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HDLC源于IBM开发的SDLC，SDLC是由IBM开发的第一个面向位的同步数据链路层协议。随后，ANSI和ISO均采纳并发展了SDLC，并且分别提出了自己的标准，ANSI提出了高级数据链路控制规程（Advanced Data Communication Control Procedure，ADCCP），而ISO提出了HDLC。
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作为面向位的同步数据控制协议的典型，HDLC只支持同步传输。但是HDLC既可工作在点到点线路方式下，也可工作在点到多点线路方式下；同时HDLC既适用于半双工线路，也适用于全双工线路。HDLC协议的子集被广泛用于X.25网络、帧中继网络以及局域网的逻辑链路控制（Logic Link Control，LLC）子层作为链路层协议以支持相邻节点之间可靠的数据传输。
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（1）标志字段F（Flag）。该字段为01111110的位模式，用以标识帧的开始与结束，也可以作为帧与帧之间的填充。在连续发送多个帧时，同一个标识既可用于表示前一帧的结束，又可用于表示下一帧的开始。通常在不进行帧传送的时刻，信道仍处于激活状态，在这种状态下发送方不断地发送标识字段，而接收方则检测每一个收到的标识字段，一旦发现某个标识字段后面不再是一个标识字段，便可认为新的帧传输已经开始。采用“0位插入法”可以实现用户数据的透明传输。
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（2）地址字段A（Address）。该字段的内容取决于所采用的操作方式。每个节点都被分配一个唯一的地址。控制帧中的地址字段携带的是对方节点的地址，而响应帧中的地址字段所携带的地址是本节点的地址。某一地址也可分配给不止一个节点，这种地址称为组地址。利用一个组地址传输的帧能被组内所有的节点接收。还可以用全“1”地址来表示包含所有节点的地址，全“1”地址称为广播地址，含有广播地址的帧传送给链路上所有的节点。另外，还规定全“0”的地址不分配给任何节点，仅作为测试用。
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地址字段长度通常是8位，可表示256个地址。当地址字段的首位为“1”时，表示地址字段只用8位；若首位为“0”时，表示本字节后面1个字节是扩充地址字段。这就意味着HDLC地址字段可以标识超过256个以上的站点地址。
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（3）控制字段C（Control）。控制字段占用1个字节长度。控制字段用于构成各种命令及响应，以便对链路进行监视与控制。该字段是HDLC帧格式的关键字段。控制字段中的第1位或第2位表示帧的类型，即信息帧I帧、监控帧S帧和无编号帧U帧。3种类型的帧控制字段的第5位是P/F（Poll/Final，轮询／终止）位。
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（4）信息字段I（Information）。信息字段可以是任意的二进制位串，长度未作限定，其上限由FCS字段或通信节点的缓冲容量来决定。目前，国际上用得较多的是1000～2000位，而下限可以是0，即无信息字段。另外，监控帧中不可有信息字段。
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（5）帧校验序列。在HDLC协议的所有帧中都包含一个16位的帧校验序列（Frame Check Sequence，FCS），用于差错检测。HDLC协议的校验序列是对整个帧的内容进行CRC循环冗余校验，但标志字段和0位插入部分不包括在帧校验范围内。HDLC协议帧校验序列的生成多项式一般采用多项式x16+x12+x5+1。
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HDLC的控制字段有8位。如果第1位为“0”时，表示该帧为信息帧；第1、2位为“10”时，表示该帧为监控帧；第1、2位为“11”时，表示该帧为无编号帧。
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（1）信息帧（Information Frame）用于传送有效信息或数据，通常简称为I帧，其控制字段的帧格式如下图所示。
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I帧控制字段的第1位为0。HDLC协议采用滑动窗口机制，允许发送方不必等待确认而连续发送多个信息帧。控制字段中的N(S)用于存放发送帧的序列，N(R)用于存放接收方下一个预期要接收的帧的序号。N(S)与N(R)均为3位，可取值0～7。
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（2）监控帧（Supervisor Frame）用于差错控制和流量控制，通常称为S帧。监控帧以控制字段第1、2位为10来标志。监控帧控制字段格式如下图所示。
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监控帧控制字段的第3、4位为监控帧类型编码，共有4种不同的编码，如下表所示。
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接收方可以用接收就绪（Receive Ready，RR）监控帧应答发送方，希望发送方发送序号为N(R)的信息帧。RR帧就相当于专门应答帧（因为一般情况下，应答信息都是通过反向数据帧的捎带来完成的）。
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接收方可以用拒绝（REJect，REJ）监控帧来要求发送方重传编号为N(R)之后所有的信息帧（包括N(R)帧），同时暗示N(R)以前的信息帧被正确接收。
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接收方返回接收未就绪（Receive Not Ready，RNR）监控帧，表示编号小于N(R)的信息帧已被收到，但目前正忙，尚未准备好接收编号为N(R)的信息帧，这可用来对链路进行流量控制。
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接收方返回选择拒绝（Select REJect，SREJ）监控帧来要求发送方只发送编号为N(R)的信息帧，并暗示其他编号的信息帧已经全部正确接收到。
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RR监控帧和RNR监控帧有两个主要功能：首先这两种监控帧用来表示接收方已经准备好或未准备好信息；其次确认编号小于N(R)的所有信息帧都正确接收到。
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REJ监控帧和SREJ监控帧用于向发送方指出发生了差错，REJ监控帧用于GO-BACK-N策略用以请求重发N(R)起始的所有帧；SREJ帧用于选择重传协议，用于指定重发某个特定的帧。
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（3）无编号帧U（Unnumbered Frame）用控制字段第1、2位为11来标识，如下图所示。
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无编号帧因为其控制字段中不包含编号N(S)和N(R)而得名，简称U帧。U帧用于提供对链路的建立、拆除以及多种控制工程。无编号帧U用5个修正（Modifier）位来进行定义，最多可以表示32种控制帧。
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