为了保证数据传输的可靠性,在计算机网络传输数据时,必须采用各种差错检验措施,目前广泛使用的是循环冗余(CRC)检验的检错技术。
CRC简介
循环冗余码校验 英文名称为Cyclical Redundancy Check,简称CRC,它是利用除法及余数的原理来作错误侦测(Error Detecting)的。实际应用时,发送装置计算出CRC值并随数据一同发送给接收装置,接收装置对收到的数据重新计算CRC并与收到的CRC相比较, 若两个CRC值不同,则说明数据通讯出现错误
那么其实CRC有比较多种,比如CRC16、CRC32 ,为什么叫16、32呢。在这里并非与位有和关系。而是由所确定的多项式最高次幂确定的。如下所示。理论上讲幂次越高校验效果越好。
CRC(12位) =X^12+X^11+X^3+X^2+X+1 CRC(16位) = X^16+X^15+X^2+1 CRC(CCITT) = X^16+X^12 +X^5+1 CRC(32位) = X^32+X^26+X^23+X^16+X^12+X^11+X^10+ X^8+X^7+X^5+X^4+X^2+X+1循环冗余校验码(CRC)的基本原理:
在K位信息码后再拼接R位的校验码,整个编码长度为N位,因此,这种编码又叫(N,K)码。对于一个给定的(N,K)码,可以证明存在一个最高次幂为N-K=R的多项式G(x)。根据G(x)可以生成K位信息的校验码,而G(x)叫做这个CRC码的生成多项式。
校验码的具体生成过程为:假设发送信息用信息多项式C(X)表示,将C(x)左移R位,则可表示成C(x)*2R,这样C(x)的右边就会空出R位,这就是校验码的位置。通过C(x)*2R除以生成多项式G(x)得到的余数就是校验码。注意:这里的除法采用的是模2除法栗子1:
某循环冗余码(CRC)的生成多项式 G(x)=x^3+x^2+1,发送信息1111,求他的CRC码,
以及是否可以判断接受的CRC码 1111101 、1001011 是否出错。
解析:
① G(x) = x^3+x^2+1 -->3次方表示第4位有值,以此类推, G(x) =1101 ;
② 发送的信息用C(x)表示,G(x)为四位数,C(x)向左侧移(4-1)位,用0补齐C(x) = 1111000;
③ 使用模2除法,C(x)/G(x) 得 1011余111 ; 注:如果余数是两位数11,需要左侧用0补满3位,如果余0,则为 000
④ CRC码即为 发送的信息“1111”拼接模2余数“111”,得1111111。
校验接收的CRC码 1111101 是否出错:
1111101 模2除法除以 1101 得1011 余 10;因此接受的CRC码 1111101 是错误的;
1001011 模2除法除以 1101 得1111 余 0 ;因此接受的CRC码 1001011 是正确的;
通信与网络中常用的CRC
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。
一般情况下,r位生成多项式产生的CRC码可检测出所有的双错、奇数位错和突发长度小于等于r的突发错以及(1-2-(r-1))的突发长度为r+1的突 发错和(1-2-r)的突发长度大于r+1的突发错 。例如,对上述r=16的情况,就能检测出所有突发长度小于等于16的突发错以及99.997%的突发 长度为17的突发错和99.998%的突发长度大于17的突发错。所以CRC码的检错能力还是很强的。这里,突发错误是指几乎是连续发生的一串错,突发长 度就是指从出错的第一位到出错的最后一位的长度(但是,中间并不一定每一位都错)。
栗子2:
计算机中常用的一种检错码是CRC,即 _A_ 码。在进行编码过程中要使用 _B_ 运算。假设使用的生成多项式是 G(X)=X4+X3+X+1, 原始报文为11001010101,则编码后的报文为 _C_ 。CRC码 _D_ 的说法是正确的。
在无线电通信中常采用它规定码字长为7位.并且其中总有且仅有3个“1”。这种码的编码效率为_E_。 供选择的答案: A:① 水平垂直奇偶校验 ② 循环求和 ③ 循环冗余 ④正比率 B:① 模2除法 ②定点二进制除法 ③二-十进制除法 ④循环移位法 C:① 1100101010111 ② 110010101010011 ③ 110010101011100 ④ 110010101010101 D:① 可纠正一位差错 ②可检测所有偶数位错 ③ 可检测所有小于校验位长度的突发错 ④可检测所有小于、等于校验位长度的突发错 E:① 3/7 ② 4/7 ③ log23/log27 ④ (log235)/7 解:从前面有关CRC的论述中可得出: A:③ 循环冗余 B:① 模2除法 C:G(x)=11011,C(x)=11001010101,C(x)*24÷G(x)=110010101010000÷11011 余0011 得到的CRC码为② 110010101010011 D:从前面有关通信与网络中常用的CRC的论述中可得出:④ 可检测所有小于、等于校验位长度的突发错 E:定比码又叫定重码,是奇偶校验的推广。在定比码中,奇数或偶数的性质保持不变,然而附加一种限制,每个字中1的总数是固定的。随用途之不同,定比码要求的附加校验位可能多于一个,但较之单一的奇偶校验将增加更多的检错能力。
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