前言：本文灵感来自于上课的时候老师提出的问题。正是由于老师刨根问底地追问，才让我写下了这篇文章。
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什么是首部校验和？
首部校验和计算的过程
0.步骤
1. IP数据报格式
2. 例子
3.如何处理数据段不是单位的整数倍的情况
4.处理进位的情况
代码实现
ed1
ed2
代码解释
1. if(size) cksum += *(UCHAR*)buffer;
2. cksum = (cksum>>16) + (cksum&0xffff);
扩展
CRC
WireShark
什么是首部校验和？
首部校验和是在网络通信中常用的一种校验方法，用于验证数据包在传输过程中是否出现了错误或损坏。通常应用于网络层协议（如IP协议）的首部中。
首部校验和计算的过程
我先摘录一段话：
IP首部的检验和不采用复杂的CRC检验码而采用下面的简单计算方法：
在发送方，先把IP数据报首部划分为许多16位字的序列，并把检验和字段置零。用反码算术运算把所有16位字相加后，将得到的和的反码写入检验和字段。
接收方收到数据报后，将首部的所有16位字再使用反码算术运算相加一次。将得到的和取反码，即得出接收方检验和的计算结果。
若首部未发生任何变化，则此结果必为0，于是就保留这个数据报。否则即认为出差错。
看懂了吗？是不是很迷糊？
我来解释一下。
0.步骤
首部校验和的计算过程包括以下几个步骤：
- 将校验和字段的值初始化为0，作为校验和的累加器。
- 将首部中的每一段数据按照一定的单位（通常是16位）进行分组。
- 依次将这些数据段的值累加到校验和累加器中。
- 如果累加和的结果超过了该数据段所能表示的最大值，需要进行进位操作。
- 对累加和的最终结果进行取反，得到校验和的值。
还是很迷糊对不对？让我再来拆解一下。
1. IP数据报格式
首先，我们要了解IP数据报的格式。
如图，IP数据报以上部分组成，而计算首部校验和则需要用到以下12个字段。
没错，就是固定部分的所有内容（20字节）。
它包含：
- 版本（Version）
- 首部长度（Header Length）
- 区分服务（Differentiated Service Field）
- 总长度（Total Length）
- 标识 （Identification）
- 标志 （Flags）
- 片偏移（Fragment Offset）
- 生存时间 （Time to Live）
- 协议（Protocol）
- 首部检验和（Header CheckSum）
- 源地址（Source Address）
- 目的地址 （Destination Address）
知道了这些东西，我们才能计算首部校验和。
2. 例子
用WireShark进行抓包，得到以下数据：
通过抓包工具/IP数据报的结构可知：
（1）版本 = 4
（2）首部长度 = 5
（3）区分服务 =0（0x00）
（4）总长度 = 60（0x003c）
（5）标识 = 0973 （0x03cd）
（6）标志 = 0
（7）片偏移 = 0
（8）生存时间 = 64（0x40）
（9）协议 = 1
（10）首部检验和 = 0xf38a
（11）源地址 = 192.168.1.24（c0 a8 01 18）
（12）目的地址 = 192.168.1.1（c0 a8 01 01）
我在此把二进制和十六进制都写了，计算的时候我按照16进制来。
首部校验和=ffff-(4500+003c+03cd+0000+4001+c0a8+0118+c0a8+0101)=0xf38a
与图片上显示出都首部校验和0xf38a一致。
是不是很简单？
非也，接下来要考虑到一些情况。
3.如何处理数据段不是单位的整数倍的情况
通常情况下，首部中的数据段是按照16位或32位进行划分的，而数据接收时可能会出现数据段不是单位的整数倍的情况。为了处理这种情况，我们可以采取以下方式：
- 首先，按照单位（如16位或32位）累加所有完整的数据段。
- 接下来，对于剩余不完整的数据段，将其视为一个字节的数据。
- 将这个字节数据累加到校验和累加器中。
4.处理进位的情况
在计算校验和的过程中，有可能会出现进位的情况。如果累加和的结果超过了对应数据段所能表示的最大值，就需要进行进位操作。
处理进位的方法是：
- 将累加和右移一位，将进位的位数加到累加和中。
- 将累加和与进位的位数进行按位与操作，将进位带到低位，继续进行累加。
- 如果仍然有进位，重复以上步骤，直到没有进位为止。
代码实现
ed1
USHORT checksum(USHORT* buffer, int size)
{
unsigned long cksum = 0;
while(size>1)
{
cksum += *buffer++;/*
这里实质上就是
checkSum+=*pBuf;
*pBuf++；
*/
size -= sizeof(USHORT);
}
if(size)
{
cksum += *(UCHAR*)buffer;
}
/*对于接下来两行，可以写个通用的程序，这样如果产生了多于两次（三次及以上）进位时也能用，但是一般来说，进位不会超过2次
while(ckSum>>16){
cksum = (cksum>>16) + (cksum&0xffff);
}
*/
cksum = (cksum>>16) + (cksum&0xffff); //这段代码是进行16位校验和的溢出处理
cksum += (cksum>>16);
return (USHORT)(~cksum);
}ed2
上面代码的改版，思路来源于我的老师提出的问题：如果把指针的类型从USHORT改为UCHAR该怎么办？
USHORT checksum(UCHAR* buffer, int size)
{
unsigned long cksum = 0;
while(size > 1)
{
cksum += *(USHORT*)buffer;
buffer += sizeof(USHORT);
size -= sizeof(USHORT);
}
if(size)
{
cksum += *(UCHAR*)buffer;
}
while (cksum >> 16)
{
cksum = (cksum & 0xffff) + (cksum >> 16);
}
return (USHORT)(~cksum);
}代码解释
1. if(size) cksum += *(UCHAR*)buffer;
这段代码的作用是处理IP首部大小不是2的整数倍时的剩余字节的情况。
if(size)表示如果剩余的字节数不为0（即size不为0），则执行相应的代码。
*(UCHAR*)buffer表示将指针buffer指向的地址强制转换为UCHAR类型的指针，也就是将指针buffer指向的地址视为一个字节的数据。
checkSum += *(UCHAR*)buffer表示将这个强制转换后的UCHAR类型的字节数据加到校验和checkSum中。
为什么不是*(UCHAR*)checkSum呢？因为checkSum此时是用来累加校验和的变量，并不代表具体的数据地址。实际上，checkSum存储的是累加后的校验和结果。
而这段代码的目的是处理IP首部中剩余的不足2个字节的情况，因此需要将buffer指向的具体地址（代表剩余的字节）当作一个字节的数据加入校验和中。
总结起来，代码*(UCHAR*)buffer的作用是将buffer指向的地址视为一个字节的数据，并将其加入到校验和checkSum中以进行处理。
为什么要强制类型转换？因为不做类型转换会加到不该加的东西，会多加一个字节的内容。
2. cksum = (cksum>>16) + (cksum&0xffff);
checkSum是一个无符号长整型，有可能会存在大于16位的计算，要进行高位溢出的处理。这时，要将checkSum右移16位，把高16位与低16位分开计算，并将结果相加。其中， >>表示右移操作，表示将checkSum向右移动16位。
(checkSum&0xffff)是为了保留checkSum的低16位，&运算符是位运算符，并且是按位与，（&&是逻辑与），将checkSum中的低16位与0xffff进行按位与操作，即得到checkSum的低16位。
一旦完成高16位与低16位的相加，如果还有进位，需要将进位的位数再加到checkSum中，以确保校验和的正确性。在这里可以用while循环来写。（如代码）
因此，这段代码的作用是为了保证IP首部校验和的正确性，处理了16位校验和的溢出，使用了位运算符>>和&，即右移和按位与。
扩展
CRC
CRC（Cyclic Redundancy Check）循环冗余校验，是一种数据传输检错技术。它通过在数据帧中添加校验位来检测数据传输过程中出现的差错。CRC校验算法是一种基于二进制多项式除法的校验方法，它可以检测出多种数据传输错误，如单比特差错、双比特差错、突发错误等。在计算机网络、通信、存储等领域中广泛应用。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-754180.html
WireShark
WireShark是一款流行的网络封包分析工具，可以截取各种网络数据包，并显示数据包详细信息。它可以用于网络故障排查、网络安全分析、网络协议开发等方面。WireShark提供了丰富的过滤器功能，可以根据协议、端口、主机名、数据包内容等多种条件进行过滤，方便用户快速定位需要分析的数据包。同时，WireShark还提供了多种统计和图形化分析工具，可以帮助用户更好地理解网络数据流量和协议行为。如果你需要进行网络数据包分析，WireShark是一个非常好的选择。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-754180.html
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