【Linux 网络】IP校验和计算相关

校验和只是为防止报文在信道传输出现误码导致报文错误，并不保证报文被他人恶意篡改。

转发报文相关的校验和包括3层校验和4层校验，2中的校验和的计算公式的入参不同：3层校验仅仅校验3层头；4层校验需要校验伪头部+4层头+4层负载。

所有校验和的计算方法是统一的，即所有2字节数据相加，结果的进位再次与2字节数据相加，对最终结果取反。还有一种是4字节相加，然后再2字节折叠，进位再与2字节相加，最终取反。

根据以上计算方式有推论：

csum(ip头)+csum(ip负载)=csum(ip头+ip负载)

一、IP校验和

unsigned short ip_fast_csum(unsigned char *iph, unsigned int ihl);

iph：ip头指针

ihl：ip头长度，4字节长度的数目。

采用4字节进位累加，最终再2字节折叠进位累加。

该函数发包计算和收包校验都可以。发包计算虚将ip->check字段清0；收包校验不用将check清0，直接对整个ip头计算结果如果为0则认为校验成功（因为校验和字段存的是反码，如果将校验和结果也纳入校验和计算公式，相当于正码+反码=0）。

二、TCP、UDP校验和计算

伪头部=saddr + daddr + len(tcp头+tcp负载) + protocol(L4)

L4校验和=csum(伪头部+tcp头+tcp负载)，计算之前需将头里校验和字段清0.

增加伪头部的校验进一步增加校验内容，为保证L3和L4的一致（防君子不防小人）

csum_tcpudp_magic()的sum参数就是tcp头+tcp负载的校验和

如：

三、其他校验和函数

1、csum_partial()

从buff开始的len长度的内存计算校验和，并且对sum增量计算。简单说将len对4补齐计算32bit校验和，但没有取反。

2、csum_fold()

将32bit数字折叠成16bit校验和，并取反。以4字节计算校验和方式的接口最终都会调用该接口获取最终结果。

一般校验和计算都是统一对数据进行++操作后如skb_csum()、csum_partial()函数等等，最终调用csum_fold()函数对结算结果进程折叠并取反，得出最终的校验和结果。

四、skb中校验和相关字段

ip_summed表明L3和L4的计算结果，区分接收和发送。

1、接收过程
skb->csum可能包含L4一部分校验和；
skb->ip_summed字段代表：设备驱动告诉L4, 软件当前校验和的状态，各取值含义如下：
(1) CHECKSUM_NONE：
skb->csum中的校验和无效，可能是硬件没有提供校验和，可能是硬件不支持，也可能是硬件校验出错但是并未丢弃数据包，此时将ip_summed设为CHECKSUM_NONE，让L4软件重新校验；

(2) CHECKSUM_COMPLETE：
硬件已经校验了L4报头和其payload部分，并且校验和保存在了skb->csum中，L4软件只需要再计算伪报头然后检查校验结果即可。硬件计算稍复杂的伪头部比较好性能，因为伪头部需要提取ip头的信息。
(3) CHECKSUM_UNNECESSARY：
硬件已经进行了完整的校验，无需软件再进行检查，L4收到数据包后如果检查ip_summed是这种情况，就可以跳过校验过程；

2、发送过程
skb->ip_summed字段包含了L4软件告诉设备驱动程序当前校验和的状态，各取值含义如下：
(1) CHECKSUM_NONE：L4软件已经进行了校验，硬件无需做任何事情；
(2) CHECKSUM_PARTIAL：L4软件计算了伪报头，并且将值保存在了tcp/udp首部的check字段中，硬件需要计算其余部分的校验和。硬件适合做简单的++操作，伪头部稍复杂交给cpu。

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