计算机网络通信中CRC算法的应用研究

岳立文

（白银矿冶职业技术学院，甘肃 白银 730900）

计算机网络通信是通过多种算法处理而实现的。用数据线路将不同位置的服务器终端进行连接，实现数据资源共享，构建信息资源丰富的网络社会。但随着计算机网络通信频率的加快，数据信息会受磁场等外在因素的干扰，从而影响信息传输质量，并造成信息失真、误码率高等问题［1］。采用CRC算法，其差错纠正控制可有效解决信息误差，降低误码率，提升计算机网络通信质量和通信水平。

1 CRC算法概述

1.1 CRC算法涵义及算法原理

CRC即循环冗余校验码（Cyclic Redundancy Check），是数通领域较为常用的具有纠错、检错能力的一种差错检验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。循环冗余检验是一种数据传统检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也运行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。其在通信过程中，时长会产生变化，可以由0变为1，也可以由1变为0，将待发送的位串看成系数为0或1的多项式。收发双方约定一个生成多项式G（x）（其最高阶和最低阶系数必须为1），发送方用位串及G（x）进行某种运算得到校验和，并在帧的末尾加上校验和，使带校验和的帧的多项式能被G（x）整除。接收方收到后，用 G（x）除多项式，如果有余数，则传输有错［2］。

1.2 CRC 算法分析

CRC循环冗余校验码的编码方式是用生成多项式G（x）去除待发送的数据串，最终得到的余数就是CRC校验码，其实现过程如下：

（1）首先给定一个生成多项式G（x），它的阶数是r阶，再给定数据串帧数是k位的多项式，设为M（x），那么就需要将原帧 M（x）左移 r位，也就是在M（x）的后面加上r个0，生成的新数据串变成了 k＋r位，多项式也变成了 XM（x）。

（2）用新数据串XrM（x）去除以生成多项式G（x）对应的数据串，运用模二运算，得到余数为 R（x）。

（3）将得到的余数 R（x）加到数据串 M（x）的后面，生成新的数据串 T（x），新数据串 T（x）就是待发送的带有校验和的帧多项式，即：

CRC的本质就是将待发送的k位多项式转换成了可以被生成多项式G（x）除尽的k＋r位多项式，解码时可以用接收到的数据去除以生成多项式G（x），如果得到的余数为0，那么则表示传输过程正确，如果得到的余数不为0，那么表示传输1过程出现错误。

1.3 CRC 算法的实现

在计算机网络通信中算法中，主要包括硬件和软件两种实现形式，都是通过发送数据包的方式实现数据共享和数据传输，通过两者比较，软件实现形式更具优势，信息传播速度更快、误码率较低，因此，目前在计算机网络通信过程中，多以软件形式呈现，其中，以太网是软件形式的代表。在计算机网络实体之间实现数据传输和数据共享时，为保证通信功能的有效实现，需通过发送数据包的方式进行数据传输控制，保证数据信息的功能价值。数据包由段开销、数据序号、序列的校验码等组成，其中，段开销作为数据传输的初始数据，承载着数据开始出传输到传输结束的全过程，这一过程的数据安全是整个算法的保护重点，段开销安全性保护到位就不容易初夏误码问题，若保护不到位，极易导致误码产生。数据序号作为数据的“名字”，主要承担编组数据任务，如将5个数据编到1组，那么25个数据应该编为5组，序号应编至25。在计算机网络通信数据共享与传输过程中，不同数据包都有不同的编码，也有不同的字节长度，数据编码位于整个数据包的尾部，承担数据纠错功能，通过对字节长度的测算，检验计算机网络通信数据的安全性和准确性。但在实际的数据传输过程中，数据错误在所难免，如何将错误率讲到最低是当前相关研究人员重点研究的关键。随着科学技术水平的提高，我国计算机网络通信误码率已经达到了较高水平，已经最大限度的控制了误码率的发生，PC表示误码率，计算公式为：PC＝所接收的错误码／所接收的总码数［3］，技术人员可以通过上述公式计算误码率，并结合实际情况不断完善计算机网络通信传输技术，全面降低网络通信过程中出现差错的几率。

2 CRC算法的校验规则

能否除尽作为CRC算法中数据信息的校验规则，对于可以被多项式除尽的数据，说明出错错误的概率就较低，对于无法被多项式除尽的数据，则应返回数据校验中，检查数据的的出错点，将多余的余数减去，再运用多项式进行除法运算，若可以被除尽说明误码问题已解决。但在减去余数的这一过程涉及新的算法，涵盖更为复杂的数学运算，无法采用拼接的方式将数据进行编码。因此，对于这一现象，可采用前文CRC算法分析中提及的模2运算方式，通过模2加、模2减、模2乘、模2除四种方式，计算最终结果。

在CRC算法错误检测机制中，采用奇偶校验法，通过奇数与偶数的不同，分别检测奇数和偶数中的错误数据。随着技术进步，当前所能检测的校验错误最大数值可达到16位，且检测效果较强。信息通讯过程中，信息接收部分接收到相关信息时，收到循环校验码指令后，用多项式数字代码做除法运算，如果可以除尽，说明数据传输中无误码现象，但如果有余数，说明存在误码现象，可启动模2运算程序，减去多余的余数，使得出的结果为整数，且余数为0。

3 计算机网络通信中CRC算法的应用

因CRC算法的检测成本低、检错能力强等优势，使之广泛应用于计算机网络通信过程，下面将从CRC算法的应用过程、校验码生成、优劣势等角度，重点阐述计算机网络通信中CRC算法的应用。

3.1 CRC算法的应用过程

为实现计算机网络通信，CRC算法通过在计算机网络各数据间建立编码关系，设置编码数据库（如图1所示），并将校验码加入数据包的末端部分，以此实现计算机网络信息的传输与共享。当校验码与计算机数据产生联系后，可以实现数据的流通与传输，数据可以从起始位置传输到数据终端接收部位，终端接收数据后通过一系列“译码”判断是否能够将收获的数据对外共享。如果在“译码”过程中，发现数据运算结果不正确，说明数据存在传输过程中出现误码问题，仍需进一步“译码”循环往复，直至最终的计算结果与源地址的结果相符，才能够说明数据在传输过程中未出现错误，终端接收的数据才能进入下一环节，实现数据共享［4］。

图1 编码数据库示意图

如前文所述，CRC算法是通过发送数据包形式实现数据传输和数据共享的，数据包中的段开销及数据均已代码组的形式呈现，通过二进制运算，完成数据传输目的。二进制计算过程中，通过多项式除法运算，依据计算结果判断数据传输过程中有无误码问题，如果不能被多项式除尽，有余数出现，说明数据传输过程中存在误码问题，影响计算机网络信息传输准确性和传输质量，需要再通过减法运算，再进行除法运算，直至算出的结果为整数时才能终止校验。如果可以被多项式除尽，说明数据传输过程较顺利，没有出现误码问题。上述计算中，模2是常用的运算方法，便于操作、计算准确，能够真实反映计算机网络通信情况。

3.2 校验码生成

计算机网络通信中CRC算法的应用以校验码的生成为主，其原理大体可以概括为：可以将被校验的n位数据块看做n阶二进制的多项式：

发送方和接收方约定以r阶生成多项式G（x），将G（x）作为除数，带入除法运算中，无法除尽生成余数多项式 y（x），y（x）即 m（x）的校验码，再将 m（x）附在n位数据块之后一并发送至接收方，以接收方最终收到的多项式为准，作为被除数，除以除数G（x），可以被整除即可说明校验成功。表1为16位CRC校验原理及算法，将相关数字带入式（2）即可得到如表1所示的相关数据。

表1 16位CRC校验原理及算法

CRC校验流程如下：

（1）将所有编码数据做初始化处理，使之回归初始阶段，并设置循环变量的初始值。

（2）实现数据信息传输，将数据信息按照设置的传输路径，将其输送至余数数据空间，原有的余数数据产生相应位移，向左移动8位或1位。

（3）将余数数据的最高位与“1”对比，判断余数数据的为高危是否为1，如果等于1，可以将其代入多项式进行除法计算，判断是否能够整除。

（4）这一阶段还需判断循环冗余算法是否经过8次循环，256次反复校验编码，最后将已经完成8次循环的余数数据进行存储。

（5）余数数据最高位经与“1”对比后，发现不等于1，且未经过8次循环，针对这种情况，需要重新启动CRC算法，重新整理并收集数据，传输至余数单元，重复计算［5］。

通过以上校验码的生成方法能够有效判断出数据传输中的错误，进而及时更正数据信息，在实际应用中，可有效提升计算机网络信息传输效率，保证数据信息传输质量。

3.3 CRC算法的优缺点

在计算机网络通信过程中，CRC算法具有明显优势，但从纠错差错这一项功能来看，就是其他算法无法比拟的。CRC算法可以在短时间，通过调动软件系统的各种程序，经过一系列运算，判断整个数据传输过程中有无出现误码，提高了网络信息传输的纠错率，保证了通信效率，与传统的纠错算法相比，具有成本低、纠错质量高等优势，具有较强的应用价值。

CRC算法在具有较强优势的同时，也存在一定缺陷，如数据存储量大，存储空间不足，一定程度影响算法的纠错效率，因此，在未来的发展中，研究人员还应在扩大数据存储空间上狠下功夫。

4 CRC算法纠错条件与注意事项

4.1 纠错条件

CRC算法需要满足的纠错条件主要包含以下三个方面：一是针对数据传输过程中存在的奇数个错误做纠错处理；二是对于单个突发性的错误做到有效纠正；三是对于两个或两个以上的偶数个错误进行有效的纠错处理。

对于满足以上三个条件的通信过程进行CRC算法校验，检测计算机网络通信过程中存在的无差问题，以充分满足计算机网络通信对数据准确性的要求，推动计算机网络整体通信水平的提升。

4.2 注意事项

4.2.1 多项式选择

在CRC算法的实际应用中，为有效判断计算机网络通信传输过程中存在的问题，需进行纠错校验，通过以二进制位代表的数据包与多项式相除形式，计算是否得到整数，通过对能都整除的判断，正确了解计算机网络通信过程中存在的问题。但这一过程对多项式的选取要求较高，多项式条件的优劣关系着最终计算结果正确与否，因此，在CRC算法应用过程中，更应重视多项式的选择。

一般情况，多项式大都由系统设定的程序自动生成，在整个CRC算法应用过程中，按照数据传输规律设计多项式生成公式，其中，差错及误码检测特点是影响多项式生成的主要原因，所以为充分保证多项式的准确可靠性，必须保证数据包能被整除，也就是没有余数，只有满足这些条件，才能确保多项式的生成效果。

4.2.2 算法编码方式

通过对CRC算法的分析，了解到该算法在应用过程中需要将数据包编码处理，用生成多项式G（x）去除待发送的数据串，最终得到的余数就是CRC校验码。算法编码的主要目的在于将第k位的有效信息实现移位，如向做移位r个单位，从而得到余数的过程［6］。采用模2的计算公式，对于所得余数代入多项式进行云端，最终得到准确的校验码的过程。

5 结论

综上所述，在计算机网络通信过程中，与传统算法相比，CRC算法有较大的应用价值，具有纠错率高、成本低、行速度快等特点，能够通过发送数据包的形式，将数据包与多项式进行除法运算，从而有效检测数据传输过程中的错误，并能及时纠正，提高网络通信质量和通信效率，对今后计算机网络通信整体效率的提高具有明显的推动作用。需要注意的是，在该算法的具体应用过程中，应注意多项式的选择和算法编码方式问题，以更好地提升该算法的应用效率。