Протокол канального уровня HDLC, его формат и процедура передачи

Этот протокол обеспечивает передачу последовательности пакетов через физический канал, искажения в котором вызывают ошибки в передаваемых данных, потерю, дублирование пакетов и нарушения порядка прибытия пакетов к адресату. Протокол вводит совокупность средств, позволяющих организовать надежный канал передачи пакетов.

HDLC относится к бит ориентированным протоколам (любой передаваемый кадр может содержать произвольное число битов, не обязательно кратное 8). Единица данных, передаваемая как целое через информационный канал, организуемый средствами управления уровня 2, называется кадром. Кадр рассматривается как последовательность байтов (октетов), начало и конец которой отмечаются флагами – двоичными кодами “01111110”. Кадр несет в себе управляющую информацию, данные и проверочную последовательность, используемую для контроля передаваемой информации.

Этот формат кадра называют информационным. Имеется также управляющий формат, который отличается от информационного тем, что не имеет поля информации (поле данные). Для обнаружения ошибок в кадрах используется кадровая проверочная последовательность (КПП), которая содержит 16 бит. В адресном поле записывается адрес вторичной станции или направление передачи кадра по каналу.

Так как протокол HDLC был разработан для управления звеном данных общего назначения, то для начальной установки звена данных выбираются специальные режимы, из которых наиболее распространены:

- режим нормального ответа (РНО);

- асинхронно сбалансированный режим (АСР).

Режим нормального ответа используется в сетях, основой которых является терминал. Связь может быть как двухточечная, так и многоточечная, но в последнем случае допускается только одна главная станция (первичная, ПС), остальные являются вторичными (ВС). В этом режиме вторичная станция может начать передачу только после разрешения от первичной станции. В РНО вторичная станция не может передавать ни при каких условиях, пока не получит разрешения от первичной станции, то есть обеспечивает дуплексную передачу связи. Режим нормального ответа называется несбалансированным режимом работы. Связь может быть двухточечной или многоточечной, но в последнем случае допускается только одна главная станция.

Структура кадра HDLC

Режим асинхронно сбалансированного ответа используется в сетях, когда обе станции имеют равные права и каждая реализует функции как первичной, так и вторичной станции. Используется главным образом для двухточечных звеньев компьютерных сетей при дуплексной передаче. В АСР общесетевая адресная информация передается в информационном поле, так как общесетевая адресация находится в ведении пакетного уровня.

От режимов РНО и АСР зависит содержимое адресного поля. Адресное поле кадра содержит адрес либо ООД, либо АПД центра коммутации пакетов. Если кадр является командным, то формируется адрес получателя, если же кадр ответный, то формируется адрес отправителя. В РНО адрес всегда относится к вторичной станции, то есть он не несет адреса принимаемой станции.

Процедуры управления канального уровня обеспечивают прозрачность канала за счет битстаффинга (вставкой нулевых битов). Протокол HDLC является бит-ориентированным. В нем как управляющие сообщения, так и сообщения с данными переносятся в блоках стандартного формата, называемых кадрами. При передаче данных формируется проверочная последовательность битов (два октета), которая включается в кадр. При приеме кадра повторно формируется проверочная последовательность битов, которая сравнивается с принятой. Если обе совпадают, то принятый кадр считается корректным. В противном случае фиксируется искажение принятого кадра. При искажении флагов, разделяющих последовательно передаваемые кадры, два кадра сливаются в один искаженный кадр. Процедура формирования проверочных последовательностей битов при передаче и приеме гарантирует обнаружение искажений этого типа.

Для выполнения функций, возлагаемых на информационный канал, используются кадры 22 типов. Тип кадра указывается кодом в байте управления: информационный – значением “0” в бите 1; супервизорный – значениями битов 1…4; ненумерованный – значениями битов 1…4 и 6…8.

Ненумерованные кадры (U-кадры) используются для таких функций, как установление связи, и, следовательно, не несут никакой информации о поступлении/не поступлении кадров. Так как последняя содержится в порядковых номерах, то кадры называют ненумерованными. Ненумерованные кадры предназначены для завершения соответствующих режимов передачи пакетов и для передачи информации о результатах выполнения этих действий.

Информационные кадры служат для переноса самой информации или данных, обычно они называются I-кадрами. Кроме того, I-кадры могут использоваться в режиме АСР для извещения с прицепом, связанным с потоком I-кадров в обратном направлении. Длина информационного поля I-кадра обычно равна пакету данных.

Супервизорные кадры (S-кадры) используются для управления потоком и ошибками, поэтому они содержат порядковые номера отправлений и поступлений. Восстанавливают кадры, потерянные из-за искажений в канале. Информационного поля нет. Минимальная длина кадра может быть 6 байт.

Форматы информационного, супервизорного и ненумерованного кадров приведены на рисунке 13. Первый бит информационного кадра равен 0 – идентификатор I-кадра. В полях управления S-кадра и U-кадра комбинации 10 и 11 – признаки супервизорного и ненумерованного кадров соответственно.

В байте управления супервизорного кадра указывается тип команды ответа S:

00 – ПГ (получатель готов), то есть выдающая этот кадр станция готова к приему следующего кадра. Используется в режимах РНО и АСР;

10 – НГП (получатель не готов к приему), то есть станция временно не может принимать I-кадры и запрет остается в силе до посылки кадра ПГ. Используется в режимах РНО и АСР;

01 – ОТК (отказ). Работает только в режиме АСР и означает запрос повторной передачи всех I-кадров, начиная с того номера, где произошла ошибка.

11 – ВОТК (выборочный отказ). Для АСР позволяет запросить повторную передачу только первого I-кадра с номером N(R).

В байте управления информационного кадра указываются номера N(S) = 0, 1, …,7 и N(R) = 0, 1, …, 7 передаваемого и принимаемого кадров; в супервизорных кадрах указывается только номер N(R) принимаемого кадра.

Поле М ненумерованного кадра используется для специфического типа кадра (биты функции модификатора). Здесь записываются команды кадра:

11001 - УРНО – установить режим нормального ответа;

11100 - УАСР – установить АСР;

00010 - РЗД – разъединить;

10001 - КО – кадр отвергнут и т.д.

U-кадры позволяют установить логическую связь между первичной и вторичной станциями, установить режим функционирования между ними. Разрыв логической связи осуществляется также с помощью U-кадра.

Кроме описанных кадров протокол HDLC использует различные ненумерованные кадры, например “Ненумерованный информационный” используется для передачи кадров, защищаемых только циклическим кодом и не восстанавливаемых при потере кадра.

Прежде чем передать какую-либо информацию (данные), между первичной станцией (ПС) и вторичной станцией (ВС) как на многоточечной линии, так и между двумя станциями, соединенными звеном данных, должно быть установлено логическое соединение. Это достигается обменом двумя ненумерованными кадрами.

При многоточечной связи сначала ПС посылает кадр УРНО (установить режим нормального ответа), в котором бит опроса равен 1, а в поле адреса стоит ее собственный адрес. Процедура установления соединения включает также инициализацию идентифицирующих переменных каждой станции. Эти переменные используются в процедурах управления ошибками и потоком. В заключение после передачи всех данных ПС прерывает связь, посылая для этого кадр РЗД (разъединить) и получая от ВС ответный кадр НИЗ (ненумерованное извещение).

Процедура установления двухточечной связи совпадает с процедурой установления связи на многоточечной линии.

Пояснить передачу данных согласно процедуре HDLC в режиме нормального ответа (РНО) и в режиме асинхронного ответа (РАО). 22. Режим нормального ответа по протоколу HDLC. 23. АСР по протоколу HDLC.

Протокол HDLC – это протокол канального уровня, который обеспечивает передачу последовательности пакетов через физический канал, искажения в котором вызывают ошибки в передаваемых данных, потерю, дублирование пакетов и нарушения порядка прибытия пакетов к адресату.

Единица данных, передаваемая как целое через информационный канал называется кадром. Используются кадры 22 типов, которые делятся на 3 группы:

I –кадры (информационные), служат для переноса самой информации или данных.

S –кадры (супервизорные), используются для управления потоками и ошибками.

V – кадры (ненумерованные), используются для таких функций, как установление связи.

Управление потоком в HDLC осуществляется при помощи передающих и принимающих окон. Окно устанавливается на каждом конце канала связи, чтобы обеспечить резервирование ресурсов (ресурсы вычислителя, пространство буфера) обоих станций.

Окна в принимающем и передающем узлах управляются переменными состояния, которые представляют собой состояние счетчика. Передающий узел поддерживает переменную состояния N(S) – порядковый номер следующего по очереди I-кадра, который должен быть передан. Принимающий узел поддерживает переменную состояния приема N(R).

Наиболее распространены режимы:

- РНО, режим нормального ответа.

-АСР, асинхронно сбалансированный режим.