Network | UDP checksum

1. 校验和

ICMP，IP,UDP,TCP报头部分都有checksum（检验和）字段。IP 首部里的校验和只校验首部；ICMP、IGMP、TCP和UDP首部中的校验和校验首部和数据。

UDP和TCP的校验和不仅要对整个IP协议负载(包括UDP/TCP协议头和UDP/TCP协议负载)进行计算，还要先对一个伪协议头进行计算：先要填充伪首部各个字段，然后再将UDP/TCP报头及之后的数据附加到伪首部的后面，再对伪首部使用校验和计算，所得到的值才是UDP/TCP报头部分的校验和。

伪首部结构如下：

0        7 8      15 16     23 24     31
+--------+--------+--------+--------+
|           source address               |
+--------+--------+--------+--------+
|        destination address            |
+--------+--------+--------+--------+
| zero    | proto  |   udp/tcp len    |
+--------+--------+--------+--------+

 

2. 校验和的计算方法

以IP首部中的校验和为例。

1）首先把校验和字段清零；

2）然后对每 16 位（2 字节）进行二进制反码求和；

反码求和时，最高位的进位要进到最低位，也就是循环进位。先取反后相加与先相加后取反，得到的结果是一样的！

所以校验的代码如下：

 1 unsigned short checksum(unsigned short* head, int bytes) {

 2     unsigned long sum = 0;

 3     while (bytes >= 0) {

 4         sum += *head++;

 5         bytes -= sizeof(unsigned short);

 6     }

 7     if (bytes) {

 8         sum += *head;

 9     }

10     while (sum >> 16) { // 高16位不为0,最多循环两次

11         sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff); //高16位是进位，进位是加到最低位的。

12     }

13     return ~((unsigned short)sum);

14 }

【一个负二进制数的反码形式为在原数基础上按位取反，即对应正数的补。对两个反码表示形式的数字做加法，首先需要进行常规的二进制加法，但还需要在和的基础上加上进位。Internet协议IPv4，ICMP，UDP以及TCP都使用同样的16位反码检验和算法。虽然大多数计算机缺少“循环进位”硬件，但是这种额外的复杂性是可以接受的，因为“对于所有位（bit）位置上的错误都是同样敏感的”。 在UDP中，全0表示省略了可选的检验和特性。另外一种表示：FFFF，指示了0的检验和。（在IPv4中，TCP和ICMP都强制性地规定了检验和，而在IPv6中可以省略）。 注意负数的反码只需按位求数值的补就可以得到，符号不需要变动。】 

3. 校验原理
同样以IP首部中的校验和为例。接收方进行校验时，也是对每16位（2字节）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的反码。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0。

实例：

IP头：

1 45 00 00 31

2 89 F5 00 00

3 6E 06 00 00（校验字段）

4 DE B7 45 5D -> 222.183.69.93

5 C0 A8 00 DC -> 192.168.0.220

计算：

1 4500 + 0031 +89F5 + 0000 + 6e06+ 0000 + DEB7 + 455D + C0A8 + 00DC =3 22C4

2 0003 + 22C4 = 22C7

3 ~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：

1 4500 + 0031 +89F5 + 0000 + 6E06+ DD38 + DEB7 + 455D + C0A8 + 00DC =3 FFFC

2 0003 + FFFC = FFFF

3 ~FFFF = 00000 ->正确

说明：
由于IP报文在网络中传输时TTL是在变化的（每经过一个路由器减一），因此在路由器中要对 IP 首部重新校验。这也解释了为什么IP首部里的校验和只校验首部而不校验数据，因为如果数据也校验，那将给路由器增加巨大的负担。因此对数据校验的任务交给上层协议（TCP或UDP）。