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差錯檢驗計算機網路

發布時間: 2023-08-07 15:37:25

1. 計算機網路的主要性能指標有哪些

計算機網路常用性能指標有:
1、速率:連接在計算機網路上的主機在數字信道上傳送數據的速率。
2、帶寬:網路通信線路傳送數據的能力。
3、吞吐量:單位時間內通過網路的數據量。
4、時延:數據從網路一端傳到另一端所需的時間。
5、時延帶寬積:傳播時延帶寬。
6、往返時間RTT:數據開始到結束所用時間。
7、利用率信道:數據通過信道時間。


(1)差錯檢驗計算機網路擴展閱讀:
計算機網路中的時延是由一下幾個不同的部分組成的:
(1)發送時延
發送時延是主機或路由納模器發送數據幀所需要的時間,也就是從發送數據幀的第一個比特算起,到該幀的最後一個比特發送完畢所需的時間。因此發送時延也叫做傳輸時延。發送時延的計算公式是:
發送時延=數據幀長度(bit)/發送速率(bit/s)
(2)傳播時延
傳播時延是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。傳播時延的計算公式是:
傳播時延=信道長度(m)/電磁波在洞擾緩信道上大的傳播速率(m/s)
電磁波在自由空間的傳播速率是光速。即3.0*10^5km/s。
發送時延發生在機器內部的發送器中,與傳輸信道的長度沒有任何關系。傳播時延發生在機器外部的傳輸信道媒體上,而與信道的發送速率無關。信號傳送的距離越遠,傳播時延就越大
(3)處理時延
主機或路由器在收到分組時需要花費一定時間進行處理,例如分析分組的首部,從分組中提取數據部分、進行差錯檢驗或查找合適的路由等,這就產生了處理時延。
(4)排隊時延
分組在進行網路傳輸時,要經過許多路由器。但分組在進入路由器後要先在輸入隊列中排隊等待,在路由器確定了轉發介面後,還要在輸出隊列中排隊等待轉發。這就產生了排隊時延。排隊時延的長短取決於網路當時的通信量。當網路的通信量很大時會發生隊列溢出,使分組丟失,這相當於排隊時延無窮大。
這樣數據在網路中經歷的總時延就是以上四種時延之和:總時延=發送時延+傳播時延+處理時李畝延+排隊時延。
一般來說,小時延的網路要優於大時延的網路。

2. 計算機網路(3)

課程筆記,筆記主要來源於《計算機網路(第7版)》,侵刪

簡述/引言:
信道是鏈路的一個抽象,並非實際的描述。
數據鏈路層有兩種類型:

鏈路:一個結點到相鄰接待您的一段物理線路(有限或無線),中間沒有其他的交換結點。
數據鏈路:實現協議的硬體和軟體 + 鏈路 = 數據鏈路
網路適配器:一般都包括了數據鏈路層和物理層這兩層的功能
*規程:早期的數據通信協議
幀:點對點信道的數據鏈路層的協議數據單元
IP數據報:網路層協議數據單元(數據報、分組、包)

三個基本問題:封裝成幀、透明傳輸、差錯檢測

目前點對點鏈路中,使用最廣泛的數據鏈路層協議就是PPP協議
PPP協議:用戶計算機和ISP進行通信時所使用的數據鏈路層協議
PPP協議應滿足的需求(主要部分):

PPP協議的三個組成部分:

首部和尾部分別為四個欄位和兩個欄位
首部:

區域網的主要特點:網路為一個單位所擁有,且地理范圍和站點數目均有限
*區域網具有的優點:

區域網按網路拓撲進行分類有:星形網、環線網、匯流排網(現使用最多)

共享信道的方法:

乙太網的兩個標准:DIX Ethernet V2 和 IEEE的802.3標准
802.3標准把區域網的數據鏈路層拆成兩個子層:邏輯鏈路控制LLC子層(偏網路層)、媒體接入控制MAC子層(偏物理層)

適配器(網路介面卡/網卡)的作用:連接計算機與外界區域網

早期的乙太網是多個計算機連接在一條匯流排上的
匯流排的特點:廣播通信方式,實現一對一通信

為了通信的簡便,乙太網採取了兩種措施:

CSMA/CD協議(載波監聽多點接入/碰撞檢測):

CSMA/CD協議特性:

關於碰撞:

集線器:在星型拓撲網路的中心增加的一種可靠性非常高的設備
集線器的特點:

令 , 為單程端到端時延, 為幀的發送時間
則 越小,乙太網的信道利用率就越高
極限信道率
只有當參數 遠小於1才能得到盡可能的信道利用率

MAC地址:48位(IEEE 802標准),是區域網中的硬體地址/物理地址,是每個站的「名字」或標識符(固化在適配器的ROM中的地址,一般不可更改)
IP地址:32位,代表了一台計算機,是終端地址(可更改)

MAC幀之間傳送要有一定的時間間隔
適配器對接收到的MAC幀的處理:先檢查MAC幀中的目的地址,若是本站的則收下再進行其它處理,否則直接丟棄
接收到的MAC幀有三種:

MAC幀的格式
兩種MAC幀格式標准:DIX Ethernet V2標准(乙太網V2標准)、IEEE的802.3標准
MAC幀的類型欄位用來標志上一層用的什麼協議,以便把接收到的MAC幀的數據上交給上一層的這個協議
IEEE 802.3標准規定的無效MAC幀:

(原理不變,擴大距離)

使用光纖和一對光纖調節器

使用多個集線器
好處:

缺點:

最初使用網橋
網橋的傳輸不會改變MAC幀的源地址
網橋的作用:對MAC幀的目的地址進行轉發和過濾

網橋的優點:

網橋的缺點:

後改用乙太網交換機
乙太網交換機 / 交換式集線器:工作在數據鏈路層,實質上就是一個多介面的網橋
乙太網交換機特點:是一種透明網橋(一種即插即用設備),其內部的幀交換表(地址表)是通過自學習演算法自動轉建立起來的

乙太網交換機可實現虛擬區域網(VLAN)
虛擬區域網:由一些區域網網段構成的與物理位置無關的邏輯組

3. 在計算機網路中什麼是crc校驗和,怎麼計算

CRC即循環冗餘校驗碼
是數據通信領域中最常用的一種差錯校驗碼,其特徵是信息欄位和校驗欄位的長度可以任意選定。
循環冗餘校驗碼(CRC)的基本原理是:在K位信息碼後再拼接R位的校驗碼,整個編碼長度為N位,因此,這種編碼也叫(N,K)碼。對於一個給定的(N,K)碼,可以證明存在一個最高次冪為N-K=R的多項式G(x)。根據G(x)可以生成K位信息的校驗碼,而G(x)叫做這個CRC碼的生成多項式。 校驗碼的具體生成過程為:假設要發送的信息用多項式C(X)表示,將C(x)左移R位(可表示成C(x)*2R),這樣C(x)的右邊就會空出R位,這就是校驗碼的位置。用 C(x)*2R 除以生成多項式G(x)得到的余數就是校驗碼。
謝謝 希望能幫助到你

4. 計算機網路中差錯控制方法

一、總的方法折疊:
1、前向糾錯。實時性好,單工通信採用。
2、自動重發請求(ARQ)。強調檢錯能力,不要求有糾錯能力,雙向通道採用。
3、混合糾錯。上述兩種方式的綜合,但傳輸設備相對復雜。

二、分類方法折疊:
1、差錯檢測是差錯控制的基礎。能糾錯的碼首先應具有差錯檢測能力,而只有在能夠判定接收到的信號是否出錯才談得上是否要求對方重發出錯消息。具有差錯檢測能力的碼不一定具有差錯糾正能力。由於差錯檢測並不能提高信道利用率,所以主要應用於傳輸條件較好的信道上做為誤碼統計和質量控制的手段。
2、自動請示重發ARQ和前向糾錯FEC是進行差錯控制的兩種方法。
一在ARQ方式中,接收端檢測出有差錯時,就設法通知發送端重發,直到正確的碼字收到為止。ARQ方式使用檢錯碼,但必須有雙向信道才可能將差錯信息反饋到發送端。同時,發送方要設置數據緩沖區,用以存放已發出的數據以便於重發出錯的數據。
二在FEC方式中,接收端不但能發現差錯,而且能確定二進制碼元發生錯誤的位置,從而加以糾正。FEC方式使用糾錯碼,不需要反向信道來傳遞請示重發的信息,發送端也不需要存放以務重發的數據緩沖區。但編碼效率低,糾錯設備也比較復雜。
3、差錯控制編碼又可分為檢錯碼和糾錯碼。
檢錯碼只能檢查出傳輸中出現的差錯,發送方只有重傳數據才能糾正差錯;而糾錯碼不僅能檢查出差錯而且能自動糾正差錯,避免了重傳。
4、演播的檢錯碼有:奇偶校驗碼、循環冗餘碼。
在實際通信網中,往往在不同的應用場合採用不同的差錯控制技術。前向糾錯主要用於信道質量較差、對傳輸時延要求較嚴格的有線和無線傳輸當中;差錯檢測往往用於傳輸質量較高或進行了前向糾錯後的通路的監測管理之中>自動請求重發則多用於象計算機通信等對時延要求不高但對數據可靠性要求非常高的文件傳輸之中。

5. 計算機網路五層模型在網路層採用什麼樣的差錯檢測方法

答:所謂五層協議的網路體系結構是為便於學習計算機網路原歷孫理而採用的綜合了OSI七層模型和TCP/IP的四層模型而得到的五層模型。各層的主要功能:(1)應用層 應用層確定進程之間通信的性質以滿足用戶的需要。應用層不僅要提供應用進程所需要的信息交換和遠地操作,而且還要作為互相作用的應用進程的用戶代理(user agent),來完成一些為進行語義上有意義的信息交換所必須的功能。(2)運輸層任務是負責主機中兩個進程間的通信。網際網路的運輸層可使用兩種不同的協議。即面向連接的傳輸控制協議TCP和無連接的用戶數據報協議UDP。面向連接的服務能夠提供可靠的交付。無連接服務畢高則不能提供可靠的交付。只是best-effort delivery.(3)網路層網路層負責為分組選擇合適的路由,使源主機運輸層所傳下來的分組能夠交付到目的主機。(4)數據鏈路層數據鏈路層的任務是將在網路層交下來的數據報組裝成幀(frame),在兩個相鄰結點間的鏈路上實現肢數鏈幀的無差錯傳輸。(5)物理層物理層的任務就是透明地傳輸比特流。「透明地傳送比特流」指實際電路傳送後比特流沒有發生變化。物理層要考慮用多大的電壓代表「1」或「0」,以及當發送端發出比特「1」時,接收端如何識別出這是「1」而不是「0」。物理層還要確定連接電纜的插頭應當有多少根腳以及各個腳如何連接。

6. 數據鏈路層的差錯的檢測和恢復(奇偶校驗碼,CRC校驗,校驗和),各種運算

在原始的物理傳輸線路上傳輸數據信號是有差錯的,存在一定的誤碼率,數據鏈路層存在的目的就是給原始二進制位流增加一些控制信息 ,實現如何在有差錯的線路上進行無差錯傳輸

數據設定為M位,冗餘位設定為R位,如果位數滿足即認為不出錯,如果位數不滿足即肯定出錯

差錯產生的原因
信道的電氣特性引起信號幅度,頻率,相位的畸變,信號反射,串擾,閃電,大功率電機的啟停等

計算機網路中出現的差錯是連續的還是離散的差錯? → 是連續的突發性的差錯
比如傳了一個這樣的位串0001101001,連續的差錯:比如一共出錯了3位,連續的出錯在一起。離散的差錯:一共出錯了3位,不是連續出的,是分散出的

保證幀正確,按序送交上層(順序要對,不能重復也不能跳幀)。在接收方能夠判斷接收的數據是否正確,若錯誤還可能要恢復錯誤

糾錯控制主要由接收方做,能檢查出錯並定位到是哪兒出錯了

接收方通過反饋機制告訴發送方出錯,發送方通過重發的方式恢復差錯

☆自動糾錯比檢錯反饋重發機制代價大,在發生數據丟失的情況下,只是自動糾錯機制無法進行差錯恢復,還是需要檢錯反饋重發機制

一個幀包括m個數據位,r個校驗位(是冗餘位,和m位的有效數據是無關的),稱為n位碼字(n=m+r),我們希望r盡量短,並且盡量有一個固定長度

加入了冗餘位,使接收方知道有差錯發生,但不知道什麼差錯,然後請求重發

加入了足夠多的冗餘位,使接收方不僅知道有差錯發生,並知道哪些位發生差錯

兩個編碼的海明距離: 兩個編碼不相同位的個數
例:0000000000與0000011111的海明距離是5
編碼方案的海明距離: 編碼方案中任兩個編碼海明距離的最小值
ASCII這樣的連續編碼的海明距離都是1

為檢測d位錯,編碼方案的海明距離應至少為d+1
當發生d位錯時,不會由一種合法編碼變為另一種合法編碼,也就是想要由一種合法編碼變為另一種合法編碼,需要d+1以上出錯

對接收方來講,它判定一個編碼是否出錯的唯一依據是這個編碼是否是一個合法的編碼。即使接收方收到了一個合法的編碼,它也無法判斷是否是一個合法編碼,因為它不知道這個合法編碼原本就是合法的,還是出錯以後也依然是一個合法編碼。因此需要海明距離應至少為d+1

在數據鏈路層一般是不用這種檢錯方法的,因為檢錯率太低

若接收方收到的位元組奇偶結果不正確,就可以知道傳輸中發生了錯誤
增加奇偶校驗位後海明距離由1變為2,因此根據「為檢測d位錯,編碼方案的海明距離應至少為d+1」,可以檢查出一位二進制位的差錯
用這種方法,有一位出錯時,就會由合法編碼(奇校驗時1的個數為奇數,偶校驗時1的個數為偶數)變成一種非合法編碼(奇數校驗時1的個數為偶數,偶校驗時1的個數為奇數)

為糾正d位錯,編碼方案的海明距離應至少為2d+1
當發生d位錯時,出錯編碼仍然最接近於原始的正確編碼

例:現在有一個編碼方案,這個編碼方案之中只有4種合法編碼↓
0000000000
0000011111
1111100000
1111111111
它們之間的海明距離為5,按照定理,能夠糾正2位錯
假設接收方收到了這樣的編碼:0001100000,很明顯這是個非法編碼,怎麼樣糾正
呢?我們知道出錯的位數是≤ 2位的,它和第一種的海明距離為2,和第二種為7,和
第三種為3,和第四種為8,離它最近的是第一種編碼。它採用這種就近恢復的原則將
出錯的編碼恢復到原始編碼

數據鏈路層用的最多的一種檢錯方法
但是高層(網路層,傳輸層)是不用這種檢錯方法的,而用檢驗和的方法

生成多項式G(x)
發方,收方事前約定。這里的約定是數據鏈路層的協議已經定義該協議使用什麼生成多項式
生成多項式的高位和低位必須為1
生成多項式必須比傳輸信息對應的多項式短
(現在最多用的是CRC-32,生成多項式是32位,能否保證生成多項式比傳輸的對應的多項式短呢?從原始數據來講保證不了,但是到數據鏈路層時加了傳輸層的頭,網路層的頭之後肯定能保證大於32位。比如現在的Internet網路,例如在傳輸層使用TCP加20個位元組,在網路層IP又加了20個位元組,已經超過32位了,所以肯定能保證)
理論上來講生成多項式的階越高,檢錯率越高
硬體實現CRC校驗

四個多項式已經成為國際標准

CRC碼(增加的r位冗餘位檢錯碼,即校驗和)加在幀尾(效率比較高),使帶CRC碼的幀的多項式能被G(x)除盡:接收方接收時,用G(x)去除它,若有餘數,則傳輸出錯

• 模2加法運算定義為:(對應於邏輯異或)
0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0
例如0101+0011=0110
• 模2減法運算定義為:(對應於邏輯異或)
0-0=0 0-1=1 1-0=1 1-1=0
例如0110-0011=0101
• 模2乘法運算定義為:
0x0=0 0x1=0 1x0=0 1x1=1

• 模2除法運算定義為:
0 ÷1=0 1÷1=1
利用模2減求余數,余數最高位為1,則商1,否則商0,每商1位則余數減少1位,
直到余數位數少於除數位數

按位與運算:
按位與運算符」&」是雙目運算符。其功能是參與運算的兩數各對應的二進位相與。只有對應的兩個二進位均為1時,結果位才為1,否則為0。參與運算的數以補碼方式出現

例如: 9 & 5
00001001(9的二進制補碼)
&
00000101 (5的二進制補碼)
00000001
可見9 & 5 =1

最高位作為符號位,若符號位為0,則表示正數,若符號位為1,則表示負數
其餘各位代表數值本身的絕對值(以二進製表示)
絕對值相同的正數和負數,它們除了符號位不同外,其他各位都相同

一個數如果值為正,則它的反碼與原碼相同
一個數如果值為負,則將其符號位置為1,其餘各位為對原碼相應數據位取反
(取反:二進制中有0和1兩種狀態,取反就是取與當前狀態相反的狀態,1取反等於0,0取反等於1)

正數的補碼與反碼,原碼相同
負數的補碼則將其最高位置為1,其餘各位為對原碼的相應數據位取反,再對整個數加1
即 X為負數時,【X】補 = 【X】反+1

(+0)補 = 00000000
(-0)反 = 11111111
(-0)補 = 11111111 + 1 = 100000000→進位1捨去→00000000

假設用一個位元組表示一個數,補碼的表示範圍為:-128 ----- +127
用反碼表示的最小值為:-128,其反碼為:10000000
用反碼表示的最大值為:+127,其反碼為:01111111

按位或運算符」|」是雙目運算符。其功能是參與運算的兩數各對應的二進位相或。只要對應的兩個二進位有一個為1時,結果位就為1.參與運算的兩個數均以補碼出現
例如:9|5
00001001
| 00000101
00001101(十進制為13)
可見9|5=13

~為單目運算符,具有右結合性。其功能是對參與運算的數的各二進位按位求反
例如:~9
~(0000000000001001)結果為:1111111111110110

按位異或運算符」 ^ 」是雙目運算符。其功能是參與運算的兩數各對應的二進位相異或。當兩對應的二進位相異時,結果為1。參與運算數仍以補碼出現
例如:9^5
00001001
^ 00000101
00001100(十進制為12)

左移運算符」 << 」是雙目運算符。其功能是把 」 << 」左邊的運算數的各二進位全部左移若干位,由」 << 」右邊的數指定移動的位數,高位丟棄,低位補0
例如:a=00000011(十進制3),a << 4,結果為:00110000(十進制48)

右移運算符」 >> 」是雙目運算符。其功能是把」 >> 」左邊的運算數的各二進制全部右移若干位,」 >> 」右邊的數指定移動的位數
例如:a=15(00001111),a >>2,結果為00000011(十進制3)

計算方法例:

※CRC碼計算還有一個好處:
我們希望不管m是多少位的,但是冗餘位r是越短越好,而且最好位數是固定的。用這CRC碼的好處就是生成多項式是多少階的,那麼最後的余數(冗餘位)的位數就是多少位。如果是n階的,那麼最後就是4位

循環冗餘校驗法檢驗不出來的錯的情況:收到的位串雖然是錯誤的,但是恰巧能被生成多項式整除,這個時候檢測不出來

適用於高層協議,如IP,TCP,UDP等
校驗碼放在前面或後面影響都不大,所以絕大多數是放在前面的
檢錯率低於循環冗餘校驗法
在↓例子中,如果第1位和第9位同時出錯,或者第2位和第10位同時出錯···出錯,那麼它們取反相加的數是不變的,這個時候是檢查不出錯的。但是網路當中連續突發的錯占絕大部分,這種跳躍性的出錯概率很小,所以檢驗和的檢錯率還是比較高的
高層不用冗餘校驗法的原因是,冗餘校驗法主要採用除的計算方式,比累加的(校驗和)計算方式效率要低,而數據鏈路層用這種方法可以用硬體實現,但是網路層和傳輸層一般只能通過軟體實現,那麼效率就降低了。而且數據鏈路層已經提供了比較可靠的支持,所以高層就可以用這種檢錯率相對低一點的檢錯法

檢驗欄位初值置0,數據拆分成與檢驗欄位等長的分片,不足部分補0,將所有分片逐位取反,並連續累加,丟棄最高進位,計算結果置於檢驗欄位。接收端執行相同的過程(分段處理,取反累加,把累加出的校驗和與校驗碼欄位當中保存的校驗和進行比對,如果是完全一致就沒錯),並將計算結果和傳輸過來的檢驗和進行比較以確定是數據是否出現差錯