西安电子科技大学
        计算机网络大作业
   
        题目：IP 校验和算法
         
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一、IP头结构
IPv4首部一般是20字节长。在以太网帧中，IPv4包首部紧跟着以太网帧首部，同时以太网帧首部中的协议类型值设置为080016 。 IPv4提供不同，大部分是很少用的选项，使得IPv4包首部最长可扩展到60字节(总是4个字节4个字节的扩展)。
0        4        8      12      16    19      24              31
版本
首部
服务类型
长度
类型
标志
段偏移量
TTL
协议
校验和
源地址
目的地址
选项
二、发送方和接收方IP包介绍
IP/ICMP/IGMP/TCP/UDP等协议的校验和算法都是相同的。
在发送数据时，为了计算数IP数据报的校验和。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）当接收IP包时，需要对报头进行确认，检查IP头是否有误，算法同上2、3步，然后判断取反的结果是否为0，是则正确，否则有错。
1、发送方
  i)将校验和字段置为0,然后将IP包头按16比特分成多个单元，如包头长度不是16比特的倍数，则用0比特填充到16比特的倍数；
  ii)对各个单元采用反码加法运算(即高位溢出位会加到低位,通常的补码运算是直接丢掉溢出的高位),将得到的和的反码填入校验和字段；
　iii)发送数据包。
2、接收方
i)将IP包头按16比特分成多个单元，如包头长度不是16比特的倍数，则用0比特填充到16比特的倍数；
ii)对各个单元采用反码加法运算，检查得到的和是否符合是全1(有的实现可能对得到的和会取反码，然后判断最终值是不是全0)；
iii)如果是全1则进行下步处理,否则意味着包已变化从而丢弃之。需要强调的是反码和是采用高位溢出加到低位的，如3比特的反码和运算：100b+101b=010b(因为100b+101b=1001b,高位溢出1，其应该加到低位，即001b+1b(高位溢出位)=010b)。
三、实际程序举例
IP只校验首部，UDP校验首部+包文体的内容。 
ip包的校验和 
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。
◆当接收IP包时，需要对报头进行确认，检查IP头是否有误，算法同上2、3步，然后判断取反的结果是否为0，是则正确，否则有错。
算法：
SHORT checksum(USHORT* buffer, int size)
{
unsigned long cksum = 0;
sizeof是什么
 
while(size>1)
{
    cksum += *buffer++;
    size -= sizeof(USHORT);
}
if(size)
{
    cksum += *(UCHAR*)buffer;
}
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 (USHORT)(~cksum);
}
 
实例：
IP头： 
              45 00    00 31
              89 F5    00 00
              6E 06    00 00（校验字段）
              DE B7    45 5D        ->    222.183.69.93
              C0 A8    00 DC      ->    192.168.0.220
计算：   
    4500 + 0031 +89F5 + 0000 + 6e06+ 0000 + DEB7 + 455D + C0A8 + 00DC =3 22C4
    0003 + 22C4 = 22C7
      ~22C7 = DD38      ->即为应填充的校验和
当接受到IP数据包时，要检查IP头是否正确，则对IP头进行检验，方法同上：
计算：
    4500 + 0031 +89F5 + 0000 + 6E06+ DD38 + DEB7 + 455D + C0A8 + 00DC =3 FFFC
    0003 + FFFC = FFFF
      ~FFFF = 00000      ->正确
TCP首部检验和与IP首部校验和的计算方法相同，在程序中使用同一个函数来计算。
需要注意的是，由于TCP首部中不包含源地址与目标地址等信息，为了保证TCP校验的有效性，在进行TCP校验和的计算时，需要增加一个TCP伪首部的校验和，定义如下：
struct
{
unsigned long saddr; //源地址
unsigned long daddr; //目的地址
char mbz;//置空
char ptcl; //协议类型
unsigned short tcpl; //TCP长度
}psd_header;
然后我们将这两个字段复制到同一个缓冲区SendBuf中并计算TCP校验和：
memcpy(SendBuf,&psd_header,sizeof(psd_header));
memcpy(SendBuf+sizeof(psd_header),&tcp_header,sizeof(tcp_header));
tcp_header.th_sum=checksum((USHORT *)SendBuf,sizeof(psd_header)+sizeof(tcp_header));
运行结果如下：
因此完成额IP首部数据校验的程序验证部分。

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