本文主要是介绍话说校验和（checksum），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
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话说校验和（checksum）
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拿贝马凡2011-01-05 10:51:16©著作权
文章标签 职场 tcp/ip 休闲 文章分类 tcp/ip协议 阅读数 40512
| 好久没有写博文了，貌似不是没有时间，而是我比较懒，懒得打字，懒得动手。 |
这几天正在学习tcp/ip,一心血来潮，来看看校验和吧，检验和在链路层有，网络层有，传输层也有（udp与tcp都有，只不过tcp的是必须的，udp是可选的字段）。
注：ipv4版本有ip header 的checksum，而ipv6取消ip header的checksum，所以他的上层传输层就必须要有checksum（ipv4中的上层udp的checksum是可选字段）
先来看看链路层的frame format吧：标准的ethernet II的frame，rfc894定义的：
| destination mac address | source mac address | type | data | fcs |
source 与destination mac address各占6个字节，type占2个字节，fcs就是frame checksum seq占4个字节
在这里说下：最小的data部分为46个字节
The minimum length of the data field of a packet sent over an
Ethernet is 46 octets.
不管是router还是各个操作系统，如果data不足会不让你发送的，router我记得是36个字节，不足的他添加垫片
。抓个包看看吧：
- C:\>ping -l 1 192.168.1.1
- Pinging 192.168.1.1 with 1 bytes of data:
- Reply from 192.168.1.1: bytes=1 time<1ms TTL=255
- Reply from 192.168.1.1: bytes=1 time=12ms TTL=255
- Reply from 192.168.1.1: bytes=1 time=10ms TTL=255
- Reply from 192.168.1.1: bytes=1 time=10ms TTL=255
看到了吧，这么算下，一个packet最少为64个字节，减去frame header 14个字节（source与destination各6个字节，type字段2个字节）与fcs 4个字节，为64-18=46个字节。
上图中增加17个字节的垫片，加上ip header length为20个字节，icmp为8个字节，1个字节的数据部分
20+8+1+17=46个字节。（插一句话：一个switch的检测收到的frame一般就是检测前64个字节后转发）
另外链路层如何知道一个frame是ip，arp，rarp是根据type字段来的。然后在做相应的处理，比如说type为0806.就知道这个是个arp frame，交给arp好了，如果是这个0800，往上层网络层交就可以了。至于他怎么处理，那就不管我的事情，你网络层去解决吧。
看完链路层，在看看网络层把，网络层的协议太多了，ip，ipx，appletalk做为运载工具，为什么ip能做为tcp/ip协议栈的核心，所有的tcp，udp，icmp，igmp数据都由ip数据包格式来传输。
看看ip数据包格式吧
| Version | Header length | Tos | Total length | ||||
| 标识符 | df | Mf | 偏移位 | ||||
| Time to live | Protocol | Checksum | |||||
| Source address | |||||||
| Destination address | |||||||
| Option | |||||||
ip 数据报的字段为：
4个bit的version
4个bit的header length（ipv6中没有这个字段，因为ipv6固定为40个字节）因为有ipv4 数据报头部固定为20个字节，但是有option这个选项。所以用于标识ip header length）
8个bit的tos，前3位用于优先级（现在用的很少，主要用于qos）---这个字节我也不是很清楚。有那位精通，欢迎指教。
16个bit的报文总长度。
16个bit的标识符与16个bit偏移位（加有3个bit标志），主要用于报文分片。
8个bit的ttl值，本来是指经过一台设备所需要的时间，用1s就减去1s，现在是指跳数，经过一台router就减去1.
8个bit的protocol号，这个是标识协议的，是指为谁的数据进行传输，协议号6标识是tcp，17是udp，这时ip包就将数据向传输层交了，由上层的tcp与udp来处理了，如果是1，就交由icmp来处理。跟链路层的type意义差不多。
16个bit的校验和，---今天的重点。
32个bit的source ip address
32个bit的destination ip address
最大40个字节的option选项
里面记录经过的路由（只能记录9个ip 爱到底，因为最大只有40个字节，一个ip地址占4个字节，还有3个字节的指针），指针等等，抓个包看看
- C:\>ping -r 9 220.181.111.85
- Pinging 220.181.111.85 with 32 bytes of data:
- Reply from 220.181.111.85: bytes=32 time=46ms TTL=53
- Route:
- 61.190.244.97 ->
- 118.84.1.1 ->
- 202.97.66.69 ->
- 220.181.16.13 ->
- 10.65.190.164 ->
- 10.65.190.21 ->
- 220.181.111.85
看到没有最大的ip header length为60个字节。
来说校验和，校验和应该叫16进制反码求和，就是将所有的字节加起来，再由ffff来减得到的值。
我这来计算ip header 的checksum，其他的校验和计算方式一样的
看header checksum为0X495c
整个ip header去除49 5c，为45 00+00 1d+6d 5e+80 01+c0 a8+01 d4+c0 a8+01 01=2B6A1（至于为什么00 00不加不解释）
2B6A1=B6A1+2=b6a3
ffff-b6a3=495c
看结果出来了吧，校验和是个很粗糙的计算方式（与md5相比），如果你source 与destination调换一下，结果相同，在链路层计算正确后到达网络层，经过ip头部校验可能还会出错，到达tcp或者udp也还可能出错，只是方便了网络设备的计算。当然你从source发往destination与destination发往source校验和肯定不会相同，应该里面的ttl与标识符会有差别。
在说下分片
分片的大小看接口的mtu值，而ethernet II的frame格式，data部分为1500个字节（这个data字段包括高层的信息与data）
咱来ping个大点的数据报，看操作系统是怎么处理的，ip header那些字段会有变动
- C:\>ping -l 6000 192.168.1.1
- Pinging 192.168.1.1 with 6000 bytes of data:
- Reply from 192.168.1.1: bytes=6000 time=3ms TTL=64
- Reply from 192.168.1.1: bytes=6000 time=3ms TTL=64
- Reply from 192.168.1.1: bytes=6000 time=2ms TTL=64
- Reply from 192.168.1.1: bytes=6000 time=2ms TTL=64
- Ping statistics for 192.168.1.1:
- Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
- Approximate round trip times in milli-seconds:
- Minimum = 2ms, Maximum = 3ms, Average = 2ms
分片的目的是数据包太大，超过了接口的mtu值，所以必须将传输的数据包分成小于接口mtu值的大小传输。
destination设备为什么知道他分片，怎么将那几个片组合成一个数据包，靠的就是ip 头部中的标识符，标志与偏移位。（这里为什么ip数据报为6008，而不是我指定的6000字节，因为增加了8个icmp的头部）
一个完整的数据报别分片，但是每片的标识位都是一样的，这样目的设备知道了这时同一个数据报的分片。
虽然抓的这个是最后一个分片，但是前面每个分片的这个字段都是一致的
另外看标志（flags）
第3个比特没有啥用途，或者是我不知道
第2个比特是标识是否分片。如果是1就是不分片，0为分片
第3个比特是标识是否有下一个分片。只有最后一个分片这位为0，其他的都为1.
这个是不允许分片的结果
- C:\>ping -f -l 1600 192.168.1.1
- Pinging 192.168.1.1 with 1600 bytes of data:
- Packet needs to be fragmented but DF set.
- Packet needs to be fragmented but DF set.
- Packet needs to be fragmented but DF set.
- Packet needs to be fragmented but DF set.
- Ping statistics for 192.168.1.1:
- Packets: Sent = 4, Received = 0, Lost = 4 (100% loss),
偏移位（Fragment offse）标识（前面）发送了多少个字节的数据，这里是5920，即前面已经发送5920个字节，这里是最后一个分片，5920+88=6008.
如果分片会有那些字段改变呢，
看上面ip header的图
第一片
| ip header | option | protocols | 上层port | data |
其他片
| ip header | data |
首先，version是不会改变，不会从v4版本变成v6版本的
header length肯定会发生变化，比较你增加了option，header length会增加，而在分片时第一片会携带这个，但是后面的每片都不携带这个选项。
tos不会发生变化
total length会发生变化，最后一个分片除非正好与其他片的一样大（这样的比较巧合）
标识符（Identification）不会发生变化，只有下一个数据报才会发生变化，一变化就不是同一数据包的了
标识（flags）会发生变化，主要是mf，让目的知道最后一片
偏移位（Fragment offse）会发生变化，知道传了多少个字节了
生存时间（time-to-live）不会发生变化，你每个片除非经过不同的路径
协议号（protocol）不会发生变化，变化就乱了，我ip为谁传输来着
校验和（checksum）会发生变化，option选项都不加了，肯定有
source ip address：不会发生变化，参考协议字段
destination·ip address：不会发生变化，参考协议字段
在看看udp的格式
| Source port | Destination port |
| Length | checksum |
2个字节的source port
2个字节的destination port
2个字节的长度，这里包括了整个udp头部与数据部分
2个字节的checksum（可选字段）
所以说udp的最小为8个字节
这篇关于话说校验和（checksum）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
