循环冗余校验码CRC

循环冗余校验码CRC是一种用于数据传输错误检测的编码技术。通过使用生成多项式进行模2除法,计算出校验码,确保数据在传输过程中的完整性。文章介绍了CRC码的生成步骤,举例展示了计算过程,并提到了CRC码在通信和网络中的应用,能有效检测出双错、奇数位错和突发错误。CRC码虽无法纠正错误,但其强大的检错能力使其广泛使用。
CRC(Cyclic Redundancy Check)循环冗余校验码
  是常用的校验码,在早期的通信中运用广泛,因为早期的通信技术不够可靠(不可靠性的来源是通信技术决定的,比如电磁波通信时受雷电等因素的影响),不可靠的通信就会带来‘确认信息’的困惑,书上提到红军和蓝军通信联合进攻山下的敌军的例子,第一天红军发了条信息要蓝军第二天一起进攻,蓝军收到之后,发一条确认信息,但是蓝军担心的是‘确认信息’如果也不可靠而没有成功到达红军那里,那自己不是很危险?于是红军再发一条‘对确认的确认信息’,但同样的问题还是不能解决,红军仍然不敢贸然行动。
  对通信的可靠性检查就需要‘校验’,校验是从数据本身进行检查,它依靠某种数学上约定的形式进行检查,校验的结果是可靠或不可靠,如果可靠就对数据进行处理,如果不可靠,就丢弃重发或者进行修复。
  CRC码是由两部分组成,前部分是信息码,就是需要校验的信息,后部分是校验码,如果CRC码共长n个bit,信息码长k个bit,就称为(n,k)码。 它的编码规则是:
  1、首先将原信息码(kbit)左移r位(k+r=n)

  2、运用一个生成多项式g(x)(也可看成二进制数)用模2除上面的式子,得到的余数就是校验码。

  非常简单,要说明的:模2除就是在除的过程中用模2加,模2加实际上就是我们熟悉的异或运算,就是加法不考虑进位,公式是:
  0+0=1+1=0,1+0=0+1=1
  即‘异’则真,‘非异’则假。
  由此得到定理:a+b+b=a 也就是‘模2减’和‘模2加’直值表完全相同。

  有了加减法就可以用来定义模2除法,于是就可以用生成多项式g(x)生成CRC校验码。

CRC码的生成步骤

1、将x的最高幂次为R的生成多项式G(x)转换成对应的R+1位二进制数。

### 循环冗余校验码CRC的工作原理 循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check, CRC)是一种基于除法和取模运算的数据验证方法,主要用于检测数据传输中的错误。其工作流程如下: 1. **生成多项式的选择**:发送方和接收方共同约定一个生成多项式 \(G(x)\),该多项式的系数决定了后续计算的具体方式。 2. **信息序列扩展**:假设原始消息长度为\(k\)比特,则在其后面附加\(r\)个零构成新的二进制串作为被除数,其中\(r\)等于生成多项式的最高次幂减去1。对于给定的例子,如果采用的生成多项式是\(G(x)=x^3+x^2+1\)[^1],那么就需要在原信息后补上三个0变成`1111000`或`1100000`的形式用于下一步处理。 3. **执行模2除法**:以上述得到的新字符串作为分子,以选定的生成多项式对应的二进制形式作为分母进行无借位的二进制除法操作直到商不再含有前导'1'。所得余数即为要加入到实际传送的消息后面的检验字段——也就是所谓的“冗余位”。 4. **构建最终报文并发送**:将上述获得的冗余位连接至初始的信息之后形成完整的CRC编码后的帧结构准备发出;当对方接收到这个组合体时会重复相同的步骤来重新计算一次CRC值并与随同传来的那个做对比从而得知是否有误发生过。 5. **错误检测机制**:一旦发现两者不匹配就意味着途中出现了差错现象需要采取相应措施比如请求重发等动作确保通信质量可靠稳定[^2]。 ```cpp // C++实现简单的CRC-CCITT (XModem) 计算函数 unsigned short crc_ccitt(unsigned char *data_p, unsigned short length){ int i; unsigned short data; unsigned short crc = 0xFFFF; while(length--){ for(data=(crc>>8)^*data_p++,i=0;i<8;i++) crc = ((crc<<1)^((data&0x80)?0x1021:0)) & 0xffff, data <<= 1; } return(crc); } ```
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