面试题：网络编程：分析数据链路层的差错控制机制及其对物理层信号传输的影响

Question

数据链路层有多种差错控制机制，如奇偶校验、循环冗余校验等。请深入分析这些机制的原理、优缺点，并阐述它们是如何基于物理层提供的信号传输服务，保障数据传输的正确性，以及差错控制机制本身对物理层信号传输可能产生的影响。

Answer 1

奇偶校验

原理

奇偶校验通过在数据码流中添加一个校验位，使整个数据（包括校验位）中 1 的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。接收端根据接收到数据中 1 的个数是否符合设定的奇偶性来判断是否出错。

优缺点

• 优点：简单易实现，计算开销小。
• 缺点：只能检测出奇数个比特错误，无法检测偶数个比特错误，也不能纠正错误。

保障数据传输正确性

在发送端根据数据生成校验位一起发送，接收端检查奇偶性，若不符合则认为数据传输有误，丢弃该数据。

对物理层信号传输影响

奇偶校验本身不改变物理层信号传输特性，只是在数据处理环节添加校验位，增加了少量数据量，对物理层带宽有极轻微占用。

循环冗余校验（CRC）

原理

CRC 是基于模 2 运算（即异或运算）。发送方将数据位视为一个二进制多项式的系数，选择一个生成多项式 G(x)，用数据多项式除以生成多项式得到余数（即 CRC 校验码），将余数附加在数据后面一起发送。接收方用同样的生成多项式去除接收到的数据，若余数为 0 则认为数据传输正确，否则错误。

优缺点

• 优点：能检测出多种错误，包括突发错误，检测能力强，漏检率低。
• 缺点：计算相对复杂，需要额外的硬件或软件实现，校验码长度固定，可能浪费带宽。

保障数据传输正确性

发送端生成 CRC 校验码并发送，接收端校验，余数不为 0 表明数据错误，接收端可要求重传。

对物理层信号传输影响

CRC 校验码增加了传输数据量，占用物理层更多带宽资源。但因其高效的检错能力，减少了重传次数，一定程度上优化了物理层整体传输效率。