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二进制反码求和

 昵称4939872 2010-12-11

二进制反码求和

  0和0相加是0,0和1相加是1,1和1相加是0但要产生一个进位1,加到下一列.若最高位相加后产生进位,则最后得到的结果要加1.
  IP/ICMP/IGMP/TCP/UDP等协议的校验和算法都是相同的,算法如下:
  在发送数据时,为了计算IP数据包的校验和。应该按如下步骤:
  (1)把IP数据包的校验和字段置为0;
  (2)把首部看成以16位为单位的数字组成,依次进行二进制反码求和;
  (3)把得到的结果存入校验和字段中。
  在接收数据时,计算数据包的校验和相对简单,按如下步骤:
  (1)把首部看成以16位为单位的数字组成,依次进行二进制反码求和,包括校验和字段;
  (2)检查计算出的校验和的结果是否等于零(反码应为16个1);
  (3)如果等于零,说明被整除,校验是和正确。否则,校验和就是错误的,协议栈要抛弃这个数据包。
  所谓的二进制反码求和,即为先进行二进制求和,然后对和取反。
  计算对IP首部检验和的算法如下:
  (1)把IP数据包的校验和字段置为0;
  (2)把首部看成以16位为单位的数字组成,依次进行二进制求和(注意:求和时应将最高位的进位保存,所以加法应采用32位加法);
  (3)将上述加法过程中产生的进位(最高位的进位)加到低16位(采用32位加法时,即为将高16位与低16位相加,之后还要把该次加法最高位产生的进位加到低16位)
  (4)将上述的和取反,即得到校验和。
  其中,二进制反码求和的计算方法:
  首先,我们计算如图B-1所示的部分和。我们把每一列相加,如果有进位,就加到下一列。注意以下几点:
  1------------------------第16列的进位
  1 1------------------------第15列的进位
  | 1
  | 1 0
  | | 1 1
  | | | 1 0
  | | | | 1 0
  | | | | | 1 1
  | | | | | | | 1 0
  | | | | | | | | 1 0
  | | | | | | | | | 1 1
  | | | | | | | | | | 1 1
  | | | | | | | | | | 1 0 0-----------第3列的进位
  | | | | | | | | | | | 1 0 0-----------第2列的进位
  | | | | | | | | | | | | | 1 1---------第1列的进位
  | | | | | | | | | | | | | | |
  1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0
  0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1
  1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0
  0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0
  0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1
  0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1
  0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1
  0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1
  0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1
  0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
  0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1
  0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0
  0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1
  0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0
  __________________________________
  1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 部分和
  图B-1 二进制记法的部分和
  1,当我们加第1列(最右边一列)的时候,我们得到7。在二进制中,数7是111。我们保留最右边的1,把其余的位进到第2列和第3列。
  2,当我们加第2列时,我们计入从第1列来的进位。结果是8,它是二进制的1000。我们保留第一个位(最右边的),把其余100进位给第3列、第4列和第5列。
  3,对每一列重复以上过程。
  4,当我们加完最后一列时,我们有两个1没有列可以进行相加。这两个1在下一个步骤中应与部分和(Partial sum)相加。
  B.1.2和
  如果最后一列没有进位,那么部分和就是和。但是,如果还有额外的列(在本例中,有一个具有两行的列),那么就要把它加到部分和中,以便得出和。下图给出了这样的计算,现在我们得出了和。
  1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 部分和
  1
  1
  ____________________________________
  1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 和
  0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 校验和
  图B-2 二进制记法的和与校验和
  B.1.2校验和
  在计算出和以后,我们把每一个位求反码,得出检验和。图B-2也给出了检验和。二进制计算方法其实可以转换为十进制计算,原理相同。
  算法的实现:
  首先,查看了Linux 2.6内核中的校验算法,使用汇编语言编写的,显然效率要高些。代码如下:
  unsigned short ip_fast_csum(unsigned char * iph,
  unsigned int ihl)
  {
  unsigned int sum;
  __asm__ __volatile__(
  "movl (%1), %0 ;\n"
  "subl $4, %2 ;\n"
  "jbe 2f ;\n"
  "addl 4(%1), %0 ;\n"
  "adcl 8(%1), %0 ;\n"
  "adcl 12(%1), %0 ;\n"
  "1: adcl 16(%1), %0 ;\n"
  "lea 4(%1), %1 ;\n"
  "decl %2 ;\n"
  "jne 1b ;\n"
  "adcl $0, %0 ;\n"
  "movl %0, %2 ;\n"
  "shrl $16, %0 ;\n"
  "addw %w2, %w0 ;\n"
  "adcl $0, %0 ;\n"
  "notl %0 ;\n"
  "2: ;\n"
  /* Since the input registers which are loaded with iph and ihl
  are modified, we must also specify them as outputs, or gcc
  will assume they contain their original values. */
  : "=r" (sum), "=r" (iph), "=r" (ihl)
  : "1" (iph), "2" (ihl)
  : "memory");
  return(sum);
  }
  在这个函数中,第一个参数显然就是IP数据报的首地址,所有算法几乎一样。需要注意的是第二个参数,它是直接使用IP数据报头信息中的首部长度字段,不需要进行转换,因此,速度又快了(高手就是考虑的周到)。使用方法会在下面的例子代码中给出。
  第二种算法就非常普通了,是用C语言编写的。我看了许多实现网络协议栈的代码,这个算法是最常用的了,即使变化,也无非是先取反后取和之类的。考虑其原因,估计还是C语言的移植性更好吧。下面是该函数的实现:
  unsigned short checksum(unsigned short *buf,int nword)
  {
  unsigned long sum;
  for(sum=0;nword>0;nword--)
  sum += *buf++;
  sum = (sum>>16) + (sum&0xffff);
  sum += (sum>>16);
  return ~sum;
  }

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