【通信传输协议】HDLC协议

一、HDLC简介

　　HDLC是一种面向比特的网络节点之间同步传输数据的数据链路层协议。使用点到点链路连接，这个网络中只有你我，中间没有第三个节点，所以在封装HDLC帧的时候，不需封装SD地址。

　　由于串行通信有着传输距离远、成本低的特点，所以远距离、超远距离的通信中较常使用串行通信。广域网以及两种最常用的广域网链路层协议——PPP协议和HDLC协议。

　　　　*OSI是Open System Interconnect的缩写，意为开放式系统互联。开放系统互连参考模型 (Open System Interconnect 简称OSI）是国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)联合制定的开放系统互连参考模型，为开放式互连信息系统提供了一种功能结构的框架。它从低到高分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

　　HDLC（High-Level Data Link Control，高级数据链路控制），是链路层协议的一项国际标准，用以实现远程用户间资源共享以及信息交互。HDLC协议用以保证传送到下一层的数据在传输过程中能够准确地被接收，也就是差错释放中没有任何损失，并且序列正确。HDLC协议的另一个重要功能是流量控制，即一旦接收端收到数据，便能立即进行传输。

　　HDLC协议由ISO/IEC13239定义，于2002年修订，2007年再次讨论后定稿。在通信领域中，HDLC协议应用非常广泛，其工作方式可以支持半双工、全双工传送，支持点到点、多点结构，支持交换型、非交换型信道。

　　一般情况下，HDLC通信协议IP核为三个部分，即外部接口模块、数据发送部分和数据接收部分。在这类面向比特的数据链路协议中，帧头和帧尾都是特定的二进制序列， 通过控制字段来实现对链路的监控，可以采用多种编码方式 实现高效的、可靠的透明传输。故其最大特点是不需要数据必须是规定字符集，对任何一种比特流，均可以实现透明的传输。

　　1974年，IBM公司率先提出了面向比特的同步数据链路控制规程SDLC（Synchronous Data Link Control）。随后，ANSI和ISO均采纳并发展了SDLC，并分别提出了自己的标准：
    　　1、ANSI的高级通信控制过程ADCCP（Advanced DataControl Procedure），
    　　2、ISO的高级数据链路控制规程HDLC（High-level Data LinkContl）。

二、HDLC特点

　　HDLC协议使用统一的帧格式，运用方便；采用零比特插入法，易于硬件实现，且支持任意的位流传输，实现信息的透明传输；全双工通信，吞吐率高，在未收到应答帧的情况下，可连续发送信息帧，提高数据链路传输的效率；采用CRC帧校验序列，可防止漏帧，提高信息传输的可靠性。

　　主要有四个特点：

    　　1、对于任何一种比特流都可透明传输。
    　　2、较高的数据链路传输效率。
    　　3、所有的帧都有帧校验序列（FCS），传输可靠性高。
    　　4、用统一的帧格式来实现传输。

三、基本配置

　　HDLC协议定义了3种类型的站、2种链路配置和3种数据传输方式。

3.1 三种类型站

• （1）主站。主站发出的帧叫命令帧，负责对链路进行控制。
• （2）从站。从站发出的帧叫响应帧，在主站的控制下进行操作。
• （3）复合站。既具有主站的功能，也有从站的功能，既可以发送命令帧，也可以发送响应帧。

3.2 两种链路配置

• （1）非平衡配置。既可用于点对点链路也可用于多点链路。这种链路由一个主站和多个从站组成，可以支持全双工或半双工。
• （2）平衡配置。只能用于点对点链路。这种配置由两个复合站组成，同样支持全双工或半双工传输。

3.3 三种数据传输方式

• （1）正常响应方式（Normal Response Mode，NRM）：这种方式适合不平衡配置，主站启动数据传输过程，从站只有收到命令时才能发送数据。
• （2）异步平衡方式（Asynchronous Balanced Mode，ABM）：这种方式适合两端都是复合站的平衡配置，任何一方都可以启动数据传输。
• （3）异步响应方式（Asynchronous Response Mode，ARM）：这种方式适合不平衡配置，从站在没有收到主站命令时，就可以启动数据传输服务。

四、帧结构

 

 

 

（1）帧标志F。HDLC采用固定的标志字段01111110，‘7E’作为帧的边界。当接收端检测到一个F标志时就开始接收帧，在接收的过程中如果发现F标志就认为该帧结束了。在传输的数据中可能会含有和标志字段相同的字段，而导致接收端误以为数据传输结束，为了防止这种情况的发生，引入了位填充技术。发送站在发送的数据比特序列中一旦发现0后有5个1，就在第7位插入一个0。接收端要进行相反的操作，如果在接收端发现0后面有5个1，则检查第7位，如果是0，则将0删除；如果是1并且第8位是0，则认为是标志字段F，这样就保证了数据比特位中不会有和标志字段相同的字段。

（2）地址字段A。地址字段用在多点链路中，它是用来存放从站的地址的。一般的地址字段是8位长，也可以扩展采用更长的地址，但是都是8的整数倍。每一个8位组的最低位表示该8位是否是地址字段的末尾：1表示是最后的8位组；0表示后面还有地址组，其余的7位表示整个扩展字段。

（3）控制字段C。HDLC定义了3种不同的帧，可以根据控制字段区分，信息帧（l帧）不仅用来传送数据，而且捎带流量控制和差错控制的应答信号。管理帧（S帧）是在不使用捎带机制的情况下管理帧控制的传输过程。无编号帧（U帧）具有各种链路的控制功能。控制字段使用前1位或前2位用来区别不同格式的帧，基本控制字段长度是8位。扩展控制字段是16位。

 

　　控制字段中传输帧的类型用第1位或第1、第2位表示。在HDLC中有三种不同类型的帧，分别是信息帧、监控帧和无编号帧。信息帧对应的第1位为“0”，监控帧对应的第1位和第2位为“10”，无编号帧对应的第1位和第2位为“11”。所有帧的控制字段的第5位都相同，叫做P/F位。 在信息帧中，第2、3、4位表示的N（S）是发送帧的帧序号。第5位P/F是轮询位，其值为1时，被轮询的从站对主站的要求必须给出响应。第6、7、8位表示的N（R）是主站要接收的下一个帧的序号。 在监控帧中，第3、4位表示的是S帧的类型编码。第5位P/F是轮询/终止位，其值为1时，表明了接收方已经确认结束。 在无编号帧中，链路的建立、控制和断等多种功能都由其管控。各种功能由第2、3、4、6、7、8位这五个M位来表示，根据组合计算能够表示最多32种命令或应答的功能。  

（4）信息字段INFO。I帧和一部分的U帧含有控制字段。这个字段可以包含用户数据的所有比特序列，长度没有限制，但在使用时通常限定了长度。

 

 

（5）校验字段FCS。校验字段包含地址字段、控制字段、信息字段的校验和，但不包括标志字段。一般校验字段使用的是16bit的CRCCCITT标准的校验序列，也可以使用32bit的CRC-32校验序列。

 五、帧类型

　　HDLC的帧类型包括以下3种：

　　（1）信息帧（l帧）。信息帧包含用户数据、该帧的编号和捎带的应答序列N（R）。I帧包含一位PF位，主站发出的命令帧是P，即询问（Polling）；从站发出的响应帧是F位，即终止位（Final）。

　　在正常响应方式（NRM）下，主站发出的命令帧将PF置l，表示询问帧，也允许从站发送数据；从站响应主站的询问，可以发送多个响应帧表示，只将最后一个响应帧的PF置1就表示数据发送完毕。在异步响应方式（ARM）和异步平衡方式（ABM）时，P/F位用于控制U帧和S帧的交换过程。

　　（2）管理帧（S帧）。管理帧负责流量控制和差错控制，管理帧有4种，包括接收就绪（RR）、接收未就绪（RNR）、拒绝接收（REJ）和选择性拒绝接收（SREG）。

　　S帧的名称和功能：

 

 

（3）无编号帧（U帧）。U帧用于链路控制。U帧比较多，按其控制功能可以分为以下几类：

• a）设置数据传输方式的命令帧和响应帧。
• b）传输信息的命令帧和响应帧。
• c）链路恢复的命令帧和响应帧。
• d）其他的命令帧和响应帧。

　　HDLC帧的U帧的类型定义 ：