迴圈冗餘檢驗演算法（CRC）與幀檢驗序列(FCS)
阿新 • • 發佈：2019-02-08
在資料鏈路層要解決資料傳輸的三個問題：
- 封裝成幀
- 透明傳輸
- 差錯檢驗
這裡，重點討論一下差錯檢測裡面最常用的一種檢測演算法，迴圈冗餘演算法（CRC）以及通過這個演算法生成的幀檢驗序列（FCS）
首先，我們知道，資料在傳輸過程中可能會因為外界的電磁干擾從而使資料產生差錯。使原來的0變為1，原來的1變為0。這叫做位元差錯。在一段時間內，傳輸錯誤的位元佔傳輸位元總數的比率稱為誤位元速率。所以說，正因為如此，我們開始採用各種檢驗差錯的措施，而最廣泛使用的就是迴圈冗餘檢驗（CRC）。
通過一個例子來說明CRC的原理：
首先在傳送端，先把需要傳送的資料劃分為組，假定每組k個位元。現假定待傳送的資料M為101001（k=6）。CRC運算就是在資料M的後面新增供差錯檢驗用的n位冗餘碼，然後構成一個幀傳送出去，一共傳送了（k+n）位。
這n位冗餘碼可以利用以下的這個方法得到：
首先我們在原來的資料後面加n個0，這樣原來的資料就相當於左移了3位，也就是M*8，然後將加0之後得到的（k+n）位的數除以雙方事先商定好的長度為（n+1）位的除數P，得出的商是Q而餘數為R（n位）。接下來，讓我們看看這個計算過程：
- 1、資料前四位是1010，首位是1，除數為1101，所以我們先商1
- 2、然後寫在下面的就是1101，與1010進行不進位加法，結果為1110
- 3、1110的首位依然是1，繼續商1，然後進行不進位加法，結果為0111
- 4、0111的首位為0，所以商0，然後同樣不進位加法，結果為1110
- 5、就這樣一直往後算，直到最後求得餘數R
從圖中可以看出，最後得出的餘數R為001，這個餘數R就作為資料M後面新增的n位冗餘碼。即，R就是所謂的幀檢驗序列（FCS）
強調一下：迴圈冗餘檢驗CRC是一種檢驗方法，而FCS是新增在資料後面的幀檢驗序列。檢錯方法有很多，我們也可以選用別的檢錯方法。
然後，就是接收端接收的時候，對接收到的資料以幀為單位進行CRC檢測：把收到的每一幀都除以同樣的除數P，然後檢測得到的餘數R。
如果傳輸過程中沒有差錯，那麼經過CRC檢驗後得出的餘數一定為0；如果R≠0，那麼再傳輸過程中，肯定會有差錯，則這個幀就丟棄。
還有一種情況就是：如果出現誤碼，餘數R仍然等於0。通過實際檢測計算，出現這種情況的概率非常非常小。
在資料鏈路層，傳送端幀檢驗序列FCS的生成和接收端的CRC檢驗都是用硬體完成的，處理很迅速，因此並不會延誤資料的傳輸。
從上述我們也可以看出，如果想要進行差錯檢驗，加入冗餘碼，就必須以幀為單位來傳送資料，然後每一幀都加入冗餘碼，一幀一幀傳送，接收端一幀一幀檢驗。
注：CRC檢驗只能保證接收端接收到的幀沒有差錯，至於有沒有出現幀丟失，幀重複，幀失序，是無法判斷的。
過去，由於通訊鏈路質量不好引起差錯的概率比較大，所以，我們要求資料鏈路層向網路層提供可靠傳輸，增加了幀編號，確認和重傳機制。提供可靠傳輸的協議是高階資料鏈路控制（HDLC）。但是，現在由於通訊鏈路的質量已經大大提高，誤位元速率大大降低，所以對於現在的Internet採取了區別對待的方法：
- 對於通訊質量良好的有限傳輸鏈路，資料鏈路層不提供可靠傳輸，如果資料鏈路層的資料出了差錯，則改正差錯的的任務就由上層協議來完成。
- 對於通訊質量較差的無線傳輸鏈路，資料鏈路層使用確認和重傳機制，向上層提供可靠的傳輸服務。