华为网络基础 | TCP校验和算法实例抓包验证

2018年8月18日 8条评论

华为网络基础 | TCP校验和算法实例抓包验证

前几篇已经讲解了TCP保证可靠性中的，序列号(按序到达)和确认应答机制，为了讲解TCP校验和又把IP包的校验和讲了，今天这篇博文就该讲讲TCP的校验和了，后续也通过实例抓包进行实际验证。

关于TCP头部结构及字段说明，在之前的华为网络基础 | TCP头部封装篇章已将将结果了，这儿不再过多赘述，具体的知识点请点击超链接查看学习。

这次的重点将是TCP校验和（Checksum）的原理和抓包实际验证

一、TCP校验和概述

TCP校验和（Checksum）是一个端到端的校验和，由发送端计算，然后由接收端验证。其目的是为了发现TCP首部和数据在发送端到接收端之间发生的任何改动。如果接收方检测到校验和有差错，则TCP段会被直接丢弃。

TCP校验和覆盖TCP首部和TCP数据，而IP首部中的校验和只覆盖IP的首部，不覆盖IP数据报中的任何数据。TCP校验和、IP校验和的计算方法是基本一致的，除了计算的范围不同。

TCP的校验和是必需的，而UDP的校验和是可选的。TCP和UDP计算校验和时，都要加上一个12字节的伪首部。

二、伪首部的概念

伪首部的数据都是从IP数据报头获取的。其目的是让TCP检查数据是否已经正确到达目的地，只是单纯为了做校验用的，如下图所示。

伪首部结构体如下：

struct
{
unsigned long saddr;      //源地址
unsigned long daddr;     //目的地址
char mbz;                        //强制置空
char ptcl;                         //协议类型
unsigned short tcpl;        //TCP长度
}psd_header;

伪首部共有12字节（前96Bits），包含如下信息：源IP地址、目的IP地址、保留字节(置0)、传输层协议号(TCP是6)、TCP报文长度(报头+数据)。

伪首部是为了增加TCP校验和的检错能力，如检查TCP报文是否收错了(目的IP地址)、传输层协议是否选对了(传输层协议号)等。

三、TCP校验和定义

先来看看RFC793对TCP校验和的定义：

The checksum field is the 16 bit one’s complement of the one’s complement sum of all 16-bit words in the header and text. If a segment contains an odd number of header and text octets to be checksummed, the last octet is padded on the right with zeros to form a 16-bit word for checksum purposes. The pad is not transmitted as part of the segment. While computing the checksum, the checksum field itself is replaced with zeros.

好吧，还是翻译成汉语……

1、把伪首部、TCP报头、TCP数据分为16位的字段，如果总长度为奇数个字节，则在最后增添一个位都为0的字节（切记切记！！）。把TCP报头中的校验和字段置为0（否则就陷入鸡生蛋还是蛋生鸡的问题）；

2、用反码相加法累加所有的16位字（进位也要累加）；

3、对计算结果取反，作为TCP的校验和。

四、算法

下面为C实现较为原始的checksum算法，代码中对于算法做了比较详细的注释：

unsigned short checksum(unsigned short * addr, int count)
{
long sum = 0;
/*计算所有数据的16bit对之和*/
    while( count > 1  )  {
        /*  This is the inner loop */
        sum += *(unsigned short*)addr++;
        count -= 2
    }  
/*如果数据长度为奇数，在该字节之后补一个字节(0),然后将其转换为16bit整数，加到上面计算的校验和中。*/
    if( count > 0 ) {
        char left_over[2] = {0};
        left_over[0] = *addr;
        sum += * (unsigned short*) left_over;
    }
/*将32bit数据压缩成16bit数据，即将进位加大校验和　　的低字节上，直到没有进位为止。*/
    while (sum>>16)
        sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);　　
  　/*返回校验和的反码*/
   return ~sum;
}