如何分析資料鏈路協定HDLC及PPP

一、常用的資料連結協定（HDLC、PPP）

##   （一）分析協定的想法

         步驟一：了解協定的概貌,知道這個協定設計的目的、基本特性

步驟二：以協定資料單元（對於資料鏈結層而言是訊框）的格式為主要線索來研究協定的     具體實作

步驟三：協議如何解決實際問題？

（二）HDLC協定（進階資料鏈路控制規程）（面向位元協定）

    HDLC協定是一個面向位元的協議，其主要解決了資料鏈結層鏈路管理、定址、幀同步、錯誤控制      制、流量控制，其具有了平衡系統的和非平衡系統兩個特性。

   1、HDLC的組成：

       框架結構（語法）

       規程元素（文法）

##     規則類型（語意）

# #       使用HDLC語法可以定義多種具有不同操作特性的連結層協定。

   2、HDLC的描述

       HDLC在描述時提出了三個層次的概念：

       HDLC在描述時提出了三個層次的概念：

       （1）所有參與通訊的節點分類（資料站）：主站、次站、組合站。

在先前的以單一處理機為中心的多終端聯機系統的集中式控制，主站和次站時成對出現的，而對於現在的分散式結構（如分組交換網路）來說，所有的站點都是組合站。

（2）連結類型：平衡型，非平衡型。

  集中式控制屬於非平衡型，而分散式控制則屬於平衡型

（3）操作模式：正規反應模式、非同步反應模式、非同步平衡模式

#  平衡型來說其只有非同步平衡模式，即每個站點自主發出通信，是自治系統。而對於由主站和次站構成的非平衡型來說，有正規響應模式，即次站必須受到主站的控制，在沒有得到主站許可的情況下，不能主動發起資料傳輸。而在非同步回應模式下，次站可以主動發起資料傳輸。

3、HDLC協定資料單元的格式（幀格式）

#（1）標誌欄位：幀首字段和幀尾字段在內容上看都是由「01111110」組成，其用來分割幀的起始位置和結束位置

#（2）位址欄位：其有兩個缺陷：一，由於當時是為以單處理機為中心的多終端連線系統設計的，所以只有一個位址（終端位址），不適用於現在的分散式電腦系統。二，位址只有8位，即最多只能表示256個節點。

（3）資訊欄位：協定資料單元的使用者資料部分，長度可變，但一般情況下是1500個位元組。

（4）訊框校驗序列:使用CRC校驗法。

 (5)訊息訊框：傳送者在傳送資料時使用了固定尺寸的滑動視窗協定（視窗大小固定為7）

#4、HDLC訊框的類型

   訊框類型：（1）訊息訊框：替上層的實體傳送資料所使用的訊框

       （2）監控訊框：進行錯誤控制與流量控制

     （3）無序號訊框：連結管理控制，負責協商雙方如何溝通、如何使用頻道

   （三）協定工程設計

       1、協定說明（需求分析、功能設計）：一般不使用自然語言說明（冗餘、多義性、結構性不          好）。而用有限狀態機（FSM）、Petri網等形式描述

       2、協定驗證（協定工作模式是否把網路環境所遇到的問題考慮全、是否能夠正常運作）

       3、協定測試：一致性測試、互通性測試、效能測試 

       4、有限狀態機：其認為任何協議，就是描述網路中的各種狀態，而狀態是有限的。

（1）有限狀態機是一個四元組（S,M,I,T）

    S為狀態的集合，M是標號的集合，I是狀態的集合， T是變遷的集合

    其基本概念為：當出現一個變化時，會由一個狀態遷移到另一個狀態，而變化產生的原因是來自使用者的命令，訊息的到達，內在的超時等事件

（2）狀態舉例：頻道有錯誤的單工停等協定

     用三元組XYZ來表示狀態：XYZ

          X:傳送方正傳送的訊框序號，為0或1

          Y:接收方正在等待的訊框序號，為0或1；

         Z：通道狀態：為0（表示正在傳送序號為0的訊框），

1（表示正在傳送序號為1的訊框），###

A（頻道正在傳送應答訊框）

或-（空）（表示頻道沒有傳送資料或傳送的資料出錯）

其初始狀態為000

#（3）優點：簡單明了，比較精確

     缺點：對於複雜協定來說，事件數和狀態數會增加，處理困難。

5、perti網

   （1）元素：

       位置：描述系統狀態，以圓形表示

       變化：描述修改系統狀態的遷​​移事件，以長方形或線段表示

       弧：描述狀態與事件之間的關係，包括輸入弧和輸出弧，以有向弧表示。

       黑點：標記，是目前的狀態

#如圖為有錯單工停等協定的preti描述，其最大特點在於可以單獨描述三種不同的狀態

（四）Internet的資料鏈結層

    1、點到點通訊的兩種主要情形（intenet工作的主要場合）：

       （1）路由器到路由器：

         （2）透過數據機撥號上網，或連入存取伺服器

    想連入internet，有一個路由器或主機連接，必須申請連入才能接入）、專線接入（線路即時開放，不需要申請就可以完成資料傳輸）

   2、SLIP（Serial LINE IP 串列線路IP協定）

      本協定1984年提出，發送原始IP資料包，以一個標記位元組（0Xc0）定界，採用字元填入技術。其存在的問題主要有不提供錯誤校驗、只能支援IP協定且IP位址不能動態分配，不支援身份驗證，多版本不相容等問題，現在不再使用。

  3、PPP（point-to-point Protocol）協定（RFC 1661 16621663）

      (1)特性：提供錯誤校驗、支援多種協定、允許動態IP位址、支援身分認證

    （2）與SLIP不同的是，其發送的不是原始IP資料包，而是以訊框單位傳送。

    （3）PPP協定為了增加協定的適應性和彈性，協定被分為了兩個部分，一部分為鏈路控制協定LCP(LinkControl Protocol),可以建立、測試多種實體層服務，讓本資料鏈結層可以支援更豐富的類型

       (4)PPPoE(Point to Point Protocol over Ethernet) 是基於乙太網路的點對點通訊協定

     （5）的點對點通訊協定

     （5）幀：PPP協定的幀格式與HDLC協定的幀格式基本相同，但是有以下兩點不同：第一，HDLC協定面向比特，而PPP協定面向的是字符，其要求所有通訊的節點支援ASCII字符集；第二，PPP協定是HDLC的簡化版本：

（1）訊框首與訊框的定界符與HDLC協定相同（00111111），

（2）位址欄位保留了8位元（為8個1），其不需要位址（應用環境為一條鏈路對應的兩段，不需要位址）

#（3）控製字段（無序號訊框）

# （4）協定欄位：處理完成之後指向哪個應用程式進行處理（IP/IPX。。）

###（5）淨負載域：預設為1500位元組（6）校驗和域：2或4個位元組###

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