数据成帧技术

数据成帧技术把传输比特的数字通信升级成了传输数据块的数据通信。其基本方法是在发送端对传输的比特流进行标记，形成可辨识的信息块（称为帧）；接收端根据标记，辨识信息块在比特流中的位置（称为帧同步），以读取正确的信息块。

根据数字通信技术的不同，数据成帧技术的应用大体上可分为两类，第一类针对持续稳定的比特流传输的数据成帧技术，典型技术是基于时隙划分的数据成帧技术；第二类针对随机、突发数据块传输的数据成帧技术，典型技术是在传输数据块时插入标记的数据成帧技术。

基于时隙划分的数据成帧技术

该技术利用同步信道上持续不断的比特流传输特性，将时间划分成均匀时间片（称为时隙），每个时隙内传输的比特数据组成一个帧。时隙的长度表示为N个比特同步时钟，也就是一个数据帧由N比特组成。发送方和接收方按照相同的时隙划分，在每个时隙内发送或接收数据帧，只要收发双方保持时隙的对齐（帧同步），就能实现数据帧的正确传输。这种数据成帧技术在同步信道上应用最广。

基于时隙划分的数据成帧技术的主要难点是保证时隙的对齐。时隙错位引起比特错位，造成接收失败，更严重的是收发双方对此却一无所知，继续进行无效的通信。超帧技术是解决此问题的一种简单有效途径。超帧技术是将若干个连续的时隙组合起来，形成具有特定组织结构的整体，称为超帧，通信则转变为以超帧为周期的形式进行。将超帧结构中的特定时隙安排为同步标记，放置特殊的信息，接收端只要在超帧的特定时隙中检测出同步标记，既证明了超帧是同步的，也证明时隙是同步的，否则就出现了时隙不同步。超帧技术简单易行，在所有的基于时隙划分的数据成帧技术中，都可以看到超帧的存在。

基于标记同步的数据成帧技术

该技术应用于一些自主通信场合，如以太网、无线局域网以及其他通信系统的数据链路层。自主通信的典型情况是随机突发的数据块传输。如果不采用数据成帧技术，而直接传输数据块，出现通信失败的可能性非常高。例如，前导码与数据块间的界限不清、接连两个数据块间的界限不清，都可能造成失败。因此，数据成帧技术的重点是解决在接收端界定数据块的比特或字节的起始及终止边界问题。典型数据成帧技术包括：

①基于字节计数的数据成帧技术。该技术是在每个数据块前插入1～2个字节，字节中的内容是当前数据块的字节总长度。接收方首先接收到这个数据块长度信息，就准确知道数据块的结束位置，从而正确接收每个数据块。这种技术带来的开销小，实现简单。但它有一个致命缺陷，如果长度字节在传输中受损，那么就再也无法找到数据块的起始位置了。这种技术因实现简单，在实际中有一些使用，但并不推荐使用。

②首尾定界比特/字节插入数据成帧技术。这种技术在数据块的首部和尾部分别添加一个特殊标志字节，称作旗标（flag），例如高级数据链路控制（high-level data link control，HDLC）的flag为01111110，接收端在比特流中通过检测flag来确定数据块的首和尾。这种技术的最大优点是如果出现flag传输损伤，仅当前数据块传输失败，一旦接收端检测出下一个flag就能恢复通信。该技术需要解决的问题是如何处理数据块内容中的flag，它会造成接收端对数据块首尾判断失误。解决的方法可简单概括为插入比特或字节，让flag在数据块中消失，在接收端消除插入处理的内容，恢复原始数据。

③违例编码首尾定界的数据成帧技术。这种技术实现了成帧与编码的合一处理。它是在flag的选取上，采取了与编码结合的方式来实现。曼彻斯特、4b/5b、8b/10b等编码技术，是从所有码字中选取其中一部分码字来编码数据内容，剩余未用的码字称为违例码（曼彻斯特码是4选2，4b/5b是32选16，8b/10b是1024选256）。数据成帧技术此时选择某些违例码作为flag，对数据块进行定界。由于在数据块中不会出现flag，因此也不再需要像上一种技术插入删除处理。

扩展阅读

• 李洋．网络协议本质论．北京：电子工业出版社，2011．