High-Level Data Link Control

High-Level Data Link Control

High-Level Data Link Control (HDLC) — бит-ориентированный кодопрозрачный сетевой протокол управления каналом передачи данных канального уровня сетевой модели OSI, разработанный ISO.

Текущим стандартом для HDLC является ISO 13239.

HDLC может быть использован в соединениях точка-многоточка, но в настоящее время в основном используется в соединениях точка-точка с использованием асинхронного сбалансированного режима (ABM).

История

HDLC был разработан на основе протокола SDLC (англ.) фирмы IBM. Его несильно изменённые дочерние протоколы — LAPB (англ.), LAPM (англ.), LAPF (англ.), LAPD (англ.) были встроены ITU соответственно в стеки протоколов X.25, V.42 (англ.), Frame Relay, ISDN. Также HDLC был базой при разработке кадровых механизмов в протоколе PPP, широко используемом в Интернете.

Типы станций

• Первичная (ведущая) станция (Primary terminal) ответственна за управление каналом и восстановление его работоспособности. Она производит кадры команд. В соединениях точка-многоточка поддерживает отдельные связи с каждой из вторичных станций.
• Вторичная (ведомая) станция (Secondary terminal) работает под контролем ведущей, отвечая на её команды. Поддерживает только 1 сеанс связи.
• Комбинированная станция (Combined terminal) сочетает в себе функции как ведущей, так и ведомой станций. Производит и команды и ответы. Только соединения точка-точка.

Логические состояния

Каждая из станций в каждый момент времени находится в одном из 3 логических состояний :

• Состояние логического разъединения (LDS — Logical Disconnect State)

Если вторичная станция находится в режиме нормального разъединения (NDM), то она может принимать кадры только после получения явного разрешения от первичной. Если же в асинхронном режиме разъединения (ADM), то вторичная станция может самовольно инициировать передачу.

• Состояние инициализации (IS — Initialization State)

Используется для передачи управления на удалённую комбинированную станцию и для обмена параметрами между удалёнными станциями.

• Состояние передачи информации (ITS — Information Transfer State)

Всем станциям разрешено вести передачу и принимать информацию. Станции могут находиться в режимах NRM, ARM, ABM.

Режимы

• Режим нормального ответа (NRM — Normal Response Mode) требует инициации передачи в виде явного разрешения на передачу от первичной станции. После использования канала вторичной станцией (ответа на команду первичной), для продолжения передачи она обязана ждать другого разрешения. Для выбора права на передачу первичная станция проводит круговой опрос вторичных. В основном используется в соединениях точка-многоточка.

• Режим асинхронного ответа (ARM — Asynchronous Response Mode) даёт возможность вторичной станции самой инициировать передачу. В основном используется в соединениях типа кольцо и многоточечных с неизменной цепочкой опроса, так как в этих соединениях одна вторичная станция может получить разрешение от передачи от другой вторичной и в ответ начать передачу. То есть разрешение на передачу передаётся по типу маркера(token). За первичной станцией сохраняются обязанности по инициализации линии, определению ошибок передачи и логическому разъединению. Позволяет уменьшить накладные расходы, связанные с началом передачи.

• Асинхронный сбалансированный режим (ABM — Asynchronous Balanced Mode) используется комбинированными станциями. Передача может быть инициирована с любой стороны, может происходить в полном дуплексе.

Конфигурации канала

Для обеспечения совместимости между станциями, которые могут менять свой статус(тип), в протоколе HDLC предусмотрены 3 конфигурации канала:

• Несбалансированная конфигурация (UN — Unbalanced Normal) обеспечивает работу 1 первичной и одной или нескольких вторичных станций в полудуплексном и полнодуплексном режимах, с коммутируемым или некоммутируемым каналом.

• Симметричная конфигурация (UA — Unbalanced Asynchronous) обеспечивает взаимодействие двух двухточечных несбалансированных станций. Используется 1 канал передачи, в который мультиплексируются и команды и ответы. В данное время не используется.

• Сбалансированная конфигурация (BA — Balanced Asynchronous) состоит из 2 комбинированных станций. Передача в полудуплексном и полнодуплексном режимах, с коммутируемым или некоммутируемым каналом. Каждая станция несёт одинаковую ответственность за управление каналом.

Кадры

Кадры HDLC можно передавать, используя синхронные и асинхронные соединения. В самих соединениях нет механизмов определения начала и конца кадра, для этих целей используется уникальная в пределах протокола флаговая последовательность (FD — Frame Delimiter) '01111110'(0x7E в шестнадцатеричном представлении), помещаемая в начало и конец каждого кадра. Уникальность флага гарантируется использованием битстаффинга в синхронных соединениях и байтстаффинга в асинхронных. Битстаффинг — вставка битов, здесь — бита 0 после 5 подряд идущих битов 1. В байтстаффинге используется escape-последовательность, здесь — '01111101'(0x7D в шестнадцатеричном представлении), то есть байт FD(0x7E) в середине кадра заменяется последовательностью байтов (0x7D, 0x7E), а байт (0x7D) — последовательностью байтов (0x7D, 0x7D).

Во время простоя среды передачи при синхронном соединении FD постоянно передаётся по каналу для поддержания битовой синхронизации. Может иметь место совмещение последнего бита 0 одного флага и начального бита 0 следующего. Время простоя также называется межкадровым временны́м заполнением.

Структура кадров

Структура кадра HDLC, включая флаги FD:

Флаг	Адрес	Управляющее поле	Информационное поле	FCS	Флаг
8 бит	8 бит	8 или 16 бит	0 или более бит, кратно 8	16 бит	8 бит

Флаг конца одного кадра может(но не обязательно) быть начальным флагом следующего кадра.

Поле FCS(Frame Check Sequence) — контрольная последовательность, необходимая для обнаружения ошибок передачи. Её вычисление в основном производится методом циклического кодирования с производящим полиномом X16+X12+X5+1 (CRC-16) в соответствии с рекомендацией CCITT V.41. Это позволяет обнаруживать всевозможные кортежи ошибок длиной до 16 бит вызываемые одиночной ошибкой, а также 99,9984 % всевозможных более длинных кортежей ошибок. FCS составляется по полям Адрес, Управляющее поле, Информационное поле. В редких случаях используются другие методы циклического кодирования.

После просчёта FCS на стороне приёмника он отвечает положительной или отрицательной квитанцией. Повтор кадра передающей стороной выполнятся по приходу отрицательной квитанции или по истечении тайм-аута.

Типы кадров

I-кадры (данных)

Содержит данные пользователя, последовательный номер пакета. Номер используется для метода скользящего окна. Максимальный размер окна 7 или 127. I-кадры также содержат бит опрос/ответ P/F (poll/final). В режиме NRM ведущий терминал использует бит P для опроса, ведомый — бит F в последнем I-кадре ответа. В режимах ARM и ABM биты P/F используются для форсирования ответа.

Команда/ Ответ	Описание	Формат упр. поля 8…7…6…5…4…3…2…1…..
C/R	Данные пользователя	.-N(R)-… P/F…..-N(S)-..0

S-кадры (управляющие)

Используются для контроля потока ошибок передачи.

Готов к Приёму (RR)

• Используется как положительная квитанция (до N(r)-1).
• Ведущая станция может сделать опрос, установив бит P.
• Ведомая станция на опрос может ответить кадром с установленным F битом, если у неё нет данных для передачи.

Не готов к Приёму (RNR)

• Используется как положительная квитанция и запрос остановить передачу I-кадров до получения следующего кадра RR.
• Ведущая или Комбинированная станции могут установить бит P для уточнения статуса приёма

ведомой/комбинированной станции.

• Ведомая/комбинированная станции могут ответить установкой бита P как индикации занятости станции.

Неприем (REJ)

Неприем кадров последнего окна (повтор передачи с кадра N(r))

Выборочный Неприем(SREJ)

Неприем конкретного кадра (повтор передачи одного кадра)

Имя	Команда/ Ответ	Описание	Info	Формат упр. поля 8…7…6…5…4…3…2…1…..
Готов к Приёму (RR)	C/R	Положительная квитанция	Готов к приёму I-кадра	.-N(R)-… P/F…0…0…0…1
Не готов к Приёму (RNR)	C/R	Положительная квитанция	Не готов к Приёму	.-N(R)-… P/F…0…1…0…1
Неприем (REJ)	C/R	Отрицательная квитанция	Повтор N кадров	.-N(R)-… P/F…1…0…1…0
Выборочный Неприем (SREJ)	C/R	Отрицательная квитанция	Повтор 1 кадра	.-N(R)-… P/F…1…1…0…1

U-кадры(ненумерованные)

• Установка режима (SNRM, SNRME, SARM, SARME, SABM, SABME, UA, DM, RIM, SIM, RD, DISC)
• Ненумерованная информация (UP, UI)
• Восстановление (FRMR, RSET)
  • Неверное поле управления
  • Превышена длина поля данных
  • Неверная длина для данного типа кадров
  • Неверный номер кадра
• Остальные (XID, TEST)

Имя	Команда/ Ответ	Описание	Info	Формат упр. поля 8…7…6…5…4…3…2…1…..
Установить режим нормального ответа SNRM	C	Установить режим		..1…0…0…P…1…1…0…1
Установить расширенный режим нормального ответа SNRME	C	Установить режим		..1…1…0…P…1…1…1…1
Установить режим асинхронного ответа SARM	C	Установить режим		..0…0…0..P/F..1…1…0…1
Установить расширенный режим асинхронного ответа SARME	C	Установить режим		..0…1…0…P..1…1…1…1
Установить асинхронный сбалансированный режим SABM	C	Установить режим		..0…0…1..P/F..1…1…1…1
Установить расширенный асинхронный сбалансированный режим SABME	C	Установить режим		..0…1…1…P…1…1…1…1
Установить режим инициализации SIM	C	Инициировать функцию контроля за линией в адресуемой станции		..0…0…0..P/F..0…1…1…1
Разрыв соединения DISC	C	Разорвать логическое соединение		..0…1…0..P/F..0…0…1…1
Ненумерованное подтверждение UA	R	Подтверждение приёма одной из команд установки режимов		..0…1…0….F..0…0…1…1
Режим разъединения DM	R	Индикация режима лог. разъединения
Запрос разъединения RD	R	Ответ на команду DISC		..0…1…0..P/F..0…0…1…1
Запрос инициализации RIM	R	Необходима инициализация	Запрос команды SIM
Ненумерованная информация UI	C/R	Используется для обмена информацией управления		..0…0…0..P/F..0…0…1…1
Ненумерованный опрос UP	C	Используется для запроса управляющей информации		..0…0…1..P….0…0…1…1
Перезапуск счётчиков RSET	C	Исп. для восстановления	Обнуляет N(R), N(S)	..1…0…0..P….1…1…1…1
Обмен статусом XID	C/R	Исп. для запроса / передачи статуса		..1…0…1..P/F..1…1…1…1
Тест TEST	C/R	Обмен идентичными инф. полями для теста		..1…1…1..P/F..0…0…1…1
Неприем кадра FRMR	C/R	Извещение о неверном кадре

См. также

• Протокол PPP
• Протокол SLIP
• Стек протоколов TCP/IP
• RFC 1662, standard 51, PPP in HDLC-like Framing
• RFC 2687, Proposed Standard, PPP in a Real-time Oriented HDLC-like Framing
• RFC 4349, Proposed Standard, HDLC frames over L2TPv3

Литература

• Галкин В. А., Григорьев Ю. А. Телекоммуникации и Сети. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. С. 608. ISBN 5-7038-1961-X

Ссылки

Протокол HDLC