同步传输方式与异步传输方式实现原理是什么.doc

同步传输方式与异步传输方式实现原理是什么?sclarkca 发表于 2006-12-26 15:51:00同步传输方式与异步传输方式实现原理是什么?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。在网络通信过程中，通信双方要交换数据，需要高度的协同工作。为了正确的解释信号，接收方必须确切地知道信号应当何时接收和处理，因此定时是至关重要的。在计算机网络中，定时的因素称为位同步。同步是要接收方按照发送方发送的每个位的起止时刻和速率来接收数据，否则会产生误差。通常可以采用同步或异步的传输方式对位进行同步处理。 1. 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。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。 2. 同步传输（Synchronous Transmission）：同步传输的比特分组要大得多。它不是独立地发送每个字符，每个字符都有自己的开始位和停止位，而是把它们组合起来一起发送。我们将这些组合称为数据帧，或简称为帧。数据帧的第一部分包含一组同步字符，它是一个独特的比特组合，类似于前面提到的起始位，用于通知接收方一个帧已经到达，但它同时还能确保接收方的采样速度和比特的到达速度保持一致，使收发双方进入同步。帧的最后一部分是一个帧结束标记。与同步字符一样，它也是一个独特的比特串，类似于前面提到的停止位，用于表示在下一帧开始之前没有别的即将到达的数据了。同步传输通常要比异步传输快速得多。接收方不必对每个字符进行开始和停止的操作。一旦检测到帧同步字符，它就在接下来的数据到达时接收它们。另外，同步传输的开销也比较少。例如，一个典型的帧可能有500字节（即4000比特）的数据，其中可能只包含100比特的开销。这时，增加的比特位使传输的比特总数增加2.5%，这与异步传输中25 %的增值要小得多。随着数据帧中实际数据比特位的增加，开销比特所占的百分比将相应地减少。但是，数据比特位越长，缓存数据所需要的缓冲区也越大，这就限制了一个帧的大小。另外，帧越大，它占据传输媒体的连续时间也越长。在极端的情况下，这将导致其他用户等得太久。基于IP Multicast的传输方式和实现收藏此页 打印 推荐 挑错作者：ChinaITLab2007-07-04 内容导航：随着计算机网络技术、多媒. 第1页： 随着计算机网络技术、多媒体技术. 随着计算机网络技术、多媒体技术、计算机视觉与模式识别技术的发燕尾服，一种以数字化、智能化为特点的多媒体远程数字监控系统应运而生，即基于IP的数字监控系统，实现了由传统的模拟监控到数字监控质的飞跃。与传统的模拟监控系统相比较，数字远程监控系统几个最主要的优势是：可以借助网络实现远程监控；在远程不同地点的分控中心或同个分控中心可同时调看某一个或者几个监控现场的音视频数据，从而实现分布式的音频频接入和音视频数据共享，同时，可以与监控现场人员进行对讲；可以对远程监控现场的云台、摄像机等外围设备进行控制。视频、音频的实时、分布式传输及控制指令的可靠传输是远程数字监控系统的一个关键问题。本文设计并实现了远程数字音频频监控系统，采用IP Multicast技术作为分布式音视频执着入和共享的解决方案，并针对视频、音频语音和控制数据不同的特点，对其所采用的不同传输技术进行了探讨，给出了具体实现方法。1 系统的总体结构远程监控系统一般包括三部分：前端监控现场、通信设备和后端分控中心。整个系统基于Client/Server（客户机/服务器）模式。总体结构如图1所示。 （1）前端监控现场由监控现场主机及一些外围设备组成。外围设备包括摄像机、电动镜头、云台、防护罩、监视器、多功能解码器及报警器。监控现场主机运行客户前端软件，实现视频、音频数据的实时采集、压缩、解压缩（音频）（视频传输 单向的，音频传输是双向的）及打包传送；对压缩的视（音）频数据进行经存储（也可在分近中心进行）。存储方式为循环存储、定时存储、手动存储及运动视频检测启动存储。接收来自分控中心的控制指令（也可在本地实施），对云台动作（上、下、左、右及自动）电动镜头的三可变（光圈、焦距和聚焦）。（2）通信设备是指所采用的传输信道和相关设备，通信网络为LAN及WAN。（3）后端设备由若干分控中心计算机组成。各分控计算机运行服务器端软件，接收来自前端压缩视（音）频、显示（播放）；通过网络对前端云台、摄像机进行控制；采用组播技术，实现分布式视频执着入和分丰式视频共享：每个分控中心主机可以同时监控多个前端，即“一点对多点”；不同分控心也可以同时监控同一前端，即“多点对一点”。2 网络传输模块的设计与实现2.1 系统传输数据类型的特点及通信协议的选择系统传输数据有：控制数据、音频、视频数据、后端分控中心通过网络向监控现场主机外围设备云台及摄像机发送控制信号，实现云台动作（上、下、左、右、自动）摄像机光圈、焦距及聚焦三可变，要求控制信号的传输准确无误；音频、视频是连续，数据量大，允许传输中存在一定的数据错误率及数据丢失率，但实时性要求很高。此外，在监控系统中，要实现音视频的分布式接入和数据共享，必须进行音视频的多点传输。样实现上述目标？首先是通信协议的选择，TCP/IP协议是广泛使用的网协议，其网络模型定义了四层（即网络接口层、网络层、传输层、应用层）网络通信协议。传输层包含两个协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。IP是国际互联协议，位于网络层。TCP协议是面向连接的，提供可靠的流服务；UDP是无连接的，提供数据报服务；TCP采用提供确认与超时重发、滑动窗口机制等措施来保证传输的可靠性，正是这些措施增加了网络的开销。如果用TCP传输视（音）频数据，大量的数据容量引起重传。，使得网络负载大并会加大延迟；UDP协议是最简单的传输协议，不提供可靠性保证，正因为UDP协议不进行数据确认与重传国，大大提高了传输效率，具有高效快速的特点；Ipv4定义了三种IP数据包的传输：单播、广播及组播。要系统中实现视（音）频数据的多点传输，若采用单播，则同样的音、视频数据要发送多次，这样导致发送者负担重、延迟长、网络拥塞；若用广播，网络中的每个站点都将接收到数据，不管该结点否需要数据，增加了非接收者的开销；组播是一种允许一个或多个发送者（组播源）发送单一的数据包到多个接收者（一次的、同时的）的网络技术。组播源把数据包发送到特定组播组，而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。由于无论有多少个目的地址，在整个网络的任何一条链路上都只传送单一的数据包。因此组播提高了网络传输的效率，极大地节省了网络传输。组播方式只适用于UDP。综上所述，采用TCP/IP传输控制信号，即信令通道；采用UDP/IP传输音视频信号，即数据通道。IP组播依赖一个特殊的地址组“移播址”，即D类地址。范围在224.0.0.0-239.255.255.255之间（其中224.0.0.0-224.0.0.255是被保留的地址），D类地址是动态分配和恢复的瞬态地址。组播地址只能作为信宿地址使用，而不能出现在任何信源地址中。每一个组播组对应于动态分配 的一个D类地址。组播的特点：组播组的成员是动态的，主机可以任何时间加入或离开组播组，主机组中的成员在位置上和数量 旧没有限制的。2.2 Windows下，IP组播的Winsock2实现Windows环境下组播通信是基于WindowsSocket的。Windows Socket提供两种不同IP组播的实现方法：Windows Socket提供两种不同的IP组播的实现方法：Winsock1与Winsock2。在Windows2000平台实现VC+6.0开发工具，在本系统中实现了基于Winsock2的组播通信编程。发送端（前端、客户端）实现步骤：(1)加载Winsock2库，完成Winsock2的初始化：WSAStarup(MAKEWORD(2,2),&wsaData)；(2)建立本地套接字（UDP）：m_socket=WSASocke(AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP,NULL,0,WSA_FLAG_MULTIPOINT_C_LEAF|WSA_FLAG_MULTIPOINT_D_LEAF);/组播通信具有两个层面的重要特征：控制层面和数据层面。控制层面决定一个多播组建立通信的方式，数据层面决定通信成员间数据传输的方式。每一个层面有两种形式，一种是“有限的”，另一种是“无根的”；数据报IP组播在两个层面上都是“无根”的。任一用户发送的数据都将被传送到组中所有其它成员。最后一个参数表明新创建的套接字在控制层面与数据层面都是“无根的”。 可以通过setsocket函数设置套接字的属性，如地址重用，缓冲区是接收还是发送。M_localAddr.sin_family = AF_INET;M_localAddr.sin_port=m_iPort;/本地端口号M_localAddr.sin _addr.S_un.S_addr=m_uLocalIP;/本地IP地址；（3）绑定（将新创建的套字节与本地插口地址进行绑定）：bind(m_socket,(PSOCKADDR)&(m_localAddr),sizeof(m_localAddr);(4)设置生存时间（即数据包最多允许路由多少个网段）：WSAIoctl(m_socket,SIO_MULTICAST_SCOPE,/设置数据报生存时间；&iMcastTTL,/生存时间大小；sizeof(iMcastTTL),NULL,0,&cbRet,NULL,NULL)；（5）配置Loopback,以决定组播数据帧是否回送：int bLoopback=FALSE;WSAIoct(m_socket,SIO_MULTIPOINT_LOOPBACK,/允许或禁止组播数据帧回送；&bLoopback,sizeof(bLoopback)，NULL,0,&cbRet,NULL,NULL);(6)收发数据：在发送方（前端、客户端）响应发送的消息函数中调用下面函数：WSASendTo (m_socket,&stWSABuf,&cbRet,0,(struct sockaddr*)&stDestAddr,/发送的目的地址；sizeof(struct(sockaddr),NULL,NULL);在发送方（前端、客户端）响应接收消息函数中调用下面函数：WSARecvFrom(m_socket,&stWSABuf,1,& cbRet,&Flag,(struct sockaddr*)&stSrcAddr,/源地址；&iLen，NULL，NULL）；（7）将组播套接字设置为异步I/O工作模式，在该套节字上接收事件为基础的网络事件通知：WSAEventSelect(m_socket，m_hNetworkEvent，/网络事件句柄；将此套字节与该事件句柄并联在一起；FD_WRITE|FD_READ）；/发生此两个事件之一，则将m_hNetworkEvent置为有信号状态；（8）在工作线程中设置：WSAWaitForMultipleEvent（3，/等待事件的个数）；p-m_eventArray,/存放事件句柄的数组；FALSE，WSA_INFINITE，FALSE）；（9）关闭组播套字节：closesocket(m_socket)；接收端（后端、服务器端）实现步骤：（1）-（3）与发送端（客户端）相同；（4）调用WSAJLoinLeaf加入组播组：SOCKET NetSock=WSAJoinLeaf(sock,/必须为组播标志进行创建，否则调用失败；（PSOCKADDR）&（m_stDestAddr,/组播导址，与发送方的目的地址相同；sizeof(m_stDestAddr),UNLL,NULL,NULL,NULL,JL_BOTH);/允