IP数据报首部检验和的生成与例证

刘 烨

（黄冈职业技术学院计算机科学与技术系，湖北黄冈438002）

IP数据报首部检验和的生成与例证

刘 烨

（黄冈职业技术学院计算机科学与技术系，湖北黄冈438002）

IP数据报在经过路由器进行转发时一般要进行三个方面的处理：首部检验、路由选择和数据分片。先前在讲到IP数据报的首部检验时都是一带而过，笔者通过对IP数据报首部检验机制的分析和研究，用案例剖析其原理，便于深入理解和掌握。

IP数据报；首部检验和；原理；例证

1 引言

IP数据报在经过路由器进行转发时一般要进行三个方面的处理：首部检验、路由选择和数据分片。过去我们在讲到IP数据报的首部检验时都是一带而过，笔者通过对IP数据报首部检验机制的分析和研究，用案例剖析其原理，便于深入理解和掌握。

2 IP数据报首部检验的意义

IP数据报在传输过程中并不对其数据区进行校验，这样做的原因有以下两点：

(1)lP协议是一个点对点协议，如果在传输过程中每个点都对数据进行校验操作，势必增加很大的费用，这与IP的“尽力传输”的思想不相符。

(2)将可靠性留给更高的层次去解决，这既可以保证数据的可靠性，又可以得到更大的灵活性和效率。因为IP层的上层传输层是端到端的协议，进行端到端的校验比进行点对点的校验的开销要小得多，在通信线路较好的情况下尤其如此。另外，上层协议可以根据对于数据可靠性的要求，选择是否进行校验，甚至可以考虑采用不同的校验方法，这给系统带来很大的灵活性。

那么IP协议为什么要提供对IP数据报首部的校验功能呢？一方面，IP首部属于IP层协议的内容，不可能由上层协议处理，另一方面，IP首部中的部分字段在点对点的传递过程中是不断变化的，只能在每个中间点重新形成校验数据，在相邻点之间完成校验。

点到点和端到端的校验区间如下图一。

图一 点到点和端到端的校验区间

3 IP数据报首部检验原理

IP数据报的首部通过检验和来保证其正确性。

发送方将IP数据报的首部按顺序分为多个16比特的小数据块，首部检验和字段的初始值设置为0，用1的补码算法对16比特的小数据块进行求和，最后再对结果求补码，便得到了首部检验和。

将经过计算得到的首部检验和填回到数据报的首部检验和字段，封装成帧后发给通往信宿的下一跳设备。

下一跳设备作为接收方将收到的IP数据报的首部再分为多个16比特的小数据块，用1的补码算法对16比特的小数据块进行求和，最后再对结果求补码，若得到的结果为0，就验证了数据报首部的正确性。

发送方用1的补码计算和数时，首部检验和字段被设置为O，等于没有参加计算，求补码后的检验和与原检验和各位正好相反。接收方用1的补码计算和数时，由于新的首部检验和字段已经被加入，在首部未发生变化的情况下所得的和数应该为0xffff，因此，求补码后的结果应该为0x0000。

IP数据报首部检验和的生成与校验过程如下图二。

图二 Ip数据报首部检验和的生成与校验原理

4 Ip数据报首部检验原理的案例分析

下面通过一个具体的案例来剖析IP数据报的首部检验原理。在本例中没有IP选项，所以首部长度为5，数据总长度为128字节，数据报的标识为1，未分片，TTL值为4，封装的是TCP协议数据，源地址和目的地址分别为：192.168.20.86和192.168.2l.20。

图三给出了数据报首部检验和的生成过程，计算中要注意加上进位。生成的检验和为3005。

图三 生成检验和

图四给出了接收方对同一数据报首部进行校验的过程。求补后得到的检验和值为O，表明IP数据报首部在传输过程中没有出现差错。

图四 校验过程

如果接收该数据报的设备不是信宿，它就会将TTL值减1，然后判断TTL是否超时，若未超时，则应根据路由表寻找下一跳路由器，并判断数据报是否需要分片以及是否分片。每次转发数据报时，其TTL值都会发生变化，如果出现分片，数据报总长度、标志和片偏移等字段也会发生变化，因此，对新形成的数据报需要重新计算首部检验和。然后向下一跳转发。

[1]谢希仁.计算机网络(第4版)[M].北京：电子工业出版社,2006：165-168.

[2]史创明,王立新.计算机网络原理与实践[M].北京：清华大学出版社,2006：165-168.

[3]姚永翘.网络基础与Internet应用[M].北京：清华大学出版社,2006：104-108.

A

1672－1047（2010）06－0015-02

10.3969/j.issn.1672－1047.2010.06.04

2010-10-04

刘 烨，男，副教授。E-mail：liuye@hgpu.edu.cn.

［责任审校：金为民］