【Linux4.1.12源码分析】IP层csum计算

从收包和发包来看IP层的csum是如何计算的，是如何进行校验的。csum值为2个字节长度。

发包流程如下所示，在__ip_local_out_sk函数中调用ip_send_check函数进行csum计算。

ip_local_out->ip_local_out_sk->__ip_local_out->__ip_local_out_sk

ip_send_check函数

/* Generate a checksum for an outgoing IP datagram. */
void ip_send_check(struct iphdr *iph)
{
	iph->check = 0;        //设置check为0
	iph->check = ip_fast_csum((unsigned char *)iph, iph->ihl);     //把计算csum的值保存到check字段
}

ip_fast_csum函数 (ip_fast_csum的实现版本较多，选择其中一个利于理解的进行分析)

/* *	This is a version of ip_compute_csum() optimized for IP headers, *	which always checksum on 4 octet boundaries. */__sum16 ip_fast_csum(const void *iph, unsigned int ihl){	return (__force __sum16)~do_csum(iph, ihl*4);}

do_csum函数

static unsigned int do_csum(const unsigned char *buff, int len)
{
	int odd;
	unsigned int result = 0;

	if (len <= 0)
		goto out;
	odd = 1 & (unsigned long) buff;
	if (odd) {				//如果地址未按照2对其，则需要按2对齐以提升性能
#ifdef __LITTLE_ENDIAN
		result += (*buff << 8);
#else
		result = *buff;
#endif
		len--;
		buff++;
	}
	if (len >= 2) {
		if (2 & (unsigned long) buff) {			//除4余2场景，先累加该16位的值，剩下4字节的整数倍了
			result += *(unsigned short *) buff;
			len -= 2;
			buff += 2;
		}
		if (len >= 4) {
			const unsigned char *end = buff + ((unsigned)len & ~3);	//计算出按照4字节的结尾
			unsigned int carry = 0;
			do {
				unsigned int w = *(unsigned int *) buff;
				buff += 4;
				result += carry;	//值加进位
				result += w;		//值累加
				carry = (w > result);	//w值超过累加值，则进位为1，为什么用大于来判断
			} while (buff < end);
			result += carry;
			result = (result & 0xffff) + (result >> 16);	//32位转化为16位，此时可能有进位
		}
		if (len & 2) {
			result += *(unsigned short *) buff;	//剩余2字节的值，再累加
			buff += 2;
		}
	}
	if (len & 1)		//如果还有1字节，继续累加
#ifdef __LITTLE_ENDIAN
		result += *buff;	
#else
		result += (*buff << 8);
#endif
	result = from32to16(result);	//转化为16位值
	if (odd)
		result = ((result >> 8) & 0xff) | ((result & 0xff) << 8);	//16位两个字节值互换
out:
	return result;
}

do_csum函数就是把ip头的数据按照16字节累加起来，累加值取反后设置到IP头的check字段。

收包阶段csum的判断方法如下：

	if (unlikely(ip_fast_csum((u8 *)iph, iph->ihl)))	//ip头csum校验
		goto csum_error;

如果ip_fast_csum值不为零，则校验失败。

根据do_sum函数定义，该函数需要满足如下两个条件（XY为16位数值）：

do_sum(X + Y) == do_sum(X) + do_sum(Y)； -----> do_sum(M + Y) = do_sum(M) + do_sum(Y) M为16位整数倍的数值

do_sum(do_sum(X)) == do_sum(X)；

那么来计算下收包阶段的判断：

设X为IP头数据（不包括check），Y为check值；

ip_fast_csum（X + Y）= ~do_sum(X + Y)

= ~(do_sum(X) + do_sum(Y))

= ~(do_sum(X) + do_sum(~do_sum(X)))

= ~(do_sum(X) + do_sum(~do_sum(X))

= ~(do_sum(X) + ~do_sum(X) )

= ~(FFFF) = 0

即数据内容不变的情况下，可以保证ip_fast_csum的值为0，但是不能保证数据改变的情况下该值不为0（低概率事件）；

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