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，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中都有差錯檢測系統控制，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則生成的，主要規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；符合余數循環的規則。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，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循環語句，對每一個字節進行計算，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，但是隨著信息產業的不斷發展，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，而且校驗速度非常快，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

[1]許偉，王曉燕.CRC算法在計算機網絡通信中的應用[J].數字技術與應用，2014（02）：119，121.

[2]吳志毅.有關計算機網絡通信中實時差錯控制技術分析[J].科技傳播，2012（22）：221-222.

[3]陶傳會.淺議CRC算法在計算機網絡通信中應用[J].信息與電腦（理論版），2011（05）：136，138.

〔編輯：王霞〕