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计算机网络技术教程 2020 1 18 2 第一部分计算机网络基础知识 第一章计算机网络基础第二章网络体系结构 协议和软件系统第三章局域网实用组网技术第四章广域网实用组网技术第五章Internet基础第六章Intranet网络管理 2020 1 18 3 第二部分WindowsNT组网技术 第七章构建WindowsNT网络第八章NT网络中的TCP IP管理第九章各种NT网络工作站的连接 2020 1 18 4 第一章计算机网络基础 本章具体内容 计算机网络的形成和发展计算机网络的定义 功能 分类 组成和网络拓扑结构计算机网络的典型应用数据通信的基本概念和通信系统的常用指标数据传输类型和编码技术数据通信方式和同步技术多路复用技术广域网中的数据交换技术差错控制技术 2020 1 18 5 1 1计算机网络的形成和发展 计算机网络的产生计算机网络技术的产生与发展是随着计算机技术和通信技术的发展而发展起来的 它是计算机技术与通信技术的有机结合 代表了当代计算机体系结构发展的一个极其重要的方向 计算机网络的雏形是美国在1952年建立的半自动化地面防空系统SAGE 它第一次实现了把计算机技术和通信技术结合起来进行远程集中处理 2020 1 18 6 1969年由美国国防部高级研究计划局 ARPA 主持研制的ARPA计算机网络投入运行 它可以说是世界上的第一个计算机网络 1976年 美国Xerox公司开发基于载波监听多路访问 冲突检测原理的 用同轴电缆连接多台计算机的局域网 取名以太网 随着微型计算机的广泛应用 目前Internet是计算机网络的发展主流 2020 1 18 7 计算机网络的发展随着计算机技术和通信技术的不断发展 计算机网络也经历了从简单到复杂 从单机到多机的发展过程 其发展大致可分为以下4个阶段 具有通信功能的单机系统 终端 具有通信功能的多机系统 以共享资源为主要目的的计算机网络阶段 ARPAnet 局域网络及其互连为主要支撑环境的分布式计算阶段 2020 1 18 8 具有通信功能的单机系统 终端 图1 1采用多重线路控制器的 具有通信功能的单机系统 2020 1 18 9 具有通信功能的多机系统图1 2具有通信功能的多机系统 2020 1 18 10 以共享资源为主要目的的计算机网络阶段 ArpaNet 图1 3计算机 计算机网络模型 外界干扰引起 2020 1 18 11 局域网络及其互连为主要支撑环境的分布式计算阶段由局域网互连的若干台计算机组成了分布式计算机系统 网络计算机由微型计算机组成 系统中的各台计算机无主次之分 即没有主机 从机之分 一个任务由多台计算机通过网络分解 并行地运行完成 2020 1 18 12 信息高速公路与未来的计算机网络信息高速公路 1 信息高速公路的由来1991年美国国会参议员阿尔 戈尔提出了 信息高速公路法案 1993年9月美国政府正式提出了建立 国家信息基础设施 计划 即美国信息高速公路计划 简称NII计划 2020 1 18 13 2 信息高速公路的基本组成信息高速公路的全部内涵 包括以下四部分 通信网 计算机 信息和人从信息高速公路的结构来看 可分为三部分 主干线 支线和支点 3 我国的信息高速公路计划与 金 字工程发起中国信息基础设施建设 CII建设 三金 工程 金桥 金卡 金关 2020 1 18 14 未来的计算机网络世界幻想变成现实 电视电话 电视购物 电视教学 电视会议 家庭影院 家中办公 全球医疗会诊 全球电脑数据库等 2020 1 18 15 计算机网络的发展趋势一个目标 在全球建设完善的信息基础设施 二个支撑 微电子技术 光电技术 三个融合 计算机 通信 信息内容 四个热点 多媒体 宽带网 移动通信 信息安全 2020 1 18 16 1 2计算机网络的定义 计算机网络的定义将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机 终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来 并配置网络软件 以实现计算机资源共享的系统 计算机 微型计算机 大型计算机 巨型计算机 通信线路 双绞线 同轴电缆 光纤 通信卫星 微波 网络软件 网络协议 信息交换方式 网络操作系统 资源 硬件 软件 数据 2020 1 18 17 计算机网络的定义中包括三个方面的内容计算机网络是由两台或两台以上的具有 自主 功能计算机连接起来构成的系统 计算机之间要通信和交换信息彼此之间需要有共同遵守的规则 这就是协议 建立网络的目的 实现通信的交往 信息资源的交流 计算机分布资源的共享或协同工作 2020 1 18 18 1 3计算机网络的功能和分类 计算机网络的功能计算机之间和计算机用户之间的相互通信交往 资源共享 计算机之间和计算机用户之间的协同工作 最基本的功能 资源共享 2020 1 18 19 计算机网络的分类按网络拓扑结构划分 总线型 星状 环状 网状 树状 按网络的覆盖范围划分 局域网 城域网 广域网 按数据传输所用的结构和技术划分 交换网 包括电路交换网 分组交换网 广播网 包括分组无线网 卫星网 局域网 按通信传输介质划分 双绞线网 同轴电缆网 光纤网 卫星网等 2020 1 18 20 按信号频带占用的方式划分 基带网 频带网 按交换方式划分 电路交换网 分组交换网 帧中继交换网 信元交换网 按网络的数据传输和系统的拥有者分类 专用网 公用网 按网络结构划分 资源子网 通信子网 按照互联网分 Internet Intranet Extranet 2020 1 18 21 一般主要按计算机网络的分布距离来分类 局域网局域网是局部地区网的简称 计算机网络的通信距离通常限于中等规模的地理区域内 一般不超过10km 可以是一个单位或地区组建 广域网广域网又称远程网 其覆盖范围可以是几个城市 地区 甚至国家 洲和全球 2020 1 18 22 城域网城域网是介于局域网与广域网之间的高速网络 其规模限于一个城市范围 这类网络近几年发展迅速 其设计目标是要满足几十公里范围内的大量机关 公司 企事业单位的计算机联网需求 实现大用户 多种信息传输的综合信息网络 因特网因特网不是一种具体的网络 它把全球各种局域网和广域网通过路由器连接起来 采用TCP I 协议通信来实现全球化的信息服务 2020 1 18 23 2020 1 18 24 1 4计算机网络的组成 虽然计算机网络系统的结构和组成是复杂的 多样的 但对于以分组交换技术为基础建立起来的计算机网络系统来说 所有系统都具有相同的结构和组成 按照逻辑划分 可将计算机网络划分为 资源子网通信子网 2020 1 18 25 图1 5通信子网和资源子网 2020 1 18 26 资源子网资源子网由主计算机 终端 通信控制设备 连网外设 各种软件资源等组成 主要负责全网信息处理 向网络用户提供可用的资源和网络服务 2020 1 18 27 通信子网通信子网由网络中的各种通信设备及只用作信息交换的计算机构成 传输介质可以是双绞线 同轴电缆 光纤等有线通信线路 也可以是微波 通信卫星等无线通信线路 通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分 完成全网之间的数据传输 交换 控制 2020 1 18 28 1 5网络的拓扑结构 拓扑的概念拓扑学是几何学中的图论演变而来的 拓扑 TOPOLOGY 方法 它把具体实体抽象为 点 把连接实体的线路抽象为 线 进而研究点 线 面之间的关系 2020 1 18 29 网络拓扑结构采用拓扑学方法抽象出的网络结构被称为计算机网络系统的拓扑结构 各种不同计算机网络系统的拓扑结构是不同的 拓扑结构对整个网络系统的设计 功能 可靠性 费用等方面有着重要的影响 2020 1 18 30 几种常见的拓扑结构环形总线型星型树型 2020 1 18 31 总线形网络拓扑结构所有入网设备共用一条物理传输线路 所有的数据发往同一条线路 并能够由附接在线路上的所有设备感知 入网设备通过专用的分接头接入线路 2020 1 18 32 星形网络拓扑结构 以一台中心处理机 通信设备 为主而构成的网络 其它入网机器仅与该中心处理机之间有直接的物理链路 所有的数据必须经过中心处理机 2020 1 18 33 环形网络拓扑结构 入网设备通过转发器接入网络 环形网的数据传输具有单向性 所有的转发器及其物理线路构成了一个环状的网络系统 2020 1 18 34 树型拓扑结构树型拓扑结构是星型拓扑的扩展 采用分层结构 有一个根节点和多层分支节点 除叶节点外 所有根节点和层分支节点都是转发节点 适用于分级管理或控制型网络 网状拓扑结构由分布在不同地理位置的计算机经传输介质和通信设备相连 节点间连接是任意的 无规律的 点 点之间多条路径 由路由选择来进行路径选择 2020 1 18 35 1 6计算机网络的典型应用 管理信息系统 MIS 办公自动化系统 OA 信息检索系统 IRS 电子收款机系统 POS 分布式控制系统 DCS 计算机集成与制造系统 CIMS 电子数据交换系统 EDI 2020 1 18 36 1 7数据通信的基本概念 基本概念信息信息是人脑对客观物质的反映 既可以是对物质的形态 大小 结构 性能等部分或全部特性的描述 也可以是物质与外部的联系 信息有各种存在形式 如 文字 声音 图像等等 数据数据是定义为有意义的实体 是表征事物的形式 例如文字 声音和图像等 数据可分为模拟数据和数字数据两类 模拟数据是指在某个区间连续变化的物理量 例如声音的大小和温度的变化等 数字数据是指离散的不连续的量 例如文本信息和整数 2020 1 18 37 信号和信号发送数据通信中的 信号 是指数据的电磁编码或电编码 信号可分为模拟信号和数字信号两种 信号发送是指沿传输介质传播信号的动作 信号带宽信号通常都是以电磁波的形式传送的 电磁波都有一定的频谱范围 该频谱范围称做该信号的带宽 但在实际应用中 频谱宽度被看做是信号能量比较集中的那样一个频谱范围 2020 1 18 38 模拟信号和数字信号模拟信号 analogsignal 的信号电平是连续变化的 数字信号 digitalsignal 是用两种不同的电平去表示0 1比特序列的电压脉冲信号表示 模拟传输与数字传输以模拟信号的形式在信道上传输数据称做模拟传输 以数字信号的形式在信道上传输数据称做数字传输 2020 1 18 39 图1 6模拟信号和数字信号 2020 1 18 40 信道信道是传送信号的一条通路 由传输介质及相应的附属设备组成 信道可以按以下标准进行分类 计算机网络结构划分 物理信道和逻辑信道传输介质划分 有线信道和无线信道传输数据信号类型划分 模拟信道和数字信道信道的使用方式划分 专用信道和公共交换信道 2020 1 18 41 信道的几个主要技术指标比特率 S 单位时间内传递的二进制代码的有效位数 波特率 B 表示调制后模拟电信号每秒钟的变化次数 B 1 T 信道容量 物理上信道所能传输数据的最大能力 误码率 Pe 二进制位在数据传输中被传错的概率 Pe Ne N 一般Pe 10 6 吞吐量 信道在单位时间内传输的总的信息量 2020 1 18 42 网络通信系统设计中涉及的主要问题数据传输类型模拟通信 数字通信数据通信方式串行通信 并行通信数据交换方式线路交换 存储转发交换同步技术同步传输 异步传输差错控制技术奇偶校验 循环冗余校验 2020 1 18 43 1 8串行传输与并行传输 数据传输图1 7数据的传输 模拟通信数字通信 数据通信 信源发 信宿收的都是数字信号 2020 1 18 44 传输方式并行传输字符编码的各位 比特 同时传输 图1 8并行传输 2020 1 18 45 特点 传输速度快 一位 比特 时间内可传输一个字符 通信成本高 每位传输要求一个单独的信道支持 因此如果一个字符包含8个二进制位 则并行传输要求8个独立的信道的支持 不支持长距离传输 由于信道之间的电容感应 远距离传输时 可靠性较低 2020 1 18 46 串行传输将组成字符的各位串行地发往线路 图1 9串行传输 2020 1 18 47 特点 传输速度较低 一次一位 通信成本也较低 只需一个信道 支持长距离传输 目前计算机网络中所用的传输方式均为串行传输 数据的通信方式 单工通信 传送的信息始终是一个方向 半双工通信 通信双方都可以发送或接收信息 但不能同时双向发送 双工通信 通信双方可以同时发送和接收信息 2020 1 18 48 图1 10数据传输的三种方式 2020 1 18 49 1 9数据传输类型与编码技术 数据的传输类型数据通信 在不同的计算机和数字设备之间传送二进制代码0 1比特位的过程 频带传输 模拟传输 信源发出模拟信号在模拟信道传输 基带传输 数字传输 信源发出模拟信号以数字信号的形式传输 2020 1 18 50 基带传输与数字信号编码基带传输 信号只占有一定的频率范围 这种由计算机或终端产生的 频谱从零开始而未经调制的数字信号所占用的频率范围叫基本频带 简称基带 利用基带信号直接传输的方式称基带传输 数字基带信号的编码非归零编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码 2020 1 18 51 非归零编码码元 每一位二进制数字 2020 1 18 52 优点 简单 容易实现 缺点 无法保证收发双方的同步 必须附加发送同步信号 应用 计算机串口和调制解调器之间 2020 1 18 53 曼彻斯特编码曼彻斯特编码是目前广泛使用的编码方法之一 在每一码元时间间隔内 当发0时 在间隔的中间时刻电平从低向高跃变 当发1时 在间隔的中间时刻电平从高到低的跃变 差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进 在每一码元时间间隔内 无论发0或1 在间隔的中间都有电平的跃变 但发1时 间隔开始时刻不变 发0时 间隔开始时刻变 2020 1 18 54 前半周期传送原码 后半周期传送反码发0时在中间时刻电平从低跃变到高发1时在中间时刻电平从高跃变到低 曼特斯特编码 发0时前半码元与上一后半码元相反发1时前半码元与上一后半码元相同 差分曼特斯特编码 2020 1 18 55 曼彻斯特编码的特点及应用优点 内同步 成本低缺点 效率低应用 典型的10BASE以太网等差分曼彻斯特编码的特点优点 内同步 抗干扰性能较好缺点 实现技术复杂 2020 1 18 56 图1 11数字信号三种编码波形 2020 1 18 57 基带传输的特点及应用优点 抗干扰能力强 成本低缺点 信道利用率低 使用有线介质限制了使用场合应用 一般局域网中经常使用基带传输技术 2020 1 18 58 频带传输与模拟信号编码基本概念编码 是将模拟数据或数字数据变换成数字信号 以便通过数字传输介质传输出去 调制 将数字信号或非正弦波的模拟信号变成正弦波的模拟信号的过程 解调 将经过调制变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号 解码 在接收端 将数字信号变换成原始数据 2020 1 18 59 数字数据的模拟信号编码通过调制振幅 频率和相位等载波特性或者这些特性的某种组合 来对数字数据进行编码 最基本的数字数据 模拟信号调制方式有以下三种 幅移键控方式 ASK 频移键控方式 FSK 相移键控方式 PSK 2020 1 18 60 幅度调制幅度调制又称 振幅键控 在幅度调制中 频率和相位都是常数 振幅为变量 即载波的幅度随发送的信号而变化 频率调制频率调制又称 移频键控 在频率调制中 振幅和相位为常量 频率为变量 即载波的频率随发送的信号而变化 2020 1 18 61 相位调制相位调制又称 移相键控 在相位调制中 振幅 频率为常量 相位为变量 即载波的相位随发送的信号而变化 2020 1 18 62 图1 12三种调制方式波形 2020 1 18 63 1 10数据同步技术 基本概念概念数据的发送和接收要求同步 发送端以一定的速度在一定的起止时间内发送数据 接收端也必须以相同的速度在相同的起止时间内发送数据 2020 1 18 64 需解决问题正确区分和识别每个比特 位同步区分每个代码的起始和结束位 字符同步区分出完整的报文数据块的开始和结束位 帧同步同步方式异步传输方式同步传输方式 2020 1 18 65 异步传输方式每个字符在传输时都前后分别加上起始位和结束位 以表示一个字符的开始和结束 起始位为 0 结束位为 1 结束位的长度可以为1位 1 5位或2位 图1 13异步传输 2020 1 18 66 工作特点各个位以串行方式发送 并附有 起止位 作为识别符以字符为单位 字符之间通过 空号 来分隔优点设备简单 技术容易 费用低缺点每传输一个字符 都需要附加2 3位附加位 开销大 消费传输时间应用适用低速的通信场合 2020 1 18 67 同步传输方式以固定的时钟节拍来发送数据信号 字符间顺序相连 既无间隙也没有插入位 收发双方的时钟信号与传输的每一位严格对应 以达到位同步 在开始发送一帧数据前须发送固定长度的帧同步字符 发送完数据后再发送帧终止字符 这样就实现了字符和帧的同步 之后连续发送空白字符 直到发送下一帧时重复上述过程 2020 1 18 68 工作特点同步传输中 信息是以数据块的方式传输在位流中采用同步字符来保证定时附加位多 效率高于异步传输 图1 14同步传输 2020 1 18 69 优点传输速率高 缺点设备较贵 线路使用高 加大DCE设备负担 应用计算机和计算机之间的通信 智能终端与主机之间的通信 以及网络通信等 2020 1 18 70 1 11多路复用技术 基本概念当信道的传输能力超过某一信息的需求时 为了提高信道的利用率 需要用一条信道传输多路信号 即多路复用技术 通过多路复用器 将多路信号进行汇集后传输 接收端再通过多路复用器将信息进行分离 常用的多路复用技术频分多路复用 FDM 时分多路复用 TDM 波分多路复用 WDM 空分多路复用 SDM 2020 1 18 71 图1 15多路复用技术 2020 1 18 72 频分多路复用 FDM 频分多路复用FDM是利用传输介质的可用带宽超过给定信号所需的带宽这一优点 频分多路复用FDM是把每个要传输的信号以不同的载波频率进行调制 而且各个载波频率是完全独立的 即信号的带宽不会相互重叠 然后在传输介质上进行传输 这样在传输介质上就可以同时传输许多路信号 2020 1 18 73 应用适用于宽带局域网 公用电话网传输语音信息时的电话线复用技术 图1 16频分多路复用技术 2020 1 18 74 时分多路复用技术 TDM 时分多路复用TDM利用每个信号在时间上交叉 可以在一个传输通路上传输多个数字信号 这种交叉可以是位一级的 也可以是由字节组成的块或更大量的信息 与频分多路复用类似 专门用于一个信号源的时间片序列被称为是一条通道时间片的一个周期 每个信号源一个 称之为一帧 在每个用户占有的时间片内 用户使用通信信道的全部带宽 2020 1 18 75 应用适用于传输占信道带宽较宽的数字基带信号 常用于基带局域网中 图1 17时分多路复用技术 2020 1 18 76 1 12广域网中的数据交换技术 基本概念交换也称为转接 是在多结点网络中实现数据传输的技术 两结点要通信时 在双方之间建立一条物理的或逻辑的通道 称为链路 所谓交换技术是采用交换机或节点机等交换系统 通过路由选择技术以实现通信双方的信息传输和交换的一种技术 常用的数据交换方式可分为两大类 电路交换方式和存储转发方式 其中 存储转发方式按照被转接的信息单位不同 又可分为报文交换和报文分组交换 2020 1 18 77 线路交换 静态分配 原理 通过呼叫 拨号 在通信的双方之间建立起一条传输信息的实际的物理通路 并且在整个通信过程中 这条通路被通信双方独占而不能被其它站使用 直到数据传输结束 包括三个阶段建立线路传输数据线路拆除 2020 1 18 78 特点在通话的全部时间内 通话的两个用户始终占用端到端的固定传输带宽 优点数据传输可靠 速度快 且按序传送缺点线路利用率低 线路建立和拆除的时间较长 不具备差错控制能力 不具有存储转发能力 2020 1 18 79 存储转发交换 动态分配 产生1964年 巴兰提出了 存储转发 的概念 1966年 戴维斯提出了 分组 的概念 1969年美国的分组交换网ARPANET投入运营 存储转发和线路交换的主要区别发送的数据与目的地址 源地址 控制信息按照一定格式组成一个数据单元 报文或报文分组 进入通信子网通信子网中的结点要负责完成数据单元的接收 差错校验 存储 路选和转发功能 2020 1 18 80 分类数据通过通信子网传输时可以有报文 message 与报文分组 packet 两种方式 报文传输 不管发送数据的长度是多少 都把它当作一个逻辑单元发送 报文分组传输 限制一次传输数据的最大长度 如果传输数据超过规定的最大长度 发送结点就将它分成多个报文分组发送 2020 1 18 81 报文交换报文交换属于存储交换 它不需要在两个站之间建立一条专用通路 存储交换的主要原理是 把待传送的信息存储起来 等到信道空闲时发出去 存储交换具有存储信息的能力 优点无需建立专用通道 传送的报文可分时共享通路 从而提高线路利用率 可以进行不同速率 不同码型的交换 从而实现不同种类的终端间的数据传送 可以实现把一个报文送到多个目的站点 2020 1 18 82 缺点报文不按顺序到达 延迟时间较长 为 报文接收时间 排队等待时间 报文转发时间 中间节点须具备很大的存储空间 且大报文从外存调入内存增加了延迟时间 大报文长时间占用线路进行传输 增加了其他小报文在网络中的延迟时间 大报文出错率较高而引起频繁的重发 影响传输效率 应用电报 电子邮件等非实时系统 2020 1 18 83 分组交换分组 将较长的报文分割长若干个一定长度 等长 的段 每段加上交换时所需的地址信息 差错校验信息 按规定格式构成的数据单元 基本思想 限制信息的长度 以分组为单位进行存储转发 在接收端再将各分组重新组装成一个完整的报文 优点 高效 灵活 迅速 可靠缺点 实现复杂 适合 计算机间联网通信 是目前数据网络中最广泛使用的一种交换技术 2020 1 18 84 虚电路分组交换 面向连接 特点 分组传送前在发送站和接收站间建立一条逻辑电路优点 数据传送前仅作一次路由选择 数据传送时不需目的地址减少了分组长度 节省通信处理时间等额外的开销 保证每个分组正确有序的到达缺点 当某个节点出故障时 沿途经过的虚电路瘫痪适合 系统之间长时间的数据交换 2020 1 18 85 数据报分组交换 面向无连接 数据报 指每个独立处理的报文分组特点 没有建立连接的过程 以数据报为信息单元来处理 接收节点割据网络中的实际情况等来选择路由 每个数据报经过的路径可能不同 到达时可能不按序 甚至有的数据报可能会丢失优点 传输少数分组时速度更快 灵活 且传输较为可靠 当某个节点出故障而失效 报文分组还可以通过其它路径传送缺点 分组不按序到达 不能及时发现分组丢失 2020 1 18 86 三种交换技术的比较 2020 1 18 87 虚电路方式和数据报方式的比较 2020 1 18 88 1 13差错控制技术 基本概念差错控制方法数字通信系统的基本任务是高效率而无差错的传送数据 但在任何一种通信线路上都不可避免地存在一定程度的噪声 信道噪声所造成的后果是使得接收端接收到的数据和发送端所发送的数据不一致 即造成传输差错 2020 1 18 89 提高传输质量的方法选择好的通信线路 即改善通信线路的电气性能 使误差的出现概率降低到系统的要求 在通信线路上 设法检查错误 采取措施对错误进行差错控制 差错的分类热噪声差错 随机差错 传输介质内部因素引起冲击噪声差错 突发差错 外界干扰引起 2020 1 18 90 常用的差错控制法奇偶校验奇偶校验又叫字符校验 垂直冗余校验 VRC 它是以字符为单位的校验方法 它在每个字符编码的后面 或最前面 另外增加一个二进制位 该位叫做校验位 其主要目的是使整个编码中1 或0 的个数成为奇数或偶数 如果使编码中1的个数成为奇数则叫做奇校验 反之 则叫做偶校验 2020 1 18 91 例如 我们要传送的一组二进制编码为1010010后面增加一位进行奇校验10100100 使1的个数为奇数 传送时未出现错误 10100100 奇校验正确传送时其中一位出错 10110100 奇校验能检查出错误传送有两位出错时 10111100 奇校验就不能检查出错误了 2020 1 18 92 这种方法只能检测错误而不能纠正错误 因为它不能检测出错在哪一位 奇偶校验法虽然简单 但并不是一种安全的差错控制方法 一般用于低速传输 如 普通电话线与ISP 低速时 其中 偶校验用于异步传输方式 奇校验用于同步传输方式 2020 1 18 93 方块校验方块校验又叫报文校验 水平垂直冗余校验 LRC 是一种对行和列都进行奇偶校验的方法 这种方法是在奇偶校验的基础上 在一批字符传送之后 另外增加一个检验字符 该检验字符的编码方法是使每一位纵向代码中1的个数成为奇数 或偶数 2020 1 18 94 LRC的工作方式 2020 1 18 95 例如 奇偶校验位 奇校验 字符110100100字符210000011字符310011000字符410100001字符510010001字符610000101 方块校验字符 奇校验 11110101 2020 1 18 96 这种方法的纠错能力较强 基本可以检测出所有1位 2位或3位的错误 从而使误码率能降低2 4个数量级 纠错效果十分显著 广泛用于计算机通信和某些计算机外部设备的数据传输中 2020 1 18 97 循环冗余校验在反馈重发纠错法中 最常用的校验码是循环冗余校验码 CRC 简称循环码 又称 n k 循环码 循环码共n位 其中前k位为数据位 后 n k 位为冗余位 一种通过多项式除法检测错误的方法 检错思想 收发双方约定一个生成多项式G x 其最高阶和最低阶系数必须为1 发送方在帧的末尾加上校验和 使带校验和的帧的多项式能被G x 整除 接收方收到后 用G x 除多项式 若有余数 则传输有错 2020 1 18 98 校验码计算方法将要发送的数据当作一个多项式F x 的系数 最高指数为r 选择一个生成多项式G x 最高指数为k 0 k r 计算F x xk 计算F x xk G x 生成余数多项式R x 校验码 生成多项式G x 是接受方和发送方的一个约定 也就是一个二进制数 在整个传输过程中 这个数始终保持不变 2020 1 18 99 生成多项式 2020 1 18 100 3种已成为标准的多项式CRC 12X12 X11 X3 X2 X 1CRC 16X16 X15 X2 1CRC CCITTX16 X12 X5 1在数据通信与网络中 通常k相当大 由一千甚至数千数据位构成一帧 而后采用CRC码产生r位的校验位 它只能检测出错误 而不能纠正错误 一般取r 16 标准的16位生成多项式有CRC 16X16 X15 X2 1和CRC CCITTX16 X12 X5 1 2020 1 18 101 CRC码的生成步骤将x的最高幂次为R的生成多项式G x 转换成对应的R 1位二进制数 将信息码左移R位 相当与对应的信息多项式F x 2R 用生成多项式 二进制数 对信息码做模2除 得到R位的余数 将余数拼到信息码左移后空出的位置 得到完整的CRC码 2020 1 18 102 模2除 按位除 模2除做法与算术除法类似 但每一位除 减 的结果不影响其它位 即不向上一位借位 然后再移位做下一位的模2减 步骤如下 用除数对被除数最高几位做模2减 没有借位 除数右移一位 若余数最高位为1 商为1 并对余数做模2减 若余数最高位为0 商为0 除数继续右移一位 一直做到余数的位数小于除数时 该余数就是最终余数 2020 1 18 103 例 试通过计算求出CRC校验码 并写出完整传输的比特序列 要求 1 CRC校验的生成多项式 G x x4 x 1 相应的比特序列为10011 k 4 2 要发送的二进制多项式为 F x x4 x2 1 比特序列10110 2020 1 18 104 解 F x 序列左移4位得到 101100000进行模2除法1010110011 10110000010011101001001111100100111111余数多项式R x 1111 2020 1 18 105 经通信信道实际传输的数据比特序列为 101101111它由两部分组成 校验过程 用实际传输的数据比特序列对G x 进行模2除法 若得到的余数为0 则表示传输正确 2020 1 18 106 注意事项生成多项式的最高位和最低位必须为1当被传送信息 CRC码 任何一位发生错误时 被生成多项式做模2除后应该使余数不为0不同位发生错误时 应该使余数不同对余数继续做模2除 应使余数循环当余数不足R位时 在前添 0 补足 2020 1 18 107 循环冗余校验的基本思想是 在发送时 将报文码多项式用生成多项式来除 将相除结果的余数作为校验码跟在报文码之后一同发送出去 在接收端 把接收到的含校验码的报文码再用同一个生成多项式来除 如在传送过程中无差错 则应该除尽 即余数应为0 若除不尽 则说明传输过程中有差错 应要求对方重新发送一次 多项式以2为模运算 按照它的运算法则 加法不进位 减法不借位 2020 1 18 108 循环冗余校验码的特点可检测出所有奇数位错可检测出所有双比特的错可检测出所有小于 等于校验位长度的突发错 2020 1 18 109 CRC的纠错在接收端收到了CRC码后用生成多项式为G x 去做模2除 若得到余数为0 则码字无误 若如果有一位出错 则余数不为0 而且不同位出错 其余数也不同 可以证明 余数与出错位的对应关系只与码制及生成多项式有关 而与待测码字 信息位 无关 下表给出了G x 1011 F x 1010的出错模式 改变F x 码字 只会改变表中码字内容 不改变余数与出错位的对应关系 2020 1 18 110 7 4 CRC码的出错模式 G x 1011 2020 1 18 111 如果循环码有一位出错 用G x 作模2除将得到一个不为0的余数 如果对余数补0继续除下去 我们将发现一个有趣的结果 各次余数将按上图所给顺序循环 例如第一位出错 余数将为001 补0后再除 补0后若最高位为1 则用除数做模2减取余 若最高位为0 则其最低3位就是余数 得到第二次余数为010 以后继续补0作模2除 依次得到余数为100 011 反复循环 这就是 循环码 名称的由来 2020 1 18 112 例 假设使用的生成多项式是G x x3 x 1 4位的原始报文为1010 求编码后的报文 2020 1 18 113 解 1 将生成多项式G x x3 x 1转换成对应的二进制除数1011 2 此题生成多项式有4位 R 1 要把原始报文C x 左移3