この記事の要点

HDLC (High-level Data Link Control) は ISO 標準のデータリンク層プロトコル（ISO/IEC 13239） IBM の SDLC をベースに 1979 年 ISO 標準化。PPP / Frame Relay / X.25 の祖先 フレーム形式: Flag (0x7E) / Address / Control / Information / FCS (CRC-16) / Flag フレーム種別: I-Frame（情報）/ S-Frame（監視）/ U-Frame（非番号制御） 現代では Cisco HDLC（独自拡張）が WAN 専用線で使われるが、PPP が標準実装として主流

HDLC とは

HDLC (High-level Data Link Control) は、ISO によって標準化されたデータリンク層（OSI 第 2 層）のプロトコルです。1979 年に ISO 3309 / ISO 4335 として標準化され、現在は ISO/IEC 13239:2002 として規格化されています。

IBM が 1970 年代に開発した SDLC (Synchronous Data Link Control) をベースに、メーカー中立な標準として作られたのが HDLC で、後継として PPP, X.25 LAPB, ISDN LAPD, Frame Relay LAPF などが派生しました。

歴史と派生プロトコル

年	プロトコル	用途
1975	SDLC (IBM)	SNA ネットワーク
1979	HDLC (ISO)	メーカー中立データリンク
1980	LAPB (X.25)	パケット交換 WAN
1988	LAPD (ISDN)	ISDN D チャネル
1990	LAPF (Frame Relay)	Frame Relay WAN
1994	PPP (RFC 1661)	HDLC ベースの汎用ダイヤルアップ / 専用線
1994	Cisco HDLC	Cisco WAN 専用線（多重プロトコル拡張）

フレーム形式

+--------+---------+---------+-----------------+--------+--------+
| Flag   | Address | Control |   Information   |  FCS   | Flag   |
| 8 bit  | 8 / 16  | 8 / 16  |  可変長         | 16/32  | 8 bit  |
+--------+---------+---------+-----------------+--------+--------+
| 01111110 |       |         |                 |        |01111110|
| (0x7E) |         |         |                 |        | (0x7E) |
+--------+---------+---------+-----------------+--------+--------+

- Flag      : フレーム境界 (0x7E = 01111110)
- Address   : 宛先アドレス
- Control   : フレーム種別 (I/S/U)
- Information: ペイロード (上位層データ)
- FCS       : Frame Check Sequence (CRC-16 / CRC-CCITT)
- Flag      : フレーム末尾

ビットスタッフィング

Flag (01111110) はフレーム境界専用なので、ペイロード内に同じビット列が現れないよう ビットスタッフィングを行います:

• 送信側: 連続 5 つの 1 のあとに 0 を挿入
• 受信側: 連続 5 つの 1 のあとの 0 を削除
• 例: 011111 0 11 → 元データ 0111111 1

フレーム種別 (I / S / U)

種別	正式名	用途	Control 先頭ビット
I-Frame	Information Frame	ユーザーデータ伝送	0
S-Frame	Supervisory Frame	ACK / NAK / フロー制御	10
U-Frame	Unnumbered Frame	リンク確立 / 切断 / リセット	11

I-Frame の Control フィールド

8 bit Control (基本形式):
+---+---+---+---+---+---+---+---+
| 0 | N(S) (送信) | P/F | N(R) (受信) |
+---+---+---+---+---+---+---+---+

- N(S) : 送信シーケンス番号 (3 bit, 0-7)
- P/F  : Poll/Final bit
- N(R) : 次に期待する受信シーケンス番号 (累積 ACK)

S-Frame の種類

S-Frame	意味
RR (Receive Ready)	受信可能、N(R) で ACK
RNR (Receive Not Ready)	一時停止要求
REJ (Reject)	NAK、N(R) から再送要求
SREJ (Selective Reject)	選択的再送要求

U-Frame の種類

U-Frame	意味
SABM / SABME	非同期平衡モード設定（リンク確立）
DISC	切断要求
UA	受信確認 (Unnumbered ACK)
FRMR	フレームリジェクト（プロトコルエラー）
UI	非番号情報フレーム（コネクションレス）

動作モード

• NRM (Normal Response Mode): プライマリ - セカンダリ型。マルチドロップ専用線
• ARM (Asynchronous Response Mode): セカンダリ側自律送信可。ほぼ使われない
• ABM (Asynchronous Balanced Mode): ★ point-to-point 双方向対等。最も一般的。LAPB / PPP / Cisco HDLC が採用

HDLC vs PPP の歴史

PPP は基本的に HDLC のフレーム形式を流用しつつ、上位層プロトコルの識別（Protocol フィールド）と認証 / 設定ネゴシエーション（LCP / NCP）を追加したものです。

項目	HDLC (純粋)	Cisco HDLC	PPP
標準	ISO 13239	Cisco 独自	RFC 1661
マルチプロトコル	×	○（独自 Type）	○（NCP）
認証	×	×	○（PAP / CHAP）
圧縮	×	×	○（CCP）
異機種相互接続	△	Cisco-Cisco のみ	○

つまり Cisco - Cisco 間は HDLC、Cisco - 他社間は PPP が定石でした。

X.25 / Frame Relay / ATM との比較

プロトコル	層	速度	位置づけ
HDLC	L2	〜数 Mbps	専用線基盤
X.25 (LAPB)	L2/L3	〜2 Mbps	1980 年代パケット交換
Frame Relay (LAPF)	L2	〜45 Mbps	1990 年代企業 WAN 主流
ATM	L2 (cell)	〜622 Mbps〜10 Gbps	1990-2000 年代基幹網
MPLS	L2.5	10 Gbps〜	現代の WAN / SD-WAN
Ethernet over MPLS	L2	10/100 Gbps	現代主流

Cisco ルータでの HDLC 設定例

Router(config)# interface Serial0/0/0
Router(config-if)# encapsulation hdlc
Router(config-if)# ip address 192.168.1.1 255.255.255.252
Router(config-if)# bandwidth 1544
Router(config-if)# no shutdown

! 確認
Router# show interfaces Serial0/0/0
Serial0/0/0 is up, line protocol is up
  Hardware is GT96K Serial
  Internet address is 192.168.1.1/30
  MTU 1500 bytes, BW 1544 Kbit/sec
  Encapsulation HDLC, loopback not set
  Keepalive set (10 sec)

! Cisco HDLC は keepalive で対向疎通確認
! 対向が他社ルータなら encapsulation ppp に変更

FCS と CRC

HDLC の FCS (Frame Check Sequence) は通常 CRC-16 (CRC-CCITT、多項式 x^16+x^12+x^5+1) を使い、ハードウェアで高速計算されます。高速回線では CRC-32 も使用。

現代における位置づけ

• WAN 専用線: 一部のレガシー企業ネットワークで Cisco HDLC が残る
• ISDN: D チャネルで LAPD（HDLC 派生）が現役（一部国で）
• SDH / SONET: GFP-F フレーミングが HDLC 風
• 通信機器内部: 制御プレーンで HDLC 派生プロトコルが使われることが多い
• 新規構築: Ethernet / MPLS / SD-WAN が主流。HDLC は教科書知識

FAQ

Q: HDLC は今でも使われている？
A: 新規構築では PPP / Ethernet が主流。ただし古い専用線網や教科書知識として残ります。情報処理技術者試験ではよく出題されます。

Q: Cisco HDLC と ISO HDLC は互換性がある？
A: ありません。Cisco HDLC は独自に Type フィールドを追加してマルチプロトコル化しているため、他社機器とは PPP で接続する必要があります。

Q: なぜ PPP が標準になった？
A: HDLC は単一プロトコル前提だったのに対し、PPP は IP / IPX / AppleTalk 等の多重化、認証、圧縮を組み込んだため、ダイヤルアップ時代に広く普及しました。

Q: SDLC と HDLC の違いは？
A: SDLC は IBM 独自で SNA 専用。HDLC は ISO 標準でマルチベンダー対応。フレーム形式はほぼ同じ。