计算机网络PPT第8章ppt课件.ppt

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1、第二部分数据传输------第8章可靠性与信道编码主讲教师:王兴芳2012.2本章目的讨论通过信道编码，如何检测发现传输中出现的差错以及差错控制技术，以达到传输的可靠性。第8章可靠性和信道编码内容的组织8.1引言8.3传输差错对数据的影响8.2传输差错的三个主要源头8.4处理信道差错的两种策略8.5分组码和卷积码8.6分组差错编码举例：单奇偶校验8.7分组码数学与（n，k）表示8.11采用纵横奇偶校验的纠错8.12用于因特网的16位校验和8.13循环冗余校验码8.14用硬件高效实现CRC8.15自动重传请求（ARQ）机制8.8编码强度的测量：汉明距离8.9码簿中码字之间的汉明距

2、离8.10差错检测与代价之间的权衡纠错查错38.1传输差错——引言所有数据通信系统对差错都是敏感的。有些问题来源于广义物理学的内在原因。而有些问题则是由仪器故障或设备没有达到工程标准要求而引起的。在传输中出现的往往是难以检测的小差错，并不是完全的损坏。许多计算机网络专注于控制差错发生以及从这种差错中恢复过来的方法。48.2传输差错对数据的影响教材P81图8.1列举了传输差错影响数据的三种主要途径，也指出了潜在的传输差错通常会通过特定的数据差错表现出来。例如，一种称为毛刺（Spike）的干扰，持续时间特别短，这种干扰往往是出现单个位错误的原因。持续时间稍长的干扰或失真则会产生突发

3、性错误。有时信号难以清晰区分是0还是1，而是落在一个模糊区域，这种差错被称为擦除（erasure）。对于突发性差错，突发尺寸或突发长度被定义为从第一个错误码位到最后一个错误码位的总位数。教材P81图8.2表示出这个定义。58.3传输差错——三个主要源头传输差错主要有三类：干扰、失真、衰减干扰（Interference）：设备的电磁辐射（例如电动机和背景宇宙辐射）所导致的噪声会扰乱无线电波的传输和导线的信号传输。失真（Distortion）：所有物理系统都会导致信号失真。光脉冲在光纤中传播，会出现色散。金属导线具有电容和电感特性。衰减（Attenuation）：信号通过介质传输后

4、，信号强度会变弱。8.3传输差错的三个主要源头香农定理提示了一种减少差错的方法：增加信噪比（通过增加信号或者降低噪声）诸如屏蔽导线这样的机制有助于降低噪声；但物理传输系统对差错总是敏感的，也不太可能改变传输系统的信噪比。虽然噪声/干扰不能被完全消除，但是很多传输差错都是可以被检测到的。在一些情况下，系统可以自动纠正差错。所有对差错的处理实际上是设计者要做出的权衡措施，系统设计者必须仔细考虑差错是否可能发生，以及发生差错后的后果是什么。788.4处理信道差错的两种策略这些技术可以分为两种主要类型:前向纠错（FEC）机制分组码（例子：单奇偶校验）卷积码自动重传请求（ARQ）机制信道

5、编码：为了克服数据差错从而增加可靠性，人们开发了多种数学技术，这些技术被统称为信道编码。8.4处理信道差错策略1——前向纠错前向纠错的基本思想非常直接:发送时在数据中增加冗余信息，接收方收到数据后可以根据冗余信息校验所接收数据是否正确，甚至在有可能的时候进行纠错。基本的差错检测机制（errordetectionmechanisms）能使接收方及时检测到差错的发生。前向纠错机制则能使接收方准确判定哪个位被改变并计算出正确的值。98.4处理信道差错策略1——前向纠错有两类前向纠错技术：分组码、卷积码分组码：先把要发送的数据划分成一系列分组，然后给每个分组添加额外信息（叫做冗余），对

6、一个分组的编码仅仅依赖于本组的位元，而与前面已发送的位元无关。因为这种编码机制不用将一个分组数据的状态信息携带给下一个分组，所以分组码是无记忆。卷积码：把数据作为一个位元序列来处理，并根据这个连续的位元序列计算编码。因此，要计算出一组位元编码既要依赖于当前的输入，也要依赖于此前输入的部分位流，因而卷积码被称为有记忆的编码。8.4处理信道差错策略1——前向纠错：分组差错编码实例---单奇偶校验使用单奇偶校验（SPC）机制冗余信息来实现差错检测。SPC先定义每8比特数据单元（即一个字节）为一个分组在发送方传输每个字节之前，编码器在该字节中增加一个额外的位，称为奇偶位（parityb

7、it）接收方收到分组后，去除奇偶位并用它校验接收字节中的数据是否正确在使用奇偶校验前，发送方和接收方必须设定究竟是使用偶（even）校验规则还是奇（odd）校验规则。图8.4给出示例列举了数据字节以及使用奇偶校验时添加的相应奇偶校验位的值。8.4处理信道差错策略1——前向纠错：分组差错编码实例---单奇偶校验单奇偶校验是信道编码中能力较弱的一种形式，它只能检测差错，不能纠正差错。奇偶机制只能检测到奇数个位元被改变的情况。如果9个位元（包括奇偶位）中的一个在传输期间被改变，接收方会判定接收字节