0004-如何计算IP报头的checksum

如何计算IP报头的checksum
written by whowin
如果你研究过TCP/IP协议，那么你肯定知道IP报头中的checksum字段，或许你还曾经为如何计算这个字段的值所困扰，本⽂我们将讨论checksum的概念，并详细介绍IP报头中的checksum是如何计算的。

1. checksum是什么？
简单地说，checksum就是从数据包中计算出来的⼀个值，⽤于检查数据包完整性；通过检查checksum来判断收到的数据是否有错误；
数据在⽹络上传输时，由于各种原因数据包有可能损坏，所以在接收端必须要有⼀种⽅法来判断数据是否已经损坏，为此，在报头中加⼊checksum字段；
在发送端要按照规定的算法计算checksum并将其设置为报头中的⼀个字段中；在接收端，要使⽤同样的算法重新计算checksum，并与收到的报头中的checksum进⾏交叉校验，以确定数据包是否正常。

2. IP报头中的checksum
IP报头的checksum仅⽤于验证IP报头是否正确，所以仅需在IP报头上计算即可，与IP报头后⾯数据⽆关，因为IP报头后⾯的数据(⽐如UDP、TCP、ICMP等)通常都有⾃⼰的checksum；
计算IP报头的checksum当然要了解IP协议的基本报头结构，下⾯是IP报头的基本格式：
图1：IP报头的基本格式
更好地理解IP报头各字段的含义，可以参考我的另⼀篇⽂章《Linux下如何在数据链路层接收原始数据包》或者参考IP Protocol Header Fundamentals Explained with Diagrams;
仅就算法⽽⾔，IP报头的checksum定义为：IP报头中所有16-bit字的反码之和；也就是说把IP报头按照16-bit 字分割，然后把它们逐⼀相加，要求相加的结果仍为16-bit字，如果出现溢出(结果超出16-bit字)，则丢弃溢出并把结果加1，全部16-bit字相加完成的结果再求反码，其结果就是checksum；
上⾯的计算⽅法是在报⽂的发送端完成的；在接收端⾸先要将IP报头中的checksum字段清0，然后⽤与发送端相同的⽅法计算，得到的值与收到的IP报头中的checksum字段⽐较，如果⼀样，则表⽰IP报头完好，否则认为IP报头已经损坏；
实际在发送端的做法是：将IP报头按照16-bit字分割，然后把它们逐⼀相加(包括收到的checksum字段)，其结果如果为全1(0XFFFF)，则表⽰IP报头完好，否则认为IP报头已经损坏。

3. IP报头checksum实例
对于IP报头的checksum，我们现在已经有了⾜够的理论知识，下⾯我们⽤⼀个实例实际做⼀下计算；
假定下⾯使我们收到的IP报头(按16进制)
4500 003c 1c46 4000 4006 b1e6 ac10 0a63 ac10 0a0c
我们先来看看这些数字与IP报头中各个字段的对应关系(请参考图1)
'45'对应报头中的前两个字段，'4'对应Version字段，'5'对应Header Length字段，因为Header Length
的单位是4字节，所以报头的实际⻓度是5x4=20字节；
'00'对应报头中的Service Type字段，这个字段通常不使⽤，'00'表⽰普通正常服务；
'003c'对应报头中的Total Length字段，这个字段的含义是IP报⽂的总⻓度，所以这个IP数据报的⻓度为60字节；
'1c46'对应报头中的Identification字段，这个字段是IP报⽂的⼀个唯⼀标识符；
'4000'需要分成两部分，bit0-2对应报头中的Flags，bit3-15对应Fragment Offset字段；
‘4006’可分为‘40’和‘06’两个字节，第⼀个字节‘40’对应TTL字段，字节‘06’对应IP报头中的Protocol字
段，‘06’表⽰协议是TCP；
‘be16’对应报头中的checksum字段，这个值是在发送端设置的checksum；如前所述，在接收端计算
checksum时，该字段将设置为零；
'ac10 0a63'对应IP报头中的Source IP Address，也就是源IP地址，相当于IP地址：172.16.10.99
'ac10 0a0c'对应IP报头中的Destination IP Address，也就是⽬的IP地址，相当于IP地址：172.16.10.12现在我们已经搞清楚了这些数字与IP报头各个字段的对应关系，我们先把这些16进制的数字转换成⼆进制
4500 -> 0100 0101 0000 0000
003c -> 0000 0000 0011 1100
1c46 -> 0001 1100 0100 0110
4000 -> 0100 0000 0000 0000
4006 -> 0100 0000 0000 0110
0000 -> 0000 0000 0000 0000 // clear checksum field
ac10 -> 1010 1100 0001 0000
0a63 -> 0000 1010 0110 0011
ac10 -> 1010 1100 0001 0000
0a0c -> 0000 1010 0000 1100
我们把这些⼆进制数注意相加
4500 -> 0100 0101 0000 0000
003c -> 0000 0000 0011 1100
453C -> 0100 0101 0011 1100 // First result
453C -> 0100 0101 0011 1100 // First result plus next 16-bit word.
1c46 -> 0001 1100 0100 0110
6182 -> 0110 0001 1000 0010 // Second result.。