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计算机网络知识计算机网络知识2010年07月17日星期六
23292.5差错控制方法
2.
5.1差错的产生原因及其控制方法差错控制在数据通信过程中能发现或纠正差错,把差错限制在尽可能小的允许范围内的技术和方法信号在物理信道中传输时,线路本身电器特性造成的随机噪声、信号幅度的衰减、频率和相位的畸变、电器信号在线路上产生反射造成的回音效应、相邻线路间的串扰以及各种外界因素如大气中的闪电、开关的跳火、外界强电流磁场的变化、电源的波动等都会造成信号的失真在数据通信中,将会使接受端收到的二进制数位和发送端实际发送的二进制数位不一致,从而造成由0变成1或由1变成0的差错
1.热噪声和冲击噪声传输中的差错都是由噪声引起的噪声有两大类,一类是信道固有的、持续存在的随机热噪声;另一类是由外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声热噪声引起的差错称为随机差错所引起的某位码元的差错是孤立的,与前后码元没有关系它导致的随机错通常较少冲击噪声呈突发状,由其引起的差错称为突发错冲击噪声幅度可能相当大,无法靠提高幅度来避免冲击噪声造成的差错,它是传输中产生差错的主要原因冲击噪声虽然持续时间较短,但在一定的数据速率条件下,仍然会影响到一串码元
2.差错的控制方法最常用的差错控制方法是差错控制编码数据信息位在向信道发送之前,先按照某种关系附加上一定的冗余位,构成一个码字后再发送,这个过程称为差错控制编码过程接收端收到该码字后,检查信息位和附加的冗余位之间的关系,以检查传输过程中是否有差错发生,这个过程称为检验过程差错控制编码可分为检错码和纠错码
①检错码-能自动发现差错的编码;
②纠错码-不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码差错控制方法分两类,一类是自动请求重发ARQ,另一类是前向纠错FEC在ARQ方式中,当接收端发现差错时,就设法通知发送端重发,直到收到正确的码字为止ARQ方式只使用检错码在FEC方式中,接收端不但能发现差错,而且能确定二进制码元发生错误的位置,从而加以纠正FEC方式必须使用纠错码
3.编码效率衡量编码性能好坏的一个重要参数是编码效率R,它是码字中信息位所占的比例编码效率越高,即R越大,信道中用来传送信息码元的有效利用率就越高编码效率计算公式为R=k/n=k/k+r式中k为码字中的信息位位数r为编码时外加冗余位位数n为编码后的码字长度
2.
5.2奇偶校验码奇偶校验码是一种通过增加冗余位使得码字中1的个数为奇数或偶数的编码方法,它是一种检错码
1.垂直奇偶校验的特点及编码规则发送顺序↑││││I11I
12.I1q┐│││┘信息位I21I
22.I2q Ip1Ip
2.Ipq r1r
2.rq冗余位1编码规则偶校验ri=I1i+I2i+.+Ipii=1,2,.,q奇校验ri=I1i+I2i+.+Ipi+1i=1,2,.,q式中p为码字的定长位数q为码字的个数垂直奇偶校验的编码效率为R=p/p+12特点垂直奇偶校验又称纵向奇偶校验,它能检测出每列中所有奇数个错,但检测不出偶数个的错因而对差错的漏检率接近1/2位\数字0123456789C10101010101C20011001100C30000111100C40000000011C51111111111C61111111111C70000000000C
0011010011010010110012.水平奇偶校验的特点及编码规则1编码规则发送顺序↑││││I11I
12.I1qr1r
2.rp I21I
22.I2q Ip1Ip
2.Ipq└──────┘信息位冗余位偶校验ri=Ii1+Ii2+.+Iiqi=1,2,.,p奇校验ri=Ii1+Ii2+.+Iiq+1i=1,2,.,p式中p为码字的定长位数q为码字的个数水平奇偶校验的编码效率为R=q/q+12特点水平奇偶校验又称横向奇偶校验,它不但能检测出各段同一位上的奇数个错,而且还能检测出突发长度=p的所有突发错误其漏检率要比垂直奇偶校验方法低,但实现水平奇偶校验时,一定要使用数据缓冲器位\数字0123456789偶校验C101010101011C200110011000C300001111000C400000000110C511111111111C611111111111C
7000000000003.水平垂直奇偶校验的特点及编码规则1编码规则发送顺序↑││││I11I12I1qr1,q+1I21I22I2qr2,q+1Ip1Ip2Ipqrp,q+1rp+1,1rp+1,2rp+1,qrp+1,q+1若水平垂直都用偶校验,则ri,q+1=Ii1+Ii2+.+Iiqi=1,2,.,p rp+1,j=I1j+I2j+.+Ipjj=1,2,.,q rp+1,q+1=rp+1,1+rp+1,2+.+rp+1,q=r1,q+1+r2,q+1+.+rp,q+1水平垂直奇偶校验的编码效率为R=pq/[p+1q+1]2特点水平垂直奇偶校验又称纵横奇偶校验它能检测出所有3位或3位以下的错误、奇数个错、大部分偶数个错以及突发长度=p+1的突发错可使误码率降至原误码率的百分之一到万分之一还可以用来纠正部分差错有部分偶数个错不能测出适用于中、低速传输系统和反馈重传系统位\数字0123456789校验码字C101010101011C200110011000C300001111000C400000000110C511111111111C611111111111C700000000000C
8011010011012.
5.3循环冗余码CRC
1.CRC的工作方法在发送端产生一个循环冗余码,附加在信息位后面一起发送到接收端,接收端收到的信息按发送端形成循环冗余码同样的算法进行校验,若有错,需重发
2.循环冗余码的产生与码字正确性检验例子例
1.已知信息码110011信息多项式KX=X5+X4+X+1生成码11001生成多项式GX=X4+X3+1r=4求循环冗余码和码字解1X5+X4+X+1*X4的积是X9+X8+X5+X4对应的码是11001100002积/GX按模二算法由计算结果知冗余码是1001,码字就是1100111001100001←QX Gx→110011100110000←FX*Xr11001,10000110011001←RX冗余码例
2.已知接收码字1100111001多项式TX=X9+X8+X5+X4+X3+1生成码11001生成多项式GX=X4+X3+1r=4求码字的正确性若正确,则指出冗余码和信息码解1用字码除以生成码,余数为0,所以码字正确100001←QX Gx→110011100111001←FX*Xr+Rx11001,11001110010←SX余数2因r=4,所以冗余码是11001,信息码是
1100113.循环冗余码的工作原理循环冗余码CRC在发送端编码和接收端校验时,都可以利用事先约定的生成多项式GX来得到,K位要发送的信息位可对应于一个k-1次多项式KX,r位冗余位则对应于一个r-1次多项式RX,由r位冗余位组成的n=k+r位码字则对应于一个n-1次多项式TX=Xr*KX+RX
4.循环冗余校验码的特点1可检测出所有奇数位错;2可检测出所有双比特的错;3可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错
5.4种生成码P
442.
5.4海明码
1.海明码的概念海明码是一种可以纠正一位差错的编码它是利用在信息位为k位,增加r位冗余位,构成一个n=k+r位的码字,然后用r个监督关系式产生的r个校正因子来区分无错和在码字中的n个不同位置的一位错它必需满足以下关系式2r=n+1或2r=k+r+1海明码的编码效率为R=k/k+r式中k为信息位位数r为增加冗余位位数
2.海明码的生成与接收方法一按教科书1海明码的生成例
1.已知信息码为0010海明码的监督关系式为S2=a2+a4+a5+a6S1=a1+a3+a5+a6S0=a0+a3+a4+a6求海明码码字解1由监督关系式知冗余码为a2a1a02冗余码与信息码合成的海明码是0010a2a1a0设S2=S1=S0=0,由监督关系式得a2=a4+a5+a6=1a1=a3+a5+a6=0a0=a3+a4+a6=1因此,海明码码字为00101012海明码的接收例
2.已知海明码的监督关系式为S2=a2+a4+a5+a6S1=a1+a3+a5+a6S0=a0+a3+a4+a6接收码字为0011101n=7求发送端的信息码解1由海明码的监督关系式计算得S2S1S0=0112由监督关系式可构造出下面错码位置关系表S2S1S0000001010100011101110111错码位置无错a0a1a2a3a4a5a63由S2S1S0=011查表得知错码位置是a34纠错--对码字的a3位取反得正确码字00101015把冗余码a2a1a0删除得发送端的信息码0010方法二不用查表,方便编程1海明码的生成顺序生成法例
3.已知信息码为11001100k=8求海明码码字解1把冗余码A、B、C、…,顺序插入信息码中,得海明码码字A B1C100D1100码位123456789101112其中A,B,C,D分别插于2k位k=0,1,2,3码位分别为1,2,4,82冗余码A,B,C,D的线性码位是相当于监督关系式A-1,3,5,7,9,11;B-2,3,6,7,10,11;C-4,5,6,7,12;注5=4+1;6=4+2;7=4+2+1;12=8+4D-8,9,10,11,123把线性码位的值的偶校验作为冗余码的值设冗余码初值为0A=∑0,1,1,0,1,0=1B=∑0,1,0,0,1,0=0C=∑0,1,0,0,0=1D=∑0,1,1,0,0=04海明码为1011100011002海明码的接收例
4.已知接收的码字为100110001100k=8求发送端的信息码解1设错误累加器err初值=02求出冗余码的偶校验和,并按码位累加到err中A=∑1,0,1,0,1,0=1err=err+20=1B=∑0,0,0,0,1,0=1err=err+21=3C=∑1,1,0,0,0=0err=err+0=3D=∑0,1,1,0,0=0err=err+0=3由err≠0可知接收码字有错,3码字的错误位置就是错误累加器err的值34纠错--对码字的第3位值取反得正确码字1011100011005把位于2k位的冗余码删除得信息码
11001100.1网络体系结构及OSI基本参考模型
3.
1.1协议及体系结构通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的计算机系统,要使其能协同工作实现信息交换和资源共享,它们之间必须具有共同的语言交流什么、怎样交流及何时交流,都必须遵循某种互相都能接受的规则
1.网络协议Protocol为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合协议总是指某一层协议,准确地说,它是对同等实体之间的通信制定的有关通信规则约定的集合网络协议的三个要素1语义Semantics涉及用于协调与差错处理的控制信息2语法Syntax涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等3定时Timing涉及速度匹配和排序等
2.网络的体系结构及其划分所遵循的原则计算机网络系统是一个十分复杂的系统将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统,然后分而治之,这种结构化设计方法是工程设计中常见的手段分层就是系统分解的最好方法之一在图
3.1所示的一般分层结构中,n层是n-1层的用户,又是n+1层的服务提供者n+1层虽然只直接使用了n层提供的服务,实际上它通过n层还间接地使用了n-1层以及以下所有各层的服务图
3.1层次模型层次结构的好处在于使每一层实现一种相对独立的功能分层结构还有利于交流、理解和标准化所谓网络的体系结构Architecture就是计算机网络各层次及其协议的集合层次结构一般以垂直分层模型来表示图
3.2图
3.2计算机网络的层次模型层次结构的要点1除了在物理媒体上进行的是实通信之外,其余各对等实体间进行的都是虚通信2对等层的虚通信必须遵循该层的协议3n层的虚通信是通过n/n-1层间接口处n-1层提供的服务以及n-1层的通信通常也是虚通信来实现的层次结构划分的原则1每层的功能应是明确的,并且是相互独立的当某一层的具体实现方法更新时,只要保持上、下层的接口不变,便不会对邻居产生影响2层间接口必须清晰,跨越接口的信息量应尽可能少3层数应适中若层数太少,则造成每一层的协议太复杂;若层数太多,则体系结构过于复杂,使描述和实现各层功能变得困难网络的体系结构的特点是1以功能作为划分层次的基础2第n层的实体在实现自身定义的功能时,只能使用第n-1层提供的服务3第n层在向第n+1层提供的服务时,此服务不仅包含第n层本身的功能,还包含由下层服务提供的功能4仅在相邻层间有接口,且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽
3.
1.2OSI基本参考模型
1.开放系统互连Open SystemInterconnection基本参考模型是由国际标准化组织ISO制定的标准化开放式计算机网络层次结构模型,又称ISOs OSI参考模型开放这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统进行互连OSI包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象OSI的体系结构定义了一个七层模型,用以进行进程间的通信,并作为一个框架来协调各层标准的制定;OSI的服务定义描述了各层所提供的服务,以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语;OSI各层的协议规范,精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息需要强调的是,OSI参考模型并非具体实现的描述,它只是一个为制定标准机而提供的概念性框架在OSI中,只有各种协议是可以实现的,网络中的设备只有与OSI和有关协议相一致时才能互连如图形
3.3所示,OSI七层模型从下到上分别为物理层Physical Layer,PH、数据链路层Data LinkLayer,DL、网络层Network Layer,N、运输层Transport Layer,T、会话层Session Layer,S、表示层Presentation Layer,P和应用层Application Layer,A图
3.3ISOs OSI参考模型从图中可见,整个开放系统环境由作为信源和信宿的端开放系统及若干中继开放系统通过物理媒体连接构成这里的端开放系统和中继开放系统,都是国际标准OSI7498中使用的术语通俗地说,它们变相当于资源子网中的主机和通信子网中的节点机IMP只有在主机中才可能需要包含所有七层的功能,而在通信子网中的IMP一般只需要最低三层甚至只要最低两层的功能就可以了
2.层次结构模型中数据的实际传送过程如图
3.4所示图中发送进程送给接收进程和数据,实际上是经过发送方各层从上到下传递到物理媒体;通过物理媒体传输到接收方后,再经过从下到上各层的传递,最后到达接收进程在发送方从上到下逐层传递的过程中,每层都要加上适当的控制信息,即图中和H
7、H
6、.、H1,统称为报头到最底层成为由0或1组成和数据比特流,然后再转换为电信号在物理媒体上传输至接收方接收方在向上传递时过程正好相反,要逐层剥去发送方相应层加上的控制信息因接收方的某一层不会收到底下各层的控制信息,而高层的控制信息对于它来说又只是透明的数据,所以它只阅读和去除本层的控制信息,并进行相应的协议操作发送方和接收方的对等实体看到的信息是相同的,就好像这些信息通过虚通信直接给了对方一样图
3.4数据的实际传递过程各层功能简要介绍1物理层--定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性,其作用是使原始的数据比特流能在物理媒体上传输具体涉及接插件的规格、
0、1信号的电平表示、收发双方的协调等内容2数据链路层--比特流被组织成数据链路协议数据单元通常称为帧,并以其为单位进行传输,帧中包含地址、控制、数据及校验码等信息数据链路层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段,将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率,即进行流量控制,以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞3网络层--数据以网络协议数据单元分组为单位进行传输网络层关心的是通信子网的运行控制,主要解决如何使数据分组跨越通信子网从源传送到目的地的问题,这就需要在通信子网中进行路由选择另外,为避免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞,需要对流入的分组数量进行控制当分组要跨越多个通信子网才能到达目的地时,还要解决网际互连的问题4运输层--是第一个端--端,也即主机--主机的层次运输层提供的端到端的透明数据运输服务,使高层用户不必关心通信子网的存在,由此用统一的运输原语书写的高层软件便可运行于任何通信子网上运输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题5会话层--是进程--进程的层次,其主要功能是组织和同步不同的主机上各种进程间的通信也称为对话会话层负责在两个会话层实体之间进行对话连接的建立和拆除在半双工情况下,会话层提供一种数据权标来控制某一方何时有权发送数据会话层还提供在数据流中插入同步点的机制,使得数据传输因网络故障而中断后,可以不必从头开始而仅重传最近一个同步点以后的数据6表示层--为上层用户提供共同的数据或信息的语法表示变换为了让采用不同编码方法的计算机在通信中能相互理解数据的内容,可以采用抽象的标准方法来定义数据结构,并采用标准的编码表示形式表示层管理这些抽象的数据结构,并将计算机内部的表示形式转换成网络通信中采用的标准表示形式数据压缩和加密也是表示层可提供的表示变换功能7应用层是开放系统互连环境的最高层不同的应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段网络环境下不同主机间的文件传送访问和管理FTAM、传送标准电子邮件的文电处理系统MHS、使不同类型的终端和主机通过网络交互访问的虚拟终端VT协议等都属于应用层的范畴特别声明1资料来源于互联网,版权归属原作者2资料内容属于网络意见,与本账号立场无关3如有侵权,请告知,立即删除。