计算UDP报文CRC校验的总结

概述

因公司项目需求，遇到需要发送带UDP/IP头数据包的功能，经过多次尝试顺利完成，博文记录以备忘。

环境信息

操作系统

ARM64平台的中标麒麟Kylin V10

工具

tcpdump、wireshark、vscode

原理

请查看大佬的博文

UDP伪包头定义（图片来源于参考链接）

调试过程

对着大佬的博文说明，用上白嫖党专业技能C++【Copy++】，欠缺的结构体和头文件运用专业技能补全。

//头文件
#include 
#include 
#include 

//结构体
struct ipovly {
	caddr_t	ih_next, ih_prev;	/* for protocol sequence q's */
	u_char	ih_x1;			/* (unused) */
	u_char	ih_pr;			        //协议域
	short	ih_len;			        //这个相当于IP头部，len = data Len + udp HeaderLen + ip header
	struct	in_addr ih_src;		//源地址
	struct	in_addr ih_dst;		//目标地址
};

补全后的代码，经过测试，发现死活不对，后面通过打印结构体大小，发现了端倪，罪魁祸首就是 caddr_t 这个数据类型，IP报文头只有20个字节，但是这个结构体直接32个字节，将UDP的数据都覆盖了部分。这就导致生成的CRC总是不对。

经过层层头文件穿透，caddr_t 定义如下

//sys/types.h
......省略部分

typedef char *__caddr_t;

......省略部分

#ifdef	__USE_MISC
# ifndef __daddr_t_defined
typedef __daddr_t daddr_t;
typedef __caddr_t caddr_t;
#  define __daddr_t_defined
# endif
#endif

发现char * 数据类型在64位操作系统下是占用8个字节;在32位操作系统下是占用4个字节，故而导致数据被覆盖。因为struct ipovly这个结构不是同一个博文定义的，不排除是复制有差异。

后面将结构体调整如下

struct ipovly {
	unsigned int ih_next, ih_prev;	/* for protocol sequence q's */
	u_char	ih_x1;			/* (unused) */
	u_char	ih_pr;			        //协议域
	short	ih_len;			        //这个相当于IP头部，len = data Len + udp HeaderLen + ip header
	struct	in_addr ih_src;		//源地址
	struct	in_addr ih_dst;		//目标地址
};

因为ih_next、ih_prev这两个字段并没有使用，所以只要保证每个字段大小是4个字节，并且值为0即可。

经过一番测试，对比成功。

完整代码

为了方便项目使用，做了部分调整，请自行针对性修改

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#ifndef IPHL
#define IPHL sizeof(struct ip)
#endif

#ifndef UDPHL
#define UDPHL sizeof(struct udphdr)
#endif

struct ipovly
{
  unsigned int ih_next, ih_prev; /* for protocol sequence q's */
  u_char ih_x1;                  /* (unused) */
  u_char ih_pr;                  // 协议域
  short ih_len;                  // 这个相当于IP头部，len = data Len + udp HeaderLen + ip header
  struct in_addr ih_src, ih_dst; /* source and dest address */
};

unsigned short my_cksum(unsigned short *addr, int len)
{
  register int sum = 0;
  register unsigned short *w = addr;
  register int nleft = len;
  int c = 0;
  while (nleft > 1)
  {
    sum += *w++;
    nleft -= 2;
  }
  if (nleft == 1)
  {
    unsigned char a = 0;
    memcpy(&a, w, 1);
    sum += a;
  }
  sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);
  sum += (sum >> 16);
  return ~sum;
}

short udpipgen(
    unsigned char *frame,
    const char *saddr,
    const char *daddr,
    unsigned short sport,
    unsigned short dport,
    unsigned short msglen)
{
  struct ip *ip = (struct ip *)(frame);
  struct udphdr *udp = (struct udphdr *)(frame + IPHL);
  struct ipovly *io = (struct ipovly *)frame; /*Only for UDP crc*/
  struct in_addr s_addr, d_addr;
  memset(&s_addr, 0, sizeof(struct in_addr));
  memset(&d_addr, 0, sizeof(struct in_addr));
  inet_aton(saddr, &s_addr);
  inet_aton(daddr, &d_addr);

  if (ip == NULL || udp == NULL || io == NULL || saddr == NULL || daddr == NULL ||
      s_addr.s_addr == 0 || d_addr.s_addr == 0)
  {
    return 0;
  }

  io->ih_next = io->ih_prev = 0;
  io->ih_dst.s_addr = d_addr.s_addr;
  io->ih_src.s_addr = s_addr.s_addr;
  io->ih_x1 = 0;
  io->ih_pr = IPPROTO_UDP;
  io->ih_len = htons(UDPHL + msglen);
  udp->uh_sport = htons(sport);
  udp->uh_dport = htons(dport);
  udp->uh_ulen = io->ih_len;
  udp->uh_sum = my_cksum((unsigned short *)ip, UDPHL + IPHL + msglen);
  memset(io, 0x00, sizeof(struct ipovly));
  ip->ip_v = IPVERSION;
  ip->ip_hl = IPHL >> 2;
  ip->ip_tos = 0;
  ip->ip_len = htons(UDPHL + IPHL + msglen);
  ip->ip_id = htons(0x78D6); //反向验证的时候，注意该字段是否和Wireshark的数据包一致
  ip->ip_off = 0; //反向验证的时候，注意该字段是否和Wireshark的数据包一致
  ip->ip_ttl = 1; //反向验证的时候，注意该字段是否和Wireshark的数据包一致
  ip->ip_p = IPPROTO_UDP;
  ip->ip_src.s_addr = s_addr.s_addr;
  ip->ip_dst.s_addr = d_addr.s_addr;
  ip->ip_sum = my_cksum((unsigned short *)ip, IPHL);
  return 1;
}

/**
* 正向使用程序（通过数据生成对应的IP/UDP包数据）样例
* int main(...)
* {
*    //需要发送的内层数据
* 	char data[100] = {...};
* 	//包含IP头、UDP头、内层数据的数组（以下称帧缓冲区）
* 	char frame[20+8+sizeof(data)] = {0};
* 	memset(frame,0,sizeof(frame));
* 	//内层数据复制到帧缓冲区，因为UDP计算CRC的时候，需要带上数据。IP包头计算CRC只需要包头数据
* 	memcpy(frame+28,data,sizeof(data)); //28 = IP包头20个字节 + UDP包头8个字节
* 	//udpipgen函数会自动填充对应的结构体字段
* 	short ret = udpipgen(frame, "192.168.10.1", "192.168.10.119", 10254, 10252, sizeof(data));
* 	if (ret == 1) { //TODO 生成成功的后续操作 }
* }
*
*/

/**
* 因为是反向验证程序（从Wireshark捕捉的UDP数据验证CRC），所以该程度的具体功能如下
* 1. 读取一包Wireshark/tcpdump捕捉到的UDP数据包
* 2. 根据IP/UDP解释对应的数据包
* 3. 然后清除对应结构的CRC校验字段
* 4. 调用udpipgen函数，生成CRC
* 5. 控制台打印然后比对原来的CRC和新生成CRC，是否一致
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
  FILE *fp;
  //注意这个缓冲区大小，如果解释大于1024字节的数据会出问题，请自行修改
  unsigned char buff[1024] = {0};

  if (argc < 2)
  {
    printf("Usage: %s package\n", argv[0]);
    exit(0);
  }
	
	//argv[1]: 表示Wireshark抓的数据包，只解释一包，批量请自行修改
  fp = fopen(argv[1], "rb");
  if (fp == NULL)
  {
    perror("open file failure!!!");
    exit(-1);
  }
  else
  {
    // fseek(fp,18,SEEK_SET);
    size_t nbytes = fread(buff, 1, 1024, fp);
    if (nbytes < 0)
    {
      perror("read file error!!");
      fclose(fp);
      fp = NULL;
      exit(-1);
    }
    else
    {
      unsigned char dup[nbytes] = {0};
      //复制数据帧
      memcpy(dup, buff, nbytes);

      struct ip *ip = (struct ip *)(buff);
      struct udphdr *udp = (struct udphdr *)(buff + IPHL);
      unsigned short ip_sum = ip->ip_sum;
      unsigned short udp_sum = udp->uh_sum;
      printf("ip sum: %x, udp sum: %x\n", ip_sum, udp_sum);

      struct ip *ip2 = (struct ip *)(dup);
      struct udphdr *udp2 = (struct udphdr *)(dup + IPHL);
      printf("ip2 sum: %x, udp2 sum: %x\n", ip2->ip_sum, udp2->uh_sum);
      //重置复制帧的CRC字段
      ip2->ip_sum = 0;
      udp2->uh_sum = 0;

      char saddr[256] = {0};
      char daddr[256] = {0};
      inet_ntop(AF_INET, (void *)&ip->ip_src.s_addr, saddr, 256);
      printf("ip_src.s_addr : %s ,%d ", saddr, ntohs(udp->uh_sport));
      memset(daddr, 0, 256);
      inet_ntop(AF_INET, (void *)&ip->ip_dst.s_addr, daddr, 256);
      printf("ip_dst.s_addr : %s ,%d\n", daddr, ntohs(udp->uh_dport));
      // udp->len = UDP Header长度(8个字节) + 数据长度，因为Wireshark捕捉的数据包都是网络字节序的，所以需要转换一下
      printf("data length : %d\n", ntohs(udp->len) - 8);
      memset((void *)ip2, 0, sizeof(struct ip));
      // 调用函数，计算IP结构、UDP结构的CRC字段
      udpipgen(dup, saddr, daddr, ntohs(udp->uh_sport), ntohs(udp->uh_dport), ntohs(udp->uh_ulen) - 8);
      printf("Calc ip sum: %x, udp sum: %x\n", ip2->ip_sum, udp2->uh_sum);

      fclose(fp);
      fp = NULL;
    }
  }
}

验证方法

将生成的数据通过UDP发送出去，利用Wireshark/tcpdump抓包，然后通过Wireshark打开
右键呼出菜单，设置自动校验，通过Wireshark的自动校验来验证CRC生成是否正确

参考链接

手动组UDP/TCP包时计算 CRC 校验碰到的问题。
C语言数据类型在不同位数平台下的字节长度
TCP/IP详解V2（三）之TCP协议
UDP的伪首部是什么？