计算机网络第三章
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传给接收方网络层：
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带字符填充的首尾定界法( 带字符填充的首尾定界法(续） 特点：典型代表是IBM二进制同步通信协议(BSC)。特点 是一次传送若干个字符组成的数据块而非一个字符，并规 定10个字符作为该数据块的开头与结束标志及整个传输过 由字 程的控制信息(通信控制字)。由于被传送的数据块是由字 符组成，故被称作面向字符的协议。 符组成 特定字符(控制字符)的定义如下：
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用汉明码纠正突发性错： 用汉明码纠正突发性错： k个码字组成一个矩阵，一行一个码字(大小为n)，每行 都采用海明码。 从左开始每次发送一列，帧到达接收方重组成矩阵。 如果有k位连续发生突发错误，则每个码字中只用一位 发生错误，可用海明码纠正。 位 传 输 顺 序
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第二节 差错检验和校正
一、差错原因： 一、差错原因
噪声干扰： 噪声干扰： 随机热噪声：导体电子运动引起，时刻存在，幅度 较小，强度与频率无关，频谱很宽。 冲击噪声：引起差错的主要原因,引起相邻数据突 发性错。 数据处理引起： 数据处理引起： 压缩、解压 调制、解调
CRC码即多项式编码，也叫循环冗余码。 K+1位二进制数，可表示为K阶多项式 例：110001 可表示为：x5+x4+1
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CRC编码法： CRC编码法： 编码法
收发方规定一个生成多项式G(x)，设为r阶，规定最高 阶和最低阶系数为1。 设帧为M(x)多项式。 xrM(x)对应于帧的二进制数后加r个0。 用G(x)模2除xrM(x)，得商和余数。 xrM(x)“模2减”余数，所得便是M(x)按G(x)的CRC 校验码。 解码：收方收到码“模2除”以G(x)，余数为0表示无 解码 错，否则，有错。
111 100 111 110 111 010 000 10
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101000 ⊕ 10 101010
CRC编码为101010
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国际标准：----生成多项式 国际标准：----生成多项式
CRC − 12 = x + x + x + x + x + 1
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三、海明码
海明距离：两个码字中不同位的个数。 海明距离： D(1101, 0111)=2 检错： 为了检测出d比特错，需要使用海明距离为d+1的编 码。 纠错： 为了纠正d比特错，需要使用海明距离为2d+1的编 码。
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r ⊕ m3 ⊕ m5 ⊕ m7 1
解：r1 r2 m3 r4 m5 m6 m7 1 1 0 1 1 0 1
r2 ⊕ m3 ⊕ m6 ⊕ m7 r4 ⊕ m5 ⊕ m6 ⊕ m7
初始 C=0 i = 1，异或为1，C+= i , C=1 i = 2，异或为0，C+= 0 , C=1+0=1 i = 4，异或为1，C+= i , C=1+4=5 出错位为m5位 即：原正确码为1101001
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例： m3 和r1 , m5 和r1 , m6 和r2 , m7 和r1 , r2 有关 r4 有关 r4有关 r2 ,r4有关
r1 = m3 ⊕ m5 ⊕ m7 r2 = m3 ⊕ m6 ⊕ m7 r4 = m5 ⊕ m6 ⊕ m7
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3 G( x ) = x2 + x + 1 ，帧：1010， M (x) = x + x 1010， 例：
求CRC编码。 CRC编码。 编码 解：
x M(x) = x (x + x) = x + x
2 2 3 5
3
1110 111 101000
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信道失真： 信道失真： 色散: 光线透过媒介中间时，因波长关系光学性质 改变的一种现象。如光线射入镜片或三棱镜时，因波 长的不同产生折射率 折射率互异的现象，称之为光的分散或 分散或 色散。光纤色散主要是因为光源不是单色光 色散 单色光引起。 有限带宽: 限幅: 其它原因： 其它原因： 介质连接不良，通信设备数据处理出错……
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Fra Baidu bibliotek
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第一节 成帧
帧定界问题 (比特流分成帧)； 透明传输问题 (任何字符都可以传输)；
一、字符计数法
帧头部使用一个字段来标明帧内字符数。 问题：出错后难以差错、纠错(很少采用)。 正确帧
5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 1 2 3 4 5 6 7
计算机网络
Computer Networking
信息科学与技术学院 网络通信技术实验室
Email ：xyzhang@swjtu.edu.cn Phone：87600745Phone：87600745-604
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第三章
数据链路层
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偶校验
例：对0010求汉明码。 例：对0010求汉明码。 解：m 解： 3 m5 m6 m7 0 0 1 0 r1 r2 m3 r4 m5 m6 m7 0 1 0 1 0 1 0
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处理方式： 处理方式： 发方： 发方： 编码：ri = 各相关信息位的异或
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主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 习题
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成帧 差错检验和校正 停止等待协议 滑动窗口协议 面向比特的链路控制规程HDLC 面向比特的链路控制规程HDLC SLIP和PPP协议 SLIP和PPP协议 协议设计实例
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四、物理层编码违例定届法
适用于在传输编码策略中采用冗余技术的网络。 例如：用两个物理位译码成数据的一位 例如： 数据位1：高－低电平对 数据位0：低—高电平对 无效物理编码：高—高电平对、低—低电平对 使用无效物理编码作为定界符。
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4、海明码的应用 海明码的应用 用汉明码纠正非突发性错 非突发性错 将总信息分为K组，每组进行汉明编码，共能纠正 K位错。 K 用汉明码纠正突发性错 将信息分为K行N列，对每行进行汉明编码，恢复 长度最多为K的突发性错。
m11 m12 …… m1n m21 m22 …… m2n …… mk1 mk2 …… mkn
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r ⊕ m3 ⊕ m5 ⊕ m7 1
例 子:
r2 ⊕ m3 ⊕ m6 ⊕ m7 r4 ⊕ m5 ⊕ m6 ⊕ m7
字符 ASCII H 1001000 a 1100001 m 1101101 m 1101101 i 1101001 n 1101110 g 1100111
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例: 1．奇偶效验位 奇偶效验位 海明距离＝2 (11110、11101、11000) 只能检测出1位错 (11111、11100、10000) 2．纠错码 纠错码 考虑4个有效码字的代码：0000000000、 1111111111、1111100000、0000011111 海明距离＝5，只能纠正两位错。 如码字0000000111到达，可知应该是0000011111。 如果可出现三位错，则0000000111，可能是 0000000000或0000011111
2
第三章 数据链路层
OSI数据链路层的作用 OSI数据链路层的作用：点到点的可靠传输 数据链路层的作用：
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数据链路层的功能： 数据链路层的功能
OSI数据链路层协议，在不可靠的物理链路上实现可 数据链路层协议， 数据链路层协议 靠的传输(无差错、无丢失、无重复、按顺序) 靠的传输(无差错、无丢失、无重复、按顺序) 。 数据成帧：传输单位：帧；帧同步 数据成帧 差错控制：纠错；检错 差错控制 流量控制：收发方速率适配 流量控制 透明传输：无论什么数据，都可同样传输 透明传输 链路控制：收发方确认对方是否准备好；数据链路的 链路控制 建立、维持、释放 寻址： 寻址：MAC地址
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3、海明码编码 海明码编码 能纠一位错 编码形式： r1 r2 m3 r4 m5 m6 m7 r8 m9 m10 m11 ... r为效验位，其下标为2的整次幂的位。 m信息位，其下标为2的非整次幂的位。 信息位第k位，和相应2的整次幂的校验位有关。
12 11 3 2
CRC − 16 = x
16
+ x + x +1
15 2
CRC − CCITT = x16 + x12 + x5 + 1
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第三节 停止等待协议
一．无限制单向数据传送协议(完全理想化) 完全理想化)
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二、处理策略(差错编码) 二、处理策略(差错编码)
检错码 加入冗余位，使接收方知道有差错发生，但不 知是什么差错，然后让发送方重传。 纠错码要比检错码增加更多的冗余位 纠错码 在每一个要发送的数据块上附加足够的冗余信 息，使接收方能够推导出已发出字符应该是什么。
收方： 收方： 解码：设C=0， ri与相关信息位的异或为0，C+=0 ri与相关信息位的异或为1，C+=i C为出错位置。
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例：若汉明码为1101101，判定是否有错，并错在何处？ 若汉明码为1101101，判定是否有错，并错在何处？ (写出原正确码) 写出原正确码)
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位 传 输 顺 序
校验位 00110010000 10111001001 11101010101 11101010101 01101011001 01101010110 11111001111
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四、CRC编码法 CRC编码法
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三、带位填充的首尾定界法
特殊位模式01111110作为定界符 规定： 数据中若有连续5个“1”，发方就添“0”。 收方遇到01111110知帧始或帧尾，遇到连续5个“1”，则去掉后 面的一个“0”。 例： 原始数据：0111011111011111100 线上数据：0111111001110111110011111010001111110 删除填充位后的接收方数据：0111011111011111100
帧1 帧2 帧3
出错帧
5 1 2 3 4 9 6 7 8 9 8 1 2 3 4 5 6 7
帧1 帧2
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帧3
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二、带字符填充的首尾定界法
ASCII字符：帧头DLE STX 帧尾DLE ETX DLE (Data Link Escape); STX (Start of Text); EXT (End of Text) 如果字符中出现DLE，就添一个DLE，称为字符填充 字符填充。 缺点：完全依赖8位字符，特别是ASCII字符。 例：网络层发出： A DLE B C 经数据链路层填充： DLE STX A DLE DLE A B DLE C B DLE ETX C
传给接收方网络层：
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带字符填充的首尾定界法( 带字符填充的首尾定界法(续） 特点：典型代表是IBM二进制同步通信协议(BSC)。特点 是一次传送若干个字符组成的数据块而非一个字符，并规 定10个字符作为该数据块的开头与结束标志及整个传输过 由字 程的控制信息(通信控制字)。由于被传送的数据块是由字 符组成，故被称作面向字符的协议。 符组成 特定字符(控制字符)的定义如下：
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用汉明码纠正突发性错： 用汉明码纠正突发性错： k个码字组成一个矩阵，一行一个码字(大小为n)，每行 都采用海明码。 从左开始每次发送一列，帧到达接收方重组成矩阵。 如果有k位连续发生突发错误，则每个码字中只用一位 发生错误，可用海明码纠正。 位 传 输 顺 序
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第二节 差错检验和校正
一、差错原因： 一、差错原因
噪声干扰： 噪声干扰： 随机热噪声：导体电子运动引起，时刻存在，幅度 较小，强度与频率无关，频谱很宽。 冲击噪声：引起差错的主要原因,引起相邻数据突 发性错。 数据处理引起： 数据处理引起： 压缩、解压 调制、解调
CRC码即多项式编码，也叫循环冗余码。 K+1位二进制数，可表示为K阶多项式 例：110001 可表示为：x5+x4+1
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CRC编码法： CRC编码法： 编码法
收发方规定一个生成多项式G(x)，设为r阶，规定最高 阶和最低阶系数为1。 设帧为M(x)多项式。 xrM(x)对应于帧的二进制数后加r个0。 用G(x)模2除xrM(x)，得商和余数。 xrM(x)“模2减”余数，所得便是M(x)按G(x)的CRC 校验码。 解码：收方收到码“模2除”以G(x)，余数为0表示无 解码 错，否则，有错。
111 100 111 110 111 010 000 10
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101000 ⊕ 10 101010
CRC编码为101010
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国际标准：----生成多项式 国际标准：----生成多项式
CRC − 12 = x + x + x + x + x + 1
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三、海明码
海明距离：两个码字中不同位的个数。 海明距离： D(1101, 0111)=2 检错： 为了检测出d比特错，需要使用海明距离为d+1的编 码。 纠错： 为了纠正d比特错，需要使用海明距离为2d+1的编 码。
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r ⊕ m3 ⊕ m5 ⊕ m7 1
解：r1 r2 m3 r4 m5 m6 m7 1 1 0 1 1 0 1
r2 ⊕ m3 ⊕ m6 ⊕ m7 r4 ⊕ m5 ⊕ m6 ⊕ m7
初始 C=0 i = 1，异或为1，C+= i , C=1 i = 2，异或为0，C+= 0 , C=1+0=1 i = 4，异或为1，C+= i , C=1+4=5 出错位为m5位 即：原正确码为1101001
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例： m3 和r1 , m5 和r1 , m6 和r2 , m7 和r1 , r2 有关 r4 有关 r4有关 r2 ,r4有关
r1 = m3 ⊕ m5 ⊕ m7 r2 = m3 ⊕ m6 ⊕ m7 r4 = m5 ⊕ m6 ⊕ m7
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3 G( x ) = x2 + x + 1 ，帧：1010， M (x) = x + x 1010， 例：
求CRC编码。 CRC编码。 编码 解：
x M(x) = x (x + x) = x + x
2 2 3 5
3
1110 111 101000
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信道失真： 信道失真： 色散: 光线透过媒介中间时，因波长关系光学性质 改变的一种现象。如光线射入镜片或三棱镜时，因波 长的不同产生折射率 折射率互异的现象，称之为光的分散或 分散或 色散。光纤色散主要是因为光源不是单色光 色散 单色光引起。 有限带宽: 限幅: 其它原因： 其它原因： 介质连接不良，通信设备数据处理出错……
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第一节 成帧
帧定界问题 (比特流分成帧)； 透明传输问题 (任何字符都可以传输)；
一、字符计数法
帧头部使用一个字段来标明帧内字符数。 问题：出错后难以差错、纠错(很少采用)。 正确帧
5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 1 2 3 4 5 6 7
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Email ：xyzhang@swjtu.edu.cn Phone：87600745Phone：87600745-604
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第三章
数据链路层
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例：对0010求汉明码。 例：对0010求汉明码。 解：m 解： 3 m5 m6 m7 0 0 1 0 r1 r2 m3 r4 m5 m6 m7 0 1 0 1 0 1 0
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处理方式： 处理方式： 发方： 发方： 编码：ri = 各相关信息位的异或
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主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 习题
20122012-3-25
成帧 差错检验和校正 停止等待协议 滑动窗口协议 面向比特的链路控制规程HDLC 面向比特的链路控制规程HDLC SLIP和PPP协议 SLIP和PPP协议 协议设计实例
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四、物理层编码违例定届法
适用于在传输编码策略中采用冗余技术的网络。 例如：用两个物理位译码成数据的一位 例如： 数据位1：高－低电平对 数据位0：低—高电平对 无效物理编码：高—高电平对、低—低电平对 使用无效物理编码作为定界符。
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4、海明码的应用 海明码的应用 用汉明码纠正非突发性错 非突发性错 将总信息分为K组，每组进行汉明编码，共能纠正 K位错。 K 用汉明码纠正突发性错 将信息分为K行N列，对每行进行汉明编码，恢复 长度最多为K的突发性错。
m11 m12 …… m1n m21 m22 …… m2n …… mk1 mk2 …… mkn
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r ⊕ m3 ⊕ m5 ⊕ m7 1
例 子:
r2 ⊕ m3 ⊕ m6 ⊕ m7 r4 ⊕ m5 ⊕ m6 ⊕ m7
字符 ASCII H 1001000 a 1100001 m 1101101 m 1101101 i 1101001 n 1101110 g 1100111
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例: 1．奇偶效验位 奇偶效验位 海明距离＝2 (11110、11101、11000) 只能检测出1位错 (11111、11100、10000) 2．纠错码 纠错码 考虑4个有效码字的代码：0000000000、 1111111111、1111100000、0000011111 海明距离＝5，只能纠正两位错。 如码字0000000111到达，可知应该是0000011111。 如果可出现三位错，则0000000111，可能是 0000000000或0000011111
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第三章 数据链路层
OSI数据链路层的作用 OSI数据链路层的作用：点到点的可靠传输 数据链路层的作用：
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数据链路层的功能： 数据链路层的功能
OSI数据链路层协议，在不可靠的物理链路上实现可 数据链路层协议， 数据链路层协议 靠的传输(无差错、无丢失、无重复、按顺序) 靠的传输(无差错、无丢失、无重复、按顺序) 。 数据成帧：传输单位：帧；帧同步 数据成帧 差错控制：纠错；检错 差错控制 流量控制：收发方速率适配 流量控制 透明传输：无论什么数据，都可同样传输 透明传输 链路控制：收发方确认对方是否准备好；数据链路的 链路控制 建立、维持、释放 寻址： 寻址：MAC地址
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3、海明码编码 海明码编码 能纠一位错 编码形式： r1 r2 m3 r4 m5 m6 m7 r8 m9 m10 m11 ... r为效验位，其下标为2的整次幂的位。 m信息位，其下标为2的非整次幂的位。 信息位第k位，和相应2的整次幂的校验位有关。
12 11 3 2
CRC − 16 = x
16
+ x + x +1
15 2
CRC − CCITT = x16 + x12 + x5 + 1
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第三节 停止等待协议
一．无限制单向数据传送协议(完全理想化) 完全理想化)
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二、处理策略(差错编码) 二、处理策略(差错编码)
检错码 加入冗余位，使接收方知道有差错发生，但不 知是什么差错，然后让发送方重传。 纠错码要比检错码增加更多的冗余位 纠错码 在每一个要发送的数据块上附加足够的冗余信 息，使接收方能够推导出已发出字符应该是什么。
收方： 收方： 解码：设C=0， ri与相关信息位的异或为0，C+=0 ri与相关信息位的异或为1，C+=i C为出错位置。
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例：若汉明码为1101101，判定是否有错，并错在何处？ 若汉明码为1101101，判定是否有错，并错在何处？ (写出原正确码) 写出原正确码)
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位 传 输 顺 序
校验位 00110010000 10111001001 11101010101 11101010101 01101011001 01101010110 11111001111
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四、CRC编码法 CRC编码法
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三、带位填充的首尾定界法
特殊位模式01111110作为定界符 规定： 数据中若有连续5个“1”，发方就添“0”。 收方遇到01111110知帧始或帧尾，遇到连续5个“1”，则去掉后 面的一个“0”。 例： 原始数据：0111011111011111100 线上数据：0111111001110111110011111010001111110 删除填充位后的接收方数据：0111011111011111100
帧1 帧2 帧3
出错帧
5 1 2 3 4 9 6 7 8 9 8 1 2 3 4 5 6 7
帧1 帧2
Computer Network
帧3
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二、带字符填充的首尾定界法
ASCII字符：帧头DLE STX 帧尾DLE ETX DLE (Data Link Escape); STX (Start of Text); EXT (End of Text) 如果字符中出现DLE，就添一个DLE，称为字符填充 字符填充。 缺点：完全依赖8位字符，特别是ASCII字符。 例：网络层发出： A DLE B C 经数据链路层填充： DLE STX A DLE DLE A B DLE C B DLE ETX C