TCP/IP校验和

1. IP 头

https://www.cnblogs.com/xiehy/p/3166953.html

IP数据包也叫IP报文分组，传输在ISO网络7层结构中的网络层，它由IP报文头和IP报文用户数据组成，IP报文头的长度一般在20到60个字节之间，而一个IP分组的最大长度则不能超过65535个字节。 
下图为IP分组的报文头格式，报文头的前20个字节是固定的，后面的可变。

 

版本：占4位（bit）	指IP协议的版本号。目前的主要版本为IPV4，即第4版本号，也有一些教育网和科研机构在使用IPV6。在进行通信时，通信双方的IP协议版本号必须一致，否则无法直接通信。
首部长度：占4位（bit）	指IP报文头的长度。最大的长度（即4个bit都为1时）为15个长度单位，每个长度单位为4字节（TCP/IP标准，DoubleWord），所以IP协议报文头的最大长度为60个字节，最短为上图所示的20个字节。
服务类型：占8位（bit）	用来获得更好的服务。其中的前3位表示报文的优先级，后面的几位分别表示要求更低时延、更高的吞吐量、更高的可靠性、更低的路由代价等。对应位为1即有相应要求，为0则不要求。
总长度：16位（bit）	指报文的总长度(包括报文头)。注意这里的单位为字节，而不是4字节，所以一个IP报文的的最大长度为65535个字节。
标志（flag）	该字段用于标记该报文是否为分片（有一些可能不需要分片，或不希望分片），后面是否还有分片（是否是最后一个分片）。
片偏移	指当前分片在原数据报（分片前的数据报）中相对于用户数据字段的偏移量，即在原数据报中的相对位置。
生存时间：TTL（Time to Live）	该字段表明当前报文还能生存多久。每经过1ms或者一个网关，TTL的值自动减1，当生存时间为0时，报文将被认为目的主机不可到达而丢弃。使用过Ping命令的用户应该有印象，在windows中输入ping命令，在返回的结果中即有TTL的数值。
协议	该字段指出在上层（网络7层结构或TCP/IP的传输层）使用的协议，可能的协议有UDP、TCP、ICMP、IGMP、IGP等。
首部校验和	用于检验IP报文头部在传播的过程中是否出错，主要校验报文头中是否有某一个或几个bit被污染或修改了。
源IP地址：32位（bit）	4个字节，每一个字节为0～255之间的整数，及我们日常见到的IP地址格式。
目的IP地址：32位（bit）	4个字节，每一个字节为0～255之间的整数，及我们日常见到的IP地址格式。

/*IP头定义，共20个字节*/
typedef struct _IP_HEADER
{
 char m_cVersionAndHeaderLen;     　　//版本信息(前4位)，头长度(后4位)
 char m_cTypeOfService;      　　　　　 // 服务类型8位
 short m_sTotalLenOfPacket;    　　　　//数据包长度
 short m_sPacketID;      　　　　　　　 //数据包标识
 short m_sSliceinfo;      　　　　　　　  //分片使用
 char m_cTTL;        　　　　　　　　　　//存活时间
 char m_cTypeOfProtocol;    　　　　　 //协议类型
 short m_sCheckSum;      　　　　　　 //校验和
 unsigned int m_uiSourIp;     　　　　　//源ip
 unsigned int m_uiDestIp;     　　　　　//目的ip
} __attribute__((packed))IP_HEADER, *PIP_HEADER ;

2. IP校验和

https://www.cnblogs.com/yd1227/archive/2011/06/30/2094309.html

当发送IP包时，需要计算IP报头的校验和：

1、  把校验和字段置为0；

2、  对IP头部中的每16bit进行二进制求和；

3、  如果和的高16bit不为0，则将和的高16bit和低16bit反复相加，直到和的高16bit为0，从而获得一个16bit的值；

4、  将该16bit的值取反，存入校验和字段。

3. TCP head

https://www.cnblogs.com/li-hao/archive/2011/12/07/2279912.html

 

源端口:  长度为16位，2个字节。

目的端口:  长度为16位，2个字节。

　　　　IP实现了点到点的数据通信，而TCP实现的是端到端的通信。

　　　　通信端用一个IP与端口号来唯一标识。（其实端口号就是用来标识同一主机中的不同进程。）

　　　　IP协议负责将数据传输到目标主机，而TCP可以根据数据报中的端口号，将数据交给相应的程序进行处理。

序列号： 长度32位，4个字节。

确认序列号：长度32位，4个字节。

头部长度：该字段占用4位，用来表示报文首部的长度，单位是4Byte。如：headLen = ((packet[12]>>4)&0x0F)*4;

预留6位：长度为6位，作为保留字段，暂时没有什么用处。

URG：长1位，表示紧急指针字段有效；

ACK：长1位，置位表示确认号字段有效；

PSH：长1位，表示当前报文需要请求推（push）操作；

RST：长1位，置位表示复位TCP连接；

SYN：长1位，用于建立TCP连接时同步序号；

FIN：长1位，用于释放TCP连接时标识发送方比特流结束；

窗口大小：长度为16位，2个字节。

校验和：长度为16位，2个字节。

紧急指针：长度为16位，2个字节。

以上是TCP包头必须要有的字段，也称固有字段，长度为20个字节。

可选项：此项是可选项(可有可无)，解包时得具体分析(是TCP包头的一部分)。

/*TCP头定义，共20个字节*/
typedef struct _TCP_HEADER
{
 short m_sSourPort;        　　　　　　// 源端口号16bit
 short m_sDestPort;       　　　　　　 // 目的端口号16bit
 unsigned int m_uiSequNum;       　　// 序列号32bit
 unsigned int m_uiAcknowledgeNum;  // 确认号32bit
 short m_sHeaderLenAndFlag;      　　// 前4位：TCP头长度；中6位：保留；后6位：标志位
 short m_sWindowSize;       　　　　　// 窗口大小16bit
 short m_sCheckSum;        　　　　　 // 检验和16bit
 short m_surgentPointer;      　　　　 // 紧急数据偏移量16bit
}__attribute__((packed))TCP_HEADER, *PTCP_HEADER;

/*TCP头中的选项定义

kind(8bit)+Length(8bit，整个选项的长度，包含前两部分)+内容(如果有的话)

KIND = 1表示 无操作NOP，无后面的部分

  2表示 maximum segment   后面的LENGTH就是maximum segment选项的长度（以byte为单位，1+1+内容部分长度）

  3表示 windows scale     后面的LENGTH就是 windows scale选项的长度（以byte为单位，1+1+内容部分长度）

  4表示 SACK permitted    LENGTH为2，没有内容部分

  5表示这是一个SACK包     LENGTH为2，没有内容部分

  8表示时间戳，LENGTH为10，含8个字节的时间戳
*/

typedef struct _TCP_OPTIONS
{
 char m_ckind;
 char m_cLength;
 char m_cContext[32];
}__attribute__((packed))TCP_OPTIONS, *PTCP_OPTIONS;

4. TCP校验和

TCP头前加一个伪首部，其它步骤和IP类似。

 

        unsigned short CheckSum(unsigned short *_pBuff, int _Size)

        {

            unsigned int ckSum = 0;

            unsigned short *tmpBuff = _pBuff;

            int tmpSize = _Size;

            while (tmpSize > 1)

            {

                ckSum += *tmpBuff ++;

                tmpSize -= sizeof(unsigned short);

            }

            if (tmpSize > 0)

            {

                ckSum += *(unsigned char*)tmpBuff;

            }

            ckSum = (ckSum >> 16) + (ckSum & 0xFFFF); //将高16bit与低16bit相加

            ckSum += (ckSum >> 16); //将进位到高位的16bit与低16bit 再相加

            return (unsigned short)(~ckSum);

        }

5. 检验和更新

https://blog.csdn.net/qq_43395215/article/details/103414009

如果在报文的转发路径中遇到需要修改ip、tcp中部分报文字段，那么校验和需要重新计算。

当修改只是一小部分时，可以用下列方法更新校验和。

IP头校验和、TCP/UDP校验和更新

unsigned short updateCheckSum(unsigned short wOldCheckSum, unsigned short wOld, unsigned short wNew) {

    unsigned int dwCheckSum = wOldCheckSum + wOld + (~wNew & 0xFFFF);

    dwCheckSum = (dwCheckSum >> 16) + (dwCheckSum & 0xFFFF);

    dwCheckSum +=  (dwCheckSum >> 16);

    return  (unsigned short)dwCheckSum;

}

unsigned short updateCheckSum32(unsigned short wOldCheckSum, unsigned int dwOld, unsigned int dwNew) {

    return UpdateCheckSum(UpdateCheckSum(wOldCheckSum, (unsigned short) (dwOld >> 16), (unsigned short) (dwNew >> 16)), (unsigned short) dwOld, (unsigned short) dwNew);

}