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一文读懂网络报问中的检验和（checksum）
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如何求解网络报文中的checksum？
最近在学习计算机网络，在运输层和网络层部分存在各种协议TCP、UDP、IP、ICMP等等，而在这些报文中都存在一个公共的字段——检验和（checksum）。接下来，我将从什么是检验和、检验和怎么算、检验和计算示例、python代码计算检验和这几个部分详细介绍。 什么是检验和？检验和是存在于各种报文中的一个字段，它存在的目的是验证报文在网络传输过程中的完整性（有的数据可能在链路传输时发生0-1数据翻转，从而导致报文出错）。因此，在报文的发送端，会根据报文中的首部或数据来计算一个检验和（IP报文的检验和只对首部进行计算，ICMP报文对报文首部和数据都进行计算），然后一旦接收端接受到相应报文，接收端也会对报文的首部或数据进行一次检验和计算，如果接收端算出来的检验和和发送端发送的不一样，那么对不起，接收端认为报文在传输过程中出了错，于是就丢掉该报文。 算法归纳待检验部分从头开始，每16比特进行一次加法计算（如果最后有8位剩余，最后加上这8位），这样最终计算出来的和进行一次反码运算，就是检验和。 注意：如果求和过程中遇到了任何溢出，都进行回卷（即加回到最低位） example
看完上面还迷迷糊糊的？没关系，在这里，就以IP报文为例，介绍更多的细节。首先，还是先把IP报文的各个字段信息回顾一下，如下图。如果你看到这个，有些字段忘记了它的意思，就百度回忆一下吧，这里我就不多说了。 现在假设有一个IP报文的首部如下所示（都是16进制数）： 4500 003c 1c46 4000 4006 b1e6 ac10 0a63 ac10 0a0c ok，我们将这个报文的各个字段一一来匹配一下 45 —— 对应IP首部前8位，4是version字段，表示IPV4，5是首部长度字段，但注意，首部长度是以每4个字节为1个单位的，所以这里就是5*4=20个字节 （这也说明IP报文首部的option字段和padding字段没用上）00 —— 对应服务类型（TOS，type of service）字段，00表明是正常操作003C —— 对应total length字段，说明改IP报文首部加数据段一共是60字节（也就是说，数据段部分占了40字节）1C46 —— 对应报文标识符字段4000 —— 对应flags和fragment offset字段，其中flag字段占3位，分片偏移占13位40 —— 对应TTL字段（Time to live），表明该报文可以经过40跳（hops）06 —— 对应IP报文封装的上层协议代码，这里是6，表明是TCP报文b1e6 —— 这就是发送端即将求出来的检验和ac10 0a63 —— 对应IP报文的源IP地址ac10 0a0c —— 对应IP报文的目的IP地址 发送端Alright ! 终于可以开始计算了。 : ) 说明：在计算检验和字段之前，我们先把检验和的16位全部置0。 我们现在把16进制数全部转为二进制，如下： 4500 -> 0100010100000000 003c -> 0000000000111100 1c46 -> 0001110001000110 4000 -> 0100000000000000 4006 -> 0100000000000110 0000 -> 0000000000000000 // 先全部置零，最后再把算出来的结果附加上 ac10 -> 1010110000010000 0a63 -> 0000101001100011 ac10 -> 1010110000010000 0a0c -> 0000101000001100然后我们每16位进行一次加法运算： 4500 -> 0100010100000000 003c -> 0000000000111100 453C -> 0100010100111100 // 第一次计算结果 453C -> 0100010100111100 // 第一次计算结果 加 后16位 1c46 -> 0001110001000110 6182 -> 0110000110000010 // 第二次计算结果 6182 -> 0110000110000010 // 第二次计算结果 加 后16位 4000 -> 0100000000000000 A182 -> 1010000110000010 // 第三次计算结果 A182 -> 1010000110000010 // 第三次计算结果 加 后16位 4006 -> 0100000000000110 E188 -> 1110000110001000 E188 -> 1110000110001000 AC10 -> 1010110000010000 18D98 -> 11000110110011000 // 这里产生了一次溢出，根据回卷规则，把溢出位加到最后 18D98 -> 11000110110011000 8D99 -> 1000110110011001 // 进行类似16位加法。。。就不再重述了 8D99 -> 1000110110011001 0A63 -> 0000101001100011 97FC -> 1001011111111100 97FC -> 1001011111111100 AC10 -> 1010110000010000 1440C -> 10100010000001100 // 由产生了进位，继续回卷 1440C -> 10100010000001100 440D -> 0100010000001101 440D -> 0100010000001101 0A0C -> 0000101000001100 4E19 -> 0100111000011001Well，终于加完了，别急还没完！！！还要求一次反码，别忘了哈~~ 4E19 -> 0100111000011001 B1E6 ->1011000111100110 // 检验和好了，这样我们再把b1e6这个检验和放进到IP报文的checksum字段，检验的工作也就此完成。 接收端接收端就比较简单了，把所有的二进制位每16位进行一次加法，最后求一次补码（同样也要溢出回卷），如果结果全部是1，那就稳了，没出错；只要有一位是0，那就说明出现了错误。 Python实现看完以上，你肯定懂了是怎么算的，但是代码实现可能还有点困难，这里特别感谢JamesF. Kurose ——《计算机网络：自顶向下方法》的作者在书中附带的资源和代码，以下代码来自书中编程实验的ICMPping程序。 具体的代码解析我注释好了，大家可以看看。 def checksum(str): csum = 0 # 校验和 （一个32位十进制数，因为每16位相加时可能会产生进位（即溢出），这些溢出将会被回卷） # 奇偶控制，如果总长的字节数为奇数时，肯定最后一个字节要单独相加（求校验和时是每16位一加） countTo = (len(str) // 2) * 2 count = 0 while count < countTo: # ord()函数返回一个字符的ASCII码 # 取两个字节，第二个字节放在16位的高位，第一个字节放在16位的地位 thisVal = (str[count + 1] > 16) + (csum & 0xffff) # 如果还产生了溢出，再操作一次 csum = csum + (csum >> 16) # 求反码 answer = ~csum answer = answer & 0xffff # 这里进行字节序大小端转换，因为网络字节序是大端模式 answer = answer >> 8 | (answer |
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