发现传输出错
复习
- 带宽、时延与吞吐量：它们描述不同维度的“快”
- 编码、时钟与噪声：比特要经过编码，才能变成可被采样判定的信号
- 数据帧的边界：帧把连续比特流切成可独立处理的一段段数据
TL;DR
- 校验机制帮助接收方发现传输中出现的错误
- 校验和与 CRC 都是在帧中加入由内容计算得出的冗余信息
- “发现错误”通常比“纠正错误”更简单，也更常见
正文
前面我们留下了一个问题：接收方划对了边界，可内容可能在路上被噪声改坏，它怎么知道？
答案的思路很朴素：让发送方在发送前，先根据内容算出一个简短的校验值，一并发送；接收方收到后，按同样的规则再算一遍。两次结果一致，就倾向于认为没错；不一致，就知道途中至少有内容被改变了。
几种常见的校验
校验的具体算法有强有弱：
- 最简单的奇偶校验，只能发现“个数为奇数”的一类错误，能力有限
- 校验和（checksum）把数据按规则累加，常用于软件协议，实现简单
- 循环冗余校验（CRC）对连续的比特错误尤其敏感，因此在链路层十分常见
它们的共同点是“冗余”：为了让接收方有能力判断，我们要多传一点点额外信息。这又是那个熟悉的主题——加一层信息，换来一种能力。
发现，不等于纠正
这里必须强调：“发现”不等于“纠正”。
校验值只能告诉我们“好像出错了”，通常并不能指出是哪一位错了，更不能自动改回去。收到错误帧的一方，最直接的做法就是把它丢弃；至于要不要重传，交给更低层或更高层的协议去决定。
于是，我们已经能让一根线比较可靠地传完一段帧了。接下来，要把视野从“一根线”扩大到“一个局域网”：里面有许多设备，怎样才能分清彼此、把帧交给正确的那一个？
思考题 1
校验值相同能绝对证明内容没有被改动吗？
思考题 2
既然校验只能发现错误、不能纠正，为什么它仍然如此重要？
小结
知识点
- 校验为数据加入可复算的冗余
- 奇偶校验、校验和与 CRC 的检错能力依次增强
- 它降低漏检概率，但通常不负责恢复正确内容
参考资料
- Wikipedia(zh)：校验和：由数据计算得到的简短校验值
- Wikipedia(zh)：循环冗余校验：对连续比特错误敏感的检错方法
思考题答案（仅供参考）
思考题 1
不能。不同内容在理论上有可能得到相同的校验值，这叫碰撞。好的校验规则只是让这种碰撞极难发生，从而把漏检概率压到很低，而不是彻底消除。
思考题 2
因为发现错误是后续一切补救的前提。如果连“这帧坏了”都不知道，接收方就会把错误数据当成正确的继续使用，后果可能更严重。丢弃错误帧虽然简单，却把问题挡在了正确的位置，剩下的重传可以交给更合适的层次处理。
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设计师 | 南国微雪