2.5 差错控制技术（课件）-《计算机网络技术基础》同步教学(上海交通大学出版社)

计算机网络技术基础 第2章 02 数据通信 基础 章节导读 计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，因此，数据通信技术是计算机网络的基础。要研究计算机网络，首先要研究数据通信技术。 本章主要介绍与数据通信技术有关的基础知识，包括数据通信的基本概念、数据通信系统模型、数据传输方式、多路复用技术、数据交换技术和差错控制技术等内容。 3 学 习 目 标 理解数据通信的基本概念，掌握数据通信系统模型的基本组成。 掌握不同角度的数据传输方式，如并行传输和串行传输，单工、半双工和全双工通信，异步传输和同步传输，基带传输和频带传输。 掌握电路交换、报文交换和分组交换3种数据交换技术。 掌握奇偶校验码和循环冗余码两种差错控制技术。 掌握频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用和码分多路复用4种信道复用技术。 4 2.5 差错控制技术 数据在信道上传输的过程中，由于线路热噪声的影响、信号的衰减、相邻线路间的串扰和外界的干扰等各种原因，不可避免地会造成接收的数据和发送的数据不一致，这种现象称为传输差错，简称差错。 2.5.1 产生差错的原因 差错主要是由外界的干扰引起的。外界的干扰也称为噪声干扰，噪声主要有热噪声和冲击噪声两种。 （1）热噪声是传输电路中的电子热运动产生的，它的特点是：持续存在，幅值较小，幅度较均匀且与频率无关，但频带很宽，具有随机性。由热噪声引起的差错是随机差错。 2.5 差错控制技术 （2）冲击噪声是由外界干扰造成的。与热噪声相比，冲击噪声的幅度很大，持续时间短。这类噪声可以搏击相邻的多位数据位，从而导致更多的差错。冲击噪声是网络数据传输中引起传输差错的主要原因。由冲击噪声引起的传输差错是突发差错。 在通信过程中产生的差错是由随机差错和突发差错共同构成的。此外，信号的幅度衰减、传播的速率改变、相邻两通条线路的串音等因素也会引起传输差错。 2.5 差错控制技术 要提高传输质量，一是要改善传输信道的传输特性；二是采取差错控制技术，检测和纠正数据通信中可能出现的差错，以保证数据传输的正确性。 最常用的差错控制方法是差错控制编码，即在发送的报文中附加校验码，接收方检测到有差错的报文后进行纠错。常用的校验码有奇偶校验码和循环冗余码。 2.5.2 差错控制编码 2.5 差错控制技术 奇偶校验码 1 奇偶校验码是最简单的校验码，其编码规则是：先将要传送的数据码元分组，并在每组数据后面附加一位冗余位，即校验位，使分组中包括冗余位在内的数据码元中“1”的个数保持为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。在接收端按照同样的规则进行检查，只有“1”的个数仍符合原定的规则才认为传输正确，否则认为传输出错。 例如，传输数据为“1010010”，采用奇校验时附加位为“0”，因此传输数据变为“10100100”。如果接收端收到的数据中有一位出错（如10110100），此时奇校验就可以检查出错误。但是若接收到收到的数据中有两位出错（如01100100），此时奇校验就无法检查出错误。因此，奇偶校验一般只能用于通信要求较低的环境，且只能检测错误，无法确认错误位置及纠正错误。 在实际数据传输中，所采用的奇偶校验码分为垂直奇偶校验、水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验3种。 2.5 差错控制技术 循环冗余码（Cyclic Redundancy Code，CRC） 2 循环冗余码（Cyclic Redundancy Code，CRC），又称为多项式码，是使用最广泛且检错能力很强的一种检错码。CRC的工作方法是在发送端产生一个冗余码，附加在信息位后面一起发送到接收端，接收端收到信息后按照与发送端形成循环冗余码同样的算法进行校验，如果发现错误，则通知发送端重发。 CRC将整个数据块当做一串连续的二进制数据，把各位看成是一个多项式的系数，则该数据块就和一个n次多项式M(X)相对应。例如，信息码1101表示为多项式为 M(X)=X 3+X 2+X 0。 2.5 差错控制技术 CRC在发送端编码和接收端校验时，可以利用事先约定的生成多项式G(X)来计算冗余码。CRC中使用的生成多项式由协议规定，目前国际标准中常用的G(X)包括以下几种： CRC-12： G(X)=X 12+X 11+X 3+X 2+X+1 CRC-16： G(X)=X 16+X 15+X 2+1 CRC-CCITT ：G(X)=X 16+X 12+X 5+1 CRC-32 ： G(X)=X 32+X 26+X 22+X 16+X 12+X 11+X 10+X 8+X 7+X 5+X 4+X 2+X+1 2.5 差错控制技术 CRC编码步骤如下：（设r为生成多