ĐỀ tài TRUYỀN nối TIẾP ĐỒNG bộ 2

 CÁC GIAO THỨC ĐỒNG BỘ• Giao thức đồng bộ nhị phân • Giao thức hướng bit  VÀI IC LSI DÙNG TRONG TRUYỀN ĐỒNG BỘ • USART 8251A của Intel • SSDA 6852 của Motorola  KỂM TRA HỆ THỐNG THÔNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

 CÁC GIAO THỨC ĐỒNG BỘ

• Giao thức đồng bộ nhị phân

• Giao thức hướng bit

 VÀI IC LSI DÙNG TRONG TRUYỀN ĐỒNG BỘ

• USART 8251A của Intel

• SSDA 6852 của Motorola

 KỂM TRA HỆ THỐNG THÔNG TIN

• Phép đo tỉ sốPAR

• Biểu đồ mắt

Về phương diện thực hiện sự đồng bộ giữa máy thu và phát trong một hệ thống thông tin hai chế độ truyền bất đồng bộvà đồng bộ có những điểm khác biệt :

- Chế độ truyền bất đồng bộ: để phát bản tin người ta phát đi từng ký tự một và sựđồng bộ được thực hiện cho từng ký tự này bởi các bit Start và Stop thêm vào trước

và sau mỗi ký tự Xung đồng hồ được tạo ra một cách riêng rẽ ở máy thu và máyphát Như vậy, sự đồng bộ được thực hiện chính xác khi tần số xung đồng hồ ở máythu hoàn toàn đúng với tần số xung đồng hồ ở máy phát, nếu không tin tức nhậnđược sẽ có lỗi

- Chế độ truyền đồng bộ: Để phát một bản tin người ta xem nó là một khối và phát đimột lần cả khối đó, sự đồng bộ được thực hiện bằng cách cho máy phát phát kèmtheo tín hiệu dữ liệucác xung đồng hồ mà máy thu khi dò ra sẽ dùng để đồng bộ tínhiệu ở máy thu

Thực tế, việc này chỉ được thực hiện khi hệ thống thu phát khép kín về mặt vật lý,hay nói cách khác máy phát và thu phải ở gần nhau Khi máy phát không thể gửiriêng tín hiệu xung đồng hồ tới máy thu thì ở máy thu phải có mạch tách bit thời gian

từ chính tín hiệu dữ liệu để thực hiện sự đồng bộ

Ở máy thu đồng bộ, ngoài việc dò tín hiệu đồng bộ ra, máy thu phải biết phân biệtđược ranh giới của mỗi ký tự để việc phục hồi bản tin không bị lỗi

Ta thấy việc thực hiện giao thức bất đồng bộ tương đối đơn giản, giá thành thấpnhưng hiệu quả không cao Giả sử để phát một ký tự mã ASCII thì phải dùng ít nhất

9 bit (7 bit ký tự, 1 bit start, 1 bit stop), thì tỉ lệ hao là 2/9 = 0,22=22% Trong khi đó,

tỉ lệnày trong chế độ đồng bộ là rất thấp, khoảng vài %

Như vậy, chế độ truyền bất đồng bộ chỉ thuận lợi khi phát những bản tin ngắn và vớivận tốc thấp (<1200 bps) Và chế độ truyền đồng bộ tỏ ra ưu việt hơn khi phát nhữngbản tin dài với vận tốc caohơn (>1200 bps) Dùng với các Modem âm tần, phát đồng

bộ có thể đạt vận tốc 9600 bps

Chương này đề cập đến các giao thức đồng bộ, khảo sát vài ICLSI thực hiện việcphát nối tiếp đồng bộ thông dụng và cuối cùng sơ lược qua các phương pháp kiểm tra

hệ thống thông tin

1. GIAO TIẾP GIỮA DTE VÀ DCE ĐỒNG BỘ

Trong chế độ truyền đồng bộ, máy thu phục hồi xung đồng hồ từ dòng dữ liệu nhậnđược Chuẩn giao tiếp RS-232 và RS-449 có các đường dành cho xung đồng hồ liênlạc giữa các cặp thiết bị đầu cuối (DTE) và modem(DCE)

Bảng 6.1 cho biết nơi nhận dữ liệu và các chân liên hệ của hai chuẩn giao tiếp nói

449 để thực hiện đồng bô (H 6.1a) Thiết bị đầu cuối (DTE) ởmỗi trạm thu phát điềukhiển sự đồng bộ (xung đồng hồ từ DTE đến DCE theo đường TT)

(H 6.1b) Modem (DCE) ở mỗi trạm thu phát điều khiển sự đồng bộ (xung đồng hồ từDCE đến DTE theo đường ST)

(H 6.1c) Thiết bị đầu cuối ở trạm A điều khiển sự đồng bộ theo cả hai chiều (xungđồng hồ từ DTE A đến DCE A theo đường TT, ở trạm B hai đường TT (ST) và RTnối chung lại)

(H 6.1d) Modem ở trạm A điều khiển sự đồng bộ theo cả hai chiều (xung đồng hồ từmodem đến DTE theo đường ST ở trạm A, ở trạm B hai đường ST (TT) và RT nốichung lại)

- Giao thức hướng Bit (Bit - Orientied Protocol, BOP)

- Trong giao thức điều khiển byte (BCP), khối dữ liệu bao gồm nhiều ký tự, mỗi ký

tự là một đơn vị thông tin (7 hoặc 8 bit) và các thông tin điều khiển cũng xuất hiệndưới dạng từ

Các ký tự dữ liệu (bản tin chính thức) hợp với từ điều khiển thành một khung thôngtin Một khung thông tin thường bắt đầu bằng một hay nhiều từ dùng cho sự đồng bộ,thường là từ SYNC, nó báo cho máy thu biết bắt đầu một khối dữ liệu Ngoài ra,trước và sau bản tin chính thức còn có các từ điều khiển, bao gồm các địa chỉ các đài,trạm, các từ báo bắt đầu và kết thúc văn bản,các từ báo mã kiểm tra lỗi

- Trong giao thức hướng bit (BOP), khối dữ liệu xem như một chuỗi bit, các từ điềukhiển và ký tự dữ liệu không hẳn là các từ 8 bit màcó thể là một tập hợp các bit tùytheo giao thức cụ thể

Giống như trong BCP, bắt đầu khối tin cũng có tín hiệu báo, đó là từ 8 bit gọi là Cờ(Flag), cờ này cũng được đặt ở cuối bản tin Như vậy tác dụng của cờ là thiết lập sự

đồng bộ và đánh dấu điểm bắt đầu và điểm kết thúc Khối dữ liệu bao gồm cả các cờhình thành một Khung (Frame) Trước và sau bản tin chính thức có các từ điềukhiển, được gọi chung là Trường điều khiển(Control Field) Tất cả qui định chi tiết

về bản tin, các thông báo hỏi nhận đều thực hiện trong trường điều khiển này (H 6.2)cho ta hai dạng khung của hai protocol này

Chúng ta giới thiệu dưới đây:

- Giao thức điều khiển byte được đề nghị bởi IBM vào năm 1964 và được sử dụngrất rộng rãi trong các ứng dụng điểm - điểm (poin - point) và nhiều điểm (multipoint)với các phương thức đơn công và bán song công Đó là giao thức truyền đồng bộ nhịphân (Binary Synchronous Communication, BSC, đôi khi gọi là BISYNC) Giaothức BSC được ISO lấy làm cơ sở để xây dựng giao thức hướng ký tự chuẩn quốc tếvới tên Basic Mode (dữ liệu dùng mã EBCDIC thay cho mã ASCII và mã dò sai làCRC thay cho BCC)

- Giao thức hướng bit, do hãng IBM phát triển và sử dụng có tên là Điều khiển liênkết dữ liệu đồng bộ(Synchronous DataLinkControl - SDLC) và ISO lấy làm cơ sở đểphát triển thành giao thức điều khiển liên kết dữ liệu mức cao (High Level DataLinkControl, HDLC)

a) Giao thức đồng bộ nhị phân:

Đây là giao thức điều khiển việc truyền nhận dữ liệu nhờ một số ký tự đặc biệt trongcác bảng mã Các thông tin dữ liệu được gửi đi trong các khung dữ liệu mà hai biên

là các ký tự SYNC để báo máy thu biết bắt đầu bản tin

Các từ điều khiển dùng trong BISYNC lấy từ bản mã ASCII, gồm một số từ nhưsau :

SYN Ký tự đồng bộ mã ASCII dạng Hex 16H

SOH Ký tự bắt đầu của Header 01H

ACK Ký tự báo cho biết đã nhận dữ liệu 06H

NAK Ký tự báo cho biết chưa nhận dữ liệu 15H

NUL Ký tự rỗng 00H

DLE Ký tự giải phóng đường dữ liệu 10H

CAN Ký tự hủy 18H

Một khung dữ liệu của BISYNC tiêu biểu có cấu trúc sau :

SYN SYN SOH header STX text ETX BCC

Đầu Cuối

- Phần văn bản (text) chứa dữ liệu thông tin Kích thước vùng text có giới hạn nênvới các văn bản lớn người ta chia thành những khối nhỏ (block) và trong phầnHeader cóphần identifier (id) để chỉ thứ tự các khối

- Phần header chứa điạ chỉ đến và tín hiệu trả lời ACK/NAK nếu có yêu cầu

- BCC là ký tự 1 Byte dùng kiểm tra khung Đây là byte duy nhất được tạo ra đểkiểm tra lỗi trong toàn khối BCC có thể là một phép kiểm tra chẵn lẻ (dùng trongBSC), hoặc chặt chẽ hơn là kiểm tra dư thừa theo chu kỳ (Cycle Redundancy Check,CRC ) (Dùng trong Basic Mode, với CRC - 16)

Dưới đây là ví dụ truyền chữ TEST và kiểm tra chẵn lẻ theo hàng

Đối với các ví dụ trên các bit sẽ được truyền như sau:

Trong ví dụ này người ta dùng kiểm tra chẵn và BCC chỉ kiểm tra các ký tựt từ STXđến ETX Trên thực tế, sự kiểm tra được thực hiện trên toàn khối (từ SOH đến ETX).Khi nhận được bản tin, máy thu thực hiện phép tính kiểm tra tổng, so sánh với BCCnhận được, sau đó sẽ trả lời bằng tín hiệu ACK (Đúng) hoặc NAK (Không đúng).Máy phát sẽ không gửi bản tin khác khi chưa được xác nhận rằng bản tin trước đãnhận đúng (phương thức bán song công) Dưới đây là một số thủ tục chính trongBSC/Basic Mode:

- Mời truyền tin:

Giả sử trạm A muốn mời trạm B truyền tin, trạm A sẽ gửi lệnh sau đây tới B: EOT BENQ Trong đó B là địa chỉ của trạm được mời truyền tin, EOT để chuyển liên kếtsang trạng thái điều khiển Khi B nhận được lệnh này, có thể xảy ra 2 trường hợp:

- Nếu B có tin để truyền thì B tạo cấu trúc tin theo dạng chuẩn và gửi đi

- Nếu B không có tin để truyền thì gửi đi lệnh EOT để trả lời

Ở phía A một khoảng thời gian xác định sau khi gửi lệnh đi mà không được trả lờihoặc nhận được trả lời sai thì A sẽ chuyển sang trạng thái phục hồi (Recovery state)

A sẽ chuyển sang trạng thái phục hồi (Recovery state)

- Yêu cầu trảlời:

Khi một trạm cần trạm kia trả lời một yêu cầu nào đó đã gửi đi trước đó thì nó chỉcần gửi lệnh ENQ đến trạm kia

- Ngừng truyền tin (tạm thời): Gửi lệnh EOT

- Giải phóng liên kết: Gửi lệnh DLE EOT

- Trạng thái phục hồi: Khi một trạm nào đó đi vào trạng thái "phục hồi" nó sẽ thựchiện một trong các hành động sau:

- Lặp lại lệnh đã gửi đi n lần (n là sốnguyên chọn trước) hoặc Gửi "yêu cầu trả lời" nlần hoặc kết thúc truyền bằng lệnh EOT

- Chế độ thông suốt(Transparent Mode)

Trong trường hợp các mã điều khiển xuất hiện trong văn bản (Text) nhưng khôngmang ý nghĩa điều khiển mà phải được hiểu như là dữ liệu, hệ thống được chuyểnsang chế độ thông suốt bằng cách dùng ký tự DLE đặt trước STX và DLE đặt trướcETX để chấm dứt chế độ này

b) Giao thức hướng bit

Giao thức hướng bit được thiết kế để thoả mãn nhiều yêu cầu trong cách truyền đồng

bộ, bao gồm :

- Truyền giữa hai đài (trạm)(point to point) hay nhiều đài (multipoint)

- Bán song công hay song công

- Liên lạc giữa trạm sơ cấp và trạm thứ cấp

- Liên lạc với khoảng cách ngắn (nối trực tiếp), hoặc rất xa (vệtinh)

Giao thức này có một số tính chất sau :

- Người sử dụng có thể sử dụng bất cứ loại mã nào

- Có khả năng thích hợp với nhiều loại đường truyền

- Hiệu suất cao : giảm tối thiểu tỉ lệ hao hụt

- Độ tin cậy cao : cho phép kiểm tra lỗi có hiệu quảvà có khả năng phục hồi dữ liệu

Có thể nói các tính chất của giao thức hướng bit được thể hiện ở trường điều khiểnbởi các tổ hợp bit mã hóa các từ điều khiển Có nhiều giao thức hướng bit đã được đềnghị bởi các cơ quan khác nhau và được sử dụng rộng rãi :

- Thủ tục điều khiển thông tin dữ liệu cao cấp (Advanced DataCommunicationControl Procedure- ADCCP) phát triển bởi Viện chuẩn quốc gia Hoa Kỳ(AmericanNational Standard Institute - ANSI) đây là chuẩn trong hệ thống thông tinquốc gia

- Thủ tục truy xuất đường truyền cân bằng (Link AccessProcedure, balance - B)thực

LAP-hiện bởi Hội đồng Tư vấn Điện tín và Điện thoại quốc tế (InternationalTelegraph &Telephone Consultative Committee- CCITT) Đây là một chuẩn về mạng

- Điều khiển liên kết dữ liệu đồng bộ (SynchronousData Link Control - SDLC) đượcdùng bởi hãng IBM (International Business Machine Corporation) và ISO lấy làm cơ

sở để phát triển thành giao thức điều khiển liên kết dữliệu mức cao (HighLevelDataLinkControl, HDLC) Thật ra không có mấy khác biệt giữa các chuẩn nói trên:HDLC và ADCCP có thể xem là một còn LAP-B và SDLC là những tập con củaHDLC

Phần sau đây sẽ bàn tới chuẩn SDLC

- Trạm hỗn hợp: Các trạm đồng thời giữ vai trò sơ và thứ cấp

- Chế độ bình thường không kết nối(DISC) : Ở chế độ này trạm thứ cấp nhận tinnhưng không tác động được vào bản tin

(H 6.3) mô tả dạng truyền cân bằng và không cân bằng

Cấu trúc của khung :(H 6.4)

Một khung thông tin trong SDLC gồm các trường sau đây :

- Cờ: 8 bit

- Điạchỉ: 1 byte

- Điều khiển: 8 bit

- Thông tin : thay đổi theo bản tin

- Chuỗi kiểm tra khung (FrameCheck Sequence - FCS) : 16 bit

- Cờ: 8 bit

Các trường cờ, điạchỉvà điều khiển đặt trước trường thông tin gọi là đầu khung(header) và các trường FCS và cờ đặt sau trường thông tin gọi là cuối khung(Trailer)

(H6.4) cho dạng của khung và các trường trong khung

Trường cờ (Flag Field) :

Trường cờ đặt ở đầu và cuối một khung để giới hạn khung, gồm 8 bit theo qui định là

01111110 (6 bit 1 liên tiếp giữa 2 bit 0 )

Giữa 2 khung có thể có một trong các trường hợp sau đây:

- Một cờ xuất hiện giữa bản tin gọi là cờ đơn vừa dùng chấm dứt một khung đồngthời bắt đầu một khung khác

- Một cờ chấm dứt khung trước và một cờ bắt đầu khung sau.Giữa 2 cờ này có thểchỉ dùng một bit 0

- Có thể chèn vào giữa 2cờ một số cờ khác

Do SDLC không có qui định chặt chẻ về mã dùng cho dữ liệu nên các mã có dạngcủa cờ có thể xuất hiện trong bản tin và gây nên nhầm lẫn ở máy thu Để tránh sựhiểu lầm ở máy thu khi nhận dữ liệu, máy phát dùng kỹ thuật nhồi bit nghĩa là khithấy trong chuỗi dữ liệu có5 bit 1 liên tiếp thì them vào bit 0 ngay sau 5 bit 1 này Ởmáy thu sau tín hiệu cờ khi gặp liên tiếp 5 bit 1 thì tự động bỏ bit 0 theo sau đó đểphục hồi dữ liệu Như vậy bảo đảm sự chính xác của dữ liệu

Thí dụ:Trạm B có địa chỉ là C2 phát đi văn bản “C?”

- Khung thông tin chưa nhồi bit: (Viết theo chiều mũi tên hướng về bên trái)

Khung thông tin có bit nhồi (o):

01111110 01000011 011111o10 11111o110 11000011 111o10110

Cờ Đ/c= C2 TĐK mã“=7F mã C= C3 mã?=6F

11111o110 FCS 01111110 111111111111

Trường địa chỉ(Address field)

Trường địa chỉ dùng để xác định trạm thứ cấp trong hệ thống Địa chỉ trong bản tinluôn luôn là địa chỉ của trạm thứ cấp dù nó do trạm sơ cấp hay thức ấp gửi đi

Trường này không cần thiết trong trường hợp hệ thống chỉ gồm hai trạm

Trường địa chỉ dài 8 bit Nếu tất cảc ác bit trong trường địa chỉ đều =1 có nghĩa trạm

sơ cấp yêu cầu liên lạc với tất cả trạm thứ cấp

Giá trị 00 không được xem là một địa chỉ (gọi là void address)

Trường điều khiển (Control field) (H 6.5)

SDLC định nghĩa 3 loại khung của trường điều khiển, mỗi loại có dạng khác nhau.Một hoặc hai bit đầu tiên của trường điều khiển dùng định nghĩa khung : bit thứ nhất

= 0 chỉ khung thông tin, bit thứ nhất và hai = 10 chỉ khung giám sát và = 11 chỉkhung không số Những bit còn lại được tổchức như những tập bit con mấy ý nghĩacủa nó sẽ được giải thích cụ thể đối với từng loại khung

Một frame của SDLC được coi là bất hợp lệnếu nó không được đóng khung bởi 2 Cờ

ở hai đầu hoặc có tổng kích thước các vùng nằm giữa 2 Cờ nhỏ hơn 32 bit

Khung loại I:(Thông tin, Information frame, I-frame), đây là khung chứa bản tin cần

phát đi của người sử dụng

Khi khung I được dùng thì bản văn phát đi được đánh số thứ tự Bit 5 trong khungthông tin có tên là bit P/F (Poll/Final)

* Nếu bản tin phát đi từ trạm sơ cấp đến trạm thứ cấp thì đây là bit P, nếu P=0 thìtrạm thứ cấp không cần thiết phải trả lời ngay, nếu P=1 thì đâylà bit thăm dò và trạmthứ cấp phải trả lời ngay

* Nếu bản tin phát đi từ trạm thứ cấp đến trạm sơ cấp thì đây là bit F, nếu F=0 thìđây chưa phải là bản tin cuối cùng và trạm sơ cấp không cần thiết phải trả lời ngay,nếu F=1 có nghĩa đây là bản tin cuối cùng và trạm sơ cấp phải trả lời ngay

* Ns chỉ số thứ tự bản tin đang được phát đi

* Nr là số thứ tự nhận, nếu phát đi từ trạm sơ cấp thì liên hệ đến số Ns phát đi từtrạm thứ cấp và nếu phát đi từ trạm thứ cấp thì liên hệvới Ns phát đi từ trạm sơ cấp

Nr chỉ số thứ tự bản tin mà trạm đang chờ và đồng thời xác nhận đã nhận tốt các bảntin trước đó (tức đến số Nr-1)

Thí dụ, trạm thứ cấp phát đi Ns=2 và Nr=3 có nghĩa là nó đang phát đi bản tin thứ 2

và đã nhận tốt các bản tin thứ2 trở về trước

Do các số Ns chỉcó 3 bit nên số lượng tối đa mỗi lần phát chỉ được 7 bản tin, như vậybuộc máy thu phải xác nhận trước khi số Ns vượt quá 7 (Ns=111)

Dưới đây là một thí dụ, Giả sử trạm sơ cấp đang phát và các số Nr và Ns đều bắt đầubằng số 0

Khung loại S:(Giám sát , Supervisory frame, S-frame), dùng để đếm số khung

gửi/nhận; một số lệnh và lời đáp báo tình trạng của máy thu (như sẵn sàng hay bận)kiểm soát và báo lỗi

Khung giám sát bắt đầu bởi 2 bit 10

Bit 3 và 4 (vịtrí S trong khung) xác định các lệnh của khung giám sát

- Khung loại U:(Không số, Unnumbered frame, U-frame), cung cấp những chức

năng điều khiển phụ như khởi động trạm thu, kiểm tra trạm, giải phóng liên kết khicần thiết

Khung không sốbắt đầu bởi 2 bit 11

Khi dùng khung U để phát thì không cần đánh số thứ tự bản tin

Bảng 6.2 cho các lệnh trong khung U:

1100 P/F 110 UA x x

UI- Unumbered Information (NSI - Nonsequenced Information): Cho phép dữ liệu

người sử dụng được phát theo kiểu không tuần tự

SIM- Set Initialization Mode: Dùng để khởi tạo một cuộc liên lạc giữa trạm sơ và

thứ cấp Lệnh này sẽ reset số đếm Ns và Nr và trạm sơ cấp chờ trạm thứ cấp trả lờivới lệnh UA

RIM- Request Initialization Mode (RQI - Request Initialization): Trạm thứ cấp yêu

cầu trạm sơ cấp phát lệnh SIM

SNRM- Set Normal Response Mode: Đặt trạm thứ cấp vào chế độ chỉ trả lời Trong

chế độ này trạm thứ cấp có thể trả lời với các loại khung I, U và S

Trạm thứ cấp không thể tự đặt mình vào một trong hai chế độ NRM và DISC

DM-Disconnect Mode(ROL - Request On-Line): Được phát bởi trạm thứ cấp đểbáo cho

trạm sơ cấp biết nó đang ở chế độ bình thường không kết nối Thường khi được báothì trạm sơ cấp sẽ đặt chế độ trả lời bình thường cho nó (SNRM)

RD- Request Disconnect (RQD - Request Disconnect): Dùng ở trạm thứ cấp để yêu

cầu không kết nối

DISC- Disconnect: Phát bởi trạm sơ cấp để đưa trạm thứ cấp vào chế độ bình

thường không kết nối Ở chế độ này trạm thứ cấp nhận tin nhưng không tác độngđược vào bản tin

UA- Unumbered Acknowledgement (NSA - Nonsequenced Ack.): Phục vụ như một

tín hiệu ACK (trạm thứcấp báo nhận) đối với khung SNRM, DISC hoặc SIM

FRMR- Frame Reject (CMDR - Command Reject): được dùng bởi trạm thứ cấp để

từ chối một khung sai FCS

Để phát lệnh FRMR, trạm thứ cấp phải ở chế độ trả lời bình thường (NRM) Lệnhnày báo cho trạm sơ cấp biết khung thông tin trạm thứ cấp nhận được có một trongcác lỗi:

- Trường điều khiển không có nghĩa

- Trường thông tin quá dài (dài hơn bộ đệm của máy thu)

- Số Nr phát từ trạm sơ cấp không có giá trị (không tương thích với số Ns của trạmthứ

cấp)