三、常用的数据链路协议（HDLC、PPP）
（一）分析协议的思路
步骤一：了解协议的概貌,知道这个协议设计的目的、基本特征
步骤二：以协议数据单元（对于数据链路层而言是帧）的格式为主要线索来研究协议的 具体实现
步骤三：协议如何解决实际问题？
（二）HDLC协议（高级数据链路控制规程）（面向比特协议）
HDLC协议是一个面向比特的协议，其主要解决了数据链路层链路管理、寻址、帧同步、差错控 制、流量控制，其具有了平衡系统的和非平衡系统两个特性。
1、HDLC的组成：
帧结构（语法）
规程元素（语法）
规则类型（语义）
使用HDLC语法可以定义多种具有不同操作特点的链路层协议。
2、HDLC的描述
HDLC在描述时提出了三个层次的概念：
（1）所有参与通信的节点分类（数据站）：主站、次站、组合站。
在以前的以单处理机为中心的多终端联机系统的集中式控制，主站和次站时成对出现的，而对于现在的分布式结构（如分组交换网络）来说，所有的站点都是组合站。
（2）链路类型：平衡型，非平衡型。
集中式控制属于非平衡型，而分布式控制则属于平衡型
（3）操作模式：正规响应模式、异步响应模式、异步平衡模式
对于平衡型来说其只有异步平衡模式，即每个站点自主发出通信，是自治系统。而对于由主站和次站构成的非平衡型来说，有正规响应模式，即次站必须受到主站的控制，在没有得到主站许可的情况下，不能主动发起数据传输。而在异步响应模式下，次站可以主动发起数据传输。
3、HDLC协议数据单元的格式（帧格式）
（1）标志字段：帧首字段和帧尾字段在内容上看都是由“01111110”组成，其用来划分帧的起始位置和结束位置
（2）地址字段：其有两个缺陷：一，由于当时是为以单处理机为中心的多终端联机系统设计的，所以只有一个地址（终端地址），不适用于现在的分布式计算机系统。二，地址只有8位，即最多只能表示256个节点。
（3）信息字段：协议数据单元的用户数据部分，长度可变，但是一般情况下是1500个字节。
（4）帧校验序列:使用CRC校验法。
(5)信息帧：发送方在发送数据时使用了固定尺寸的滑动窗口协议（窗口大小固定为7）
4、HDLC帧的类型
帧类型：（1）信息帧：替上层的实体传送数据使用的帧
（2）监控帧：进行差错控制和流量控制
（3）无序号帧：链路管理控制，负责协商双方如何通信、如何使用信道
（三）协议工程设计
1、协议说明（需求分析、功能设计）：一般不用自然语言描述（冗余、多义性、结构性不 好）。而用有限状态机（FSM）、Petri网等形式描述
2、协议验证（协议工作模式是否把网络环境所遇到的问题考虑全、是否能够正常运行）
3、协议测试：一致性测试、互操作性测试、性能测试
4、有限状态机：其认为任何一个协议，就是要描述网络中的各种状态，而状态是有限的。
（1）有限状态机是一个四元组（S,M,I,T）
S为状态的集合，M是标号的集合，I是状态的集合，T是变迁的集合
其基本思想为：当出现一个变迁时，会由一个状态迁移到另外一个状态，而变迁产生的原因是来自用户的命令，信息的到达，内部的超时等事件
（2）状态举例：信道有错的单工停等协议
用三元组XYZ来表示状态：XYZ
X:发送方正发送的帧序号，为0或1
Y:接收方正在等待的帧序号，为0或1；
Z：信道状态：为0（表示正在传送序号为0的帧），
1（表示正在传送序号为1的帧），
A（信道正在传送应答帧）
或-（空）（表示信道没有传送数据或者传送的数据出错）
其初始状态为000
（3）优点：简单明了，比较精确
缺点：对于复杂协议来说，事件数和状态数会增加，处理困难。
5、perti网
（1）元素：
位置：描述系统状态，用一个圆圈表示
变迁：描述修改系统状态的事件，用一个长方形或线段表示
弧：描述状态与事件之间的关系，包括输入弧和输出弧，用用有向弧表示。
黑点：标记，是当前的状态
如图为有错单工停等协议的preti描述，其最大特点在于可以单独描述三种不同的状态
（四）Internet的数据链路层
1、点到点通信的两种主要情形（intenet工作的主要场合）：
（1）路由器到路由器：
（2）通过调制解调器拨号上网，或者连入接入服务器
接入INTERNET的方法：拨号接入（用户要想连入internet，有一个路由器或主机相连，必须申请连入才能接入）、专线接入（线路实时开放，不需要申请就可以完成数据传输）
2、SLIP（Serial LINE IP 串行线路IP协议）
本协议1984年提出，发送原始IP数据包，用一个标记字节（0Xc0）来定界，采用字符填充技术。其存在的问题主要有不提供差错校验、只能支持IP协议且IP地址不能动态分配，不支持身份验证，多版本不兼容等问题，现在已经不再使用。
3、PPP（point-to-point Protocol）协议（RFC 1661 16621663）
(1)特点：提供差错校验、支持多种协议、允许动态IP地址、支持身份认证
（2）与SLIP不同的是，其发送的不是原始IP数据包，而是以帧位单位传输。
（3）PPP协议为了增加协议的适应性和灵活性，协议被分为了两个部分，一部分为链路控制协议LCP(LinkControl Protocol),可以建立、测试多种物理层服务，使得本数据链路层可以支持更加丰富的类型
(4)PPPoE(Point to Point Protocol over Ethernet) 是基于以太网的点对点通讯协议
（5）帧格式：PPP协议的帧格式与HDLC协议的帧格式基本相同，但是有以下两点不同：第一，HDLC协议面向比特，而PPP协议面向的是字符，其要求所有通信的节点支持ASCII字符集；第二，PPP协议是HDLC的简化版本：（1）帧首与帧尾的定界符与HDLC协议相同（00111111），（2）地址字段保留了8位（为8个1），其不需要地址（应用环境是一条链路对应的两段，不需要地址）（3）控制字段（无序号帧）（4）协议字段：处理完成之后指向哪个应用进程进行处理（IP/IPX。。）（5）净负荷域：缺省为1500字节（6）校验和域：2或4个字节
参考资料： [1]韩立刚，计算机网络原理创新教程[M],水利水电出版社，2017.1
[2]陈妍，计算机网络原理[M].西安交通大学，2012.6