数据通信与计算机网络04差错控制.pptx
《差错控制》PPT课件讲解学习
➢ 冲击噪声
是由外界电磁干扰引起的，与热噪声相比，冲击 噪声的幅度较大，是引起差错的主要原因。冲击 噪声持续时间与数据传输中每个比特的发送时间 相比，可能较长，因而冲击噪声引起的相邻多个 数据位出错呈突发性。
冲击噪声引起的传输差错称为突发差错。
信道分类
▪ 按照噪声或干扰的变化规律，可把信道分 为三类：
的空格里填入正确的码组号。
例3：某数据通信系统采用返回重发的差错控制方式，发送端要向 接收端发送8个码组（序号0∽7），其中1号码组出错，请在下图中 的空格里填入正确的码组号。
差错控制编码的分类
▪ 按照差错控制编码的用途：检错码、纠错码和纠删码。 ▪ 按照信息码元和监督码元之间的函数关系：线性码和非线性码。 ▪ 按照对信息元处理方式的：分组码和卷积码。 ▪ 按照码组中信息码元在编码前后是否相同：系统码和非系统码。 ▪ 按照纠（检）错误的类型：纠（检）随机错误码、纠（检）突
许用码组与禁用码组
▪ 信道编码后的总码长为n，总的码组数应为
2n
有2k个，
通常称为许用码组；
▪ 其余的码组共有2n-k个，不传送，称为禁用 码组。
编码效率
▪ 发端误码控制编码的任务正是寻求某种规则从总码组中选 出许用码组；而收端译码的 任务则是利用相应的规则来 判断及校正收到的码字符合许用码组。通常又把信息码元 数目k 与编码后的总码元数目(码组长度)n之比称为信道编 码的编码效率或编码速率，表示为： R=k/n=k/k+r 其中，k是信息元的个数，r为校验码个数 。
计算机
1
0
异步传输
计算机
网络基础
循环冗余码CRC
▪ CRC是一种较为复杂的校验方法，它先将要发送的信息数据 与一个通信双方共同约定的数据进行除法运算，并根据余数 得出一个校验码，然后将这个校验码附加在信息数据帧之后 发送出去。接收端接收数据后，将包括校验码在内的数据帧 再与约定的数据进行除法运算，若余数为“0”，就表示接收 的数据正确，若余数不为“0”，则表明数据在传输的过程中 出错。
《差错控制》课件
海明码
通过添加冗余信息来检查和修正数据传输过程中的差错。
后向纠错
单纠错
在数据传输完成后检测和修正发生在数据存储或传输过程中的差错。
双重纠错
在数据传输完成后检测和修正发生在数据存储或传输过程中的差错。
差错控制的应用
1 计算机网络
差错控制在计算机网络中得到广泛应用，以提高数据传输的正确性和可靠性。
2 数据存储
差错控制
差错控制是通过检查、纠正和恢复数据传输中的差错的方法，包括前向纠错 和后向纠错。它在计算机网络、数据存储和通信等领域起着重要的作用。
概述
差错控制是一种通过检查、纠正和恢复数据传输中的差错的方法。它主要分为前向纠校验（CRC）
通过添加冗余信息来检查和修正数据传输过程中的差错。
差错控制在数据存储中起着重要的作用，确保数据的完整性和安全性。
3 通信
差错控制在通信领域中应用广泛，以保证通信过程中数据的准确传输。
总结
差错控制是一种重要的数据传输技术，通过前向纠错和后向纠错来提高数据 传输的可靠性和正确性。
差错控制广泛应用于计算机网络、数据存储、通信等领域，对提高信息传输 的质量有着重要的作用。
计算机网络通信技术第04章纠错
差错控制的基本方式
反馈重发纠错（ARQ）方式 前向纠错（FEC）方式 混合纠错（HEC）方式 奇偶监督码 行列监督码 恒比码 海明码
常用检错码：
数据通信中的差错控制技术
在数据传输中，可靠性是一个重要的性能指标，
由于传输信道不理想以及来自各个方面的干扰，出现错误 码元是不可避免的。
行列监督码在某些条件下还能纠错。
突发差错行列监督码
行列监督码也常用于检查或纠正突发差错。可以检查 出错误码元长度小于或等于码组长度的所有错码，并纠正 某些情况下的突发差错。
3.
恒比码(3:2)
恒比码又称等比码或等重码（非零码组中“1”码的个数 称为码重）。恒比码的每个码组中，“1”和“0”的个数之 比都是恒定的。
方阵码只是对构成矩形四角的错码无法检测，故
其检错能力较强。
使误码率降至原误码率的百分之一到万分之一。
行列监督码(含突发错码)
当差错个数恰为4的倍数，且差错位置正好构成矩形的四个角时（如上
图所示方阵码中标有D的码元），方阵码检查不出错误。
含突发错码行列监督码
行列监督码
接收端按同样行列排成方阵，发现不符合行列 监督规则的判决有错。
恒比码
恒比码在检测时，通过计算接收码组中“1”
的数目，判定传输有无错误。这种码除了“1” 错成“0”和“0”错成“1”成对出现的错误以外， 还能发现其他所有形式的错误，故检错能力很 强。
应用这类码后，国际电报的误字率保持在
10-6以下。
4.5.3
纠错编码
现行的抗干扰编码发展成为两大类：分组码和卷积码。
《计算机数据通信教程》课件第6章 差错控制
设信息码元为，若为偶校验，则监督码元c为
c an1 an2 a1 a0
若为奇校验，则监督码元c为
c an1 an2 a1 a0 1
6.3.2 水平垂直校验码 水平垂直校验码又称二维奇偶校验码。 发送时可以逐行传输，也可以逐列传输，接收端
将接收到的数据仍排成发送时的矩阵形式，然后按照 与发送端统一的校验关系检测是否有错。 例如，设有7个7位信息码元组成的矩阵，其奇偶监督码 元(以奇校验为例)如下：
码组编号
1 2 3 4 5 6 7 8
信息位 C6 C 5 C 4
000 001 010 011 100 101 110 111
监督位
C3 C2 C1 C0
0
0 00
0
1 11
1
1 10
1
0 01
1
0 11
1
1 00
0
1 01
0
0 10
例 如 (7, 3) 循 环 码 ， 设 其 信 息 位 为 111 ， 生 成 多 项 式 g(x)=x4+x3+x2+x1，则其编码过程如下：
k= 4的码型，为了能纠正一位误码，根据2r – 1≥n的计
算式，则要求监督码元的位数r ≥3。现取r=3，n=k+r=7。
a6
a5
a4
a3
a2
a1
a0表示这7个码元，S1、S
2、S
为三个监
3
督关系式中的校正子，S1、S2、S3的值与误码位置的对
应关系可根据简单、有规律、易识别原则进行设定，
设S1、S2、S3的值与误码位置的对应关系如表6-1所示 (偶校验)。
发送端编码S时3 ，a信0 息a位3 a6、a4a5、aa64、a3的值是随机的输入 信息，监督位a2、a1、a0则与信息位的取值和监督关系 有关，即监督位应使S1、S2、S3的值为0，表示无错， 即
第4-2讲 差错控制技术
CRC检验：示例
1101010110←Q 商 除数P→110101 101000110100000←XrM 被除数 数据：M=1010001101 110101 除数P（生成多项式）= X5+X4+X2+X0 111011 XrM(X)=P(X)Q(X)+R(X) 110101 111010 模 2 运算：加法不进位，减法和加法一样， 110101 例如：1111 + 1010 = 0101 111110 冗余码（R(X)）称为帧检验序列 FCS 110101 101100 T(X)=XrM(X) + R(X)称为循环码 110101 接收端运算：[XrM(X) + R(X)] / P(X) = Q(X)， 110010 有错：余数R(X) !=0； 110101 01110←R 余数 无错：余数R(X) =0，去掉尾部r位便得到信息码
垂直冗余检验(Vertical Redundancy Checking， VRC) 水平（纵向）冗余检验(Longitudinal Redundancy Checking，LRC) 垂直水平冗余检验
-10
奇偶检验：垂直冗余检验
原理：将整个发送的信息分为长度为p位的若干段，如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，其有(pq) 个信息位，每段由p位构成，共q段。
解决方法：用序号、计时器和确认共同检测，通 过重传的方法来纠正错误
-5
差错类型（续）
根据差错的表现形式 ，可分为四类（３）
重复(Duplication) 定义：多次收到同样的信息 主要原因：
是差错控制机制本身，如果发送方错误地认为数据丢 失了，因而重传了它，就可能造成接收方收到重复的 信息 路由选择机制引起的重复帧，如使用基于扩散的路由 选择策略(如洪泛法)
数据通信与计算机网：第章差错控制
数据通信与计算机网：第X 章差错控制xx年xx月xx日CATALOGUE目录•差错控制概述•差错控制编码•差错控制机制•差错控制协议•差错控制技术发展趋势•应用场景与案例分析01差错控制概述通信信道中的随机干扰，如热噪声、光噪声等。
差错的来源与类型噪声信号在传输过程中受到挤压、拉伸等变形，导致信息失真。
失真信号在传输过程中幅度减小，影响接收端正确解码。
衰减前向纠错在发送端加入校验位，接收端根据校验位检测并纠正错误。
后向纠错接收端解码后发现错误，通过反向传输请求发送端重传数据。
停等协议发送端每发送一个数据包就等待接收端确认，确认收到后再发下一个数据包。
差错控制的方法与策略差错控制编码的基本原理在传输的数据中加入额外的信息，以便接收端可以检测和纠正错误。
编码冗余编码效率编码原理图编码定理在保证可靠传输的前提下，尽量减少冗余信息的数量。
将编码器、信道和译码器视为一个整体，通过优化编码器和译码器实现可靠传输。
给出了一些关于差错控制编码的理论界限，指导编码设计和性能优化。
02差错控制编码奇偶校验码是一种简单的差错控制编码，通过在数据中添加一个校验位，使得整个数据的二进制位数中1的个数为偶数（偶校验）或奇数（奇校验）它只能检测到一位错误，但无法确定错误位的位置奇偶校验码海明码是一种线性分组码，通过将数据分成若干个小组，并在每个小组的末尾添加校验位，用于检测和纠正错误海明码具有较高的冗余度，可以检测到两位错误，并且可以纠正一位错误海明码循环冗余校验码通过将数据块视为一个二进制多项式，并在末尾添加校验位，使得整个数据的模二运算结果为0循环冗余校验码具有较高的检错和纠错能力，可以在一定程度上检测到多位错误，并纠正一位错误循环冗余校验码是一种利用模二多项式运算进行差错控制的编码方式线性分组码是一种将数据分为若干个小组，并在每个小组的末尾添加校验位的差错控制编码方式线性分组码是一种二元线性码，其校验矩阵为该码的生成矩阵的转置矩阵线性分组码具有较高的检错和纠错能力，可以在一定程度上检测到多位错误，并纠正一位错误线性分组码03差错控制机制自动请求重传概念自动请求重传是一种差错控制机制，通常用于数据链路层协议，通过在数据传输过程中使用反馈信息请求重传出错的数据包，以保证数据的可靠传输。
计算机网络技术数据通信基础差错控制技术
差错控制技术数据通信基础CONTENTS目录1,差错地产生2,差错控制编码3,差错控制方法•所谓差错,就是在数据通信,接收端接收到地数据与发送端实际发出地数据出现不一致地现象。
101110101110100000100001111001010101111A B差错地产生是由噪声引起地。
根据产生原因地不同可把噪声分为两类:热噪声与冲击噪声。
a.热噪声。
热噪声又称为白噪声,是由传输介质地电子热运行产生地,它存在于所有电子器件与传输介质。
b.冲击噪声。
冲击噪声呈突发状,常由外界因素引起,其噪声幅度可能相当大,是传输地主要差错。
为了保证通信系统地传输质量,降低误码率,需要采取差错控制措施——差错控制编码。
a.检错码。
检错码是能够自动发现错误地编码,如奇偶校验码,循环冗余校验码。
b.纠错码。
纠错码是能够发现错误且又能自动纠正错误地编码,如海明码,卷积码。
（1)奇偶校验码奇偶校验码是一种最简单地检错码。
其检验规则是:在原数据位后附加校验位（冗余位）,根据附加后地整个数据码地"1"地个数为奇数或偶数,而分别叫作奇校验或偶校验。
奇偶校验有水平奇偶校验,垂直奇偶校验,水平垂直奇偶校验与斜奇偶校验。
1011100102．循环冗余校验码•循环冗余校验码也叫CRC码。
它先将要发送地信息数据与一个通信双方同约定地数据进行除法运算,根据余数得出一个校验码,然后将这个校验码附加在信息数据帧之后发送出去。
•接收端在接收到数据后,将包括校验码在内地数据帧再与约定地数据进行除法运算,若余数为"0",则表示接收地数据正确;若余数不为"0",则表明数据在传输地过程出错。
其传输过程如图2-48所示。
a．反馈重发检错方法ARQ （AutomaticRepeaterQuest）是利用编码地方法在数据接收端检测差错。
当检测出差错后,设法通知发送数据端重新发送数据,直到无差错为止,如图2-49所示。
数据通信的差错控制课件.
数据通信的差错控制
电信网络概述
电信工程系
差错控制方式
前向纠错（FEC）
检错重发（ARQ） 混合纠错（HEC）
三种差错方式示意图
前向纠错
混合纠错方式
•混合纠错方式是前向纠错方式和检错重 发方式的结合，其内层采用FEC方式， 纠正部分差错，外层采用ARQ方式，重 传那些虽已检出但未纠正的差错，混合 纠错方式在实时性和译码复杂性方面是 前向纠错和检错重发方式的折衷，较适 合于环路延迟大的高速数据传输系统
检错重发的三种工作方式
差错控制编码
•①奇偶校验码
几种常用检错码
②循环冗余校验码 循环冗余校验码（CRC）的基本原理是：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， 这种编码也叫（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：假设要发送的信息用多项 式C(x)表示，将C(x)左移R位（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。 用C(x)×2R 除以生成多项式G(x)得到的余数就是校验 码。
几种常用的检错码
9/19/2018
群计数码
9/19/2018
石家庄邮电职业技术学院
谢谢
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位模式允许数据帧包含任意个数的比特，也允 许每个字符采用任意比特的编码。
位填充
第4讲 差错 检测与校正
在首尾标记法中，由于数据中可能会出现与标记 相同的位串，从而干扰帧的正常定界
位填充法可用于解决上述问题。即发送端在数据 中若遇到5个连续的“1”时，则在其后自动插队 入一个“0”。该技术简称“逢五1插0”；接收 端则忽略5个连续的“1”后面的“0”，简称 “逢五1删0” 。
课堂讨论：
海明码？ 循环冗余码？
现代教学方法与手段：
投影 PowerPoint幻灯课件
复习（提问）： PCM的工作过程？
常用的物理层联网设备有哪些？
第4讲 差错
第3章 数据链路层 检测与校正
3.1 差错检测与校正 3.2 数据链路层的功能
最主要的作用是通过一
些数据链路层协议(即
为什么需要数据链链路控路制层规？程),在不太
数据链路层的问题
如何识别相邻的机器
--编址与寻址
如何实现可靠的数据传输
--差错控制和流量控制
如何识别数据流的开始与结束
--成帧
第4讲 差错 检测与校正
成帧
第4讲 差错 检测与校正
数据链路层所传送的不再是原始的比特流，而应 具备相应的语法和语义，以达到可靠传输的功能。
数据链路层将从网络层接收的分组（Packet)组成 帧后传送给物理层，通过物理层传送到对方的数 据链路层。
帧：数据链路层规定最小的数据传送逻辑单位 数据链路层协议要规定帧的类型与格式
类型包括控制信息帧与数据信息帧等，格式 则规定帧所包含的域）。
帧的基本组成— 域
帧定界（开始与结束） 地址字段（用于寻址） 帧类型（或长度/控制）字段 数据 帧校验字段（差错控制）
第4讲 差错 检测与校正
帧的示意图
第4讲 差错 检测与校正
物理层未解决的可可问靠靠的的题物数：据理传链输路.上实现
第4讲 差错 检测与校正
位流传输过程中不可避免会出现差错。（电磁
干扰，线路问题）
数据收发之间的速率匹配问题(不同设备处理速 度不同)
数据链路层的功能
第4讲 差错 检测与校正
实现两个相邻的机器间的无差错的传 输。
利用物理层提供的原始比特流传输服 务，向网络层提供可靠的数据传输服 务。
在首尾界符法中，由于数据中可能会出现DLE STX或DLE ETX，从而干扰帧的正常定界 字符填充法可用于解决上述问题。即发送端在数 据中所遇到的DLE前再插入一个附加的DLE，而 接收端则忽略两个连续DLE的前一个。
网络层发出的数据
经数据链路层填充后的数据
首尾标记法
第4讲 差错 检测与校正
每一帧使用一个特殊的位模式“01111110”作 为开始和结束标记。
填充的位
字符计数法
第4讲 差错 检测与校正
在帧头中使用一个字段来标明帧内的字 符数，通常该字段称为帧长字段。
如果发生传输错误，则可能更改帧长的 值，从而导致帧的同步出现问题。
该方法通常与上述其他方法结合使用。
第4讲 差错 检测与校正
发送: 接收:
计数
计数
计数
第1帧 5个字符
第2帧 5个字符
出错!
垂直水平奇偶校验
垂直奇偶校验和水平奇偶校验技术的综合。对每个 字符作垂直校验，对整个字符块作水平校验。
奇校验的例子
字符1 字符2 字符3 字符4 字符5 字符6 字符7
校验 字符
b1 1 1 1 1 1 1 1 0
b2 0 1 1 0 0 0 1 0
b3 0 0 0 1 0 0 1 1
第3帧 8个字符
1个字符计数??
7
1
第1 帧正确!
第2 帧不正确!
差错检测与校正
基本概念 常用的简单差错控制编码 海明码 循环冗余码
第4讲 差错 检测与校正
基本概念
第4讲 差错 检测与校正
差错：指通过通信信道后接收数据与发
送数据不一致的现象
产生差错原因：
热噪声----〉 随机错误
冲击噪声--〉 突发错误
首尾界符法
第4讲 差错 检测与校正
每一帧以ASCII字符序列DLE STX开始，以 DLE ETX结束。
DLE为Data Link Escape 的缩写，STX意味着 Start of Text， ETX代表 End of Text。
其缺点是成帧完全依赖于8位字符
数据
组帧
字符填充
第4讲 差错 检测与校正
第4讲 差错 检测与校正
第4讲 差错检测与校正
课时授课计划 课 程 内容
内容：
同步的基本概念 海明码 循环冗余码
目的与要求：
掌握帧同步的基本概念； 掌握海明码编码原理； 掌握循环冗余码编码原理；
重点与难点：
重点：循环冗余码、海明码； 难点：循环冗余码。
第4讲 差错 检测与校正
第4讲 差错 检测与校正
基本概念
第4讲 差错 检测与校正
误码率：Pe
发生差错的码元数 接收的总码元数
纠错码：发现并纠正错误
检错码：发现错误，但不能自动纠正错
误需要通过反馈重发来纠错
编码效率 R k k
n kr
基本概念
第4讲 差错 检测与校正
差错控制的编码方式：
自动请求重发ARQ(automatic request for repeat) 向前纠错FEC(Foeward Error Correcytion)
上图只是帧的一般组成，不同的数据链 路层协议所规定的帧格式可能会与其存
在微小的区别。
帧的地址
第4讲 差错 检测与校正
帧中的地址属于物理或硬件地址
➢ 网卡地址(局域网) ➢ 链路标识(广域网)
用于设备或机器的物理寻址
帧的定界
第4讲 差错 检测与校正
定界就是标识帧的开始与结束 常用的帧定界方法：
➢带字符填充的首尾界符法 ➢带位填充的首尾标志法 ➢字符计数校正
水平奇偶校验：
在面向字符的数据传输中，在每个字符的7位信息码 后附加一个校验位0或1，使整个字符中“1”的个数构成 奇数个（奇校验）或偶数个（偶校验）。
垂直奇偶校验：
也叫组校验，在发送字符块的末尾附加一个校验字 符，且该字符中的第i位是针对所有字符的第i位所进行 的校验。
(a) 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0
(b) (b) 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 10
(c) (c) 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0