如何分析數據鏈路協議HDLC及PPP

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一、常用的數據鏈路協議（HDLC、PPP）

   （一）分析協議的思路

         步驟一：了解協議的概貌,知道這個協議設計的目的、基本特征

步驟二：以協議數據單元（對于數據鏈路層而言是幀）的格式為主要線索來研究協議的      具體實現

步驟三：協議如何解決實際問題？

（二）HDLC協議（高級數據鏈路控制規程）（面向比特協議）

    HDLC協議是一個面向比特的協議，其主要解決了數據鏈路層鏈路管理、尋址、幀同步、差錯控       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：

       幀結構（語法）

       規程元素（語法）

       規則類型（語義）

       使用HDLC語法可以定義多種具有不同操作特點的鏈路層協議。

   2、HDLC的描述

       HDLC在描述時提出了三個層次的概念：

       （1）所有參與通信的節點分類（數據站）：主站、次站、組合站。

在以前的以單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，而對于現在的分布式結構（如分組交換網絡）來說，所有的站點都是組合站。

（2）鏈路類型：平衡型，非平衡型。

  集中式控制屬于非平衡型，而分布式控制則屬于平衡型

（3）操作模式：正規響應模式、異步響應模式、異步平衡模式

  對于平衡型來說其只有異步平衡模式，即每個站點自主發出通信，是自治系統。而對于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，不能主動發起數據傳輸。而在異步響應模式下，次站可以主動發起數據傳輸。

3、HDLC協議數據單元的格式（幀格式）

（1）標志字段：幀首字段和幀尾字段在內容上看都是由“01111110”組成，其用來劃分幀的起始位置和結束位置

（2）地址字段：其有兩個缺陷：一，由于當時是為以單處理機為中心的多終端聯機系統設計的，所以只有一個地址（終端地址），不適用于現在的分布式計算機系統。二，地址只有8位，即最多只能表示256個節點。

（3）信息字段：協議數據單元的用戶數據部分，長度可變，但是一般情況下是1500個字節。

（4）幀校驗序列:使用CRC校驗法。

 (5)信息幀：發送方在發送數據時使用了固定尺寸的滑動窗口協議（窗口大小固定為7）

4、HDLC幀的類型

   幀類型：（1）信息幀：替上層的實體傳送數據使用的幀

       （2）監控幀：進行差錯控制和流量控制

     （3）無序號幀：鏈路管理控制，負責協商雙方如何通信、如何使用信道

   （三）協議工程設計

       1、協議說明（需求分析、功能設計）：一般不用自然語言描述（冗余、多義性、結構性不           好）。而用有限狀態機（FSM）、Petri網等形式描述

       2、協議驗證（協議工作模式是否把網絡環境所遇到的問題考慮全、是否能夠正常運行）

       3、協議測試：一致性測試、互操作性測試、性能測試 

       4、有限狀態機：其認為任何一個協議，就是要描述網絡中的各種狀態，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

    其基本思想為：當出現一個變遷時，會由一個狀態遷移到另外一個狀態，而變遷產生的原因是來自用戶的命令，信息的到達，內部的超時等事件

（2）狀態舉例：信道有錯的單工停等協議

     用三元組XYZ來表示狀態：XYZ

          X:發送方正發送的幀序號，為0或1

          Y:接收方正在等待的幀序號，為0或1；

         Z：信道狀態：為0（表示正在傳送序號為0的幀），

1（表示正在傳送序號為1的幀），

A（信道正在傳送應答幀）

或-（空）（表示信道沒有傳送數據或者傳送的數據出錯）

其初始狀態為000

（3）優點：簡單明了，比較精確

     缺點：對于復雜協議來說，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，用一個圓圈表示

       變遷：描述修改系統狀態的事件，用一個長方形或線段表示

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

       黑點：標記，是當前的狀態

如圖為有錯單工停等協議的preti描述，其最大特點在于可以單獨描述三種不同的狀態

（四）Internet的數據鏈路層

    1、點到點通信的兩種主要情形（intenet工作的主要場合）：

       （1）路由器到路由器：

         （2）通過調制解調器撥號上網，或者連入接入服務器

      接入INTERNET的方法：撥號接入（用戶要想連入internet，有一個路由器或主機相連，必須申請連入才能接入）、專線接入（線路實時開放，不需要申請就可以完成數據傳輸）

   2、SLIP（Serial LINE IP 串行線路IP協議）

      本協議1984年提出，發送原始IP數據包，用一個標記字節（0Xc0）來定界，采用字符填充技術。其存在的問題主要有不提供差錯校驗、只能支持IP協議且IP地址不能動態分配，不支持身份驗證，多版本不兼容等問題，現在已經不再使用。

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

      (1)特點：提供差錯校驗、支持多種協議、允許動態IP地址、支持身份認證

    （2）與SLIP不同的是，其發送的不是原始IP數據包，而是以幀位單位傳輸。

     （3）PPP協議為了增加協議的適應性和靈活性，協議被分為了兩個部分，一部分為鏈路控制協議LCP(LinkControl Protocol),可以建立、測試多種物理層服務，使得本數據鏈路層可以支持更加豐富的類型

       (4)PPPoE(Point to Point Protocol over Ethernet) 是基于以太網的點對點通訊協議

      （5）幀格式：PPP協議的幀格式與HDLC協議的幀格式基本相同，但是有以下兩點不同：第一，HDLC協議面向比特，而PPP協議面向的是字符，其要求所有通信的節點支持ASCII字符集；第二，PPP協議是HDLC的簡化版本：

（1）幀首與幀尾的定界符與HDLC協議相同（00111111），

（2）地址字段保留了8位（為8個1），其不需要地址（應用環境是一條鏈路對應的兩段，不需要地址）

（3）控制字段（無序號幀）

（4）協議字段：處理完成之后指向哪個應用進程進行處理（IP/IPX。。）

（5）凈負荷域：缺省為1500字節（6）校驗和域：2或4個字節

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