第二章 差错控制技术（教案）《计算机网络技术与应用》（电工版第四版）《上好课》

《计算机网络技术与应用》（电工版 第四版） 课题 差错控制技术 课 型 新授课 课 时 2 授课班级 授课时间 90mins 授课教师 教材分析 差错控制技术是计算机网络与数据通信领域中保障传输可靠性的核心内容，为后续学习数据链路层、网络传输协议等内容奠定重要的可靠性基础。 学情分析 学习者在此阶段已具备数据传输和通信过程的基本认知，但对差错产生机理、差错类型、差错控制方式等抽象概念容易混淆，对检错码与纠错码、ARQ 与 FEC的区别理解不够清晰。学生普遍对概念记忆较快，但在具体应用场景判断时易出错，逻辑推理和对比分析能力较弱，学习中需要帮助其从 “被动记概念” 转向 “主动会区分、能判断、会应用”，逐步建立通信可靠性的整体思维。 教学目标 （1）了解差错产生的原因和主要差错类型 （2）掌握三种差错控制方式 （3）能够区分检错码和纠错码，知道典型代表 （4）掌握奇偶校验码和循环冗余码两种差错控制技术 教学重难点 教学重点：检错码与纠错码的区分与典型应用 教学难点： ARQ 与 FEC 的核心区别 教学方法 （1）问答法（2）讨论法（3）讲授法 课前准备 课件，多媒体教学设备 教学媒体 多媒体教室 教学过程 教学 环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 第一课时 导入 学生思考、回答问题 通过和学生的回答引入要讲的知识 新课 讲授 1、 差错的产生 所谓差错，就是在数据通信中，接收端接收到的数据与发送端实际发出的数据出现不一致的现象。如：1 →0， 0→1。 二、差错产生的原因 差错的产生是由噪声引起的。根据产生原因的不同可把噪声分为两类：热噪声和冲击噪声。 1、 热噪声 由线路本身的电气特性所产生的，信道固有，噪声分布较平稳，强度小； 2、 冲击噪声 外界某种原因突发产生的热噪声，是产生差错的主要原因。这类噪声随机性强，强度大。如：大气中的闪电、汽车点火、电源开关的打火等 三、差错类型 1、位错：比特位出错，“1” 变成 “0”，“0” 变成 “1”； 2、帧错 （1）帧丢失：发送方发出的数据接收方没有收到； （2）帧重复：同一个帧收到两次； （3）帧失序：收到的帧的顺序与发送时的顺序不一致； 四、差错控制编码 1、检错码：检错码是能够自动发现错误的编码，如奇偶校验码、循环冗余校验码。 2、纠错码：纠错码是能够发现错误且又能自动纠正错误的编码，如海明码。 【师生互动】提出问题，课堂互动 ➸知识点背诵 什么是检错码？ 什么是纠错码？ ➸例题分析 检错码发现错误后通常采用（ ） A. 自动纠正错误 B. 请求发送方重传 C. 忽略错误 D. 直接丢弃不处理 【答案】B 【解析】检错码只能发现错误，不能纠正错误。一旦检测到错误，最常用、最标准的处理方式就是：请求发送方重新传输数据。 5、 差错控制方式 差错控制方式分为：反馈纠错、前向纠错和混合纠错。 1、 反馈纠错 2、 前向纠错 3、 混合纠错 混合纠错是指少量错误在接收端被自动纠正，当错误较严重、超出自行纠正能力范围时，就向发送端发出询问信号，要求重发。因此，混合纠错方式是前向纠错和反馈纠错两种方式的混合。 【师生互动】提出问题，课堂互动 ➸知识点背诵 差错控制方式一共有哪几种？ ➸例题分析 发送方发送数据，接收方检测无错就回确认，有错就要求重发，这种方式是（ ） A. 前向纠错 FEC B. 检错重发 ARQ C. 混合纠错 D. 不纠错 【答案】B 【解析】ARQ（检错重发 / 自动请求重传） 的工作方式：检测错误 → 要求重传。 学生聆听、理解教师所讲授的内容 教师与学生互动，回答问题 学生聆听、理解教师所讲授的内容 教师与学生互动，回答问题 通过教师的讲解和演示，使学生了解差错产生的原因和类型 通过练习题巩固所学知识，加深对知识点的理解 通过教师的讲解和演示，使学生了解差错控制方式 通过练习题巩固所学知识，加深对知识点的理解 课堂练习 1.在数据传输中，连续多位出错，通常称为（ ） A. 随机差错 B. 突发差错 C. 单比特差错 D. 固定差错 【答案】B 【解析】突发差错：由冲击噪声、雷电、电磁干扰等引起，特点是连续多位比特出错。 2.下列属于检错码的是（ ） A. 海明码 B. CRC 循环冗余校验码 C. 卷积码 D. 重复纠错码 【答案】B 【解析】CRC 循环冗余校验码：只能检查错误，不能纠正错误，属于检错码。 3. 数据通信中，热噪声主要产生的差错类型是（ ） A. 突发差错 B. 随机差错 C. 串扰差错 D. 同步差错 【答案】B 【解析】热噪声是通信系统中始终存在的背景噪声，其统计特性服从高斯分布，对每一位数据的影响是独立随机的，因此主要产生随机差错。 4.FEC（前向纠错）的工作特点是（ ） A. 只能检错，出错要求重传 B. 能自动纠错，不需要重传 C. 既不检错也不纠错 D. 只纠错不检错 【答案】B 【解析】FEC 前向纠错：接收端可以自动检测并纠正错误，不需要发送端重传。 第二课时 导入 检错码，就是专门解决该问题的 “数字安检员”。 学生观看视频思考、回答问题 通过学生的回答引入要讲的知识 新课 讲授 一、奇偶校验码 奇偶校验码是一种最简单的检错码。其检验规则是：在原数据位后附加校验位（冗余位） ，根据附加后的整个数据码中的“ 1”的个数为奇数或偶数，而分别叫作奇校验或偶校验。 1、 偶校验 偶校验是在7位二进制代码的最高位上附加一位，用这一位的状态使传送的带附加位的字符编码中的“1”的个数为偶数。 ➼工作原理 数据从发送端传输到接收端口，在接收端如何判断数据在传送的过程中没有发生错误？ 思考：如何数据在传输过程中出现2位错误，偶校验是否可以检测出来传输错误？ 2、奇校验 奇校验是在7位二进制代码的最高位上附加一位，用这一位的状态使传送的带附加位的字符编码中的“1”的个数为奇数。 ➼工作原理 数据从发送端传输到接收端口，在接收端如何判断数据在传送的过程中没有发生错误？ 【师生互动】提出问题，课堂互动 ➸知识点背诵 奇偶校验码的核心功能是什么？ ➸例题分析 如果一个字符A的ASCII编码从低到高依次是1100101，采用奇校验，在下述收到的传输后字符中， （ ）错误无法检测。 A.11000011 B.11001010 C.11001100 D.11010011 【答案】D 【解析】在1100101的前面加一位校验元，题目中要采用奇校验，所以加上奇校验应该是奇数位，接收端接收到数据后，若不是5个1，则判断出错，而D项中仍为5个1，所以无法判断。 二、循环冗余码 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。 ➼实例：假设准备发送的数据信息码为M(x)=1101，生成多项式采用C(x)=X4+X+1，计算使用CRC后最终发送的信息码。 计算方法： ①确定CRC校验码位数：生成多项式的最高次幂为X4，则CRC校验码的位数为4; ②数据左移4位：1101 0000 （校验码为5位） ③确定多项式的值：多项式为C (X)=X4+X+1，则值为10011； ④M(X)/C(x)，得余数；M'(X)=11010000；C(x)=10011; 得出：11010000/10011； 得到冗余码：0100 ⑤将冗余码0100直接附加在M(X)后面，可得到最终发送的信息码； M(x)=11010100 【师生互动】提出问题，课堂互动 ➸知识点背诵 CRC 由哪两部分组成？ ➸例题分析 若生成多项式 G (x)=x⁴+x³+1，信息位为 1010，则 CRC 校验码的位数是（） A. 3 位 B. 4 位 C. 5 位 D. 8 位 【答案】B 【解析】生成多项式最高次是 x⁴，校验位位数 r = 最高次数 = 4 位。 学生聆听、理解教师所讲授的内容 教师与学生互动，回答问题 学生聆听、理解教师所讲授的内容 教师与学生互动，回答问题 通过教师的讲解和演示，使学生了解奇偶校验的方法 通过练习题巩固所学知识，加深对知识点的理解 通过教师的讲解和演示，使学生了解CRC计算方法 通过练习题巩固所学知识，加深对知识点的理解 课堂 练习 1.采用奇校验时，二进制数据 1100110 的校验位应为（ ） A. 0 B. 1 C. 都可以 D. 无法确定 【答案】B 【解析】奇校验：让整个编码（数据位 + 校验位）中 1 的总个数为奇数。 2.CRC 码（ ） A. 既能检错又能纠错 B. 只能检错，不能纠错 C. 只能纠错，不能检错 D. 既不检错也不纠错 【答案】C 【解析】CRC（循环冗余校验码） 的作用是检错，用来检查数据在传输过程中是否出错。它只能发现错误，不能纠正错误。 3.已知生成多项式 G(x)=x4 +x2+1，则它对应的二进制序列和校验位位数 r 分别为（ ） A. 10101，4 位 B. 10011，4 位 C. 11001，3 位 D. 1011，4 位 【答案】A 【解析】 4.关于奇偶校验和 CRC，下列说法正确的是（ ） A. 两者都能纠错 B. 奇偶校验比 CRC 复杂 C. CRC 能检测出更多类型的错误 D. 奇偶校验需要生成多项式 【答案】C 【解析】CRC 检错能力远强于奇偶校验，能检测出多位错、突发错。 课堂小结 本节课重点学习了检错码（CRC、奇偶校验）与纠错码（海明码）的内容，需明确区分。关键牢记“ARQ靠重传，FEC靠纠错”，理解其核心是保障数据传输可靠，为后续学习铺垫。 课后作业 1、总结奇偶校验的工作原理； 2、总结CRC校验的方法； 3、课后练习题； 板书设计 教学评价 本节课借助课堂小测，重点检测ARQ与FEC差异、差错类型判断等易错点，评价学生区分能力；结合课堂反馈，判断教学重难点落实情况。同时反思教学不足，后续通过针对性强化，帮助学生巩固知识，达成学习目标。 教学反思 精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $