HDLC協定

HDLC——面向比特的同步協定：High Level Data Link Control（高級數據鏈路控制規程）。 HDLC是面向比特的數據鏈路控制協定的典型代表，該協定不依賴於任何一種字元編碼集；數據報文可透明傳輸，用於實現透明傳輸的“0比特插入法”易於硬體實現；全雙工通信，有較高的數據鏈路傳輸效率；所有幀採用CRC檢驗，對信息幀進行順序編號，可防止漏收或重發，傳輸可靠性高；傳輸控制功能與處理功能分離，具有較大靈活性。

基本介紹

• 中文名：面向比特的同步協定
• 外文名：The HDLC protocol
• 性質：協定標準
• 領域：計算機

特點與格式

面向比特的協定中最有代表性的是IBM的同步數據鏈路控制規程SDLC（Synchronous Data Link Control），國際標準化組織ISO （International Standards Organization）的高級數據鏈路控制規程HDLC（High Level Data Link Control），美國國家標準協會（American National Standards Institute ）的先進數據通信規程ADCCP （ Advanced Data Communications Control Procedure）。這些協定的特點是所傳輸的一幀數據可以是任意位，而且它是靠約定的位組合模式，而不是靠特定字元來標誌幀的開始和結束，故稱"面向比特"的協定。

幀信息的分段

SDLC/HDLC的一幀信息包括以下幾個欄位（Field），所有欄位都是從最低有效位開始傳送。

SDLC/HDLC標誌字元

SDLC/HDLC協定規定，所有信息傳輸必須以一個標誌字元開始，且以同一個字元結束。這個標誌字元是01111110，稱標誌欄位（F）。從開始標誌到結束標誌之間構成一個完整的信息單位，稱為一幀（Frame）。所有的信息是以幀的形式傳輸的，而標誌字元提供了每一幀的邊界。接收端可以通過搜尋"01111110"來探知幀的開頭和結束，以此建立幀同步。

地址欄位和控制欄位

在標誌欄位之後，可以有一個地址欄位A（Address）和一個控制欄位C（Contro1）。地址欄位用來規定與之通信的次站的地址。控制欄位可規定若干個命令。SDLC規定A欄位和C欄位的寬度為8位。HDLC則允許A欄位可為任意長度，C欄位為8位或16位。接收方必須檢查每個地址位元組的第一位，如果為"0"，則後邊跟著另一個地址位元組；若為"1"，則該位元組就是最後一個地址位元組。同理，如果控制欄位第一個位元組的第一位為"0"，則還有第二個控制欄位位元組，否則就只有一個位元組。

信息場

跟在控制欄位之後的是信息欄位（Information）。信息欄位包含有要傳送的數據，亦成為數據欄位。並不是每一幀都必須有信息欄位。即信息欄位可以為0，當它為0時，則這一幀主要是控制命令。

幀校驗欄位

緊跟在信息欄位之後的是兩位元組的幀校驗欄位，幀校驗欄位稱為FC（Frame Check）欄位， 校驗序列FCS（Frame check Sequence）。SDLC/HDLC均採用16位循環冗餘校驗碼CRC （Cyclic Redundancy Code），其生成多項式為CCITT多項式X^16+X^12+X^5+1。除了標誌欄位和自動插入的"0"位外，所有的信息都參加CRC計算。 CRC的編碼器在傳送碼組時為每一碼組加入冗餘的監督碼位。接收時解碼器可對在糾錯範圍內的錯碼進行糾正，對在校錯范 圍內的錯碼進行校驗，但不能糾正。超出校、糾錯範圍之外的多位錯誤將不可能被校驗發現 。

實際套用時的兩個技術問題

"0"位插入/刪除技術

如上所述，SDLC/HDLC協定規定以01111110為標誌位元組，但在信息欄位中也完全有可能有同一種模式的字元，為了把它與標誌區分開來，所以採取了"0"位插入和刪除技術。具體作法是傳送端在傳送所有信息（除標誌位元組外）時，只要遇到連續5個"1"，就自動插入一個"0"當接收端在接收數據時（除標誌位元組）如果連續接收到5個"1"，就自動將其後的一個"0"刪除，以恢覆信息的原有形式。這種"0"位的插入和刪除過程是由硬體自動完成的，比上述面向字元的"數據透明"容易實現。

SDLC/HDLC異常結束

若在傳送過程中出現錯誤，則SDLC/HDLC協定用異常結束（Abort）字元，或稱失效序列使本幀作廢。在HDLC規程中7個連續的"1"被作為失效字元，而在SDLC中失效字元是8個連續的"1"。當然在失效序列中不使用"0"位插入/刪除技術。

SDLC/HDLC協定規定，在一幀之內不允許出現數據間隔。在兩幀信息之間，傳送器可以連續輸出標誌字元序列，也可以輸出連續的高電平，它被稱為空閒（Idle）信號。

HDLC（高級數據鏈路控制）產生的背景

面向字元型數據鏈路層協定的缺點：

控制報文和數據報文格式不一樣；

採用停止等待方式，效率低；

只對數據部分進行差錯控制，可靠性較差；

系統每增加一種功能就需要設定一個新的控制字元。

面向比特型協定的設計目標：

以比特作為傳輸控制信息的基本單元；

數據幀與控制幀格式相同；

傳輸透明性好；

連續傳送，傳輸效率高。

數據鏈路的配置和數據傳送方式

數據鏈路的配置

非平衡配置

平衡配置

非平衡配置方式

非平衡配置中的主站與從站

主站：控制數據鏈路的工作過程。主站發出命令

從站：接受命令，發出回響，配合主站工作

非平衡配置中的結構特點

點-點方式

多點方式

非平衡配置方式

正常回響模式（normal response mode，NRM）

主站可以隨時向從站傳輸數據幀；

從站只有在主站向它傳送命令幀進行探詢（poll），從站回響後才可以向主站傳送數據幀。

異步回響模式（asynchronous response mode，ARM）

主站和從站可以隨時相互傳輸數據幀；

從站可以不需要等待主站發出探詢就可以傳送數據；

主站負責數據鏈路的初始化、鏈路的建立、釋放與差錯恢復等功能。

數據鏈路的非平衡配置方式

平衡配置方式

鏈路兩端的兩個站都是複合站（combined station）；

複合站同時具有主站與從站的功能；

每個複合站都可以發出命令與回響；

平衡配置結構中只有異步平衡模式（asynchronous balanced mode，ABM）；

異步平衡模式的每個複合站都可以平等地發起數據傳輸，而不需要得到對方複合站的許可。

數據鏈路的平衡配置方式

HDLC的幀結構

F（flag） ：標誌欄位

01111110

幀同步

傳輸數據的透明性：當幀其它欄位的比特序列中出現和標誌欄位相同的比特序列時，就後出現判斷錯誤。解決辦法是零比特插入與刪除: 傳送端在兩個標誌欄位之間的比特序列中，如果檢查出連續的5個1，不管它後面的比特位是0或1，都增加1個0；在接收端，在2個標誌欄位之間的比特序列中檢查出連續的5個1之後就刪除1個0

A（address） ：地址欄位

當地址欄位的首位為1時表示地址欄位為8位；當首位為0時表示地址欄位為16位。

當使用非平衡方式傳送數據時，地址欄位總是填入從站地址；當使用平衡方式傳送數據時，地址欄位填入應答站地址。

如果地址欄位全為1，表示是廣播地址。

C（control） ：控制欄位

根據其最前面兩個比特的取值，可以分為3大類：信息幀、監控幀和無編號幀，也就是I幀、S幀和U幀。

控制欄位中第1或第1、2位表示傳送幀的類型，第1位為“0”表示是信息幀，第1、2位為“10”是監控幀，“11”是無編號幀。

信息幀中，234位為存放傳送幀序號，5位為輪詢位，當為1時，要求被輪詢的從站給出回響，678位為下個預期要接收的幀的序號。

監控幀中，34位為S幀類型編碼。第5位為輪詢/終止位，當為1時，表示接收方確認結束。

無編號幀，提供對鏈路的建立、拆除以及多種控制功能，用34678這五個M位來定義，可以定義32種附加的命令或應答功能。

I（information） ：信息欄位

只出現在信息幀和無編號幀中，它是網路層的用戶數據。

FCS：幀校驗欄位

HDLC採用的是CRC校驗，校驗A、C和I欄位的數據。

生成多項式採用CRC-CCITT，G(X)= X16+X12+X5+1

信息幀

如果控制欄位的b0為0，那么該幀為信息幀，即I幀

N（S）：b1、b2和b3，表示當前傳送的信息幀的序號

N（R）：b5、b6和b7，表示一個站所已正確接收序號N

（R）－1及以前的各幀，傳送站應發序號為N（R）的幀

由於是全雙工通信，所以通信雙方都有一個N（S）和 N（R）

P/F位：b4，探詢/終止位

0，表示沒有意義

P=1（詢問），如果從站有幀傳送，則可以向主站傳送

F=1（終止），傳送的最後一幀，表示從站已經傳送結束

P=1和F=1在幀交換過程中成對出現

信息幀

信息幀

目前傳送的序號為3幀

已經正確接收序號為3及以前的各幀，要求對方下一次傳送序號為4的幀

使用探詢位P=1去詢問對方

監控幀

如果控制欄位的b0=1，b1=0，那么該幀為監控幀，即S幀

無編號幀

如果控制欄位的b0=1，b1=1，那么該幀為無編號幀，即U幀

沒有N（S）和N（R）位，主要起控制作用，它可以在需要時發出，不影響帶序號的信息幀的交換順序

數據鏈路層的工作過程

簡化的信息幀結構的表示方法

一個信息幀的表示

無編號幀的表示方法

SNRM幀與UA幀結構的表示方法