计网04 第二章2.4.ppt

1、第2章 数据通信基础,2.1 数据通信系统概述 2.2 数据通信方式 2.3 数据交换技术 2.4 差错控制技术 2.5 传输介质,学习目标,了解差错控制技术 掌握CRC循环冗余校验的原理及计算方法 描述传输介质的基本特征，同轴电缆、双绞线、光纤和无线通信系统的特性与基本用途 掌握网线的分类、用途及制作方法,2.4 差错控制技术,2.4.1 传输错误的特性 2.4.2 检错技术 2.4.3 纠错方法,2.4.1 传输错误的特性,信号在传输过程中，会因为线路本身以及外界因素造成信号的衰减和失真（0变成1，或者1变成0）。 热噪声和冲击噪声 热噪声：信道固有的、持续存在的随机热噪声 引发随机差错

2、冲击噪声：由外界特定的短暂原因造成的冲击噪声 引发突发差错,2.4.1 传输错误的特性,一般把数据通信错误分为单个位、多位或串错误。 当给定数据串中只有一位出现错误时，就是单个位错误。单个位错误只影响信息中的一个字符。 当给定数据串中有两个或多个不连续位出现错误时，就是多位错。多位错可能影响信息中的一个或多个字符。 当给定数据串中有两个或多个连续位出现错误时，就是串错误。串错误可能影响信息中的一个或多个字符。,2.4.1 传输错误的特性,误码率：Pe=Ne/N （Ne为出错的位数，N为传输的数据总数） 一般要求误码率低于10-6，若数据传输系统的误码率达不到可接受的数值时，就应该采用错误控制技

3、术，来提高系统的误码率级别。 数据通信中对传输错误进行控制的基本方法分为两大类：检错和纠错。,2.4.2 检错技术, 差错的控制方法 常用差错控制编码发现错误。 发送方进行编码：在向信道发送数据前，按某种关系给数据信息位附加上一定的冗余位，构成一个码字后再发送，称为差错控制编码过程。 接收方进行校验：接收端收到该码字后，检查信息位与附加冗余位的关系，以检查传输过程中是否有差错发生，称为校验过程。,2.4.2 检错技术,差错控制编码： 检错码：能自动发现差错的编码 纠错码：能发现差错且能自动纠正差错的编码,2.4.2 检错技术, 编码效率 R = k/n = k/(k+r) K 码字中信息位位数

4、 R 编码后附加冗余位位数 N 编码后的码字长度,2.4.2 检错技术,1奇偶校验码 奇偶校验码是一种通过增加冗余位使码字中“1”的个数恒为奇数或偶数的编码方法，它是一种检错码。 在实际使用时又可分为垂直奇偶校验、水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验等几种。 注 在后面的讲解中，都以 偶校验 为例进行讲解。,2.4.2 检错技术,(1)垂直奇偶校验 P21 垂直奇偶校验是将要发送的整个信息块分为定长p位的若干段(比如说q段)，每段后面按“1”的个数为奇数或偶数的规律加上一位奇偶位。,即垂直方向上，加上冗余位后，使1的个数为奇数或偶数个 编码效率： R=p/(p+1) 垂直奇偶校验方法能检测出每列中的

5、所有奇数位错，但检测不出偶数位的错。对于突发错误来说，奇数位错与偶数位错的发生概率接近于相等，因而对差错的漏检率接近于1/2。,发送顺序：I11 I21 I31,2.4.2 检错技术,(2)水平奇偶校验 P21 为了降低对突发错误的漏检率，可以采用水平奇偶校验方法。它是对各个信息段的相应位横向进行编码，产生一个奇偶校验冗余位 。 即水平方向上，加上冗余位后，使1的个数为奇数或偶数个,编码效率： R=q/(q+1) 水平奇偶校验不但可以检测出各段同一位上的奇数位错，还能检测出突发长度=p的所有突发错误。从图中可见，按发送顺序，长度=p的突发错误必然分布在不同的行中，且每行一位（如某长度=p的突发

6、错误序列为I21,I31,IP1,I12），所以可检出差错，其漏检率要比垂直奇偶校验方法低。但不能在发送过程中边产生奇偶校验冗余位边插入发送，而必须等待要发送的全部信息块到齐后，才能计算冗余位，因而要使用数据缓冲器，所以其编码和检测实现起来都要复杂一些。,2.4.2 检错技术,(3)水平垂直奇偶校验 P21 同时进行水平奇偶校验和垂直奇偶校验就构成水平垂直奇偶校验，也称为纵横奇偶校实验 编码效率： R=pq/(p+1)(q+1),水平垂直奇偶校验能检测出所有3位或3位以下的错误（因为此时至少在某一行或某一列上有一位错）、奇数位错、突发长度=p+1的突发错以及很大一部分偶数位错。测量表明，这种方

7、式的编码可使误码率降至原误码率的百分之一到万分之一。 水平垂直奇偶校验不仅可检错，还可用来纠正部分差错。例如数据块中仅存在1位错时，便能确定错码的位置就在某行和某列的交叉处，从而可以纠正它.,2.4.2 检错技术,2循环冗余校验码（CRC） CRC的编码方法及其工作原理 待传送的数据为M (k bit )，如110111 在M后面再加上冗余码R (r bit)一起发送供差错检验用。 如 110111 0110 =110111 0000 + 0110)； 如何确定r（冗余码的位数）？ 由事先选定好的长度为r 阶的生成多项式G (r+1位)决定。即，添加的冗余码比G 少1位。 如何确定冗余码？ P

8、22,2.4.2 检错技术,CRC校验的计算方法 计算过程： 确定要待传送的数据M的比特数k，生成多项式G(x)的阶数r 在要发送的k位数据M后加上r个0，得到一个k+r位的被除数 按照模2除法，G为除数，去除上述被除数 余数R为冗余码（保证该冗余码为r位），M后面加上R为添加冗余码后发送出的码字。,2.4.2 检错技术,例1. 已知信息码为110 111，生成多项式G(x)=x4+x3+1,求循环冗余码及编码后的码字。 解： 由已知：r=4，G(x)对应的字符串为11001（做除数） 对应的信息码末尾加4个0得到1101110000（做被除数） 由模2除法 由结果知：冗余码为0110，码字即

9、为1101110110,1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1,1 1 0 0 1,1 0 0 1 1 0,1 0 1 0 0 1 1 0 0 1,1 1 0 1 0 1 1 0 0 1,0 1 1 0,1 0 0 1 1 0,1 0 0 1 1 0,1 0 0 1 1 0,1 0 0 1 1 0,0 1 1 0,2.4.2 检错技术,(2) CRC接收端的验证的方法 如何验证数据在传输过程中没有出错？ 若数据传输过程中不产生误码，则接收端收到的应该是 2rM + R。将这个数除以G（模2运算），得出的余数应该为0； 若出现误码，则在接收端进行上述运算后，一般不会得到余数为0的

10、结果。,2.4.2 检错技术,例2. 已知接收到的码字为1100111001，生成多项式 G(x)=x4+x3+1（即r=4） 求：码字的正确性，若正确，指出冗余码与信息码 提示：如何验证数据在传输过程中没有出错？ 若数据传输过程中不产生误码，则接收端受到的应该是 2rM + R。将这个数除以G（模2运算），得出的余数应该为0； 若出现误码，则在接收端进行上述运算后，一般不会得到余数为0的结果。,2.4.2 检错技术,(3) 说明 为检测差错而在数据后面添加上的冗余码常称为帧检验序列FCS（Frame Check Sequence）。FCS就是为了保证收到的数据和发送的数据完全相同。应该注意的

11、是，循环冗余检验CRC和FCS并不等同。CRC是一种常用的检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码，它可以使用CRC这种方法，也可以不使用。 能否在得到余数R为0，就一定表明没有出现差错？否！在某些非特殊的比特差错组合下，也可能非常碰巧地使余数R恰好为0，只要严格挑选，并使用位数足够多的除数G，检测不到差错的概率将会极小。现在广泛使用的G(x)有： CRC-16 = x16+x15+x2+1 CRC-CCITT = x16+X12+X5+1 CRC-32 = x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1,2.5 传输介质,2.5.1 有

12、线介质 2.5.2 无线介质,2.5.1 有线介质,1同轴电缆 组成与分类 基带同轴电缆：阻抗为50，用于数字信号的传输 宽带同轴电缆：阻抗为75，用于模拟、数字信号的传输 地理范围：约500米需要中继器,2.5.1 有线介质,3光纤,组成 纤芯由很透明的石英玻璃拉成细丝（硅），约8-100m 光纤通信原理（全反射）：光波通过纤芯进行传导，包层较纤芯有较低的折射率。光纤从光密介质传输到光疏介质时，折射角入射角，若入射角足够大，则会出现全反射，光波在碰到包层后又将折射回纤芯，从而使得光波沿着纤芯传输下去。,分类：多模光纤、单模光纤 优点 1)体积小、重量轻，通信容量大 2)传输损耗小（衰减小，6

13、-8km内无需中继器） 3)抗雷和电磁干扰性能好，抗化学腐蚀能力强 4)无串音干扰，保密性好，不易被窃听或者截取数据 5)光缆制造资源丰富（沙子中即可提炼）,2.5.1 有线介质,2双绞线 Twist-Pair（TP），由螺旋状绞扭在一起的两根互相绝缘的导线（一般为铜导线）组成。 对称均匀的绞扭可以使线间及周围的电磁干扰最小。把两根绝缘的铜导线按一定密度绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。 组成与分类 STP（Shielded）/UTP 1类-6类，常见的有3类、5类和超5类，以及6类线 地理范围：每100米需要放大信号（考点）,网线的制

14、作,正线，即直通线，连接异性设备 两端线序一样，同时采用T568A或者T568B的接法，一般采用T568B标准。 T568B标准连线顺序从左到右依次为: 1-橙白、2-橙、3-绿白、4-蓝、5-蓝白、6-绿、7-棕白、8-棕 反线，即交叉线 ，连接同性设备 一端为T568B的线序，另一端为T568A的线序。 T568A标准连线顺序从左到右依次为: 1-绿白、2-绿、3-橙白、4-蓝、5-蓝白、6-橙、7-棕白、8-棕 即A水晶头的1、2对应B水晶头的3、6，而A水晶头的3、6对应B水晶头的1、2，其他保持不变。,网线制作,1交叉线制作 准备材料和工具 制作步骤 （1）剥 （2）理 （3）插 （

15、4）压 （5）测,2.5.2 无线介质,1. 无线电波 大气中的电离层是具有离子和自由电子的导电层。无线电波通信就是利用地面的无线电波通过电离层的反射，或电离层与地面的多次反射，而到达接收端的一种远距离传输通信方式。 2. 微波通信： 具有极高的频率，波长很短。在微波频段，由于频率很高，电波的绕射能力弱，所以信号的传输主要是利用微波在视线距离内的直线传播，又称为视距传播。 微波扩频通信的技术特点是利用伪随机码序列对输入信息进行扩展频谱编码处理，然后在某个载频进行调制以便传输，属于中程宽带通信方式。微波扩频通信技术源于军事领域，开发的目的主要是对抗电子战干扰。 它是计算机网络中最早，也是目前应用最多的无线信道。,2.5.2 无线介质,微波通信的分类 地面微波通信：微波传送他通过地面站之间的直视线路传输信号。优点是频带宽、信道容量大、初建费用小，既可传输模拟信号，又可传输数字信号；但方向性强（必须直