【计算机网络】CRC校验码的代码实现

实验目的

应用所学知识，编写代码实现CRC计算和验证功能，并验证CRC编码检验的成功率。

实验步骤

①我们先进行CRC校验码的设计部分，我使用的是Python程序设计语言。

CRC校验的核心原理就是模2取余，所以首先设计出异或函数XOR：

#part1:设计CRC校验算法
#异或运算函数
#传入参数为被除数m，除数g
#输出为余数f
def XOR(m, g):if m[0] == '0':return m[1:]#被除数太小，返回补0else:f = ''for i in range(len(m)):if (m[i] == '0' and g[i] == '0') or (m[i] == '1' and g[i] == '1'):f += '0'else:f += '1'return f[1:]

异或的原理和二进制异或一样，位运算相同即为0，不同即为1。

随后我们就可以以此为基础编写CRC编码函数：

#CRC编码函数
#传入参数分别是数据帧m和除数g
#输出为传输帧=原字符串m+余数f
def CRC_Encode(m,g):m_len=len(m)g_len=len(g)m += '0'*(g_len-1)#补0f = m[0:g_len]for i in range(m_len-1):f = XOR(f, g)f += m[i+g_len]#取m下一位f = XOR(f, g)return m[:m_len]+f

和编码函数几乎类似，校验函数同样把传输帧作为数据帧再次以原除数p计算出余数，判断余数是否为0，如果为0那么CRC校验成功，否则CRC校验失败：

#CRC检验函数
#传入参数分别是传输帧a和除数g
#输出检验结果
def CRC_Decode(a,g):a_len = len(a)g_len = len(g)a += '0'*(g_len-1)#补0f = a[0:g_len]for i in range(a_len-1):f = XOR(f,g)f += a[i+g_len]f = XOR(f,g)return f == '0'*len(f)

②运行函数即可得到测试数据的CRC编码：

#part2:假设发送数据为0x34除数为X4+X+1(10011),计算出CRC校验码
print("计算结果:",CRC_Encode('00110100','10011'))
print("检验结果:",CRC_Decode(CRC_Encode('00110100','10011'),'10011'))

输出得到传输帧为001101000011，并检验成功：

③最后我们设计程序检测CRC的验证率，检测是否存在数据碰撞问题：

#part3:测试CRC验证率
def test():i = 8#数据帧的位数boom=0#计算碰撞次数for m1 in range(2**i):#定义数据m1m1 = (bin(m1)[2:]).zfill(i)      #zfill占位补0                      #定位  for m2 in range(2**(i)):m2 = (bin(m2)[2:]).zfill(i)for p in range(2**(i-3)):      #定义比特模式p p不能大于被除数m  p首位不为0                p = '1' + (bin(p)[2:]).zfill(i-3)f1 = CRC_Encode(m1,p)f2 = CRC_Encode(m2,p)flag1 = CRC_Decode(f1,p)flag2 = CRC_Decode(f2,p)if flag1 and flag2 and m1 != m2 and f1 == f2:boom+=1print('发生冲突!!!\n数据m1:{}\n数据m2:{}\nm1加密数据:{}\nm2加密数据:{}\n除数p:{}\n'.format(m1,m2,f1,f2,p))if boom!=0:print("未检测到{}位CRC冲突\n".format(i))
test()

测试结果

测试发现理论上不存在数据碰撞问题，但是CRC在实践中还是会出现比较低的误码率，在数据传输中还是会出现误码的现象，但是概率较低。

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