高級數據鏈路控制

高級數據鏈路控制（HDLC，High-level Data Link Control）是一組用於在網絡結點間傳送數據的協議。在HDLC中，數據被組成一個個的單元(稱為幀)通過網絡發送，並由接收方確認收到。HDLC協議也管理數據流和數據發送的間隔時間。HDLC是在數據鏈路層中最廣泛最使用的協議之一，數據鏈路層是OSI七層網絡模型中的第二層，第一層是物理層，負責產生與收發物理電子信號，第三層是網絡層，其功能包括通過訪問路由表來確定路由。在傳送數據時，網絡層的數據幀中包含了源節點與目的節點的網絡地址，在第二層通過HDLC規範將網絡層的數據幀進行封裝，增加數據鏈路控制信息 ^[2]  。

作為ISO的標準，HDLC是基於IBM的SDLC協議的，SDLC被廣泛用於IBM的大型機環境之中。在HDLC中，屬於SDLC的被稱為普通響應模式(NRM)。在通常響應模式中，基站(通常是大型機)通過專線在多路或多點網絡中發送數據給本地或遠程的二級站。這種網絡並不是我們平時所説的那種，它是一個非公眾的封閉網絡，網絡通信採取半雙工 ^[2]  。

不同類型的HDLC被用於使用X.25協議的網絡和幀中繼網絡，這種協議可以在局域網或廣域網中使用，無論此網是公共的還是私人的。

在X.25版本的HDLC中，數據幀包含了一個數據包。在X.25網絡中，數據在發送前先分成若干數據包，然後由路由器檢測網絡狀況來確定路由，各數據包分別傳送到目的節點，在目的節點按照正確的順序合併為初始數據。X.25版本的HDLC採用點對點通信，通信方式採取全雙工方式。這種類型的HDLC能夠確保幀的差錯釋放和正確排序，稱為LAPB（鏈路訪問過程平衡） ^[2]  。

1.透明傳輸。高級數據鏈路控制對任意比特組合的數據均能透明傳輸。“透明”是一個很重要的術語，它表示：某一個實際存在的事物看起來好象不存在一樣。“透明傳輸”表示經實際電路傳送後的數據信息沒有發生變化。因此對所傳送數據信息來説，由於這個電路並沒有對其產生什麼影響，可以説數據信息“看不見”這個電路，或者説這個電路對該數據信息來説是透明的。這樣任意組合的數據信息都可以在這個電路上傳送 ^[2]  。

2.可靠性高。在高級數據鏈路控制規程中，差錯控制的範圍是除了F標誌的整個幀，而基本型傳輸控制規程中不包括前綴和部分控制字符。另外高級數據鏈路控制對I幀進行編號傳輸，有效地防止了幀的重收和漏收 ^[2]  。

3.傳輸效率高。在高級數據鏈路控制中，額外的開銷比特少，允許高效的差錯控制和流量控制 ^[2]  。

4.適應性強。高級數據鏈路控制規程能適應各種比特類型的工作站和鏈路 ^[2]  。

5.結構靈活在高級數據鏈路控制中，傳輸控制功能和處理功能分離，層次清楚，應用非常靈活 ^[2]  。

下面列出了不同類型的高級數據鏈路控制（HDLC）及其應用範圍。

1.普通響應模式（NRM），應用範圍：採用SDLC的多點網絡 ^[2]  ；

2.鏈路訪問協議（LAP），應用範圍：早期X.25網絡 ^[2]  ；

3.鏈路訪問過程平衡（LAPB），應用範圍：X.25網絡 ^[2]  ；

4.ISDN 鏈路訪問協議－D信道（LAPD），應用範圍：ISDN－D信道以及幀中繼 ^[2]  ；

5.調制解調器鏈路存取規程（LAPM），應用範圍：錯誤校驗 ^[2]  ；

數據鏈路上傳輸的基本單位是幀。幀控制功能要求發送站把網絡送來的數據信息分成若干碼組，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束標誌，組成幀來發送；要求接收端從收到的幀中去掉標誌字段，還原成原始數據信息後送到網絡層 ^[3]  。

在傳輸過程中必須實現幀同步，以保證對幀中各個字段的正確識別 ^[3]  。

當數據信息在物理鏈路中傳輸出現差錯，數據鏈路控制規程要求接收端能檢測出差錯並予以恢復，通常採用的方法有自動請求重發ARQ和前向糾錯兩種。採用ARQ方法時，為了防止幀的重收和漏收，常對幀採用編號發送和接收。當檢測出無法恢復的差錯時，應通知網絡層做相應處理 ^[3]  。

流量控制用於克服鏈路的擁塞。它能對鏈路上信息流量進行調節，確保發送端發送的數據速率與接收端能夠接收的數據速率相容。常用的流量控制方法是滑動窗口控制法 ^[3]  。

數據鏈路的建立、維持和終止，控制信息的傳輸方向，顯示站的工作狀態，這些都屬於鏈路管理的範疇 ^[3]  。

規程中採用的標誌和一些字段必須獨立於要傳輸的信息，這就意味着數據鏈路能夠傳輸各種各樣的數據信息，即傳輸的透明性 ^[3]  。

在多點鏈路中，幀必須能到達正確的接收站 ^[3]  。

當鏈路發生異常情況時，如收到含義不清的序列或超時收不到響應等，能自動重新啓動，恢復到正常工作狀態 ^[3]  。

HDLC的操作就是在兩個站點之間交換三種類型的幀的過程，根據幀的功能完成相應的語義，HDLC的操作主要有三個階段，首先雙方中有一方要初始化數據鏈路，使得幀能夠以有序的方式進行交換。在這個階段，雙方需要就各種選項的使用達成一致意見，初始化鏈路之後，雙方交換數據和控制信息，並且實施流量和差錯控制。最後，雙方中有一方要發出信號來終止操作，也就是斷開鏈路的連接 ^[4]  。

HDLC必須能夠初始化鏈路，即完成鏈路的連接，在HDLC中使用六個模式設置命令之一請求初始化，這些命令有以下作用和響應；

（1）通知請求對方初始化；（2）指出請求的三種模式中的哪一種；這些模式確定是否一端作為主站並控制交互，或者是否是對等的因此在交互時進行互相協作；（3）指出使用的序號 ^[4]  。

如果一方接受這個請求，那麼它的HDLC模塊向初始化返回一個無編號確認（Unnumbered Acknowledged，UA）。如果這個請求被拒絕，那麼它發出一個拆接方式（Disconnected Mode，DM）幀。HDLC協議實體中A向對方B發送SABM命令，並啓動一個計時器。如果A收不到B發送的UA，那麼在計時器超時的情況下A會重新發送SABM命令。如果A一直收不到B的UA或者DM，那麼這一過程將會不斷重複，或者在重試了規定的次數後，實體放棄嘗試並向管理實體報告操作失敗，在這種情況下就需要高層的介入。拆鏈的過程是某一方發送一個DISC命令，對方用UA確認來響應。就完成了拆鏈 ^[4]  。

數據的傳送就是幀的傳送，正常的數據交換狀態是一種全雙工交換方式。當一個實體在沒有接收到任何數據的情況下連續發送若干個I幀時，它的接收序號只是在不斷的重複。如果實體在沒有發出任何幀的情況下連續收到若干個I幀，那麼它發出的下一個幀中的接收序號必須反映出這一累積效果。請注意，除了I幀之外，數據交換還可能會涉及到監控幀。也會出現忙碌狀態的情況，導致這種狀態存在的原因可能是由於HDLC實體處理I幀的速率無法跟上這些幀到達的速率，或者是用户接收數據的速率不如I幀中的數據到達的速率快。無論是哪一種情況，實體的接收緩衝區都會填滿，它必須使用RNR命令來阻止進入緩衝區的I幀流。在數據傳送的過程中也可能出現用REJ命令進行差錯恢復的例子 ^[4]  。

連接中的任何一方的HDLC模塊都可以啓動拆鏈操作，可能是由於模塊本身因某種錯誤而引起的中斷，也可能是由於高層用户的請求。HDLC通過發送一個拆鏈（disconnect，DISC）幀宣佈連接中止，對方必須用UA做回答，表示接收拆鏈 ^[4]  。