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)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,包括校验和字段。
(2)检查计算出的校验和的结果是否等于零。
(3)如果等于零,说明被整除,校验是和正确。否则,校验和就是错误的,协议栈要抛弃这个数据包。
其中,二进制反码求和的计算方法:
首先,我们计算如图B-1所示的部分和。我们把每一列相加,如果有进位,就加到下一列。注意以下几点:
1------------------------第16列的进位
1 1------------------------第15列的进位
| 1
| 1 0
| | 1 1
| | | 1 0
| | | | 1 0
| | | | | 1 1
| | | | | | | 1 0
| | | | | | | | 1 0
| | | | | | | | | 1 1
| | | | | | | | | | 1 1
| | | | | | | | | | 1 0 0-----------第3列的进位
| | | | | | | | | | | 1 0 0-----------第2列的进位
| | | | | | | | | | | | | 1 1---------第1列的进位
| | | | | | | | | | | | | | |
1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0
0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1
1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1
0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0
0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1
0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0
__________________________________
1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 部分和
图B-1 二进制记法的部分和
1,当我们加第1列(最右边一列)的时候,我们得到7。在二进制中,数7是111。我们保留最右边的1,把其余的位进到第2列和第3列。
2,当我们加第2列时,我们计入从第1列来的进位。结果是8,它是二进制的1000。我们保留第一个位(最右边的),把其余100进位给第3列、第4列和第5列。
3,对每一列重复以上过程。
4,当我们加完最后一列时,我们有两个1没有列可以进行相加。这两个1在下一个步骤中应与部分和(Partial sum)相加。
B.1.2和
如果最后一列没有进位,那么部分和就是和。但是,如果还有额外的列(在本例中,有一个具有两行的列),那么就要把它加到部分和中,以便得出和。下图给出了这样的计算,现在我们得出了和。
1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 部分和
1
1
____________________________________
1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 和
0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 校验和
图B-2 二进制记法的和与校验和
B.1.2校验和
在计算出和以后,我们把每一个位求反码,得出检验和。图B-2也给出了检验和。二进制计算方法其实可以转换为十进制计算,原理相同。
算法的实现:
首先,查看了Linux 2.6内核中的校验算法,使用汇编语言编写的,显然效率要高些。代码如下:
unsigned short ip_fast_csum(unsigned char * iph,
unsigned int ihl)
{
unsigned int sum;
__asm__ __volatile__(
"movl (%1), %0 ;
"
"subl , %2 ;
"
"jbe 2f ;
"
"addl 4(%1), %0 ;
"
"adcl 8(%1), %0 ;
"
"adcl 12(%1), %0 ;
"
"1: adcl 16(%1), %0 ;
"
"lea 4(%1), %1 ;
"
"decl %2 ;
"
"jne 1b ;
"
"adcl , %0 ;
"
"movl %0, %2 ;
"
"shrl , %0 ;
"
"addw %w2, %w0 ;
"
"adcl , %0 ;
"
"notl %0 ;
"
"2: ;
"
: "=r" (sum), "=r" (iph), "=r" (ihl)
: "1" (iph), "2" (ihl)
: "memory");
return(sum);
}
在这个函数中,第一个参数显然就是IP数据报的首地址,所有算法几乎一样。需要注意的是第二个参数,它是直接使用IP数据报头信息中的首部长度字段,不需要进行转换,因此,速度又快了(高手就是考虑的周到)。使用方法会在下面的例子代码中给出。
第二种算法就非常普通了,是用C语言编写的。我看了许多实现网络协议栈的代码,这个算法是最常用的了,即使变化,也无非是先取反后取和之类的。考虑其原因,估计还是C语言的移植性更好吧。下面是该函数的实现:
unsigned short checksum(unsigned short *buf,int nword)
{
unsigned long sum;
for(sum=0;nword>0;nword--)
sum += *buf++;
sum = (sum>>16) + (sum&0xffff);
sum += (sum>>16);
return ~sum;
}