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TCP/IP详解 卷I:协议 のIP网际层 IP校验和的计算

2015-08-13 14:55 691 查看
IP/ICMP/IGMP/TCP/UDP等协议的校验和算法都是相同的,算法如下:

在发送数据时,为了计算数IP据报的校验和。应该按如下步骤:

(1)把IP数据报的首部都置为0,包括校验和字段。

(2)把首部看成以16位为单位的数字组成,依次进行二进制反码求和。

(3)把得到的结果存入校验和字段中。

在接收数据时,计算数据报的校验和相对简单,按如下步骤:

(1)当接收IP包时,需要对报头进行确认,检查IP头是否有误,算法同上2、3步,然后判断取反的结果是否为0,是则正确,否则有错。

1、发送方

  i)将校验和字段置为0,然后将IP包头按16比特分成多个单元,如包头长度不是16比特的倍数,则用0比特填充到16比特的倍数;

  ii)对各个单元采用反码加法运算(即高位溢出位会加到低位,通常的补码运算是直接丢掉溢出的高位),将得到的和的反码填入校验和字段;

  iii)发送数据包。

2、接收方

  i)将IP包头按16比特分成多个单元,如包头长度不是16比特的倍数,则用0比特填充到16比特的倍数;

  ii)对各个单元采用反码加法运算,检查得到的和是否符合是全1(有的实现可能对得到的和会取反码,然后判断最终值是不是全0);

iii)如果是全1则进行下步处理,否则意味着包已变化从而丢弃之。需要强调的是反码和是采用高位溢出加到低位的,如3比特的反码和运算:100b+101b=010b(因为100b+101b=1001b,高位溢出1,其应该加到低位,即001b+1b(高位溢出位)=010b)。

接下来详细描述反码求和的步骤:看下面的代码

算法:

SHORT checksum(USHORT* buffer, int size)

{

unsigned long cksum = 0;

while(size>1)

{

cksum += *buffer++;

size -= sizeof(USHORT);

}

if(size)

{

cksum += (UCHAR)buffer;

}

cksum = (cksum>>16) + (cksum&0xffff);

cksum += (cksum>>16);

return (USHORT)(~cksum);

}

参数buffer是指向16位整数的指针,刚开始指向的是IP首部的起始地址,参数size是IP首部的大小。while循环是将IP首部的内容以16位为单元加在一起,如果没有整除(即size还有余下的不足16位的部分),则加上余下的部分,此时的cksum就是相加后的结果,这个结果往往超出了16位,因为校验和是16位的,所以要将高16位和计算得到的cksum再加工。

再加工第一步:cksum = (cksum>>16) + (cksum&0xffff); sum>>16是将高16位移位到低16位,sum&0xffff是取出低16位,相加得到新的cksum。

再加工第二步:cksum += (cksum>>16); 第一步相加时很可能会产生进位,因此要再次把进位移到低16位进行相加。  

这样就加工好了,接下来就是取反,并强制转换为16位,这样就得到了最终的校验和。

校验和计算出来了,接下来就是该如何校验:

接收方进行校验时,也是对每16位进行二进制反码求和。接收方计算校验和时的首部与发送方计算校验和时的首部相比,多了一个发送方计算出来的校验和。因此,如果首部在传输过程中没有发生差错,那么接收方计算的结果应该为全一,因为接收方计算除校验和以外的部分得到值是校验和的反码,再加多出来的校验和当然是全一了。

最后对上述过程举个例子:

IP头:

45 00 00 31

89 F5 00 00

6E 06 00 00(校验字段)

DE B7 45 5D -> 222.183.69.93

C0 A8 00 DC -> 192.168.0.220

计算:

4500 + 0031 +89F5 + 0000 + 6e06+ 0000 + DEB7 + 455D + C0A8 + 00DC =3 22C4

0003 + 22C4 = 22C7

~22C7 = DD38 ->即为应填充的校验和

当接受到IP数据包时,要检查IP头是否正确,则对IP头进行检验,方法同上:

计算:

4500 + 0031 +89F5 + 0000 + 6E06+ DD38 + DEB7 + 455D + C0A8 + 00DC =3 FFFC

0003 + FFFC = FFFF

得到的结果是全一,正确。
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