HDLC（High-level Data Link Control，高级数据链路控制）一个数据链路层的面向比特的协议，能够实现点对点和点对多的网络通信，拥有高效、可靠、透明等特点
不过标准 HDLC 协议已逐渐退出主流应用场景，在广域网点对点链路中，HDLC 协议主要被 PPP 协议所取代。不过PPP协议身上仍然有HDLC的影子

1. 理论概念

1.1 ARQ协议

ARQ (Automatic Repeat reQuest, 自动重传请求) 这是HDLC实现可靠传输的技术之一

!{tip}

不过ARQ协议只是个框架被广泛应用在需要可靠传输的地方，例如TCP/IP协议簇中的TCP协议也利用了ARQ协议

ARQ协议中有三种实现策略，分别是 停止等待（SW）、回退N (GBN) 和 选择重传(SR)

停止等待(Stop and Wait, SW)

发送方在发送一个数据包后，必须等待接收方的确认。如果在设定的超时期限内未收到确认，发送方会重新发送该数据包。这种机制就导致了线路的利用率是非常低的，大部分时间都花在了非必要的等待上，不过好在这种方式实现非常简单

回退N(Go Back N, GBN)

如果接收方发现丢失了某个数据包，它会丢弃该数据包之后接收的所有数据包，并要求发送方从丢失的数据包开始重新发送。这种机制提升了线路的利用率，但是如果有数据包丢失了那么仍然会产生不必要的冗余传输，这种方式适合用在稳定线路上

!{tip 提示}

上面介绍的两种策略属于连续ARQ，接下来将介绍选择重传ARQ

选择重传(Selective Repeat, SR)

选择重传ARQ则只重传那些确实出错或丢失的数据包。发送方和接收方都会维护一个窗口，用于控制可以发送和接收的数据包的数量和编号。这种方法可以减少不必要的重传，提高传输效率，不过接收端需缓存乱序帧复杂度比上面两种策略都高

1.2 站点和链路

站点类型

HDLC 中的站点分为 主站（Primary）、从站（Secondary） 和 复合站（Combined）

• 主站：整个链路的管理者，拥有控制权，能够主动发送数据和链路管理命令，负责链路的控制和调度
• 从站：没有控制权，不能主动发起通信，必须在主站轮询后才能发送数据，只能响应主站命令
• 复合站： 同时具备主站和从站的能力，既能主动发起通信，也能响应对方命令，在平衡模式下可实现对等通信

链路的配置模式

分为平衡配置和非平衡配置

• 平衡配置： 指站点和站点之间是平等的，例如 异步平衡模式（ABM，Asynchronous Balanced Mode） 就属于平衡配置

  在 异步平衡模式（ABM） 中，双方都是复合站，链路控制权平等，且通信是异步的，即无需严格的轮询或时间同步，双方可以随时全双工发送数据

• 非平衡配置： 指站点和站点之间是不平等的，例如 异步响应模式 (ARM, Asynchronous Response Mode) 和 普通响应模式 (NRM, Normal Response Mode)

  在 异步响应模式（ARM） 中，主站能够发送控制数据（I/S/U帧），从站能应答控制（S帧）和主动发送数据（I帧）

  普通响应模式（NRM） 和 异步响应模式（ARM） 的区别就是 从站 不能主动发送任何帧，必须等待主站的轮询帧后，才能发送数据和应答控制

2. 帧结构

光看图片你可能会有点懵，不过问题不大，我马上就解释

2.1 其他字段

• 标志位（Flag）： 是一个定值 01111110 (16进制为: 0x7E) 用来确定一个帧的开头和结尾
• 地址（Address）： 用于区分链路上的不同站点，长度为8bit（标准HDLC最多256个站点），在扩展HDLC中可支持16位地址

  !{warning 注意}

  HDLC的地址既不是IP地址也不是MAC地址，这个地址是由管理员手动分配的

• 数据（Information）： 字面意思指的就是这个帧所承载的数据，在标准的HDLC中并没有规定帧的MTU理论上可以是任意长度（不过一般不建议太长，否则重传成本会特别高）
• 校验和（FCS）：从地址到数据字段的CRC-16校验和

!{tip 拓展}

教材上可能会说CRC不能实现纠错，不过实际上CRC是可以做到纠错的

这个我会在文章末尾讲解

不过各种考试上面就不要说CRC能纠错了，分还是要拿的！我们自己知道就行了😎

2.2 控制字段（Control）

控制字段开头1~2个比特能确定帧类型，如果第一个比特为0则为 信息帧（I帧） 否则看第二个比特如果是0则为 监控帧（S帧） 否则为 无编号帧（U帧）

• 信息帧（I帧）： 信息帧的控制字段中包含三个有实际含义的字段，分别是 N(S)、N(R)和F/P

  • N(S)： 发送序号，用于标识这是第几帧数据，便于接收端按序重组
  • N(R)： 接收端期望接收的下一帧编号

• 监控帧（S帧）： 主要负责应答控制M字段为S帧对应的类型如下表

M字段（二进制）	帧名称	含义
00	RR (Receive Ready)	表示准备就绪可以接收消息
01	REJ (Reject)	和N(R)字段一起组合使用实现 ARQ的回退N（GBN）
10	RNR (Receive Not Ready)	表示接收端没有准备好暂停接收消息
11	SREJ (Selective Reject)	和N(R)字段一起组合使用实现 ARQ的选择重传（SR）

• 无编号帧（U帧）： 主要负责控制链路和管理

  U帧比较复杂，且迄今为止我没有找到任何一个详细介绍U帧的资料 （我英语不好再加上ISO的标准文档写的有点晦涩难懂和比较神经的机翻结果，我尽力了😭）

  如果未来我搞清楚了我将会补齐文章内容

3. 拓展

3.1 HDLC如何实现透明传输？

HDLC采用零比特的方式实现透明传输，也就是如果遇到了5个连续的1就在后面插入一个0 也就是用011111010来表示01111110 在接受数据时反之遇到5个连续的1就将后面的0删除

3.2 CRC如何实现纠错

以CRC-3为例，生成多项式： $G(x)=x³+x²+1$，校验位长度 R=3（就是生成多项式的最高次幂）

假设数据为 10011，其CRC校验码为 011，发送帧为 10011011。

若传输中低位第2位出错，接收端重新做CRC除法得到余数 010 (十进制=2)；若低位第4位出错，余数则为 100 (十进制=4)。若无错误则余数为 000。

因此，当数据长度$≤ (2^R - R)$ 时，CRC的余数与出错位唯一对应，可实现单比特纠错

!{warning 警告}

1. CRC设计目的是检错，纠错只是特殊情况下的附加性质
2. 当数据长度 $> (2^R-R)$ 或出现多比特错误时，CRC不能用于纠错
3. 考试中绝对不能说“CRC有纠错能力”！