Tìm hiểu giao thức HDLC

ĐẠI HỌC MỎ- ĐỊA CHẤT KHOA CÔNG NGHỆ- THÔNG TIN BÁO CÁO BÀI TẬP NHĨM Đề tài : TÌM HIỂU GIAO THỨC HDLC GVHD: Ths Trần Thị Thu Thúy Sinh viên thực : Nhóm 05 Nguyễn Thị Kim Oanh : 1421050539 Đỗ Thị Bích Phượng : 1421050156 Trần Cơng Quyết : 1421050162 Phạm Tấn Sang : 1421050166 Phạm Ngọc Sáng : 1421050570 Hà Nội, tháng 12/2017 PHỤ LỤC I Giới thiệu giao thức HDLC Khái niệm - Giao thức HDLC giao thức liên kết liệu mức cao, thuộc tầng –tầng liên kết liệu-trong mơ hình tham chiếu OSI - Giao thức HDLC giao thức chuẩn hóa quốc tế định nghĩa ISO để dùng cho liên kết điểm- nối- điểm đa điểm Nó hỗ trợ hoạt động chế độ suốt, song cơng hồn tồn ngày dùng cách rộng rãi mạng đa điểm mạng máy tính - Tiền thân HDLC giao thức SDLC (Synchronuous Data Link Control) Đây nghi thức liên kết liệu quan trọng, nhiều nghi thức liên kết liệu khác tương tự dựa nghi thức HDLC nghi thức hướng đến bit Nghi thức điều khiển liên kết liệu cấp cao ( High-level Data Link ControlHDLC) a Đặc điểm chung giao thức HDLC là: - Hoạt động chế độ full-duplex - Liên kết điểm-nối-điểm đa điểm - Truyền dẫn đồng - Điều khiển lỗi “Continuous RQ” - Dùng cho liên kết với giá trị lớn nhỏ a ( ví dụ vệ tinh kết nối trực tiếp khoảng cách ngắn) b Ưu điểm: - Không phụ thuộc mã điều khiển - Khả thích ứng - Hiệu cao - Độ tin cậy cao c Cấu hình mạng dùng HDLC Hình 1: Cấu hình mạng dùng HDLC II Các đặc tính HDLC Cấu hình liên kết • Phân loại trạm: - Trạm chính, trạm sơ cấp (Primary Station) + Điều khiển hoạt động liên kết + Các khung (frame) phát gọi lệnh (command) - Trạm phụ, trạm thứ cấp (Secondary Station) + Hoạt động điều khiển trạm sơ cấp + Các khung phát gọi đáp ứng + Trạm sơ cấp trì liên kết luận lý riêng cho trạm thứ cấp - Trạm kết hợp (Combined Station) + Kết hợp đặc điểm trạm sơ cấp trạm thứ cấp +Có thể phát lệnh đáp ứng • Cấu hình liên kết: - Không cân (Unbalanced) + Bao gồm trạm sơ cấp, nhiều trạm thứ cấp + Hỗ trợ truyền Half-Duplex Full-Duplex - Cân (Balanced) + Bao gồm trạm tổ hợp + Hỗ trợ truyền Half-Duplex Full-Duplex Các chế độ hoạt động giao thức HDLC - HDLC có chế độ hoạt động: + Chế độ đáp ứng thông thường NRM (Normal Response Mode): Chế độ dùng cấu hình khơng cân Trong chế độ này, trạm sơ cấp khởi động việc trao đổi liệu, trạm thứ cấp truyền nhận thị đặc biệt trạm sơ cấp Liên kết điểm-nối-điểm hay đa điểm Trong trường hợp đa điểm cho phép trạm sơ cấp + Chế độ đáp ứng bất đồng ARM (Asynchronous Response Mode): Chế độ dùng cấu hình khơng cân Nó cho phép trạm thứ cấp xúc tiến hoạt động truyền mà không cần cho phép từ trạm sơ cấp Chế độ thường sử dụng cấu hình điểm-nối-điểm liên kết song công cho phép thứ cấp truyền frame cách bất đồng với sơ cấp + Chế độ cân bất đồng ABM (Asynchronous Balanced Mode): Chế độ dùng chủ yến liên kết song công điểm-nối-điểm cho ứng dụng truyền số liệu máy tính-đến-máy tính cho kết nối máy tính mạng số liệu cơng cộng (PSDN) Trong chế độ này, trạm có trạng thái thực hai chức sơ cấp thứ cấp Nó chế độ dùng giao thức tiếng X.25 III Cấu trúc khuôn dạng Frame Cấu trúc chung - Các khuôn dạng frame: Không giống BSC, HDLC số liệu thông tin điều khiển tải dạng frame chuẩn Dạng frame trình bày hình với kiểu frame khác xác định vùng điều khiển phần header Có nhóm frame dùng HDLC: + Các frame không đánh số: Các frame dùng cho chức thiết lạp liên kết xóa liên kết Tên gọi khơng đánh số chúng khơng chứa thơng tin báo nhận bào, nên khơng có số + Các frame thông tin: Các frame mang thông tin thực hay số liệu thường xem I-frame Các I-frame dùng để tải thông tin báo nhận liên hệ đến luồng I-frame theo hướng ngược lại liên kết hoạt động chế độ ABM hay ARM + Các frame quản lý: Các frame dùng đẻ kiểm soát lỗi điều khiển luồng, chứa số truyền nhận - Cấu trúc chung frame + HDLC sử dụng chế độ truyền tải đồng bộ, bit liệu truyền gói vào khung sử dụng cấu trúc khung cho tất loại liệu thông tin điều khiển Cấu trúc khung giao thức HDLC có dạng sau: Trong đó: + Flag: Mã đóng khung cho Frame chọn 01111110 + Address: Ghi địa trạm đích frame + Control: Định danh loại frame khác + Data: Ghi thông tin cần chuyển + FSC: Mã kiểm tra lỗi Các trường Frame • Cờ điều khiển (Flag) - Dùng để phân cách khung (đầu cuối), xác định điểm bắt đầu kết thúc khung Giá trị: 01111110 - Có thể dùng vừa kết thúc khung này, vừa bắt đầu khung khác - Sử dụng kỹ thuật chèn bit (bit stuffing) để tránh xuất cờ liệu - Bit stuffing: bit chèn thêm xuất số liên tiếp phần liệu Ví dụ: Phần liệu ban đầu là: 111111111111011111101111110 Phần liệu sau sử dụng kỹ thuật Bit Stuffing: 1111101111101101111101011111010 Ví dụ lỗi có thể: Trường địa (Address) - Dùng để xác định trạm thứ cấp gửi nhận khung • Khơng cần thiết liên kết điểm-nối-điểm giữ để quán Trường địa thường dài bit - Nội dung vùng địa phụ thuộc vào chế độ hoạt động Trong NRM, ví dụ đường dây đa nhánh, trạm thứ cấp gán địa Bất trạm sơ cấp thông tin với trạm thứ cấp, vùng địa chứa địa trạm thứ cấp Có thể có địa xem địa nhóm gán cho nhóm trạm thứ cấp Tất frame truyền với địa nhóm kèm theo tất trạm thứ cấp nhóm nhận Tương tự, địa broadcast (quảng bá) dùng để truyền cho tất trạm thứ cấp liên kết - Khi trạm thứ cấp gửi thông điệp phúc đáp cho sơ cấp, vùng địa chứa địa thứ cấp Trong trường hợp mạng lớn có nhiều trạm thứ cấp, vùng địa mở rộng bit Bit có ý nghĩa nhỏ vùng bit dùng để định phía sau có octet (byte) khác khơng Nếu bit phía sau có octet khác, ngược lại octet sau (hay có octet) Lưu ý ABM vùng địa không dùng theo cách có liên kết điểm-nối-điểm trực tiếp Thay vậy, dùng để dịnh hướng cho lện đáp ứng liên hệ với chúng - Khi trường địa có giá trị 11111111 địa broadcast (gửi đến tất cả) Vùng địa nhận dạng trạm thứ cấp gửi frame, vùng không cần đến liên kết điểm-nối-điểm Tuy nhiên, liên kết đa điểm vùng địa bit_chế độ thường_ bội số bit_chế độ mở rộng Trong trường hợp sau, bit octet địa có giá trị thấp set bit octet sau set Các bit lại hình thành nên địa Trong hai chế độ, địa có tất bit dùng làm địa broadcast • Trường điều khiển (Control) Trường dùng để xác định loại khung Tương ứng với khuôn dạng frame có loại trường điều khiển: + Khung thơng tin I-frame chứa liệu cần truyền điều khiển dòng điều khiển lỗi gửi kèm khung thông tin (Piggybacking) + Khung giám sát (S-frame, Supervisor Frame) dùng cho ARQ Piggybacking không dùng + zKhung không số (Unnumbered frame, U-frame) bổ sung chức điều khiển liên kết Hình 2: bit trường điều khiển hình thành loại khung - Giao thức HDLC sử dụng cửa sổ trượt với số thứ tự khung bít Trường seq khung I để số thứ tự khung thông tin Trường Next để số thứ tự khung thông tin mà bên gởi chờ nhận ( thay khung nhận tốt giao thứ cửa sổ trượt giới thiệu phần trước) - Bit Poll/Final: ý nghĩa tùy theo ngữ cảnh Trong khung lệnh (Command Frame) + Ý nghĩa bit P + để mời gọi (Poll) khung đáp ứng trạm ngang hàng Trong khung đáp ứng (Response Frame) + Ý nghĩa bit F + thị khung đáp ứng kết lệnh mời gọi - Khung S (Supervisory Frame) khung điều khiển, dùng để kiểm sốt lỗi luồng liệu q trình truyền tin Khung S có kiểu xác định tổ hợp giá trị bit trường Type + SS=00 RR (Receive Ready), khung báo nhận, thông báo sẵn sàng nhận liệu, nhận tốt đến khung Next-1 đợi nhận khung Next Được dùng đến khơng liệu gửi từ chiều ngược lại để vừa làm báo nhận (Figgyback) + SS=01 REJ (Reject): khung báo không nhận (Negative Acknowledge), yêu cầu gửi lại khung từ khung Next + SS=10 RNR (Receive Not Ready): thông báo không sẵn sàng nhận tin, nhận đến khung thứ Next-1, chưa sẵn sàng nhận khung Next + SS=11 SREJ (Selective Reject): yêu cầu gửi lại khung có số thứ tự Next - Khung U (Unnumbered Frame) thường sử dụng cho mục đích điều khiển đường truyền, đơi dùng để gởi liệu dịch vụ không nối kết Các lệnh khung U mô tả sau: + 1111P100: Lệnh dùng để thiết lập chế độ truyền tải SABM (Set Asynchronous Balanced Mode) + 1100P001: Lệnh dùng để thiết lập chế độ truyền tải SNRM (Set Normal Response Mode) + 1111P000: Lệnh dùng để thiết lập chế độ truyền tải SARM (Set Asynchronous Response Mode) + 1100P010: Lệnh để yêu cầu ngắt xóa nối kết DISC (Disconnect) + 1100F110 UA (Unnumbered Acknowledgment) Được dùng trạm thứ cấp để báo với trạm sơ cấp nhận chấp nhận lệnh loại U + 1100F001 CMDR/FRMR (Command Reject/Frame Reject) Được dùng trạm thứ cấp để báo khơng chấp nhận lệnh mà nhận xác Khung thơng tin khung giám sát mở rộng 16 bit, Sử dụng số bit • Trường thơng tin (Information) Chỉ có khung thơng tin (I-frame) số khung không số (U-frame) Phải số nguyên octet (8 bits) Chiều dài thay đổi, giới hạn tùy thuộc vào hệ thống • Trường FCS - Dùng để phát lỗi - Được tính dựa bit lại khung - CRC 16 bit, Có thể dùng CRC 32 bit 10 - Tuần tự kiểm tra frame FCS (Frame Check Sequence) mã CRC 16 bit cho toàn phần nội dung frame đóng cờ Đa thức sinh dùng với HDLC thường CRC-CCITT: X16 + X12 + X5 + - FCS tăng cường thủ tục khác nhằm làm cho kiểm tra tinh vi Ví dụ thêm bit vào đuôi số bị chia trước chia (thay bit 0) đảo ngược số dư Điều có tác dụng làm cho số dư tính lại máy thu khơng phải tất mà mẫu bit đặc biệt_0001 1101 0000 1111 IV Hoạt động giao thức Quản lý liên kết, tạo kết nối - Trước truyền thông tin số liệu sơ cấp trạm thứ cấp liên kết đa điểm hai trạm nối với qua liên kết điểm-nối-điểm, cầu nối luận lý chủ thể truyền tin phải thiết lập Điều hoàn thành nhờ trao đổi frame không đánh số - Trong liên kết đa điểm, trước tiên trạm sơ cấp truyền SNRM- frame với bit P/F set địa thứ cấp đặt vùng địa Thứ cấp đáp ứng UA- frame với bit kết (final) set với địa vùng địa Như thấy, thủ tục thiết lập có tác dụng khởi động biến trạm Các biến dùng thủ tục điều khiển luồng kiểm soát lỗi Cuối cùng, sau tất số liệu truyền, liên kết bị xóa sơ cấp gửi DISC- frame thứ cấp đáp ứng UA- frame - Các chế độ đáp ứng: + Chế độ đáp ứng thông thường liên kết đa điểm + Chế độ cân bất đồng liên kết điểm-nối-điểm - Thủ tục thiết lập liên kết điểm-nối-điểm giống thủ tục thiết lập liên kế dùng liên kết đa điểm Tuy nhiên, chế độ đáp ứng thông thường liên kết đa điểm ABM chọn SABM- frame truyền trước tiên Trong chế độ phía liên kết khởi động truyền I- frame cách độc lập, trạm thường trạm kết hợp sơ cấp thứ cấp Cả hai trạm khởi động xóa liên kết chế độ Trong chế độ cân bất đồng liên kết điểm-nối-điểm, trạm A khởi động thiết lập liên kết trạm B khởi động xóa 11 cầu nối luận lý (sau truyền xong liệu) Chỉ cần lần trao đổi frame thiết lập liên kết theo hai hướng Như thấy, vùng địa dùng để định hướng cho frame lệnh ( SABM/DISC) đáp ứng liên hệ với Nếu máy thu từ chối lệnh thiết lập cầu nối chế độ, phúc đáp DM- frame (Disconnected Mode-frame) nhận frame xác lạp chế độ (SNRM SABM) DM-frame trạm đáp ứng cắt cầu nối luận lý - Tóm tắt q trình khởi tạo kết nối: Gửi U-frame khởi tạo chế độ: + SNRM/SNRME + SARM/SARME + SABM/SABME Nếu đồng ý kết nối gửi lại U-frame UA (Unnumbered Acknowledged) Nếu không đồng ý kết nối gửi lại U-frame DM (Disconnected Mode) Trao đổi liệu Sau thiết lập kết nối trạm trình trao đổi liệu bắt đầu diễn I-frame: Cả hai bên gửi I-frame (chỉ số 0) – Mỗi frame có số thứ tự N(S) – Cơ chế ACK: + N(S) = số thứ tự frame gửi + N(R) = số thứ tự frame đợi nhận tiếp theo, xác nhận nhận OK frame có số thứ tự đến N(R)-1 – Sử dụng đánh số thứ tự frame: Kích thước cửa sổ cực đại 127 – P/F: Trong NRM, chế độ hỏi vòng primary (P=1), secondary thiết lập F=1 gửi đáp ứng với khung I cuối S-frame: Các S-frame dùng để điều khiển dòng điều khiển lỗi nếu: – RR : SS=00, ACK nhận OK N(R)-1 frame – RNR : SS=10, bên nhận bận, sau phải phát RR để tiếp tục nhận liệu ACK nhận OK frame N(R)-1, không nhận tiếp I-frame 12 – REJ : SS=01, NACK frame N(R) có lỗi, phải gửi lại frame N(R) frame sau – SREJ : SS=11, NACK cho frame N(R) yêu cầu truyền lại frame (Selective Repeat) U-frame: – Cung cấp commands + response: mode settings, recovery – Mode settings: thiết lập chế độ liên kết + SABM: Set Asynchronous Balanced Mode + UA: ACK chấp nhận lệnh thiết lập chế độ + DISC: Hủy bỏ liên kết logic thiết lập – Truyền tin trạm sử dụng unnumbered info (UI) – Recovery: error/flow control khơng thực + FRMR: frame có FCS đúng, sai cú pháp + RSET: Tx khởi tạo lại số thứ tự frame gửi Ngắt kết nối - Một hai bên ngắt kết nối cách gửi U-frame DISC (Disconnect) Bên phải chấp nhận ngắt kết nối, gửi lại U-frame UA (Unnumbered Acknowledgement) Các khung độ bị (việc phục hồi phải lớp trên) Ví dụ hoạt động HDLC: Hình 3: Hoạt động HDLC 13 - Hình (a): Mơ tả khung liên quan q trình thiết lập xóa nối kết Đầu tiên hai bên giao tiếp gởi khung SABM sang bên thiết lập đếm thời gian Bên phía lại nhận khung SABM trả lời khung UA Bên yêu cầu nối kết nhận khung UA xóa bỏ đếm thời gian Nối kết hình thành hai bên truyền khung qua lại cho Nối kết xóa hai bên giao tiếp gởi khung DISC Trong trường hợp khác, sau khoảng thời gian trôi qua, bên u cầu nối kết khơng nhận khung UA, cố gắng gởi lại khung SABM số lần qui định Nếu không nhận khung UA, bên yêu cầu nối kết thông báo lỗi lên tầng cao - Hình (b): Mơ tả tiến trình trao đổi khung I hai bên Ta thấy bên A gởi liên tiếp khung (I,1,1 I,2,1) mà khơng nhận khung báo nhận số thứ tự khung chờ nhận không thay đổi, trường hợp Ngược lại bên B nhận liên tiếp khung (I,1,1 I,2,1) mà không gởi khung đi, khung chờ nhận khung thông tin truyền phải số khung vừa nhận, - Hình (c): Máy A xử lý kịp khung B gởi đến gởi khung RNR để u cầu B tạm dừng việc việc truyền tải Bên B định kỳ gởi thăm dò bên A cách gởi khung RR với bit P đặt lên Nếu bên A chưa thể nhận thông tin từ bên B trả lời khung RNR, ngược lại A sẵn sàng trả lời khung RR - Hình (d): Bên A gởi sang B ba khung thông tin 3,4 Khung bị hoàn toàn đường truyền Khi bên B nhận khung 5, bỏ qua khung sai thứ tự khung B gởi REJ với trường Next để yêu cầu A gởi lại tất khung từ khung số - Hình (e): Minh họa cách thức phục hồi lỗi dựa vào thời gian (timeout) Khung số bị lỗi B bỏ B khơng thể gởi khung REJ khơng thể xác định có phải khung I hay không Bên A sau khoảng thời gian trôi qua không thấy khung trả lời từ B, gởi khung RR với bit P=1 để kiểm tra trạng thái bên Bên B đáp lại khung RR với trường Next để báo hiệu khung số Sau A truyền lại khung số Do HDLC định nghĩa giao thức điều khiển liên kết số liệu tổng quát, nên dùng số cấu hình mạng khác nhau, trình bày hình Trong HDLC, frame gửi từ trạm 14 sơ cấp đến trạm thứ cấp gọi lệnh (command) frame gửi từ thứ cấp đến sơ cấp gọi đáp ứng (response) Hai cấu hình trình bày phần (a) (b) có trạm sơ cấp gọi cấu hình khơng cân bằng, phần (c) có hai trạm sơ cấp gọi cấu hình cân Trong cấu hình cân bằng, trạm có phần sơ cấp thứ cấp, nên chúng gọi trạm kết hợp V So sánh giao thức HDLC giao thức PPP: HDLC PPP Hoạt động lớp Hoạt động lớp Bit oriented protocol Byte oriented protocol Sử dụng FCS (Frame check sequence – Chuỗi kiểm tra frame) để phát lỗi truyền liệu Sử dụng FCS (Frame check sequence – Chuỗi kiểm tra frame) để phát lỗi truyền liệu Hỗ trợ hai kiểu liên kết đồng không đồng Hỗ trợ kiểu liên kết đồng bộ, không đồng bộ, HSSI (High speed serial interface), ISDN (Integrated Services Digital Network – Mạng số tích hợp đa dịch vụ) Được sử dụng để thực đóng gói liệu mà khơng sử dụng giao thức đóng gói khác PPP khơng thể đóng gói liệu mà khơng cần trợ giúp giao thức đóng gói khác HDLC, SDLC (Synchronous data link control) Không hỗ trợ chứng thực Hỗ trợ chứng thực cách sử dụng giao thức PAP CHAP 15 HDLC có hai loại: ISO HDLC Cisco HDLC Sử dụng định dạng HDLC theo định nghĩa ISO Nó sử dụng giao thức điều khiển liên kết Không kiểm tra chất lượng liên kết (LCP) để kiểm tra chất lượng liên kết thiết lập thiết lập Cấu trúc khung HDLC 16 Cấu trúc khung HDLC PPP 17