Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Следующий логичный вопрос: а что если и символ ESC случайно окажется среди прочих данных? Решение такое же: вставить перед этим фиктивным escape-символом настоящий. На стороне получателя первый символ ESC будет удален, а следующий байт данных останется, даже если это еще один байт ESC или флаговый байт. Некоторые примеры показаны на рис. 3.4, б. В любом случае, байтовая последовательность после ее очищения от вставных символов в точности совпадает с исходной. Найти границу кадра можно все так же по двум последовательным флаговым байтам до удаления дополнительных символов ESC.

Схема символьного заполнения, показанная на рис. 3.4, — это немного упрощенная модель протокола PPP( Point-to-Point Protocol, протокол «точка-точка»), с помощью которого пакеты передаются по коммуникационным каналам. Мы изучим PPP в конце этой главы.

Третий метод разделения потока битов на кадры позволяет обойти недостатки символьного заполнения, которое обязывает использовать исключительно 8-битные байты. Делить данные на кадры можно на уровне бит, причем кадры могут содержать произвольное число бит и состоять из блоков любого размера. Данный метод был разработан для некогда популярного протокола HDLC( High-level Data Link Control— высокоуровневый протокол управления каналом передачи данных). Каждый кадр начинается и завершается специальной последовательностью бит, 01111110 (или 0x7E в шестнадцатеричной системе). Это все тот же флаговый байт. Если в битовом потоке передаваемых данных встретится пять идущих подряд единиц, уровень передачи данных автоматически вставит в выходной поток нулевой бит. Битовое заполнение( bit stuffing) аналогично символьному, при котором в кадр перед случайно встретившимся среди данных флагом вставляется escape-символ. Он также гарантирует минимальную плотность передачи, помогающую сохранять синхронизацию на физическом уровне. По этой причине битовое заполнение применяется в протоколе USB ( Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина).

Рис. 3.4. Кадр, ограниченный флаговыми байтами (а); четыре примера байтовых последовательностей до и после символьного заполнения (б)

Когда принимающая сторона встречает пять единиц подряд, за которыми следует ноль, она автоматически удаляет этот ноль. Битовое заполнение, как и символьное, является абсолютно прозрачным для сетевого уровня обоих компьютеров. Если флаговая последовательность битов (01111110) встречается в данных пользователя, она передается в виде 011111010, но в памяти принимающего компьютера сохраняется опять в исходном виде: 01111110. На рис. 3.5 приведен пример битового заполнения.

Благодаря битовому заполнению границы между двумя кадрами могут быть безошибочно распознаны с помощью флаговой последовательности. Таким образом, если приемная сторона потеряет границы кадров, ей нужно всего лишь отыскать в полученном потоке битов флаговый байт, поскольку он встречается только на границах кадров и никогда — в данных пользователя.

Побочный эффект как битового, так и байтового заполнения заключается в том, что длина кадра зависит от содержимого, то есть от входящих в него данных. Например, если в данных флаговых байт нет, то 100 байт данных можно передать в кадре размером приблизительно 100 байт. Если же данные состоят исключительно из флаговых байт, то перед каждым таким байтом вставляется специальный символ, и длина кадра

увеличивается примерно до 200 байт. С битовым заполнением увеличение составляет около 12,5 %, так как к каждому байту добавляется 1 бит.

Рис. 3.5. Битовое заполнение: а — исходные данные; б — данные на линии; в — данные, сохраненные в памяти после удаления вставных битов

Последний метод формирования кадров напрямую связан с особенностями физического уровня. В главе 2 мы узнали, что при кодировании битов в виде сигналов для облегчения работы получающей стороны добавляются избыточные данные. Это означает, что в самих данных некоторые сигналы не появляются. Например, в линии 4B/5B четыре бита данных сопоставляются с пятью сигнальными битами, для того чтобы гарантировать удовлетворительную передачу битов. Таким образом, 16 из 32 возможных сигналов не используются. Некоторые из зарезервированных сигналов можно применять для обозначения начальной и конечной границы кадров. Фактически для разграничения кадров можно применять «запрещенные сигналы». Прелесть этого метода в том, что использование зарезервированных сигналов делает поиск начальной и конечной границы кадра чрезвычайно простым, отменяя необходимость заполнять данные дополнительными байтами или битами.