数据通信基础之差错控制技术

网络世界有你有我,数据通信基础,差错控制技术,网络世界有你有我,产生差错的原因及控制,1、出现差错的必然性 外部电磁场的干扰 由传输导体内部电子热运动产生的热噪声 2、避免出错的方法 提高通信系统的通信质量 检测错误并加以纠正 检错常用的方法是在发送数据时加入校验码,网络世界有你有我,差错控制方法,检测与纠正 时间冗余法 设备冗余法 数据冗余法 对数据块进行某种抗干扰编码 检错码&纠错码 奇偶校验码 循环冗余校验码(CRC) 海明码（R.Hamming),网络世界有你有我,奇偶校验码,奇偶检验码是通过增加冗余位来使得码字中“1”的个数保持为奇数或偶数的编码方法。它在通信中使用时又可以分为垂直奇偶检验、水平奇偶检验和水平垂直奇偶检验等类型。 垂直奇偶检验 编码效率为: R=p ÷（p+1）。 奇偶检验方法能检测出每列中的所有奇数个位的错，但检测不出偶数个位的错。对于突发错误来说，奇数位错与偶数位错的概率接近于相等，因而对差错的漏检率接近于1/2。 水平奇偶检验 编码效率是 R=q÷（q+1） 对各个信息段的相应位横向进行编码，对应每一行产生一个奇偶检验冗余位; 不能在发送过程中边产生奇偶检验冗余位，边插入发送，而必须等要发送的完整信息块到齐后，才能产生冗余位，一定要使用记忆寄存器。,网络世界有你有我,奇偶校验码,同时进行水平奇偶检验和垂直奇偶检验就构成了水平垂直奇偶检验 它能检测出所有3位或3位以下的错误奇数位错、突发长度p+1的突发错以及很大一部分偶数位错。 其还可以纠正部分差错，例如仅在某一行和某一列中有奇数位错时，就能确定错误的位置就在该行和该列的交叉处，从而得以纠正。另外，当某一行出现偶数个错时，虽然水平检验不能发现，但在其垂直检验中还是可能被查出。只有当有错的各行和各列中出错位数均为偶数时，才不可能被发现。,网络世界有你有我,奇偶校验码,在实际的数据通信中，垂直奇偶检验主要用于异步传输，通常情况下一列对应一个字符。当采用ASCII编码时，P=7，其结果就是在7位表示字符的数据位上再附加第8位的奇偶位。例如，字符A用ASCII码表示为1000001，采用偶检验，第8位应该是0。 水平检验码则是用于同步传输，通常是把一群字符作为一个块传送，字符之间没有时间间隔（同步传输）结果产生一个附加的字符跟在块的后面。通常人们还把这种水平检验编码称作块检验码（BCC），把所附加的字符叫做块检验字符。,网络世界有你有我,CRC,循环冗余码（CRC-Cyclic Redundancy Code） 在计算机网络中用的最广泛，漏检率低，便于实现。 CRC码又称多项式码。 任何一个由二进制数位串组成的代码都可以和一个只含有0和1两个系数的多项式建立一一对应的关系： 一个K位帧可以看成是从XK-1到X0的K次多项式的系数序列，这个多项式的阶数为K-1，高位（最左边）是XK-1项的系数，下一位是XK-2的系数，依次类推。 例如，1011011有7位，表示成多项式是X6+X4+X3+X+1；而多项式X5+X4+X2+X对应的位串是110110。 f(x)= X6+X4+X3+X+1 系数对应 1011011 g(x)= X5+X4+X2+X 系数对应 110110,网络世界有你有我,CRC,K位信息 （k-1）次多项式K（x） R位冗余位 （r-1）次多项式R（x） N=K+R （n-1）次多项式T（x） T（x）=xrK(x)+R（x） 信息位 1010001 K（x）= X6+X4+1 冗余位 1101 R（x）= X3+X2+1 码字 10100011101 T（x）= X10+X8+X4+X3+X2+1 由信息位产生冗余位的过程，就是已知K（x）求R（x） CRC中，可以通过找到一个特定的r次多项式G（x）来实现。,网络世界有你有我,CRC,利用CRC进行检错的过程可简单描述为：在发送端根据要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的r位监督码(CRC码)，附在原始信息后边，构成一个新的二进制码序列数共k+r位，然后发送出去。在接收端，根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错。这个规则，在差错控制理论中称为“生成多项式”。 生成多项式的最高幂次项系数是固定的1。 除法电路可以完成得到余式的编码操作。,网络世界有你有我,CRC,算法如下： 设G（x）为r阶，在帧的末尾附加r个零，使帧为k+r位，则其对应的多项式是xrK(x); 按模2除法用对应G（x）的位串去除对应xrK(x)的位串; 按模2减法从对应于xrK(x)的位串减去余数（总是等于或小于r位）。结果就是要传送的带检验和的帧，叫多项式T（x）。,网络世界有你有我,CRC,G（x）,xrK(x),网络世界有你有我,CRC,G（X）由协议规定 CRC-12： x12 + x11 + x3 + x2 + x +1 CRC-16： x16 + x15 + x2 +1 CRC-CCITT： x16 + x12 + x5 +1 CRC-32： x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x +1,网络世界有你有我,CRC,接收方 按模2除法用对应G（x）的位串去除接收到 的位串： 若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差错，就接受(accept)； 若余数 R 0，则判定这个帧有差错，就丢弃。 但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。 只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 P，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。,网络世界有你有我,CRC,在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列 FCS (Frame Check Sequence)。 循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 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。 FCS 可以用 CRC 这种方法得出，但 CRC 并非用来获得 FCS 的唯一方法。,网络世界有你有我,数据通信基础,网络传输介质,网络世界有你有我,物理传输介质,物理媒体使得电子信号从一台计算机到另一台计算机的传输成为可能； 站点之间传送的所有信号都是由某种形式的电磁波组成； 根据电磁波的频率，使用不同的媒体来传送信号。,网络世界有你有我,电磁频谱,网络世界有你有我,传输介质特性,价格 安装要求 带宽 衰减 抗电磁干扰性,网络世界有你有我,同轴电缆,网络世界有你有我,同轴电缆,RG-8/RG-11 50 RG-58 50 RG-59 75 RG-62 93,Coaxial Cable,网络世界有你有我,双绞线,网络世界有你有我,双绞线,为什么绞合在一起？,网络世界有你有我,双绞线,Twisted Pair,Cat.1 audio&20kHz Cat2. 1MHz (4Mbps) Cat3. 16MHz (10Mbps) Cat4. 20MHz (16Mbps) Cat5. 100MHz (100Mbps) cat5E. 100MHz (100Mbps) Cat6. 250MHz (1000Mbps) Cat6E. 250MHz (1000Mbps) Cat7. 600MHz (10Gbps) (STP),ANSI/EIA/TIA-568A(B) ISO,Shield&Unshield,网络世界有你有我,光纤,纤芯和周围比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层，将射入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体,网络世界有你有我,光纤,网络世界有你有我,光纤,光纤按模式分： 单模 8.3-10 m/125 m 多模 50 m/125 m、62.5 m/125 m,窗口（波段） 800 - 900nm 1250-1350nm 1500-1600nm,单模：850/1300nm 多模：1310-1550nm,网络世界有你有我,光纤,多模光纤,网络世界有你有我,单模光纤和多模光纤,多模光纤（multi-mode fiber） 内芯直径稍大,其中有多个光沿不同的方向同时传播。 直径为62.5m 使用普通发光二极管作为光源 波长为0.85um 中继距离2公里 单模光纤（single-mode fiber） 内芯直径较小，与光的波长接近，光沿同一方向传播。 直径为810m 使用激光源,波长为1.55um 中继距离100公里,网络世界有你有我,光纤,作为传输介质的光导纤维，还需要光源和检测器 光源: 发光二极管(Light Emitting Diode) 注入式激光二极管ILD(Injection Laser Diode)。 （适用于单模光纤） 检测器 在接收端用来将光变换成电能的是光电二极管。,网络世界有你有我,作业题,对于带宽为6MHz的信道，若用4种不同的状态来表示数据，在不考虑热噪声的情况下，该信道的最大数据传输速率是多少？ 信道带宽为3KHz，信噪比为30db，则每秒能发送的比特数不会超过多少？ 对于带宽为4KHz的语音信号，采用量化级别为128的PCM方法编码，问所产生的二进制位要用多大的传输速率的信道才能传输？ 采用曼彻斯特编码的10Mbps局域网的波特率是多少？,网络世界有你有我,练习题,2.5*1012bps数据传输速率可以表示为（ ） 如果数据传输速率为10Gbps，那么传输10bit需要的时间是（ ） EDGE（增强型GSM）可以达到的最高数据传输速率为（ ） ATM网络采用固定长度的信元传送数据，信元长度为（ ） 以下哪个不是3G标准（ ） W-CDMA; TDS-CDMA; GPRS; CDMA2000,