TCP/IP checksum 简析

  Checksum原理

Checksum广泛应用于TCP/IP协议族，用于校验IP、TCP、UDP数据，其原理比较简单，其计算校验和的步骤如下： 
1)在数据发送端，首先将检验和字段本身清零，将被检验的相邻字节成对配成16bit的整数，将所有的配对相加，同时将进位加到校验和的低字节上，我们将得到的校验和定义为a，最后再将校验和取反记为-a，将-a放到校验和字段发送到网络中。 
2)如果在数据传输过程中，没有比特位改变，则在目的地计算的校验和应该为等于a+(－a)即，二进制反码－0(全1)，而它的二进制反码为0(全0)。所以在目的地，一个没有损坏分组计算出来的校验和总是0。

Checksum 特性

校验和计算原理虽然十分的简单，但其中包含了不少数学特性在里面，下面简单介绍一下:

1. 校验和对于被校验的数据长度没有限制，即数据长度为奇数或偶数都不会影响校验的结果。
2. 校验和的计算结果不依赖于硬件平台的大小端特性，即对于同一组数据大端平台和小端平台计算的结果一样。

举个例子，例如下面一组数据为待校验的分组：

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内存地址 0x00 0x01 0x02 0x03 0x04 
数据 0xF1 0xF2 0xF3 0xF4 0xF5

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小端平台的校验和计算： 
计算所有数据的和： 
0xF2F1 + 0xF4F3 + 0x00F5 = 0x01E8D9 
将进位加到低字节： 
0xE8D9 + 0x01 = E8DA 
取反:0x1725 
校验和在内存中的位置: 
内存地址 0x05 0x06 
校验和 0x25 0x17

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大端平台的校验和计算： 
计算所有数据的和： 
0xF1F2 + 0xF3F4 + 0xF500 =0x02DAE6 
将进位加到低字节： 
0xDAE6 + 0x02 = 0xDAE8 
取反：0x2517

校验和在内存中的位置: 
内存地址 0x05 0x06 
校验和 0x25 0x17

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可见不同平台下计算得到的校验和在内存中表示都是一样的，即结果都是一样的。

Checksum 实现

下面为C实现较为原始的checksum算法，代码中对于算法做了比较详细的注释：

unsigned short checksum(unsigned short * addr, int count){long sum = 0;/*计算所有数据的16bit对之和*/    while( count > 1  )  {        /*  This is the inner loop */        sum += *(unsigned short*)addr++;        count -= 2    }   /* 如果数据长度为奇数，在该字节之后补一个字节(0),   然后将其转换为16bit整数，加到上面计算的校验和　　中。 */    if( count > 0 ) {         char left_over[2] = {0};        left_over[0] = *addr;        sum += * (unsigned short*) left_over;    }   /*  将32bit数据压缩成16bit数据，即将进位加大校验和　　的低字节上，直到没有进位为止。 */    while (sum>>16)        sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);　　  　/*返回校验和的反码*/   return ~sum;}