой поток Е4 — это 4 потока Е3 или 16 потоков Е2 или 64 потока Е1. таким образом мы пустили локомотив с 4 вагонами STM1. В каждом вагоне есть свой контейнер, в каждом контейнере есть 64 цифровых потока Е1. А вот поток Е1 может разбиваться как на один канал скоростью в 2 мегабита или содержать 30 голосовых канала (ОЦК — основной цифровой канал)со скоростью 64к каждый. Голосовой канал это пакет данных в котором кодируется голос человека и он представляет собой голосовую связь коммутируемую пакетами .
К чему все эти сложности с STM, E1 и так далее, к тому что именно на постоянной синхронизации выстроены такие сложные иерархии передачи данных. Синхронизация происходит как на потоках верхних уровней, так и непосредственно на каждом ОЦК.
Если сравнить два способа передачи данных, то 1 менее надежен, но значительно проще и удобней в эксплуатации, как правило он в разы дешевле по построению и эксплуатации, но не имеет гибкости, а только низкую надежность. Второй тип передачи данных на магистральном уровне, более высок по цене, но имеет гибкую структуру и высокую надежность. Именно он гарантирует заданную скорость и надежность, что очень важно для больших компаний при взятии в аренду канала связи между филиалами или регионами.
Статья получилось чуть сложнее, чем хотелось, но все же некоторые аспекты получилось рассмотреть, при этом не самые простые. Прочитайте ее пару раз, чтобы легче было понять.
Если Вам понравилась публикация, подписывайтесь на канал, за Ваши лайки чаще показывают Наши публикации.
Медведская ТМ / Теория по Инф.сетям / Синхронная и асинхронная передачи данных
При обмене данными на физическом уровне единицей информации является бит, поэтому средства физического уровня всегда поддерживают побитовую синхронизацию между приемником и передатчиком.
Канальный уровень оперирует кадрами данных и обеспечивает синхронизацию между приемником и передатчиком на уровне кадров. В обязанности приемника входит распознавание начала первого байта кадра, распознавание границ полей кадра и распознавание признака окончания кадра.
Обычно достаточно обеспечить синхронизацию на указанных двух уровнях — битовом и кадровом, — чтобы передатчик и приемник смогли обеспечить устойчивый обмен информацией. Однако при плохом качестве линии связи (обычно это относится к телефонным коммутируемым каналам) для удешевления аппаратуры и повышения надежности передачи данных вводят дополнительные средства синхронизации на уровне байт.
Такой режим работы называется асинхронным или старт-стопным. Другой причиной использования такого режима работы является наличие устройств, которые генерируют байты данных в случайные моменты времени. Так работает клавиатура дисплея или другого терминального устройства, с которого человек вводит данные для обработки их компьютером.
В асинхронном режиме каждый байт данных сопровождается специальными сигналами «старт» и «стоп» . Назначение этих сигналов состоит в том, чтобы, во-первых, известить приемник о приходе данных и, во-вторых, чтобы дать приемнику достаточно времени для выполнения некоторых функций, связанных с синхронизацией, до поступления следующего байта. Сигнал «старт» имеет продолжительность в один тактовый интервал, а сигнал «стоп» может длиться один, полтора или два такта, поэтому говорят, что используется один, полтора или два бита в качестве стопового сигнала, хотя пользовательские биты эти сигналы не представляют.
Асинхронным описанный режим называется потому, что каждый байт может быть несколько смещен во времени относительно побитовых тактов предыдущего байта. Такая асинхронность передачи байт не влияет на корректность принимаемых данных, так как в начале каждого байта происходит дополнительная синхронизация приемника с источником за счет битов «старт». Более «свободные» временные допуски определяют низкую стоимость оборудования асинхронной системы.
При синхронном режиме передачи старт-стопные биты между каждой парой байт отсутствуют. Пользовательские данные собираются в кадр, который предваряется байтами синхронизации. Байт синхронизации — это байт, содержащий заранее известный код, например 0111110, который оповещает приемник о приходе кадра данных. При его получении приемник должен войти в байтовый синхронизм с передатчиком, то есть правильно понимать начало очередного байта кадра. Иногда применяется несколько синхробайт для обеспечения более надежной синхронизации приемника и передатчика. Так как при передаче длинного кадра у приемника могут появиться проблемы с синхронизацией бит, то в этом случае используются самосинхронизирующиеся коды.
Протокол передачи данных
При передаче файлов требуется, чтобы оба компьютера, связывающиеся друг с другом, договорились об общем протоколе. Протоколом называется набор правил и описаний, которые регулируют передачу информации.
Для борьбы с ошибками, возникающими при передаче файлов, в большинстве современных протоколов имеются средства исправления ошибок. Конкретные методы в каждом протоколе свои, но принципиальная схема исправления ошибок одна и та же. Она заключается в том, что передаваемый файл разбивается на небольшие блоки — пакеты, а затем каждый принятый пакет сравнивается с посланным, чтобы удостовериться в их адекватности. Каждый пакет содержит дополнительный контрольный байт. Если принимающий компьютер после некоторых логических действий получит иное значение этого байта, он сделает вывод, что при пересылке пакета произошла ошибка, и запросит повторение передачи этого пакета. Несмотря на то что такая процедура уменьшает объем полезной информации, передаваемой в единицу времени, проверка на наличие ошибок и их исправление обеспечивают надежность передачи файла.
Наиболее совершенным и распространенным протоколом из всех доступных на сегодняшний день является TCP/IP (TransmissionControlProtocol/InternetProtocol). Он обеспечивает сетевое взаимодействие компьютеров, работающих под управлением сетевой операционной системы, и возможность подключения к ним различных сетевых устройств. Все современные операционные системы поддерживают протокол TCP/IP, и почти все крупные сети используют его для обеспечения большей части своего трафика. Также протокол TCP/IP является стандартным для Интернета.
Методы передачи данных в компьютерных сетях
При обмене данными между узлами сети используются три метода передачи данных:
- симплексная (однонаправленная) передача (телевидение, радио);
- полудуплексная (прием и передача информации осуществляются поочередно);
- дуплексная (двунаправленная), каждая станция одновременно передает и принимает данные.
Для передачи данных в сетях наиболее часто применяется последовательная передача. Широко используются следующие методы последовательной передачи: асинхронная и синхронная.
Рис. 2. Асинхронная и синхронная передача данных
При асинхронной передаче каждый символ передается отдельной посылкой (рис. 2). Стартовые биты предупреждают приемник о начале передачи. Затем передается символ. Для определения достоверности передачи используется бит четности (бит четности = 1, если количество единиц в символе нечетно, и 0 в противном случае. Последний бит «стопбит» сигнализирует об окончании передачи.
Преимущества: несложная отработанная система; недорогое (по сравнению с синхронным) интерфейсное оборудование.
Недостатки асинхронной передачи: третья часть пропускной способности теряется на передачу служебных битов (старт/стоповых и бита четности); невысокая скорость передачи по сравнению с синхронной; при множественной ошибке с помощью бита четности невозможно определить достоверность полученной информации.
Асинхронная передача используется в системах, где обмен данными происходит время от времени и не требуется высокая скорость передачи данных. Некоторые системы используют бит четности как символьный бит, а контроль информации выполняется на уровне протоколов обмена данными.
При использовании синхронного метода данные передаются блоками. Для синхронизации работы приемника и передатчика в начале блока передаются биты синхронизации. Затем передаются данные, код обнаружения ошибки и символ окончания передачи. При синхронной передаче данные могут передаваться и как символы, и как поток битов. В качестве кода обнаружения ошибки обычно используется циклический избыточный код обнаружения ошибок (CRC). Он вычисляется по содержимому поля данных и позволяет однозначно определить достоверность приятой информации.
Преимущества синхронного метода передачи информации: высокая эффективность передачи данных; высокие скорости передачи данных; надежный встроенный механизм обнаружения ошибок.
Недостатки: интерфейсное оборудование более сложное и соответственно более дорогое.