HDLC通信協(xié)議知識分享

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。HDLC通信協(xié)議高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC目錄TOCo1-3hzHYPERLINKl_Toc5188871131數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程PAGEREF_Toc518887113h3HYPERLINKl_Toc51888711411數(shù)據(jù)鏈路結(jié)構(gòu)PAGEREF_Toc518887114h3HYPERLINKl_Toc51888711512數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程功能PAGEREF_Toc518887115h3HYPERLINKl_Toc51888711613數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程分類PAGEREF_Toc518887116h4

2、HYPERLINKl_Toc5188871172HDLC基本概念PAGEREF_Toc518887117h5HYPERLINKl_Toc51888711821主站、從站、復(fù)合站PAGEREF_Toc518887118h5HYPERLINKl_Toc51888711922HDLC鏈路結(jié)構(gòu)PAGEREF_Toc518887119h5HYPERLINKl_Toc51888712023操作方式PAGEREF_Toc518887120h6HYPERLINKl_Toc5188871213HDLC幀結(jié)構(gòu)PAGEREF_Toc518887121h7HYPERLINKl_Toc5188871224控制字段和參數(shù)

3、PAGEREF_Toc518887122h8HYPERLINKl_Toc51888712341信息幀（I幀）PAGEREF_Toc518887123h9HYPERLINKl_Toc51888712442監(jiān)控幀（S幀）PAGEREF_Toc518887124h9HYPERLINKl_Toc51888712543無編號幀（U幀）PAGEREF_Toc518887125h10HYPERLINKl_Toc51888712644P/F比特的使用PAGEREF_Toc518887126h10HYPERLINKl_Toc5188871275HDLC操作PAGEREF_Toc518887127h12HYPER

4、LINKl_Toc5188871286HDLC規(guī)程的特點PAGEREF_Toc518887128h131數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程11數(shù)據(jù)鏈路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路結(jié)構(gòu)可以分為兩種：點-點鏈路和點-多點鏈路，如圖1所示。圖中數(shù)據(jù)鏈路兩端DTE稱為計算機或終端，從鏈路邏輯功能的角度常稱為站，從網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的觀點則稱為節(jié)點。在點-點鏈路中，發(fā)送信息和命令的站稱為主站，接收信息和命令而發(fā)出確認信息或響應(yīng)的站稱為從站，兼有主、從功能可發(fā)送命令與響應(yīng)的站稱為復(fù)合站。在點-多點鏈路中，往往有一個站為控制站，主管數(shù)據(jù)鏈路的信息流，并處理鏈路上出現(xiàn)的不可恢復(fù)的差錯情況，其余各站則為受控站。12數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程功能數(shù)據(jù)鏈路層是OS

5、I參考模型的第二層，它在物理層提供的通信接口與電路連接服務(wù)的基礎(chǔ)上，將易出錯的數(shù)據(jù)電路構(gòu)筑成相對無差錯的數(shù)據(jù)鏈路，以確保DTE與DTE之間、DTE與網(wǎng)絡(luò)之間有效、可靠地傳送數(shù)據(jù)信息。為了實現(xiàn)這個目標，數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程的功能應(yīng)包括以下幾個部分：幀控制數(shù)據(jù)鏈路上傳輸?shù)幕締挝皇菐刂乒δ芤蟀l(fā)送站把網(wǎng)絡(luò)送來的數(shù)據(jù)信息分成若干碼組，在每個碼組中加入地址字段、控制字段、校驗字段以及幀開始和結(jié)束標志，組成幀來發(fā)送；要求接收端從收到的幀中去掉標志字段，還原成原始數(shù)據(jù)信息后送到網(wǎng)絡(luò)層。幀同步在傳輸過程中必須實現(xiàn)幀同步，以保證對幀中各個字段的正確識別。差錯控制當(dāng)數(shù)據(jù)信息在物理鏈路中傳輸出現(xiàn)差錯，數(shù)據(jù)鏈路控

6、制規(guī)程要求接收端能檢測出差錯并予以恢復(fù)，通常采用的方法有自動請求重發(fā)ARQ和前向糾錯兩種。采用ARQ方法時，為了防止幀的重收和漏收，常對幀采用編號發(fā)送和接收。當(dāng)檢測出無法恢復(fù)的差錯時，應(yīng)通知網(wǎng)絡(luò)層做相應(yīng)處理。流量控制流量控制用于克服鏈路的擁塞。它能對鏈路上信息流量進行調(diào)節(jié)，確保發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)速率與接收端能夠接收的數(shù)據(jù)速率相容。常用的流量控制方法是滑動窗口控制法。鏈路管理數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和終止，控制信息的傳輸方向，顯示站的工作狀態(tài)，這些都屬于鏈路管理的范疇。透明傳輸規(guī)程中采用的標志和一些字段必須獨立于要傳輸?shù)男畔ⅲ@就意味著數(shù)據(jù)鏈路能夠傳輸各種各樣的數(shù)據(jù)信息，即傳輸?shù)耐该餍?。尋址在多點鏈路

7、中，幀必須能到達正確的接收站。異常狀態(tài)恢復(fù)當(dāng)鏈路發(fā)生異常情況時，如收到含義不清的序列或超時收不到響應(yīng)等，能自動重新啟動，恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。13數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程分類為了適應(yīng)數(shù)據(jù)通信的需要，ISO、ITU-T以及一寫國家和大的計算機制造公司，先后制定了不同類型的數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程。根據(jù)幀控制的格式，可以分為面向字符型、面向比特型。面向字符型國際標準化組織制定的ISO1745、IBM公司的二進制同步規(guī)程BSC以及我國國家標準GB3543-82屬于面向字符型的規(guī)程，也稱為基本型傳輸控制規(guī)程。在這類規(guī)程中，用字符編碼集中的幾個特定字符來控制鏈路的操作，監(jiān)視鏈路的工作狀態(tài)，例如，采用國際5號碼中的SOH、

8、STX作為幀的開始，ETX、ETB作為的結(jié)束，ENQ、EOT、ACK、NAK等字符控制鏈路操作。面向字符型規(guī)程有一個很大的缺點，就是它與所用的字符集有密切的關(guān)系，使用不同字符集的兩個站之間，很難使用該規(guī)程進行通信。面向字符型規(guī)程主要適用于中低速異步或同步傳輸，很適合于通過電話網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信。面向比特型ITU-T制定的X.25建議的LAPB、ISO制定的HDLC、美國國家標準ADCCP、IBM公司的SDLC等均屬于面向比特型的規(guī)程。在這類規(guī)程中，采用特定的二進制序列01111110作為幀的開始和結(jié)束，以一定的比特組合所表示的命令和響應(yīng)實現(xiàn)鏈路的監(jiān)控功能，命令和響應(yīng)可以和信息一起傳送。所以它可以實現(xiàn)

9、不編碼限制的、高可靠和高效率的透明傳輸。面向比特型規(guī)程主要適用于中高速同步半雙工和全雙工數(shù)據(jù)通信，如分組交換方式中的鏈路層就采用這種規(guī)程。隨著通信的發(fā)展，它的應(yīng)用日益廣泛。2HDLC基本概念21主站、從站、復(fù)合站HDLC涉及三種類型的站，即主站、從站和復(fù)合站。主站的主要功能是發(fā)送命令（包括數(shù)據(jù)信息）幀、接收響應(yīng)幀，并負責(zé)對整個鏈路的控制系統(tǒng)的初啟、流程的控制、差錯檢測或恢復(fù)等。從站的主要功能是接收由主站發(fā)來的命令幀，向主站發(fā)送響應(yīng)幀，并且配合主站參與差錯恢復(fù)等鏈路控制。復(fù)合站的主要功能是既能發(fā)送，又能接收命令幀和響應(yīng)幀，并且負責(zé)整個鏈路的控制。22HDLC鏈路結(jié)構(gòu)在HDLC中，對主站、從站和復(fù)

10、合站定義了三種鏈路結(jié)構(gòu)，如圖2所示。圖2HDLC鏈路結(jié)構(gòu)類型23操作方式根據(jù)通信雙方的鏈路結(jié)構(gòu)和傳輸響應(yīng)類型，HDLC提供了三種操作方式：正常響應(yīng)方式、異步響應(yīng)方式和異步平衡方式。正常響應(yīng)方式（NRM）正常響應(yīng)方式（NRM）適用于不平衡鏈路結(jié)構(gòu)，即用于點-點和點-多點的鏈路結(jié)構(gòu)中，特別是點-多點鏈路。這種方式中，由主站控制整個鏈路的操作，負責(zé)鏈路的初始化、數(shù)據(jù)流控制和鏈路復(fù)位等。從站的功能很簡單，它只有在收到主站的明確允許后，才能發(fā)出響應(yīng)。異步響應(yīng)方式（ARM）異步響應(yīng)方式（ARM）也適用于不平衡鏈路結(jié)構(gòu)。它與NRM不同的是：在ARM方式中，從站可以不必得到主站的允許就可以開始數(shù)據(jù)傳輸。顯然它

11、的傳輸效率比NRM有所提高。異步平衡方式（ABM）異步平衡方式（ABM）適用于平衡鏈路結(jié)構(gòu)。鏈路兩端的復(fù)合站具有同等的能力，不管哪個復(fù)合站均可在任意時間發(fā)送命令幀，并且不需要收到對方復(fù)合站發(fā)出的命令幀就可以發(fā)送響應(yīng)幀。ITU-TX.25建議的數(shù)據(jù)鏈路層就采用這種方式。除三種基本操作方式，還有三種擴充方式，即擴充正常響應(yīng)方式（SNRM）、擴充異步響應(yīng)方式（SARM）、擴充異步平衡方式（SABM）它們分別與基本方式相對應(yīng)。3HDLC幀結(jié)構(gòu)HDLC的幀格式如圖3所示，它由六個字段組成，這六個字段可以分為五中類型，即標志序列（F）、地址字段（A）、控制字段（C）、信息字段（I）、幀校驗字段（FCS）。

12、在幀結(jié)構(gòu)中允許不包含信息字段I。圖3HDLC幀結(jié)構(gòu)標志序列（F）HDLC指定采用01111110為標志序列，稱為F標志。要求所有的幀必須以F標志開始和結(jié)束。接收設(shè)備不斷地搜尋F標志，以實現(xiàn)幀同步，從而保證接收部分對后續(xù)字段的正確識別。另外，在幀與幀的空載期間，可以連續(xù)發(fā)送F，用來作時間填充。在一串?dāng)?shù)據(jù)比特中，有可能產(chǎn)生與標志字段的碼型相同的比特組合。為了防止這種情況產(chǎn)生，保證對數(shù)據(jù)的透明傳輸，采取了比特填充技術(shù)。當(dāng)采用比特填充技術(shù)時，在信碼中連續(xù)5個“1”以后插入一個“0”；而在接收端，則去除5個“1”以后的“0”，恢復(fù)原來的數(shù)據(jù)序列，如圖4所示。比特填充技術(shù)的采用排除了在信息流中出現(xiàn)的標志字

13、段的可能性，保證了對數(shù)據(jù)信息的透明傳輸。數(shù)據(jù)中某一段比特組合恰好001001111110001010出現(xiàn)和F字段一樣的情況會誤認為是F字段發(fā)送端在5個連1之后0010011111010001010填入0比特再發(fā)送出去填入0比特在接收端將5個連1之后001001111110001010圖4比特填充當(dāng)連續(xù)傳輸兩幀時，前一個幀的結(jié)束標志字段F可以兼作后一個幀的起始標志字段。當(dāng)暫時沒有信息傳送時，可以連續(xù)發(fā)送標志字段，使接收端可以一直保持與發(fā)送端同步。地址字段（A）地址字段表示鏈路上站的地址。在使用不平衡方式傳送數(shù)據(jù)時（采用NRM和ARM），地址字段總是寫入從站的地址；在使用平衡方式時（采用ABM），

14、地址字段總是寫入應(yīng)答站的地址。地址字段的長度一般為8bit，最多可以表示256個站的地址。在許多系統(tǒng)中規(guī)定，地址字段為“11111111”時，定義為全站地址，即通知所有的接收站接收有關(guān)的命令幀并按其動作；全“0”比特為無站地址，用于測試數(shù)據(jù)鏈路的狀態(tài)。因此有效地址共有254個之多，這對一般的多點鏈路是足夠的。但考慮在某些情況下，例如使用分組無線網(wǎng)，用戶可能很多，可使用擴充地址字段，以字節(jié)為單位擴充。在擴充時，每個地址字段的第1位用作擴充指示，即當(dāng)?shù)?位為“0”時，后續(xù)字節(jié)為擴充地址字段；當(dāng)?shù)?位為“1”時，后續(xù)字節(jié)不是擴充地址字段，地址字段到此為止?？刂谱侄危–）控制字段用來表示幀類型、幀編號

15、以及命令、響應(yīng)等。從圖5-11可見，由于C字段的構(gòu)成不同，可以把HDLC幀分為三種類型：信息幀、監(jiān)控幀、無編號幀，分別簡稱I幀(Information)、S幀(Supervisory)、U幀(Unnumbered)。在控制字段中，第1位是“0”為I幀，第1、2位是“10”為S幀，第1、2位是“11”為U幀，它們具體操作復(fù)雜，在后面予以介紹。另外控制字段也允許擴展。信息字段（I）信息字段內(nèi)包含了用戶的數(shù)據(jù)信息和來自上層的各種控制信息。在I幀和某些U幀中，具有該字段，它可以是任意長度的比特序列。在實際應(yīng)用中，其長度由收發(fā)站的緩沖器的大小和線路的差錯情況決定，但必須是8bit的整數(shù)倍。幀校驗序列字段

16、（FCS）幀校驗序列用于對幀進行循環(huán)冗余校驗，其校驗范圍從地址字段的第1比特到信息字段的最后一比特的序列，并且規(guī)定為了透明傳輸而插入的“0”不在校驗范圍內(nèi)。4控制字段和參數(shù)控制字段是HDLC的關(guān)鍵字段，許多重要的功能都靠它來實現(xiàn)?？刂谱侄我?guī)定了幀的類型，即I幀、S幀、U幀，控制字段的格式如圖3所示，其中N（S）發(fā)送幀序列編號N（R）期望接收的幀序列編號，且是對N(R)以前幀的確認S監(jiān)控功能比特M無編號功能比特P/F查詢/結(jié)束(Poll/Final)比特，作為命令幀發(fā)送時的查詢比特，以P位出現(xiàn)；作為響應(yīng)幀發(fā)送時的結(jié)束比特，以F位出現(xiàn)。下面對三種不同類型的幀分別予以介紹。41信息幀（I幀）I幀用于

17、數(shù)據(jù)傳送，它包含信息字段。在I幀控制字段中b1b3比特為N(S)，b5b7比特為N（R）。由于是全雙工通信，所以通信每一方都各有一個N(S)和N(R)。這里要特別強調(diào)指出：N(R)帶有確認的意思，它表示序號為N(R)-1以及在這以前的各幀都已經(jīng)正確無誤地收妥了。為了保證HDLC的正常工作，在收發(fā)雙方都設(shè)置兩個狀態(tài)變量V(S)和V(R)。V(S)是發(fā)送狀態(tài)變量，為發(fā)送I幀的數(shù)據(jù)站所保持，其值指示待發(fā)的一幀的編號；V(R)是接收狀態(tài)變量，其值為期望所收到的下一個I幀的編號?？梢娺@兩個狀態(tài)變量的值確定發(fā)送序號N(S)和接收序號N(R)。在發(fā)送站，每發(fā)送一個I幀，V(S)N(S），然后V(S)+1V(

18、S)。在接收站，把收到的N(S）與保留的V(R)作比較，如果這個I幀可以接收，則V(R)+1N(R)，回送到發(fā)送站，用于對前面所收到的I幀的確認。N(R)除了可以用I幀回送之外，還可以用S幀回送，這一點從圖5-11中可以看出來，在I幀和S幀的控制字段中具有N(R)。V(S)、V(R)和N(S)、N(R)都各占3bit，即序號采用模8運算，使用07八個編號。在有些場合，如衛(wèi)星通信模8已經(jīng)不能滿足要求了，這時可以把控制字段擴展為兩個字節(jié)，N(S)、N(R)和V(S)、V(R)都用7bit來表示，即增加到模128。監(jiān)控幀（S幀）監(jiān)控幀用于監(jiān)視和控制數(shù)據(jù)鏈路，完成信息幀的接收確認、重發(fā)請求、暫停發(fā)送請

19、求等功能。監(jiān)控幀不具有信息字段。監(jiān)控幀共有4種，表1是這4種監(jiān)控幀的代碼、名稱和功能。表1監(jiān)控幀的名稱和功能記憶符名稱比特功能b2b3RR接收準備好00確認，且準備接受下一幀，已收妥N(R)以前的各幀RNR接收未準備好10確認，暫停接收下一幀，N(R)含義同上REJ拒絕接收01否認，否認N(R)起的各幀，但N(R)以前的幀已收妥SREJ選擇拒絕接收11否認，只否認序號為N(R)的幀上面四種監(jiān)控幀中，前三種用在返回N連續(xù)ARQ方法中，最后一種只用于選擇重發(fā)ARQ方式中。S幀中沒有包含用戶的數(shù)據(jù)信息字段，它只有48bit長，顯然不需要N(S)，但S幀中N(R)特別有用，它具體含義隨不同的S幀類型而

20、不同。其中RR幀和RNR幀相當(dāng)于確認信息ACK，REJ幀相當(dāng)于否認信息NAK。同時應(yīng)當(dāng)注意到，RR幀和RNR幀還具有流量控制的作用，RR幀表示已經(jīng)作好表示接收幀的準備，希望對方繼續(xù)發(fā)送，而RNR幀則表示希望對方停止發(fā)送（這可能是由于來不及處理到達的幀或緩沖器已存滿）。43無編號幀（U幀）無編號幀用于數(shù)據(jù)鏈路的控制，它本身不帶編號，可以在任何需要的時刻發(fā)出，而不影響帶編號的信息幀的交換順序。它可以分為命令幀和響應(yīng)幀。用5個比特位（即M1、M2）來表示不同功能的無編號幀。HDLC所定義的無編號幀名稱和代碼見表2。表2無編號幀的名稱和代碼記憶符名稱類型M1M2命令響應(yīng)b3b4b6b7b8SNRM置正

21、常響應(yīng)模式C00001SARM/DM置異步響應(yīng)模式/斷開方式CR11000SABM置異步平衡模式C11100SNRME置擴充正常響應(yīng)模式C11011SARME置擴充異步響應(yīng)模式C11010SABME置擴充異步平衡模式C11110DISC/RD斷鏈/請求斷鏈CR00010SIM/RIM置初始化方式/請求初始化方式C10000UP無編號探詢C00100UI無編號信息C00000XID交換識別CR11101RESET復(fù)位C11001FRMR幀拒絕R10001UA無編號確認R0011044P/F比特的使用值得注意的是在HDLC的各類幀中，均帶有查詢/結(jié)束（P/F）比特。在不同的數(shù)據(jù)傳送方式中，P/F比

22、特的用法是不一樣的，在NRM方式中，從站不能主動向主站發(fā)送信息，從站只有收到主站發(fā)出的P比特為1（對從站的查詢）的命令幀以后才能發(fā)送響應(yīng)幀。若從站有數(shù)據(jù)發(fā)送，則在最后一個數(shù)據(jù)幀中將F比特置1；若無數(shù)據(jù)發(fā)送，則應(yīng)在回答的S幀中將F比特置1。在ARM或ABM方式中，任何一個站都可以在主動發(fā)送的S幀和I幀中將P比特置1。對方站收到P=1的幀后，應(yīng)盡早地回答本站的狀態(tài)并將F比特置1。下面結(jié)合圖5的例子具體說明P/F比特的使用方法。圖中主站A和從站B、C連成多點鏈路，傳送幀的一些主要參數(shù)按照“地址，幀名和序號，P/F”的先后順序標注。這里的地址是指地址字段中應(yīng)填入的站地址；幀名是指幀的名稱，如RR、I；

23、序號是指監(jiān)控幀中的N(R)或信息幀中的N(S)N(R)，如RR4、I31（第1個數(shù)字是N(S)，第2個數(shù)字是N(R)）。P/F是在其為1時才寫上P或F，表明此時控制字段的第5比特為1。圖5P/F比特的使用方法主站A先詢問B站：“B站，若有信息，請立刻發(fā)送”。這時A站發(fā)送的幀是RR監(jiān)控幀，并將N(R)置0，表示期望收到對方的0號幀。因此在圖5-13中將這樣的幀記為“B,RR0,P”。對主站的這一命令，B站響應(yīng)以連續(xù)4個信息幀，其序號N(S)從0到3。最后在第4個信息幀中將F置1，表示“我要發(fā)送的信息已發(fā)完”。這個幀記為“B,I30,F”。A站在收到B站發(fā)來的4個信息幀后，發(fā)回確認幀RR4（這時N

24、(R)=4）。我們注意到這時P/F比特并未置1，所以B站收到RR4后不必應(yīng)答。接下去A站輪詢C站，P=1，雖然這時C站沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，但也必須立即應(yīng)答。C站應(yīng)答也是RR幀，表示目前沒有信息幀發(fā)送，F(xiàn)=1表明這是回答對方命令的一個響應(yīng)。有了P/F比特，使HDLC規(guī)程使用起來更加靈活。在兩個復(fù)合站全雙工通信時，任何一方都可隨時使P=1，這時對方就要立即回答RR幀，并置F=1，這樣就可以收到對方的確認了。如果不使用P/F比特，則收方不一定馬上發(fā)出確認幀，比如收方可以在發(fā)送自己的信息幀時，利用N(R)把確認信息發(fā)出。5HDLC操作在圖5中討論了主站A和從站B、C交換信息的情況，這只是整個數(shù)據(jù)通信的中間階段，在這個階段之前還有一個數(shù)據(jù)鏈路的建立階段，在數(shù)據(jù)傳送完畢后，還必須有一個數(shù)據(jù)鏈路的釋放階段。也就是說HDLC執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸控制功能，一般分為3個階段：數(shù)據(jù)鏈路建立階段、信息幀傳送階段、數(shù)據(jù)鏈路釋放階段。第2階段的完成需要用到信息幀和監(jiān)控幀，第1、3階段的完成需要用到無編號幀。圖6畫