UDP校验和计算

Question

/usr/include/netinet/udp.h 中定义的UDP头结构如下：

struct udphdr
{
  u_int16_t source;
  u_int16_t dest;
  u_int16_t len;
  u_int16_t check;
};

头部的检查字段中存储了什么值？如何验证校验和是否正确？我的意思是校验和是根据哪些数据计算出来的？（是仅仅基于UDP头部还是包括跟随其后的有效负载？）

谢谢。

- Deepak

Answer 1

UDP校验和覆盖了整个负载，以及头中的其他字段和IP头中的一些字段。为了执行计算（在这个伪头部、UDP头和负载上执行），从IP头构建伪头部。包括伪头的原因是捕获被路由到错误IP地址的数据包。

基本上，在接收端，将头和数据区的所有16位字加在一起（在16位处换行），并检查结果是否等于0xffff。

在发送端，稍微复杂一些。对所有16位值执行一次补码求和，然后取该值的补码（即，反转所有位）来填充校验和字段（有一个额外的条件，即计算出零的校验和将改变为所有位均为1）。

补码求和不仅仅是所有补码值的总和。它有点更复杂。

基本上，您有一个从零开始的运行16位累加器，并将每个16位值添加到其中。当其中一个加法导致进位时，该值被包裹并再次将其值增加1。这实际上将16位加法的进位位添加到值中。

顺便说一句，我个人认为这可能可以通过使用ADC（带进位的加法）指令有效地完成，而不是ADD（令人惊讶的是，加法）或在CPU上可用的任何等效指令。如果没有进位，ADC将只添加进位的零位。在当时进行这些操作时（是的，不幸的是，我已经老了），内存远远超过速度，现在的情况并非如此，因此在代码中节省几个字节可能会使您成为宇宙的半神皇帝。请注意，第二次（或者如果你使用前面提到的那种方法，则是下一个ADC的进位为2的情况）时，您永远不必担心进位问题，因为两个最大的16位值相加会得到（从0x1fffe截断）0xfffe - 对其加一永远不会导致另一个进位。

计算得出反码和之后，将其位反转并插入数据包，这将导致接收端的计算产生0xffff，当然前提是没有传输错误。

值得注意的是，数据负载始终进行填充，以确保存在整数个16位字。如果它被填充了，长度字段将告诉您实际长度。 RFC768是详细说明此内容的规范。

- paxdiablo

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所有头部的16位字（其中UDP校验和为零）都会被相加，然后对其进行一次补码操作（即反转所有位），得到的结果将被放入校验和字段中。不过，RFC所说的是“所有头部的16位字（其中UDP校验和为零）的一次补码操作（即反转所有位）都会被相加，然后对其进行一次补码操作，得到的结果将被放入校验和字段中”。 - Joren

这不对。"一补数和"并不意味着取每个字的一补数然后相加。它的意思是将这些字相加，当产生进位位时，将1加到运行总和中。请参见http://mathforum.org/library/drmath/view/54379.html。 - Jim Hunziker

有趣的一点关于补码校验和，这可能与为什么选择它有很大关系，就是交换要求相加的字的顺序将会交换总和的字节顺序。 - supercat

很高兴知道我不是唯一一个对“补码和校验和”这个术语感到困惑的人。无论我去哪里，这个术语都被随意地使用，但实际上它并不那么简单，是吗？ - cib

如果我理解正确，您可以使用常规的无符号二进制加法并丢弃进位来验证校验和。但是在我的大学课程脚本中，不仅用于计算校验和，还使用了补码加法来验证校验和。 - cib

Answer 2

一个易于理解的UDP校验和计算示例是由Gerd Hoffmann完成的。

您可以搜索“net-checksum.c Gerd Hoffmann”或在此处查看该文件：

https://gist.github.com/fxlv/81209bbd150abfeaceb1f85ff076c9f3

你可以使用net_checksum_tcpudp函数，将UDP负载长度、协议、源IP和目的IP以及UDP负载本身传递给它，然后它会自动处理。最后需要调用htons()函数对校验和进行转换即可。

- fxlv

Answer 3

我在网上搜索一些代码，用于计算UDP头（带有上述伪IP头）。

最后我找到了Open-BSD的dhclient packet.c文件：

https://github.com/openbsd/src/blob/master/sbin/dhclient/packet.c

请查看函数assemble_udp_ip_header()

- Guy L

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你已经链接到了DragonflyBSD，尽管该源文件是派生自OpenBSD。这是官方的OpenBSD git链接：https://github.com/openbsd/src/blob/master/sbin/dhclient/packet.c - Conrad Meyer