計算機網絡通信差錯檢測控制關于CRC算法的應用

陳歡歡

摘 要：在計算機網絡通信中，通常會出現誤碼率問題，對其通信安全造成一定的影響。其中，基于環(huán)冗余碼校驗（Cyclic Redundancy Check，CRC）算法是針對計算機網絡通信差錯檢測控制的有效方式。對CRC算法在計算機網絡通信差錯檢測控制中的應用策略進行了分析。

關鍵詞：計算機；網絡通信；差錯檢測；CRC算法

中圖分類號：TP393.06 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.093

在網絡中傳輸信息必須依靠計算機實體之間的通信線路，從而提高信息傳輸的速度和準確性。在實際的計算機通信過程中，信息的傳輸過程難免會受到一定的干擾，使得接收端接收到的信息出現偏差，即接收端的信息發(fā)生了誤碼的現象，從而影響了計算機通信的準確性。

1 降低通信信號傳輸誤碼率的策略

如果我們用Pc表示信號傳輸過程中的誤碼率，那么衡量信息傳輸過程的準確度就可以表示為Pc=錯誤接受碼元素/接收碼元素。降低誤碼率的方法主要有兩種：①改善數據通信線路的傳輸質量；②差錯控制。第一種方法主要是從硬件的角度出發(fā)，改善現有的硬件設備，引入新的通信線路和信號交換設備等。這種方法一方面受到硬件技術的限制，另一方面由于新設備和新技術的成本較高，因此通過硬件改善信號傳輸質量的效果一般。而第二種方法是通過軟件來解決的。實際上，每一種計算機通信系統(tǒng)中都有差錯檢測系統(tǒng)控制，通過檢測通信信號的質量，然后校驗和修正信號，進而優(yōu)化計算機通信的傳輸過程。計算機通信過程中的差錯檢測控制方法非常多，這里只介紹CRC算法。

2 CRC算法的校驗規(guī)則

通過以上的敘述，我們知道了CRC算法的差錯檢測的主要思想和原理，那么CRC算法是怎樣對一個數據進行編碼和譯碼的呢？具體的校驗規(guī)則是使接收端接收到的校驗數據能夠被一個多項式所除，如果能夠被除盡，那么表示代碼正確；如果除不盡，那么余數的值能夠對應出錯位的具體位數。當這種現象發(fā)生的時候，我們可以讓被校驗的數據減去余數。由于簡單的拼裝方法已經無法滿足這個過程，所以要用到錯位運算的方法，從而得到一個能夠被除盡的校驗數據。同時，由于被校驗的數據是一組攜帶信息的代碼，有可能表示數值大小的數字和其他類型的代碼，但是任何信息的傳遞過程都是用二進制的形式來表示的，因此模2運算中，所有的被校驗數據是被當作數字來運算的，并且使用多項式掃描。設M（x）為被校驗的數據，G（x）為除數，也就是約定的生成多項式，R（x）運算過程的余數。

2.1 生成多項式的選取

這個多項式是由一定的規(guī)則生成的，主要規(guī)則是要根據差錯檢測的特點，本著糾錯和檢錯的目的生成滿足這種需求的特殊多項式。具體的要求是：所有的位數一旦發(fā)生錯誤，應該保證余數不為0；不同位的錯誤對應不同的余數；符合余數循環(huán)的規(guī)則。這里采用的是CCITT（即Consultative Committee of International Telephone and Telegraph）國際電報電話咨詢委員會推薦的生成多項式：

G（x）=X16+X12+X5+1. （1）

其中，X=2.CRC算法能夠發(fā)現所有被檢測數據的一位或二位錯誤、奇數位的所有錯誤、全部的不超過16位的突發(fā)錯誤，且檢測出超過16位數據差錯的概率高達99.9%.CRC算法對數據的差錯檢測能力是計算機網絡通信所必須的。

2.2 編碼的方法

CRC算法對這個數據包進行編碼的主要過程是讓被檢驗數據的第K位有效信息左移r個單位，得到M（x）·xr，主要的目的是拼裝所求出的余數。選取數據包全部字節(jié)中的第r+1個生成一個多項式G（x），然后對這個多項式進行模2運算，得出將要產生的r位余數，因此生成多項式G（x）實際上應該是r+1位。模2運算為：

. （2）

將需要編碼的有效信息看作一個數值，然后對余數的多項式進行模2加減運算，即可得到循環(huán)校驗碼的值：

M（x）·xy+R（x）=Q（x）·G（x）. （3）

經過按位運算，得出模2加法和減法的值是一樣的，所以經過編碼過程得出的多項式的值實際上是把余數R（x）進行了拼接，因此經過拼接的校驗碼也一定能夠被G（x）除盡。

2.3 譯碼和糾錯

實際上，譯碼的過程就是對接收端接收到的數據進行還原的過程，主要是用G（x）除以收到的循環(huán)校驗碼，如果余數為0，那么可以確定碼字無誤；如果余數不為0，則說明校驗碼中某一位出現了差錯，或者不同位出現了錯誤，但是可以根據余數的值查找出出錯的類型。

2.4 CRC算法分析

由于CRC算法本身有一個512字節(jié)的參數表，這個表可用來查找不同的對應參數值，因此在設計CRC算法的過程中，應該主動避開這些字節(jié)，保證不同的變量能夠匹配不同的參數值。在利用CRC算法檢測數據包的時候，使用的是for循環(huán)語句，對每一個字節(jié)進行計算，因此相對來說比較簡單，大大加快了校驗的速度。相比其他算法來說，CRC算法所占的儲存空間雖然會有所增加，但是隨著信息產業(yè)的不斷發(fā)展，硬件儲存容量的不斷增加，這種犧牲空間換取計算速度的方式是非常值得的。

3 結束語

通過理解CRC算法的原校驗規(guī)則和算法程序設計思想，探索CRC算法在計算機網絡通信差錯檢測控制中的應用。由于CRC算法使用軟件校驗，因此省去了在外部加設硬件電路這一步驟，而且校驗速度非?？?，顯著提高了計算機網絡通信的速度和報文傳輸的準確性。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕