廣域網中經常會使用串行鏈路來提供遠距離的數據傳輸，串行鏈路普遍用於廣域網中。典型的串口封裝協議有以下兩種：
高級數據鏈路控制HDLC（ High-Level Data Link Control ）
點對點協議PPP（ Point to Point Protocol）
串行鏈路的數據通信方式
串行鏈路中定義了兩種數據傳輸方式：異步和同步。
異步傳輸是以字節為單位來傳輸數據，並且需要采用額外的起始位和停止位來標記每個字節的開始和結束。起始位為二進制值0，停止位為二進制值1。在這種傳輸方式下，開始和停止位占據發送數據的相當大的比例，每個字節的發送都需要額外的開銷。
同步傳輸是以幀為單位來傳輸數據，在通信時需要使用時鍾來同步本端和對端的設備通信。DCE即數據通信設備，它提供了一個用於同步DCE設備和DTE設備之間數據傳輸的時鍾信號。DTE即數據終端設備，它通常使用DCE產生的時鍾信號。
時鍾同步具體描述：https://zhidao.baidu.com/question/214609545.html
DTE與DCE：https://zhidao.baidu.com/question/173232881.html
HDLC協議
High-level Data Link Control，高級數據鏈路控制，簡稱HDLC，是一種面向比特的鏈路層協議。
HDLC是一種面向比特的通信規則。HDLC傳送的信息單位為幀。作為面向比特的同步數據控制協議的典型，HDLC具有如下特點：
- 協議不依賴於任何一種字符編碼集；
- 數據報文可透明傳輸，用於透明傳輸的“0比特插入法”易於硬件實現；
- 全雙工通信，不必等待確認可連續發送數據，有較高的數據鏈路傳輸效率；
- 所有幀均采用CRC校驗，並對信息幀進行編號，可防止漏收或重收，傳輸可靠性高；
- 傳輸控制功能與處理功能分離，具有較大的靈活性和較完善的控制功能。
0比特插入法：https://baike.so.com/doc/24788927-25712150.html
CRC：https://baike.baidu.com/item/CRC/1453359?fr=aladdin
HDLC幀結構
HDLC有三種類型的幀：信息幀 I、監控幀 S 、無編號幀 U 。
- 信息幀（I幀）用於傳送有效信息或數據，通常簡稱為I幀。
- 監控幀（S幀）用於差錯控制和流量控制，通常稱為S幀。S幀的標志是控制字段的前兩個比特位為“10”。S幀不帶信息字段，只有6個字節即48個比特。
- 無編號幀（U幀）簡稱U幀。U幀用於提供對鏈路的建立、拆除以及多種控制功能。
完整的HDLC幀由標志字段（F）、地址字段（A）、控制字段（C）、信息字段（I）、幀校驗序列字段（FCS）等組成。
- 標志字段為01111110，用以標志幀的開始與結束，也可以作為幀與幀之間的填充字符。
- 地址字段攜帶的是地址信息。
- 控制字段用於構成各種命令及響應，以便對鏈路進行監視與控制。發送方利用控制字段來通知接收方來執行約定的操作；相反，接收方用該字段作為對命令的響應，報告已經完成的操作或狀態的變化。
- 信息字段可以包含任意長度的二進制數，其上限由FCS字段或通訊節點的緩存容量來決定，目前用得較多的是1000-2000比特，而下限可以是0，即無信息字段。監控幀中不能有信息字段。
- 幀檢驗序列字段可以使用16位CRC對兩個標志字段之間的內容進行校驗。
HDLC配置
[RTA]interface Serial 1/0/0 [RTA-Serial1/0/0]link-protocol hdlc // 接口下使能HDLC協議 Warning: The encapsulation protocol of the link will be changed. Continue? [Y/N]:y [RTA-Serial1/0/0]ip address 10.0.1.1 30 [RTA-Serial1/0/0]ip address unnumbered interface loopBack 0 // IP地址借用：從其它接口借用IP地址，一般建議借用loopback接口的IP地址
PPP協議
- PPP協議是一種點到點鏈路層協議，主要用於在全雙工的同異步鏈路上進行點到點的數據傳輸。
PPP協議有如下優點：
- PPP既支持同步傳輸又支持異步傳輸，而X.25、FR（Frame Relay）等數據鏈路層協議僅支持同步傳輸，SLIP僅支持異步傳輸。
- PPP協議具有很好的擴展性，例如，當需要在以太網鏈路上承載PPP協議時，PPP可以擴展為PPPoE。
- PPP提供了LCP（Link Control Protocol）協議，用於各種鏈路層參數的協商。
- PPP提供了各種NCP（Network Control Protocol）協議（如IPCP、IPXCP），用於各網絡層參數的協商，更好地支持了網絡層協議。
- PPP提供了認證協議：CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）、PAP（Password Authentication Protocol），更好的保證了網絡的安全性。
- 無重傳機制，網絡開銷小，速度快。
PPP組件
- 鏈路控制協議LCP：LCP可以自動檢測鏈路環境，如是否存在環路；協商鏈路參數，如最大數據包長度，使用何種認證協議等等。與其他數據鏈路層協議相比，PPP協議的一個重要特點是可以提供認證功能，鏈路兩端可以協商使用何種認證協議來實施認證過程，只有認證成功之后才會建立連接。
- 網絡層控制協議NCP：每一個NCP對應了一種網絡層協議，用於協商網絡層地址等參數，例如 IPCP用於協商控制IP協議，IPXCP用於協商控制IPX協議等。
IPCP：https://wenku.baidu.com/view/545316f4700abb68a982fb5c.html
IPX：https://baike.baidu.com/item/IPX/609379?fr=aladdin
PPP建立過程
- 協商內容包括最大接收單元MRU、認證方式、魔術字（Magic Number）等選項。
- LCP參數協商成功后會進入Opened狀態，表示底層鏈路已經建立。
- Authenticate階段 和 Network階段 再次收到了Configure-Request報文，則又會返回到鏈路Establish階段。
- 協商成功后（Network階段），如果物理鏈路斷開、認證失敗、超時定時器時間、管理員通過配置關閉連接等動作都可能導致鏈路進入Terminate階段。
- 在Terminate階段，如果所有的資源都被釋放，通信雙方將回到Dead階段。
PPP幀格式
- PPP采用了與HDLC協議類似的幀格式：
- Flag域標識一個物理幀的起始和結束，該字節為二進制序列01111110（0X7E）。
- PPP幀的地址域跟HDLC幀的地址域有差異，PPP幀的地址域字節固定為11111111 （0XFF），是一個廣播地址。
- PPP數據幀的控制域默認為00000011(0X03)，表明為無序號幀。
- 幀校驗序列（FCS）是個16位的校驗和，用於檢查PPP幀的完整性。
- 協議字段用來說明PPP所封裝的協議報文類型，典型的字段值有：0XC021代表LCP報文，0XC023代表PAP報文，0XC223代表CHAP報文。
- 信息字段包含協議字段中指定協議的數據包。數據字段的默認最大長度（不包括協議字段）稱為最大接收單元MRU（Maximum Receive Unit），MRU的缺省值為1500字節。
- 如果協議字段被設為0XC021，則說明通信雙方正通過LCP報文進行PPP鏈路的協商和建立：
- Code字段，主要是用來標識LCP數據報文的類型。典型的報文類型有：配置信息報文（Configure Packets: 0x01)，配置成功信息報文(Configure-Ack: 0X02)，終止請求報文(Terminate-Request：0X05)。
- Identifier域為1個字節，用來匹配請求和響應。
- Length域的值就是該LCP報文的總字節數據。
- 數據字段則承載各種TLV（Type/Length/Value）參數用於協商配置選項，包括最大接收單元，認證協議等等。
LCP報文格式
- Configure-Request（配置請求）：鏈路層協商過程中發送的第一個報文，該報文表明點對點雙方開始進行鏈路層參數的協商。
- Configure-Ack（配置響應）：收到對端發來的Configure-Request報文，如果參數取值完全接受，則以此報文響應。
- Configure-Nak（配置不響應）：收到對端發來的Configure-Request報文，如果參數取值不被本端認可，則發送此報文並且攜帶本端可接受的配置參數。
- Configure-Reject（配置拒絕）：收到對端發來的Configure-Request報文，如果本端不能識別對端發送的Configure-Request中的某些參數，則發送此報文並且攜帶那些本端不能認別的配置參數。
LCP鏈路協商參數
Configure-Nak報文中，只包含不能接受的鏈路層參數，並且此報文所包含的鏈路層參數均被修改為RTB上可以接受的取值（或取值范圍）。
Configure-Reject報文中，只包含不能被識別的鏈路層參數。RTA需要重新發送一個Configure-Request報文，不再包含不被對端（RTB）識別的參數，也就是所有都要被識別。
PPP認證模式
PAP認證
- PAP認證的工作原理較為簡單。PAP認證協議為兩次握手認證協議，密碼以明文方式在鏈路上發送。
CHAP認證
CHAP認證 過程需要三次報文的交互。為了匹配請求報文和回應報文，報文中含有Identifier字段，一次認證過程所使用的報文均使用相同的Identifier信息。
- LCP協商完成后，認證方發送一個Challenge報文給被認證方，報文中含有Identifier信息和一個隨機產生的Challenge字符串，此Identifier即為后續報文所使用的Identifier。
- 被認證方收到此Challenge報文之后，進行一次加密運算，運算公式為MD5{ Identifier＋密碼＋Challenge }，意思是將Identifier、密碼和Challenge三部分連成一個字符串，然后對此字符串做MD5運算，得到一個16字節長的摘要信息，然后將此摘要信息和端口上配置的CHAP用戶名一起封裝在Response報文中發回認證方。
- 認證方接收到被認證方發送的Response報文之后，按照其中的用戶名在本地查找相應的密碼信息，得到密碼信息之后，進行一次加密運算，運算方式和被認證方的加密運算方式相同，然后將加密運算得到的摘要信息和Response報文中封裝的摘要信息做比較，相同則認證成功，不相同則認證失敗。
- 使用CHAP認證方式時，被認證方的密碼是被加密后才進行傳輸的，這樣就極大的提高了安全性。
IPCP地址協商
IP地址協商包括兩種方式：靜態配置協商和動態配置協商。
靜態配置協商
1. 每一端都要發送Configure-Request報文，在此報文中包含本地配置的IP地址；
2. 每一端接收到此Configure-Request報文之后，檢查其中的IP地址，如果IP地址是一個合法的單播IP地址，而且和本地配置的IP地址不同（沒有IP沖突），則認為對端可以使用該地址，回應一個Configure-Ack報文。
動態配置協商
- 動態IP協商是雙向都要確認的，也就是雙方都要收到Configure-Ack報文才算成功。
PPP認證配置實現
[RTA]aaa [RTA-aaa]local-user huawei password cipher huawei123 [RTA-aaa]local-user huawei service-type ppp [RTA]interface Serial 1/0/0 [RTA-Serial1/0/0]link-protocol ppp [RTA-Serial1/0/0]ppp authentication-mode pap [RTA-Serial1/0/0]ip address 10.1.1.1 30
[RTB]interface Serial 1/0/0 [RTB-Serial1/0/0]link-protocol ppp [RTB-Serial1/0/0]ppp pap local-user huawei password cipher huawei123 [RTB-Serial1/0/0]ip address 10.1.1.2 30