IP數(shù)據(jù)報(bào)首部檢驗(yàn)和的生成與例證

劉 燁

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，湖北黃岡438002）

IP數(shù)據(jù)報(bào)首部檢驗(yàn)和的生成與例證

劉 燁

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，湖北黃岡438002）

IP數(shù)據(jù)報(bào)在經(jīng)過(guò)路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)一般要進(jìn)行三個(gè)方面的處理：首部檢驗(yàn)、路由選擇和數(shù)據(jù)分片。先前在講到IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部檢驗(yàn)時(shí)都是一帶而過(guò)，筆者通過(guò)對(duì)IP數(shù)據(jù)報(bào)首部檢驗(yàn)機(jī)制的分析和研究，用案例剖析其原理，便于深入理解和掌握。

IP數(shù)據(jù)報(bào)；首部檢驗(yàn)和；原理；例證

1 引言

IP數(shù)據(jù)報(bào)在經(jīng)過(guò)路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)一般要進(jìn)行三個(gè)方面的處理：首部檢驗(yàn)、路由選擇和數(shù)據(jù)分片。過(guò)去我們?cè)谥v到IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部檢驗(yàn)時(shí)都是一帶而過(guò)，筆者通過(guò)對(duì)IP數(shù)據(jù)報(bào)首部檢驗(yàn)機(jī)制的分析和研究，用案例剖析其原理，便于深入理解和掌握。

2 IP數(shù)據(jù)報(bào)首部檢驗(yàn)的意義

IP數(shù)據(jù)報(bào)在傳輸過(guò)程中并不對(duì)其數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行校驗(yàn)，這樣做的原因有以下兩點(diǎn)：

(1)lP協(xié)議是一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議，如果在傳輸過(guò)程中每個(gè)點(diǎn)都對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)操作，勢(shì)必增加很大的費(fèi)用，這與IP的“盡力傳輸”的思想不相符。

(2)將可靠性留給更高的層次去解決，這既可以保證數(shù)據(jù)的可靠性，又可以得到更大的靈活性和效率。因?yàn)镮P層的上層傳輸層是端到端的協(xié)議，進(jìn)行端到端的校驗(yàn)比進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的校驗(yàn)的開(kāi)銷要小得多，在通信線路較好的情況下尤其如此。另外，上層協(xié)議可以根據(jù)對(duì)于數(shù)據(jù)可靠性的要求，選擇是否進(jìn)行校驗(yàn)，甚至可以考慮采用不同的校驗(yàn)方法，這給系統(tǒng)帶來(lái)很大的靈活性。

那么IP協(xié)議為什么要提供對(duì)IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的校驗(yàn)功能呢？一方面，IP首部屬于IP層協(xié)議的內(nèi)容，不可能由上層協(xié)議處理，另一方面，IP首部中的部分字段在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳遞過(guò)程中是不斷變化的，只能在每個(gè)中間點(diǎn)重新形成校驗(yàn)數(shù)據(jù)，在相鄰點(diǎn)之間完成校驗(yàn)。

點(diǎn)到點(diǎn)和端到端的校驗(yàn)區(qū)間如下圖一。

圖一 點(diǎn)到點(diǎn)和端到端的校驗(yàn)區(qū)間

3 IP數(shù)據(jù)報(bào)首部檢驗(yàn)原理

IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部通過(guò)檢驗(yàn)和來(lái)保證其正確性。

發(fā)送方將IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部按順序分為多個(gè)16比特的小數(shù)據(jù)塊，首部檢驗(yàn)和字段的初始值設(shè)置為0，用1的補(bǔ)碼算法對(duì)16比特的小數(shù)據(jù)塊進(jìn)行求和，最后再對(duì)結(jié)果求補(bǔ)碼，便得到了首部檢驗(yàn)和。

將經(jīng)過(guò)計(jì)算得到的首部檢驗(yàn)和填回到數(shù)據(jù)報(bào)的首部檢驗(yàn)和字段，封裝成幀后發(fā)給通往信宿的下一跳設(shè)備。

下一跳設(shè)備作為接收方將收到的IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部再分為多個(gè)16比特的小數(shù)據(jù)塊，用1的補(bǔ)碼算法對(duì)16比特的小數(shù)據(jù)塊進(jìn)行求和，最后再對(duì)結(jié)果求補(bǔ)碼，若得到的結(jié)果為0，就驗(yàn)證了數(shù)據(jù)報(bào)首部的正確性。

發(fā)送方用1的補(bǔ)碼計(jì)算和數(shù)時(shí)，首部檢驗(yàn)和字段被設(shè)置為O，等于沒(méi)有參加計(jì)算，求補(bǔ)碼后的檢驗(yàn)和與原檢驗(yàn)和各位正好相反。接收方用1的補(bǔ)碼計(jì)算和數(shù)時(shí)，由于新的首部檢驗(yàn)和字段已經(jīng)被加入，在首部未發(fā)生變化的情況下所得的和數(shù)應(yīng)該為0xffff，因此，求補(bǔ)碼后的結(jié)果應(yīng)該為0x0000。

IP數(shù)據(jù)報(bào)首部檢驗(yàn)和的生成與校驗(yàn)過(guò)程如下圖二。

圖二 Ip數(shù)據(jù)報(bào)首部檢驗(yàn)和的生成與校驗(yàn)原理

4 Ip數(shù)據(jù)報(bào)首部檢驗(yàn)原理的案例分析

下面通過(guò)一個(gè)具體的案例來(lái)剖析IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部檢驗(yàn)原理。在本例中沒(méi)有IP選項(xiàng)，所以首部長(zhǎng)度為5，數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度為128字節(jié)，數(shù)據(jù)報(bào)的標(biāo)識(shí)為1，未分片，TTL值為4，封裝的是TCP協(xié)議數(shù)據(jù)，源地址和目的地址分別為：192.168.20.86和192.168.2l.20。

圖三給出了數(shù)據(jù)報(bào)首部檢驗(yàn)和的生成過(guò)程，計(jì)算中要注意加上進(jìn)位。生成的檢驗(yàn)和為3005。

圖三 生成檢驗(yàn)和

圖四給出了接收方對(duì)同一數(shù)據(jù)報(bào)首部進(jìn)行校驗(yàn)的過(guò)程。求補(bǔ)后得到的檢驗(yàn)和值為O，表明IP數(shù)據(jù)報(bào)首部在傳輸過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)差錯(cuò)。

圖四 校驗(yàn)過(guò)程

如果接收該數(shù)據(jù)報(bào)的設(shè)備不是信宿，它就會(huì)將TTL值減1，然后判斷TTL是否超時(shí)，若未超時(shí)，則應(yīng)根據(jù)路由表尋找下一跳路由器，并判斷數(shù)據(jù)報(bào)是否需要分片以及是否分片。每次轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，其TTL值都會(huì)發(fā)生變化，如果出現(xiàn)分片，數(shù)據(jù)報(bào)總長(zhǎng)度、標(biāo)志和片偏移等字段也會(huì)發(fā)生變化，因此，對(duì)新形成的數(shù)據(jù)報(bào)需要重新計(jì)算首部檢驗(yàn)和。然后向下一跳轉(zhuǎn)發(fā)。

[1]謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(第4版)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2006：165-168.

[2]史創(chuàng)明,王立新.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理與實(shí)踐[M].北京：清華大學(xué)出版社,2006：165-168.

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A

1672－1047（2010）06－0015-02

10.3969/j.issn.1672－1047.2010.06.04

2010-10-04

劉 燁，男，副教授。E-mail：liuye@hgpu.edu.cn.

［責(zé)任審校：金為民］