HDLC和PPP协议.doc

在学习HDLC协议和PPP协议时，我们首先会遇到也要去了解的就是两种协议在本质上的区别，也就是对象上的不同。PPP协议是面向字符的链路控制协议，就是指链路上所传送的数据必须由规定字符集（例如ASC码）中的字符所组成。同时在链路上传送的控制信息也必须由同一个字符集中的若干规定的控制字符构成。HDLC协议是面向比特的链路控制协议，是采用首尾标志将一组比特封装成帧，通过定义不同类型的帧格式实现链路层的功能。一、HDLC协议（High Level Data Link Control）HDLC有非平衡配置和平衡配置两种配置方式。非平衡配置的特点是由一个主站控制整个链路的工作。在多点边路中，主站与每一个次站之间都有一个分开的逻辑链路。平衡配置的特点是链路两端的两个站是复合站。复合站同时具有主站与次站的功能。1、 HDLC的帧结构HDLC帧由标志字段、地址字段、控制字段、信息字段和帧校验字段组成。其中控制字段是最复杂的字段,根据最前面两个比特的取值，可将HDLC帧分为三大类，即信息帧、监督帧和无编号帧。每类帧又包含若干命令与响应，习惯上称为命令帧与响应帧。为了解决帧同步的问题，在帧开头与结尾各放入一个特殊的标记F（Flag）。标志字段为6个连续的1加上两边各一个0，共8位（0X7E）。在接收端，只要找到标志字段F，就可以很容易地确定一个帧的位置。但是这样就存在一个情况，当两个标志字段之间的比特串中，如果碰巧出现了和标志字段一样的比特组合，那么就会误认为是帧的边界。为了避免出现这种错误，HDLC采用零比特填充法。零比特填充是：（1）在发送端，当一串比特流沿示加上标志字段时，先扫描全部比特。只要发现有5个连续的1，则立即填入一个0。（2）在接收到一个帧时，先找到标志字段以确定帧的边界，接着再对其中的比特流进行扫描。每当发现5个连续的1时，就将这5个连续的1后的一个0删除，以还原成原来的比特流。值得注意的是，当连续传输时，前一个帧的结束标志字段F可以兼任后一帧的起始标志字段。当暂时没有信息传送时， 可以连续发送标志字段，也可以输出连续的高电平，它被称为空闲（Idle）信号，使接收端一直和发送端保存同步。在控制字段中，第1或第1、2位表示传送帧的类型，第1位为“0”表示是信息帧，第1、2位为“10”是监控帧，“11”是无编号帧。信息帧中，234位为存放发送帧序号，5位为轮询位，当为1时，要求被轮询的从站给出响应（当P/F用于响应帧时，称为终止位），678位为下个预期要接收的帧的序号。监控帧中，34位为S帧类型编码。第5位为轮询/终止位，当为1时，表示接收方确认结束。无编号帧，提供对链路的建立、拆除以及多种控制功能，用34678这五个M位来定义，可以定义32种附加的命令或应答功能。2、HDLC的通信过程HDLC的通信过程可分为三个阶段：建立数据链路、传输、释放数据链路。现以全双工为例，其中A站和B站均为复合站。（1） A站和B站连续发送空闲（Idle）信号作为同步字符使用，双方均检测出正常信号，说明物理连接成功，主呼站向从站发送SARM命令帧，并启动定时器。从站收到SARM命令帧后，若同意则回复响应帧UA，并重置状态。这时主呼站收到UA响应帧，也重置自身状态，准备发送数据。（2） 在帧传输的过程中可分别从发送过程和接收过程来分析，发送方将网络层获得的数据进行打包，通过窗口协议和确认帧的过程，进行有效的发送。而接收方则更多的承担查错任务并用监控帧对发送方进行回馈控制。（3） 当信息传送完毕后，同样运用命令帧拆除已建立的数据链路连接。二、PPP协议（Point-to-Point Protocol）PPP是一个面向连接的协议，它使得第2层链路能够经多种不同的物理层连接。它支持同步和异步链路，也能在半双工和全双工模式下工作。它允许任意类型的网络层数据报通过PPP连接发送。点对点协议（PPP）为在点对点连接上传输多协议数据包提供了一个标准方法。（1）PPP具有动态分配IP地址的能力，允许在连接时刻协商IP地址；（2）PPP支持多种网络协议，比如TCP/IP、NetBEUI、NWLINK等；（3）PPP具有错误检测以及纠错能力，支持数据压缩；（4）PPP具有身份验证功能。（5） PPP可以用于多种类型的物理介质上，包括串口线、电话线、移动电话和光纤（例如SDH），PPP也用于Internet接入。PPP提供了串行点对点链路上传输数据报的方法，包括以下三个部分：串行链路上封装数据报的方法，既支持异步链路，也支持面向bit的同步链路扩展的链路控制协议（Link Control Protocol - LCP），用于建立、配置和测试数据链路的连接网络控制协议（NCP）簇，支持各种网络层协议。1、 PPP帧格式1111/2可变2/41标志01111110地址11111111控制00000011协议有效载荷校验和标志01111110标志字段与HDLC帧一样，所有PPP帧都应以0x7EFF03开始。协议字段占两个字节，当协议字段为0021时，PPP帧的信息就是IPv4数据报，若为C021，则信息字段是PPP链路控制数据；而8021表示这是网络控制数据。帧校验序列FCS与HDLC相同。由于PPP不是面向比特的，因此帧的长度应为整数个字节。当PPP工作在同步传输链路中时，使用零比特填充法（与HDLC相同）保证透明传输。当PPP工作于异步传输链路时，则使用一种特殊的字符填充方法。具体过程是将信息字段中出现的每一个0x7E字节转变成2字节序列0x7D5E；若信息字段中出现0x7D字节，则将其转换为2字节序列0x7D5D；若信息字段中出现ASC控制字符（小于0x20字符），则在该字符前要加入一个0x7D字节。2、PPP的工作过程PPP会话建立分为：链路建立阶段、身份认证阶段、网络协商阶段。经过这三个阶段，PPP链路就建立起来了，当通信完毕，NCP释放网络层边接，收回原来分配出去的IP地址。接着LCP释放数据链路层连接，最后释放物理层连接。在身份认证阶段一般采用两种方法：口令认证协议PAP和挑战握手认证协议CHAP.前一种非常简明采用两次扬机制，口令为明文，被认证方向认证服务器发送用户名和口令，认证服务器查看是否有此用户，以及口令是否正确。为了保证认证的安全性，常采用更加复杂的挑战握手认证协议CHAP该协议采用三次握手机制，口令为密文，在整个验证过程中是不发送密码的，所以是一种安全的认证。三、总结HDLC协议相对于基本数据链路协议来说，在帧类型上分工更明确，用同一种构建规则在传输上加快了效率，但是只支持点对点，而不支持点对多点，只能封装在同步链路上，如果是同异步串口的话，只有当同异步串口工作在同步模式下才能使用；。协议不依赖于任何一种字符编码集；数据报文可透明传输，用于实现透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现；全双工通信，不必等待确认便可连续发送数据，有较高的数据链路传输效率；所有帧均采用校验，对信息帧进行编号，可防止漏收或重份，传输可靠性高；传输控