Chủ Nhật, 14 tháng 7, 2013

Tìm hiểu về Giao thức HDLC (High-Level Data Link Control)

PPP được xây dựng dựa trên nền tảng giao thức điều khiển truyền dữ liệu lớp cao (High-Level Data link Control (HDLC)) nó định ra các chuẩn cho việc truyền dữ liệu các giao diện DTE và DCE của mạng WAN như V.35, T1, E1, HSSI, EIA-232-D, EIA-449. PPP được ra đời như một sự thay thế giao thức Serial Line Internet Protocol (SLIP), một dạng đơn giản của TCP/IP. 

PPP cung cấp cơ chế chuyển tải dữ liệu của nhiều giao thức trên một đường truyền, cơ chế sửa lỗi nén header, nén dữ liệu và multilink. PPP có hai thành phần:

*Link Control Protocol (LCP): (được đề cập đến trong RFC 1570) thiết lập, điều chỉnh cấu hình, và hủy bỏ một liên kết. Hơn thế nữa LCP còn có cơ chế Link Quality Monitoring (LQM) có thể được cấu hình kết hợp với một trong hai cơ chế chứng thực Password Authentication Protocol (PAP) hay Challenge Handshake Authentication Protocol (CHAP).
*Network Control Protocol (NCP): NCP làm nhiệm vụ thiết lập, điều chỉnh cấu hình và hủy bỏ việc truyền dữ liệu của các giao thức của lớp network như: IP, IPX, AppleTalk and DECnet. 

Cả LCP và NCP đều họat động ở lớp 2. Hiện đã có mở rộng của PPP phục vụ cho việc truyền dữ liệu sử dụng nhiều links một lúc, đó là Multilink PPP (MPPP) trong đó sủ dụng Multilink Protocol (MLP) để liên kết các lớp LCP và NCP.


What is the difference between PPP and HDLC?


Differences between HDLC and PPP are

  • (1) HDLC is cisco proprietary while PPP is an open standard.
  • (2) HDLC does not provide authentication while PPP provides authentication like PAP and CHAP.
  • (3) HDLC does not support compression while PPP support compression.
  • (4) HDLC supports synchronous networks only while PPP supports both synchronous and asynchronous networks.

Giao thức HDLC (High-Level Data Link Control) :

Trạm phụ (Secondary Station)hoạt động dưới sự kiểm soát của trạm chính. Khung gởi từ trạm phụ gọi là các trả lời. Trạm chính duy trì nhiều đường nối kết luận lý đến các trạm phụ trên đường truyền.


4.4.6/- Giao thức HDLC (High-Level Data Link Control) :

Giao thức điều khiển liên kết dữ liệu quan trong nhất là HDLC. Không phải vì nó được sử dụng rộng rãi mà nó còn là cơ sở cho nhiều giao thức điều khiển liên kết dữ liệu khác.

4.4.6.1/- Các đặc tính của giao thức HDLC :

Giao thức HDLC định nghĩa 3 loại máy trạm, hai cấu hình đường nối kết và 3 chế độ điều khiển truyền tải.

a/- Ba loại trạm trong HDLC :

• Trạm chính (Primary Station): Có trách nhiệm điều khiển các thao thác về đường truyền. Các khung được gởi từ trạm chính gọi là lệnh Command).

• Trạm phụ (Secondary Station): Hoạt động dưới sự kiểm soát của trạm chính. Khung gởi từ trạm phụ gọi là các trả lời. Trạm chính duy trì nhiều đường nối kết luận lý đến các trạm phụ trên đường truyền.

• Trạm hỗn hợp (Combined Station): Bao gồm đặc điểm của trạm chính và trạm phụ. Một trạm hỗn hợp có thể gởi đi các lệnh và các trả lời.

b/- Hai cấu hình đường nối kết :

 • Cấu hình không cân bằng (Unbalanced Configuration): Gồm một máy trạm chính (Primary Station) và nhiều máy trạm phụ (Secondary station) và hỗ trợ cả 2 chế độ truyền song công và bán song công.

• Cấu hình cân bằng (Balanced Configuration): Bao gồm 2 máy trạm hỗn hợp, và hỗ trợ cả 2 chế độ truyền song công và bán song công.

c/- Có 3 chế độ truyền tải là :

• Chế độ trả lời bình thường (NRM- Normal Response Mode), được sử dụng với cấu hình đường nối kết không cân bằng. Máy chính có thể khởi động một cuộc truyền tải dữ liệu về cho máy phụ. Nhưng máy phụ chỉ có thể thực hiện việc truyền dữ liệu cho máy chính như là những trả lời cho các yêu cầu của máy chính.

• Chế độ cân bằng bất đồng bộ (ABM - Asynchronous Response Mode): Được sử dụng với cấu hình nối kết cân bằng. Cả hai máy đều có quyền khởi động các cuộc truyền tải dữ liệu mà không cần sự cho phép của máy kia.

• Chế độ trả lời bất đồng bộ (ARM-Asynchronous Response Mode): Sử dụng cấu hình không cân bằng. Một máy phụ có thể khởi động một cuộc truyền tải và không cần sự cho phép tường minh của máy chính. Máy chính vẫn đảm trách vai trò bảo trì đường truyền bao gồm việc khởi động, phục hồi lỗi và xóa nối kết.

Chế độ NRM đòi hỏi phải có nhiều đường dây để nối một máy chính với nhiều thiết bị đầu cuối.

Chế độ ABM được sử dụng nhiều nhất trong 3 chế độ, nó cho phép sử dụng hiệu quả đường truyền. Chế độ ARM thì ít được dùng đến.

4.4.6.2/- Cấu trúc khung :

HDLC sử dụng chế độ truyền tải đồng bộ, các bits dữ liệu truyền đi được gói vào trong các khung và sử dụng một cấu trúc khung cho tất cả các loại dữ liệu cũng như thông tin điều khiển.

Khung trong giao thức HDLC có cấu trúc như sau :


Cấu trúc khung của HDLC
Cấu trúc trường điều khiển trong khung HDLC
Giao thức HDLC sử dụng một cửa sổ trượt với số thứ tự khung 3 bit. Trường seq trong khung I để chỉ số thứ tự của khung thông tin hiện tại. Trường Next để chỉ số thứ tự của khung thông tin mà bên gởi đang chờ nhận ( thay vì là khung đã nhận tốt như giao thứ cửa sổ trượt đã giới thiệu ở phần trước).

Bit P/F có ý nghĩa là Poll/Final, tức chọn hoặc kết thúc. Khi máy tính chính mời một máy phụ truyền tin, thì bit này được đặt lên 1 có ý nghĩa là P (Poll, chọn). Ngược lại khi thông tin được truyền từ máy phụ lên máy chính thì nó được đặt xuống 0, để báo với máy chính rằng máy phụ hiện tại vẫn còn dữ liệu để gởi đi. Khi máy phụ gởi khung cuối cùng, bit này được đặt lên 1, có ý nghĩa là F (Final, kết thúc), để báo cho máy chính biết rằng nó đã hoàn thành việc truyền tải thông tin.

Khung S (Supervisory Frame) là khung điều khiển, dùng để kiểm soát lỗi và luồng dữ liệu trong quá trình truyền tin. Khung S có 4 kiểu được xác định bởi tổ hợp giá trị của 2 bit trong trường Type.


Khung U (Unnumbered Frame) thường được sử dụng cho mục đích điều khiển đường truyền, nhưng đôi khi cũng được dùng để gởi dữ liệu trong dịch vụ không nối kết. Các lệnh của khung U được mô tả như sau :


4.4.6.3/- Một vài kịch bản về giao thức HDLC :

Kịch bản (a) mô tả các khung liên quan trong quá trình thiết lập và xóa nối kết. Đầu tiên một trong hai bên giao tiếp sẽ gởi khung SABM sang bên kia và thiết lập một bộ đếm thời gian. Bên phía còn lại khi nhận được khung SABM sẽ trả lời bằng khung UA. Bên yêu cầu nối kết khi nhận được khung UA sẽ xóa bỏ bộ đếm thời gian. Nối kết đã được hình thành và hai bên có thể truyền khung qua lại cho nhau. Nối kết sẽ xóa đi nếu một trong hai bên giao tiếp gởi khung DISC. Trong một trường hợp khác, nếu sau một khoảng thời gian trôi qua, bên yêu cầu nối kết không nhận được khung UA, nó sẽ cố gắng gởi lại khung SABM một số lần qui định. Nếu vẫn không nhận được khung UA, bên yêu cầu nối kết sẽ thông báo lỗi lên tầng cao hơn.


Một vài kịch bản của HDLC
Kịch bản (b) mô tả tiến trình trao đổi khung I giữa hai bên. Ta thấy rằng bên A gởi liên tiếp các khung (I,1,1 và I,2,1) mà không nhận được khung báo nhận thì số thứ tự của khung chờ nhận vẫn không thay đổi, trong trường hợp này là 1. Ngược lại khi bên B nhận liên tiếp các khung (I,1,1 và I,2,1) mà không gởi khung nào đi, thì khung chờ nhận kế tiếp của khung thông tin truyền đi phải là số kế tiếp của khung vừa nhận, là 3.

Trong kịch bản (c) máy A không thể xử lý kịp các khung do B gởi đến vì thế nó gởi khung RNR để yêu cầu B tạm dừng việc việc truyền tải. Bên B định kỳ gởi thăm dò bên A bằng cách gởi khung RR với bit P được đặt lên 1. Nếu bên A vẫn chưa thể nhận thông tin từ bên B nó sẽ trả lời bằng khung RNR, ngược lại nếu A đã sẵn sàng thì nó sẽ trả lời bằng khung RR.

Trong kịch bản (d), bên A gởi sang B ba khung thông tin 3,4 và 5. Khung 4 bị mất hoàn toàn trên đường truyền. Khi bên B nhận được khung 5, nó sẽ bỏ qua khung này vì sai thứ tự khung. B gởi REJ với trường Next là 4 để yêu cầu A gởi lại tất cả các khung từ khung số 4.

Kịch bản (e) minh họa cách thức phục hồi lỗi dựa vào thời gian (timeout). Khung số 3 bị lỗi và do đó B bỏ nó. B không thể gởi khung REJ vì nó không thể xác định được đó có phải là khung I hay không. Bên A sau một khoảng thời gian trôi qua không thấy khung trả lời từ B, nó sẽ gởi khung RR với bit P=1 để kiểm tra trạng thái của bên kia. Bên B sẽ đáp lại bằng khung RR với trường Next là 3 để báo hiệu khung số 3 đã mất. Sau đó A sẽ truyền lại khung số 3.

4.4.6.4/- Giao thức Điểm nối điểm (PPP- Point-to-Point Protocol) :

PPP là một giao thức đặc biệt quan trọng trong mạng Internet. Nó cho phép truyền tải thông tin giữa các router trên mạng hay để cho phép nối các máy tính người dùng vào mạng của nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP).


Sơ đồ nối kêt của giao thức PPP
Giao thức PPP được định nghĩa trong RFC (Request For Comments) 1661 và sau đó được mở rộng thêm bằng các RFC 1662, RFC 1663. PPP thực hiện chức năng phát hiện lỗi trên dữ liệu truyền, hỗ trợ nhiều giao thức vận hành trên nó, phân phối địa chỉ IP khi máy tính nối kết vào mạng, kiểm tra quyền đăng nhập và nhiều tính năng khác.

PPP cung cấp 3 đặc tính sau :

Định nghĩa một phương pháp định khung cùng với phương pháp phát hiện lỗi.

1/- Giao thức điều khiển đường truyền cho phép thiết lập kênh giao tiếp, kiểm tra kênh, thỏa thuận về các thông số truyền tin và xóa kênh truyền khi không cần thiết nữa. Giao thức này được gọi là giao thức LCP ( Link Control Protocol).

2/- Có phương pháp thương lượng về các tùy chọn tầng mạng một cách độc lập với giao thức mạng được sử dụng. Phương pháp được chọn lựa NCP (Network Control Protocol) khác nhau cho mỗi giao thức mạng.

Để hiểu rõ về giao thức PPP, ta xét trường hợp quay số nối kết máy tính ở nhà vào mạng của một ISP.

Đầu tiên máy tính các nhân sẽ quay số thông qua modem đến router của ISP. Router sẽ tiếp nhận cuộc gọi và một nối kết vật lý được hình thành. Máy tính sẽ gởi một loạt các gói tin theo giao thức LCP trong một hoặc nhiều khung của giao thức PPP để thỏa thuận về các thông số mà PPP sẽ sử dụng.

Sau đó một loạt các gói tin của giao thức NCP sẽ được gởi đi để thực hiện cấu hình tầng mạng.

Thông thường máy tính muốn sử dụng giao thức TCP/IP nên nó cần một địa chỉ IP. Giao thức NCP sẽ gán địa chỉ IP cho máy tính. Từ lúc này, máy tính đóng vai trò như một máy trên mạng Internet. Nó có thể gởi và nhận các gói tin của giao thức IP. Khi người dùng kết thúc, NCP xóa đi nối kết của tầng mạng và giải phóng địa chỉ IP của máy tính để sử dụng cho các máy tính khác nối vào sau đó. Giao thức LCP sẽ xóa nối kết của tầng liên kết dữ liệu. Và cuối cùng máy tính sẽ yêu cầu modem kết thúc cuộc gọi (Hang up) và giải phóng nối kết ở tầng vật lý.

Khung của giao thức PPP tương tự như khung của giao thức HDLC, tuy nhiên đây là khung theo kiểu hướng ký tự. Nó sử dụng kỹ thuật byte độn.


Cấu trúc khung của giao thức PPP
PPP sử dụng byte đặc biệt 01111110 để làm cờ đánh dấu điểm bắt đầu và kết thúc của khung.

Địa chỉ 11111111 để chỉ rằng tất cả các trạm đều nhận khung. Nhờ đó giao thức LCP không cần thiết phải đánh địa chỉ cho các trạm.

Trường Control có giá trị 00000011 để biểu thị rằng giao thức không sử dụng cơ chế báo nhận dựa trên số thứ tự của khung.

Trường Protocol để xác định phần gói tin được chứa đựng trong phần Payload được định nghĩa bởi giao thức mạng nào. Mỗi protocol đã được qui định một giá trị riêng. Bit đầu tiên là 0 được sử dụng cho các giao thức mạng IP, IPX, OSI CLNP, XNS. Kích thước mặc định là 2 bytes, tuy nhiên giao thức LCP có thể thỏa thuận để sử dụng 1 byte.

Payload là nơi chứa gói tin với chiều dài khác nhau. Chiều dài tối đa mặc định là 1500 bytes, tuy nhiên LCP có thể thỏa thuận để thay đổi.

Cuối cùng là trường checksum dùng để kiểm tra lỗi trong khung.

1 nhận xét: