异步传输

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异步传输(Asynchronous Transmission): 异步传输将比特分成小组进行传送,小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组,而接收方从不知道它们会在什么时候到达。一个常见的例子是计算机键盘与主机的通信。按下一个字母键、数字键或特殊字符键,就发送一个8比特位的ASCII代码。键盘可以在任何时刻发送代码,这取决于用户的输入速度,内部的硬件必须能够在任何时刻接收一个键入的字符
ATM能够比较理想地实现各种QoS,既能够支持有连接的业务,又能支持无连接的业务。是宽带ISDN(B-ISDN)技术的典范。ATM为一种交换技术,在传送资料时,先将数位资料切割成多个固定长度的封包,之后利用光纤或DS1/ DS3传送。到达目的地后,再重新组合。ATM网络可同时将声音、影像及资料整合在一起。针对各种资讯型态,提供最佳的传输环境。
中文名
异步传输
外文名
Asynchronous Transmission Mode
单 位
字符
起始位
0
传输模式
异步传输模式
别 名
信息元中继
领 域
计算机网络

基本概念 编辑

异步传输是数据传输的一种方式。由于数据一般是一位接一位串行传输的,例如在传送一串字符信息时,每个字符代码由7位二进制位组成。但在一串二进制位中,每个7位又从哪一个二进制位开始算起呢?异步传输时,在传送每个数据字符之前,先发送一个叫做开始位的二进制位。当接收端收到这一信号时,就知道相继送来7位二进制位是一个字符数据。在这以后,接着再给出1位或2位二进制位,称做结束位。接收端收到结束位后,表示一个数据字符传送结束。这样,在异步传输时,每个字符是分别同步的,即字符中的每个二进制位是同步的,但字符与字符之间的间隙长度是不固定的。[1]
异步传输,英文名AsynchronousTransfer Mode,ATM,是实现B-ISDN的一项技术基础,是建立在电路交换和分组交换的基础上的快速分组交换技术。ATM的主要特点是面向连接;采用小的、固定长度的单元(53字节);取消链路的差错控制和流量控制等,这些措施提高了传输效率。ATM的突出优点是可以为每个虚连接提供相应的服务质量(QOS),可以有效地支持视、音频多媒体传输,包括语音、视频和数据等;另外,ATM可以实现局域网和广域网的平滑无缝连接。[2]
异步传输一般以字符为单位,不论所采用的字符代码长度为多少位,在发送每一
异步传输 异步传输
字符代码时,前面均加上一个“起”信号,其长度规定为1个码元极性为“0”,即空号的极性;字符代码后面均加上一个“止”信号,其长度为1或者2个码元,极性皆为“1”,即与信号极性相同,加上起、止信号的作用就是为了能区分串行传输的“字符”,也就是实现了串行传输收、发双方码组或字符的同步。

通信协议 编辑

使用异步串口传送一个字符的信息时,对数据格式有如下约定:规定有空闲位、起始位、数据位奇偶校验位、停止位。
其中各位的意义如下:
起始位:先发出一个逻辑”0”信号,表示传输字符的开始。
数据位:紧接着起始位之后。资料位的个数可以是4、5、6、7、8等,构成一个字符。通常采用ASCⅡ码。从最低位开始传送,靠时钟定位。
奇偶校验位:资料位加上这一位后,使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验),以此来校验资料传送的正确性。
停止位:它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。
空闲位:处于逻辑“1”状态,表示当前线路上没有资料传送。
波特率:是衡量数据传送速率的指针。表示每秒钟传送的二进制位数。例如资料传送速率为120字符/秒,而每一个字符为10位,则其传送的波特率为10×120=1200位/秒=1200波特。
注:异步通信是按字符传输的,接收设备在收到起始信号之后只要在一个字符的传输时间内能和发送设备保持同步就能正确接收。下一个字符起始位的到来又使同步重新校准(依靠检测起始位来实现发送与接收方的时钟自同步的)。

传输模式 编辑

异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode,缩略语为ATM),又叫信息元中继。异步传输模式(ATM)在 ATM 参考模式下由一个协议集组成。ATM采用面向连接的交换方式,它以信元为单位。每个信元长53字节。其中报头占了5字节。信息元中继(cellrelay)的一种标准的(ITU)实施方案,这是一种采用具有固定长度的分组(信息元)的交换技术。之所以称其为异步,是因为来自某一用户的、含有信息的信息元的重复出现不是周期性的。
ATM是一种面向连接的技术,是一种为支持宽带综合业务网而专门开发的新技术,它与现在的电路交换无任何衔接。当发送端想要和接收端通信时、它通过UNI发送一个要求建立连接的控制信号。接收端通过网络收到该控制信号并同意建立连接后,一个虚拟线路就会被建立。与同步传递模式(STM)不同,ATM采用异步时分复用技术(统计复用)。来自不同信息源的信息汇集在一个缓冲器内排队。列中的信元逐个输出到传输线上,形成首尾相连的信息流。ATM具有以下特点:因传输线路质量高,不需要逐段进行差错控制。ATM在通信之前需要先建立一个虚连接来预留网络资源,并在呼叫期间保持这一连接,所以ATM以面向连接的方式工作。信头的主要功能是标识业务本身和它的逻辑去向,功能有限。信头长度小,时延小,实时性较好。
ATM能够比较理想地实现各种QoS,既能够支持有连接的业务,又能支持无连接的业务。是宽带ISDN(B-ISDN)技术的典范。
ATM的传播速度是从25兆比特每秒到155兆比特每秒。

结构 编辑

ATM 参考模式分为三层:ATM 适配层(AAL)、ATM 层和物理层。 AAL 连接更高层协议到 ATM 层,其主要负责上层与 ATM 层交换 ATM 信元。当从上层收到信息后, AAL 将数据分割成 ATM 信元;当从 ATM 层收到信息后, AAL 必须重新组合数据形成一个上层能够辨识的格式,上述过程即称之为分段与重组(SAR)。不同的 AAL 用于支持在 ATM 网络上使用的不同的流量或服务类型。
ATM 层主要负责将信元从 AAL 转发给物理层便于传输和将信元从物理层转发给 AAL 便于其在终端系统的使用。 ATM 层能够决定进来的信元应该被转发至哪里;重新设置相应的连接标识符并且转发信元给下一个链接、缓冲信元以及处理各种流量管理功能,如信元丢失优先权标记、拥塞标注和通用流控制访问。此外 ATM 层还负责监控传输率和服从服务约定(流量策略)。
ATM 的物理层定义了位定时及其它特征,将数据编码并解码为适当的电波或光波形式,用于在特定物理媒体上传输和接收。此外它还提供了帧适配功能,包括信元描绘、信头错误校验(HEC)的生成和处理、性能监控以及不同传输格式的负载率匹配。物理层通常使用的介质有 SONET 、DS3 、光纤、双绞线等。

工作原理 编辑

异步传输模式的主要优点是具有以每秒高达2千兆的速度传播声音、数据、图形及视频图像能力。它允许网络管理者在工作站要求改变时动态重组LAN。当前,LAN的分段原则是一个工作站与它的LAN服务器的地理位置较近,ATM将允许网络管理者建立一个逻辑的而不是物理的分段。一个ATM开关将允许你建立一个完全不依赖于网络的物理结构的逻辑网络
异步传输模式提供了任何两个同点间的点到点的连接,保证两点间可有完全的网络带宽——每秒45兆位或155兆位(标准草案中规定的两个接口速度)。因为ATM是独立于介质,它能在一定速度范围内操作。

潜在问题 编辑

异步传输存在一个潜在的问题,即接收方并不知道数据会在什么时候到达。在它检测到数据并做出响应之前,第一个比特已经过去了。这就像有人出乎意料地从后面走上来跟你说话,而你没来得及反应过来,漏掉了最前面的几个词。因此,每次异步传输的信息都以一个起始位开头,它通知接收方数据已经到达了,这就给了接收方响应、接收和缓存数据比特的时间;在传输结束时,一个停止位表示该次传输信息的终止。按照惯例,空闲(没有传送数据)的线路实际携带着一个代表二进制1的信号,异步传输的开始位使信号变成0,其他的比特位使信号随传输的数据信息而变化。最后,停止位使信号重新变回1,该信号一直保持到下一个开始位到达。例如在键盘上数字“1”,按照8比特位的扩展ASCⅡ编码,将发送“00110001”,同时需要在8比特位的前面加一个起始位,后面一个停止位。
异步传输的实现比较容易,由于每个信息都加上了“同步”信息,因此计时的漂移不会产生大的积累,但却产生了较多的开销。在上面的例子,每8个比特要多传送两个比特,总的传输负载就增加25%。对于数据传输量很小的低速设备来说问题不大,但对于那些数据传输量很大的高速设备来说,25%的负载增值就相当严重了。因此,异步传输常用于低速设备。

相关区别 编辑

同步传输方式中发送方和接收方的时钟是统一的、字符与字符间的传输是同步无间隔的。
异步传输方式并不要求发送方和接收方的时钟完全一样,字符与字符间的传输是异步的。

区别点

1,异步传输是面向字符的传输,而同步传输是面向比特的传输。
2,异步传输的单位是字符同步传输的单位是帧。
3,异步传输通过字符起始和停止码抓住再同步的机会,而同步传输则是在数据中抽取同步信息。
4,异步传输对时序的要求较低,同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。
5,异步传输相对于同步传输效率较低。

简单形容

同步传输就是,数据没有被对方确认收到则调用传输的函数就不返回。
接收时,如果对方没有发送数据,则你的线程就一直等待,直到有数据了才返回,可以继续执行其他指令
异步传输就是,你调用一个函数发送数据,马上返回,你可以继续处理其他事,
接收时,对方的有数据来,你会接收到一个消息,或者你的相关接收函数会被调用。

形象形容

异步传输: 你传输吧,我去做我的事了,传输完了告诉我一声
同步传输: 你现在传输,我要亲眼看你传输完成,才去做别的事

纠错方法 编辑

所有传输介质都易受干扰和由介质本身引进的问题的影响,如电阻和信号衰减。外来干扰可以由背景噪声、大气辐射、机器甚至故障设备引起。受干扰影响的比特数随传输速率的增力而增加,因为在干扰的时帧中涉及到更多的比特。要更正这些问题,需使用检错与纠错方法。
奇偶校验时,各组中1的数目必须总是相同(无论奇或偶),以表示一组比特正确无误地传输。逐个字符的检查叫做VRC (垂直冗余校验)。逐块检查叫做LRC(纵向冗余校验)。在传输开始之前,两个系统的奇偶校验方法必须达成一致。有偶校验(1的数目必须为偶数)、奇校验(1的数目必须为奇数)、空号奇偶校验(校验位始终为0)和传号奇偶校验(校验位始终为1)。
新型的调制解调器提供高级的检错和纠错方法,比上面讨论过的那些方法要实用并有效得多。

异步通信 编辑

异步通信指两个互不同步的设备通过计时机制或其他技术进行数据传输。异步通信中两个字符之间的时间间隔是不固定的,而在一个字符内各位的时间间隔是固定的。基本上,发送方可以随时传输数据,而接收方必须在信息到达时准备好接收。相反,同步传输是一个精确同步的位流,其中字符的起始是由计时机制来定位的。
在大量使用异步与同步传输的大型机/终端环境中,异步传输用于传输来自用户周期性按键的终端的字符。接收系统知道等待下一次按键,即使这会花费较多的时间。相反,同步传输用作定期传输大量信息的大型系统之间的数据链路。协议为在公用电话系统上利用慢速链路而进行了优化,因此无关位将从传输中删除,并且时钟用于隔开字符
在异步通信中,字符作为比特串编码,由起始位(start bit)、数据位(data bit)、奇偶校验位(parity)和停止位(stop bit)组成。这种用起始位开始,停止位结束所构成的一串信息称为帧(frame)。校验比特有时用于检错和纠错。传输的“起始一停止”模式意味着对于每个新字符,传输都重新从头开始,而消除在上次传输过程中可能出现的任意计时差异。当差异确实出现时,检错和纠错机制能够请求重传。
在传送一个字符时,由一位低电平的起始位开始,接着传送数据位数据位的位数为5~8。在传输时,按低位在前,高位在后的顺序传送。奇偶校验位用于检验数据传送的正确性,也可以没有,可由程序来指定。最后传送的是高电平的停止位,停止位可以是1位、1.5位或2位。停止位结束到下一个字符的起始位之间的空闲位要由高电平2来填充(只要不发送下一个字符,线路上就始终为空闲位)。
异步通信中典型的帧格式是:1位起始位,7位(或8位)数据位,1位奇偶校验位,2位停止位。
在异步通信中,每接收一个字符,接收方都要重新与发送方同步一次,所以接收端的同步时钟信号并不需要严格地与发送方同步,只要它们在一个字符的传输时间范围内能保持同步即可,这意味着对时钟信号漂移的要求要比同步信号低得多,硬件成本也要低的多,但是异步传送一个字符,要增加大约20%的附加信息位,所以传送效率比较低。异步通信方式简单可靠,也容易实现,故广泛地应用于各种微型机系统中。
信道是两个通信设备之间的一个单一通信路径,是由物理连接或复用技术创建的。电路是一个提供通信信道的实际物理连接。拨号电话系统为两个系统之间的通信信道提供电路。单工电路是一个在单一方向传输信号的单向传输路径。半双工电路是一个在两个方向都提供传输的传输路径,但一次只能一个方向。全双工链路是一个能够同时在两个电路上进行双向传输的双向传输路径。

接口标准 编辑

用于异步通信的连接在OSI(开放系统互连)参考模型的物理层中被定义。此层定义与连接器类型、管脚引出线和电气信号相关的规范。如RS-232RS-449、CCITT V.24等之类的标准为各种要求定义这些接口。
为确保连接的设备可以互相通信定义了各种标准。EIA(电子工业协会)已经为在计算机设备间通过铜线传输异步信息设定了标准。EIA RS-232-C标准是一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写,232为标识号,C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线,包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道,对于一般双工通信,仅需几条信号线就可实现,如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C定义了物理连接、信号电压与定时、错误检查及其他功能等内容以及位流通过单个线路的串行传输。相反,并行传输包括在同一个电缆的多个线路上同时发送多个比特,类似于多车道高速公路。
RS-232-C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特
EIA RS-232-C标准支持短距离传输。例如,用它将计算机连接至调制解调器。如果电缆长度变得过长,电流将减弱,而且接收方也许无法读取它。RS-232电缆建议的最大长度为50英尺,最大信号速率为20kbps。要经过较长距离连接内部系统,请建立一个LAN。要与所在建筑物外部的系统连接,可使用调制解调器电话系统或由本地和长途运营商提供的其他服务。
参考资料
  • 1. 郑家亨,莫曰达,铁大章等.《统计大辞典》 : 中国统计出版社 ,1995
  • 2. 赵玉明,王福顺.《广播电视辞典》 :北京广播学院出版社,1999
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