在通信协议栈中，数据链路层进行循环冗余检查（CRC）确保数据在传输中的准确性，而运输层计算校验和以确保端到端的整体数据完整性和正确性。这两种机制的主要差异在于它们的操作范围和目的、运行的网络层级、错误检测的效率、及它们对不同类型错误的应对能力。CRC专注于捕捉传输介质引起的错误，例如电气干扰或物理损伤，这些错误可能在数据包在物理介质上传输过程中引入。而运输层计算检验和则关注的是通过网络路径从源到目的地的整个传输过程，以确保数据在这个过程中没有被篡改或损坏。
现在，让我们详细地探讨为什么即便数据链路层已经进行了CRC，运输层还需要计算检验和。
一、层级责任划分
数据链路层负责节点到节点的通信准确性，这意味着它只在直接相连的设备之间确保数据的正确传输。当数据包被传送到下一个节点时，它可能会通过多个中继点，每个点都可能会引入新的错误。
运输层的校验和则提供了端到端的检验机制，这是一种更全面的错误检测手段，它确保数据在整个从源头到目的地的过程中的完整性。尽管数据在链路层已被检查过，但在到达最终目标之前，仍有可能在网络中被损坏或篡改。
二、不同类型的错误检测
CRC是一种更强大的错误检测代码，适用于捕捉数据链路层可能遇到的错误，如电磁干扰等。CRC能高效地检测到数据的位错误，但是其侧重点是单个链路的传输误差。
而校验和则是一种更普通的错误检测方法，由运输层实现，它考虑的是数据包整体的检测问题。校验和可以帮助检测和修正一些在传输过程中发生的错误，包括头部信息的损坏，这些错误可能不是由物理介质引起的，而是由中间设备（如路由器）产生的。
三、误差的应对能力
即便CRC在链路层能够检测出大多数的错误，但网络层及以上可能因为路由器和交换机中的软件缺陷、配置错误等问题引入新的错误。运输层的校验和能够与其他机制协同工作，以应对这些层面的问题，并提供端到端通信过程中的数据完整性保护。
四、数据完整性和保护
强调端到端保护机制重要的是，数据包可能需要经过多个网络中的路由器和交换机。校验和能够确保数据在经过每个中间设备后仍然完整，即使链路层的CRC检测显示数据是正确的，因为数据可以在经过下一个节点之后再次被损坏。
五、网络性能和可靠性
运输层的校验和计算比较简单，对于网络性能的影响小，它有利于在保持网络资源使用效率的同时提供额外的错误检测和校正功能。尽管增加了一定的处理负担，但这可以通过错误的自动检测和纠正来补偿，有助于提高整个网络环境的可靠性。
六、多层防御机制
最后，多层防御机制是网络设计中常用的策略，即使一个层次的防护未能检测出错误，其他层次的防护仍然可以起作用。运输层的校验和正是和数据链路层的CRC结合使用，以提供更全面的保护，以免一个层面的失败导致数据的完整性受到威胁。
总之，运输层的校验和是对数据链路层CRC机制的一种补充，它在不同的层次上提供误差检测和纠正，确保数据在复杂的网络环境中的完整和正确传输。通过这样的分层检测策略，网络通信可以达到更高的可靠性和安全性。
相关问答FAQs：
为什么运输层需要计算检验和，即使数据链路层已经进行了CRC校验？
-
不同层级的校验目的不同： 数据链路层的CRC校验主要用于检测和纠正传输过程中出现的比特错误，以保证数据在物理链路上的可靠传输。而运输层的检验和主要用于检测传输的数据是否被篡改，即是否出现了数据的插入、删除或修改等情况。
-
不同层级的校验范围不同： CRC校验是对整个数据帧进行校验，以保证帧的完整性。而运输层的检验和通常只针对数据部分进行计算，不包括TCP或UDP的报文首部。
-
不同层级的校验速度不同： CRC校验是一种较为复杂的计算，需要进行多项式除法运算，速度相对较慢。而运输层的检验和则是一种简单的加法运算，速度较快。
-
运输层的校验和提供了端到端的完整性保护： 数据链路层的CRC校验只能保证在本地链路上的数据完整性，而不能保证数据在路径中的每个节点都没有被篡改。而运输层的校验和提供了端到端的完整性保护，可确保数据在源主机到目的主机之间的传输过程中不被篡改。
综上所述，尽管数据链路层已经进行了CRC校验，运输层仍然需要计算检验和以提供更高层次的数据完整性保护和安全性。
