「笔记」计算机网络数据链路层-差错检测
haoteby 2024-12-26 13:25 12 浏览
实际的通信链路都不是理想的，比特在传输过程中可能会产生差错：1可能变成0，0可能变成1，这称为比特差错。
比特流在传输中过程中，受到各种干扰，就可能出现比特差错。在一段时间内，传输错误的比特所占比特传输总数的比率是误码率BER(Bit Error Rate).
那么接收方如何知道哪里发生误码了呢？使用差错检测码来检测数据在传输过程中是否产生了比特差错，是数据链路层所要解决的重要问题之一。例如，下图是以太网V2的MAC帧格式。
在帧的末尾有一个4字节的帧检验序列FCS字段，其作用就是让接收方的数据链路层检查帧在传输过程中是否产生了误码。下图为点对点协议PPP的帧格式，也有一个2字节的FCS帧检验序列，作用也是让接收方的数据链路层检查帧在传输过程中是否产生了误码。
检错方法
奇偶校验：在待发送的数据后面，添加1位奇偶检验位，是整个数据（包含所添加的校验位在内）中所有的“1”的个数为奇数，这称为奇校验，或为偶数，这是偶校验。
例如，待发送的数据为101101，如果采用奇校验，在数据后添加校验位为1，成为了1101101，1的总数为奇数。如果传输过程中发生了误码，最后一个1变成了0，也就是1101100，这样1的总数是偶数不是奇数，这样就知道传输过程中发生了误码。
也就是说，采用奇校验，若比特1的数量发生奇性改变，可以检查出错误。但是如果传输过程中，发生了两位误码，1101101，变成了0001101，1的个数还是奇数，就会导致误认为没有发送误码，因此，采用奇校验，若比特1的数量奇性不改变，是无法检查出错误的。
偶校验同样的道理，总的来说，采用奇偶校验方法，如果有奇数个位发送误码，则奇偶发生变化，可以检查出错误码。如果有偶数个位发送误码，奇偶性不变化，不能检查出误码（漏检）奇偶校验的漏检率太高，数据链路层一般不使用。
循环冗余校验CRC(Cyclic Redundancy Check):检错能力强，漏检率极低。
收发双方约定好一个生成多项式G(x);
发送方基于待发送的数据和生成多项式计算出差错检错码（冗余码），将其添加到待传输数据的后面一起传输；
接收方通过生成多项式来计算收到的数据是否产生了误码；
发送方将待发送的数据，加上生成多项式最高次个0，除以生成多项式首相系数构成的比特串，商后面的余数就是冗余码，将余数加到待发送数据的后面一起发送。冗余码的长度与生成多项式最高次数相同。接收方接收到数据后，用接收到的数据除以生成多项式首相系数构成的比特串，如果余数为0，就判断传输过程没有产生误码，否则是产生了误码。
例如下面的试题，相除后余数为1，冗余码与1，与最高次数差两个，在前面补两个0，001加到待发送数据后面。
下图为接收方，接收到数据后计算是否存在错码。
需要说明的是：
检错码只能检测出帧在传输过程中出现了乱码，但不能定位错误，因此无法纠正错误。
想要实现传输中错码纠正，可使用冗余信息更多地纠错码前向纠错，但纠错码的字节占用较大，，在计算机网络中较少使用。
循环冗余检测CRC有较好的检错能力（漏检率极低），虽然计算复杂，但易于硬件实现，因此广泛应用于数据链路层。
在计算机网络中，通常采用检错重传方式来纠正传输中的差错，或者丢弃传输中检测到的错误帧，这取决于数据链路层向上提供的是可靠传输服务还是不可靠传输服务。
本文为笔者自学过程中整理的笔记，如有错误之处，欢迎指正，谢谢！[来看我][爱慕]
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