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PROTOCOLO HDLC
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Resumo — Este artigo tem por objetivo fazer um
levantamento bibliográfico de pesquisas já realizadas até
o momento com o intuito de contextualizar seu leitor
sobre sistemas de comunicação de dados, os modos de
transferência de dados e a transmissão de sinais. Na
parte de protocolos de controle daremos enfoque no
protocolo de rede High-level Data Link Control, mais
conhecido como HDLC.
Palavras-chave — HDLC. Sistemas de comunicação.
Enlace. Sinais. Redes de dados.
1. INTRODUÇÃO
Os sistemas de comunicação de dados em geral estão
fortemente presentes em nossas vidas. Um sistema de
comunicação é aquele que processa um conjunto de
sinais de entrada para produzir outro conjunto de saída.
Sinal, por sua vez, é um conjunto de dados que podem
ser representados de vários modos que, em sua maioria,
dependem da frequência em um determinado período.
As redes de dados permitem a troca de informação
entre dois ou mais equipamentos eletrônicos. Em seu
trabalho, Roberto A. Hexsel diz que
Do ponto de vista de equipamentos, uma rede
de dados consiste de, no mínimo, dois
computadores e algum meio que permita a
conexão entre eles. Do ponto de vista de
programas, esta rede mínima inclui os
programas controladores dos periféricos e um
programa de comunicação que gerencie os
periféricos e outros recursos da máquina de
acordo com os desejos dos operadores.
Para a comunicação entre computadores e aparelhos
eletrônicos é necessário que existam regras bem
definidas, na computação chamadas de protocolos, a fim
de que haja cooperação na transferência das
informações. Um protocolo define os procedimentos que
são necessários para que tenha o estabelecimento de
comunicação entre dois ou mais sistemas. Protocolos
consistem de um conjunto de regras que determinam o
quê cada participante deve fazer e quando deve ser feito.
[HEXSEL]
2. TRANSMISSÃO DE SINAIS
Máquinas realizam a transferência de dados entre si,
informações que são passadas como sendo, geralmente,
sequências de caracteres ou bits através de algum
dispositivo de comunicação (ECDs), responsáveis por
traduzir os dados para o formato adequado a ser utilizado
na transmissão. A partir daí os programas de controle
dos dispositivos periféricos de entrada/saída (I/O), os
quais os computadores usam para a sua representação
do meio físico, possibilitam a transferência dos dados
entre periférico e memória em uma ponta do enlace até
periférico e memória da máquina na outra ponta do
enlace.
Abordagem ao Protocolo HDLC
ZIMERMAN, Fernando Euzebio. BISSOLI, Matheus Antônio. GUARNIER, Thayza Sacconi.
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2.1. MEIOS FÍSICOS
Dos meios físicos mais usados para a realização das
transferências de dados podemos citar os três mais
empregados, são eles, par trançado, cabo coaxial e a
fibra óptica. A medida usada para comparação desse
meio é o produto alcance×vazão, onde o alcance é
considerado a distância máxima entre as duas estações
com as taxas de erros suficientemente baixas, visto que
na medida que os sinais se propagam pelo cabos, os
mesmos sofrem distorções devido à interferências
eletromagnéticas.
 Par trançado: Este é o meio físico de menor custo
por metro embora seu uso seja limitado pelo seu
reduzido produto alcance×vazão. Para distâncias de
dezenas de metros, o par trançado pode ser usado
com taxas de até 108 bps. Para distâncias da ordem
de 1000 metros, o par trançado pode transmitir com
taxas de até 106 bps.
 Cabo coaxial: Como o nome sugere, a geometria
dos cabos coaxiais é tal que os dois condutores
compartilham o mesmo eixo. O condutor central
consiste de um fio rígido de cobre. O condutor
externo pode ser uma malha de fios de cobre ou
uma fina tira de metal enrolada ao longo do
isolamento que separa o condutor central da malha.
Os dois condutores são separados um do outro por
uma camada de material isolante. Cabos coaxiais
apresentam alta imunidade a ruído eletromagnético
proveniente do ambiente onde o cabo se encontra.
 Fibra óptica: Ao contrário dos cabos elétricos, as
fibras ópticas não conduzem eletricidade, apenas
pulsos de luz. Isso aumenta em muito a segurança
de enlaces externos porque cabos com fibra óptica
são imunes a interferência eletromagnética como
relâmpagos, por exemplo. Velocidades de
transmissão da ordem de 109 a 1010 bits por
segundo são perfeitamente factíveis. Além disso,
fibras ópticas apresentam maior alcance e taxas de
erros baixíssimas quando comparadas com outros
meios.
3. ENLACE
A camada de enlace de dados no modelo de referência
OSI / ISO para padronização de protocolos é responsável
pela transmissão e recepção de quadros, pelo controle
de fluxo, por estabelecer um protocolo de comunicação
entre sistemas diretamente conectados e tem como
principal finalidade programar mecanismos de detecção
e recuperação de erros, oferecendo, desse modo, aos
níveis superiores, um serviço mais confiável. Outras
funções desta camada incluem: o estabelecimento de
uma conexão e procedimentos que permitem o uso
eficiente dos meios de transmissão.
3.1. NÍVEL DE ENLACE
Os protocolos do Nível Físico transportam bits entre dois
terminais. Influências externas podem distorcer os bits e
isso provoca erros de transmissão. Os protocolos de
nível de enlace oferecem o serviço de detecção e
recuperação de erros, assim como estabelecer e
terminar o enlace lógico, controle de tráfego entre
terminais e sincronizar e controlar a transmissão de
dados.
O termo técnico para descrever qualquer equipamento
capaz de produzir ou consumir os dados presentes em
uma rede é chamado de equipamento terminal de dados,
abreviado por ETD. [HEXSEL]
O controle de fluxo impede que um ETD rápido envie
dados para um ETD lento mantendo o transmissor e o
receptor sincronizados, evitando que uma nova
mensagem seja enviada quando o receptor não tem
condições de aceitá-la.
O controle de acesso ao meio decide quem entre
vários candidatos têm o direito de inserir seus dados no
meio físico a cada instante.
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No protocolo de controle de enlace temos três grandes
famílias, a primeira é simples e normalmente é
empregado na comunicação assíncrona entre
computadores pessoais, a segunda família são
chamados de protocolos baseados em caracter porque
caracteres de controle indicam quais são os campos de
cada quadro e a terceira família são baseados em bit
onde os campos de controle e de dados ocupam
posições fixas no quadro.
As principais diferenças entre os mecanismos no que
diz respeito à enquadramento estão na forma de
sincronização em nível de caracter e em nível de
quadro. Nos protocolos baseados em bit, sequência
especiais de bits emolduram os quadros. A vantagem de
protocolos baseados em bit sobre os protocolos
baseados em caracter é a economia na codificação das
informações de controle.
Um arquivo é dividido em blocos para ser transmitido,
sendo que cada bloco contém um prólogo e um epílogo
onde indicam o começo e fim do quadro formado.Cada
quadro é transmitido e reconhecido individualmente e o
tamanho de cada bloco é enviado no prólogo.
3.2. CONTROLE DE ENLACE
Em seu trabalho, Roberto A. Hexsel diz que
Várias funções importantes de um sistema de
comunicação de dados não são cumpridas
pelos componentes de Nível Físico de um
sistema de transmissão. Dentre estas, estão o
controle de fluxo entre transmissor e receptor,
para evitar que o receptor perca dados caso
não consiga absorvê-los na mesma taxa em
que são emitidos pelo transmissor, mantendo
a sincronia bit-a-bit entre os dois ETDs.
O Nível Físico, além do controle de fluxo, não
implementa nenhum mecanismo que interfira na viagem
realizada pelos dados que tenha como finalidade
detecção e recuperação de erros que possam ocorrer.
Caso ocorra de várias estações estarem interligadas por
um enlace numa linha multiponto, deve existir alguma
forma de endereçamento para que os participantes do
enlace sejam identificados. Para tal, é usado o controle
de enlace. As informações de controle de enlace podem
conter os endereços de Nível Físico de remetente e
destinatário, além disso, é a camada de enlace que
seleciona o conjunto de bits que deverá ser enviado ao
receptor.
Um protocolo de controle de enlace deve seguir alguns
requisitos para que seja usado, tais quais, ser flexível,
operar em enlaces ponto-a-ponto e multiponto, nos
modos semi-duplex e duplex e devem ser capazes de
controlar as estações sejam elas equivalentes ou do tipo
mestre-escravo. Um mesmo protocolo de controle de
enlace deve ser capaz de se operar de forma correta e
eficiente tanto em enlaces de estações próximas quanto
nas que estejam distantes umas das outras, sendo de
forma independente do tempo de propagação dos sinais
através do meio físico.
A maioria das aplicações exige que os requisitos sejam
satisfeitos e empreguem alta confiabilidade, correção e
eficiência na transmissão de dados, além de que,
eventuais erros devem ser eliminados pelos mecanismos
de detecção e recuperação de erros.
3.3. PROTOCOLOS DE CONTROLE DE ENLACE
Protocolo, como já dito anteriormente, define os
procedimentos que são necessários para que tenha o
estabelecimento de comunicação entre dois ou mais
sistemas. Protocolos consistem de um conjunto de
regras que determinam o quê cada participante deve
fazer e quando deve ser feito. [HEXSEL]
Em geral existem três famílias de protocolos de
controle de enlace: primeira família, que são simples e
que são empregados, em sua maioria, em computadores
pessoais na comunicação assíncrona, na qual permite a
transferência de arquivos entre máquinas pelas
interfaces seriais. Já a segunda família, também
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conhecidos como protocolos baseados em caracter, são
usados, em sua maioria, em transmissões síncronas em
linhas semi-duplex. E por fim a terceira família a qual é
baseada em bit. A vantagem da terceira família em
relação a segunda é a economia na codificação das
informações de controle.
Um exemplo ao qual iremos dar uma atenção
maior é o “High-level Data Link Control”, conhecido como
HDLC. Está presente na terceira família de protocolos de
controle na camada de enlace e é usado em
transmissões síncronas em linhas duplex.
3.3.1. PROTOCOLO HDLC
O protocolo HDLC (High Level Data Link Control), que é
baseado no protocolo SDLC da IBM (criado em 1975), é
definido nos padrões ISO 33009, 4335, 6159 e 6256, foi
muito popular mas perdeu espaço na Internet para o
protocolo PPP. Trata-se de um protocolo orientado a bit,
os quais não incorporam em sua estrutura nenhum
caractere destinado a cumprir regras ou funções,
síncronos e de suporte a detecção e recuperação de
erros com o método de pedido automático de repetição
em caso de erros (PAR).
No protocolo HDLC, assim como os outros protocolos
baseados em bit, a posição dos campos de um quadro é
fixa em relação ao seu início e os comandos são
representados por combinações de bits em posições
específicas. A transmissão síncrona é empregada com
um único formato de quadro para a troca de dados e
controle
O conteúdo e o tamanho do campo de informação não
é especificado, porém, o tamanho máximo é limitado pela
técnica de detecção de erros.
O campo de endereço identifica a estação secundária
que enviou o quadro, ou a secundária que irá recebê-lo.
O campo de controle diferencia três tipos de quadro,
onde os dois primeiros bits do campo identifica o tipo de
quadro.
O bit (“poll/final”) tem dupla função. Em quadros
emitidos por uma estação primária, P/F este bit é uma
consulta (“poll”) que deve ser respondida pela secundária
indicada no campo de endereço. Em quadros emitidos
por uma estação secundária, se este bit é 1, ele sinaliza o
último de uma série de quadros (“final”).
Os quadros de informação (quadros-I) tem campo de
informação não-vazio e transportam os dados
propriamente ditos. O campo contém NS que é o número
de sequência do quadro. Quadros-I também transportam
informação de controle de fluxo e recuperação de erros
(PAR) com janelas deslizantes e aceitação inclusiva. O
número de sequência do próximo quadro esperado pelo
destinatário é transportador “de carona” no campo NA
(número de aceitação), em um quadro que viaja do
destinatário para o remetente.
Os quadros supervisórios (quadros-S) transportam
informação de PAR no campo NA para a aceitação ou
rejeição de quadros recebidos quando o método da
carona não pode ser usado. Os comandos transportados
em quadros-S tem a função de controle de fluxo,
recuperação de erros e consulta e seleção.
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Os quadros avulsos (quadros-U “unnumbered”)
transportam informações de controle especiais para o
estabelecimento dos enlaces e seleção do modo de
operação. Os comandos transportados por quadros-U
servem para inicializar e terminar um enlace lógico,
determinar o modo de funcionamento do enlace e para
resolver impasses e situações de erros catastróficos.
O protocolo HDLC utiliza a técnica de enxerto de
bits(“bit stuffing”), que consiste em inserir um 0 extra
após cada ocorrência consecutiva de cinco bits com valor
1 exceto nos marcadores. Isso é utilizado para que sejam
evitados possíveis confusões nos marcadores que
delimitam os quadros e sequências de bits da forma
01111110.
Em seu trabalho, Roberto A. Hexsel diz
Após detectar o marcador, o receptor observa
as sequência de cinco 1s. Se o sexto bit é um
0, o 0 é removido porque ele foi enxertado
pelo transmissor. Se o sexto bit é 1 e o sétimo
0, a sequência é um marcador e delimita um
quadro. Se o sexto e sétimo bits são 1, ou
transmissor está enviando um comando abort,
ou ocorreu um erro de transmissão. Nos dois
casos o quadro é descartado e o receptor fica
a espera do próximo marcador. Se o receptor
detecta uma sequência de quinze 1s, o
transmissor está colocando a linha em estado
inativo, talvez em preparação para reverter a
linha em enlaces semi-duplex. Os bits
enxertados pelo transmissor não são
considerados no cálculo do TDP.
3.3.2. A FAMÍLIA HDLC
O protocolo HDLC resultou da padronização
internacional do protocolo Synchronous Data Link
Control (SDLC) de propriedade da IBM [IBM92]. SDLC
está na base do Systems Network Architecture (SNA),que é uma família de produtos da IBM para serviços de
teleprocessamento e redes de computadores. [HEXSEL]
As primeiras redes de dados instaladas eram
consistidas nas características e serviços oferecidos pelo
SDLC, as quais era compostas de ligações seriais
ponto-a-ponto entre computadores de grande porte ou de
linhas multiponto onde um controlador gerenciava vários
terminais. Com o aumento das redes locais, a
funcionalidade dos níveis inferiores da pilha de
protocolos foram adaptados aos vários meios físicos
empregados.
Em seu trabalho, Roberto A. Hexsel diz que
Apesar da variedade de implementações
possíveis para o Nível Físico, é interessante
que a interface com o Nível de Rede seja
independente do Nível Físico. Tendo em vista
estas considerações, o padrão IEEE 802.2
para o Nível de Enlace para redes locais foi
publicado pelo IEEE e posteriormente
adotado pela ANSI e ISO/IEC [ISO94].
Outros dois protocolos usados em redes locais e de
longa distância e que também são baseados no HDLC,
são o Serial Line IP (SLIP) [Rom93] e o Point-to-Point
Protocol (PPP) [Sim94]. Ambos são usados para
transportar datagramas IP [Pos81a] através de enlaces
em linhas seriais.
3.3.3. FUNCIONAMENTO
O protocolo HDLC possui três tipos de estações definidas
como sendo a combinação de um DTE com um DCE.
Uma estação primária controla as operações do enlace,
onde o quadro enviado são chamados de comandos.
Uma estação secundária controla a estação primária e
seus quadros são chamados de respostas. A estação
primária mantém um enlace lógico separado com cada
uma das estações secundárias. A estação combinada, a
terceira estação, pode emitir tanto comandos quanto
respostas pois tem funções de ambas as estações. Uma
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configuração desbalanceada consiste de uma estação
primária e uma ou mais estações secundárias.
O HDLC suporta três modos de transferência de dados,
dependendo se a configuração do enlace é balanceada
ou não e da disciplina que controla o acesso ao meio de
transmissão. São eles:
Modo de resposta normal (NRM):
- Usadas para configurações desbalanceadas;
- Estação primária inicia a comunicação e transferência
para uma estação secundária. Porém, a estação
secundária só pode transmitir dados em resposta a
primária. Computador hospedeiro tido como primário e
terminais como secundários;
- Geralmente usado em redes terminais (ex: mainframes).
Também em linhas multiponto devido sua característica
citada, visto que, uma estação primária controla várias
secundárias com modo (“poll/select”).
Modo balanceado assíncrono (ABM):
- Usados para configurações balanceadas de linha
ponto-a-ponto. Muito usado em redes de computadores;
- Ambas estações podem iniciar a transmissão sem
receber permissão o que aumenta a utilização da linha;
- Nesse modo não há overhead de polling.
Modo de resposta assíncrono (ARM):
- Usados para configurações desbalanceadas, em que
uma estação secundária pode iniciar uma transmissão
sem consulta prévia pela estação primária. Porém
primária ainda é responsável pela linha;
- Apesar de raramente usando, quando ocorre, é usado
com uma topologia em estrela onde as secundárias
podem iniciar as transações independentemente de
consulta prévia pela primária.
REFERÊNCIAS
[1] HEXSEL, Roberto A. Redes de Dados: Tecnologia e
Programação. Curitiba, PR. 2011.
[2] ___. Protocolos de Rede: Protocolo HDLC. Faculdade
Estácio.
[3] ___. Conexões back-to-back HDLC. Cisco, Julho de
2005. Disponível em
<https://www.cisco.com/c/pt_br/support/docs/wan/high-l
evel-data-link-control-hdlc/7927-hdlc-back.html#intro>
[4] MOREIRA, André. “High-level data link control”
(HDLC). Disponível em
<https://www.dei.isep.ipp.pt/~andre/doc/hdlc.html>
[5] KATKO, Denis. Protocolos de controle da Internet.
Disponível em
<https://pt.slideshare.net/DenisKatko/protocolos-de-cont
role-da-internet>
	INTRODUÇÃO
	TRANSMISSÃO DE SINAIS
	2.1. MEIOS FÍSICOS
	ENLACE
	3.1. NÍVEL DE ENLACE
	3.2. CONTROLE DE ENLACE
	3.3. PROTOCOLOS DE CONTROLE DE ENLACE
	3.3.1. PROTOCOLO HDLC
	3.3.2. A FAMÍLIA HDLC
	3.3.3. FUNCIONAMENTO