CN1494279A - 一种快速计算ip报文头校验和的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种快速计算IP报文头校验和的方法，属数据通信技术领域。本方法首先计算IP报文头的原校验和，对接收到的IP报文进行转发，若转发过程中只对报文的生存时间进行了减1操作，则对该报文设置可快速计算校验和标志，否则相应的标志位置空；最后对可快速计算校验和标志的报文计算校验和。本发明方法，在计算效率上有了显著的提高，既可以在软件转发的系统中使用，同时也可以在硬件转发系统中使用。

Description

一种快速计算IP报文头校验和的方法
技术领域
本发明涉及一种快速计算IP报文头校验和的方法，属于数据通信技术领域。
背景技术
IP报文头中携带了校验和字段，用来保证IP报文穿过网络时的可靠性。转发设备在收到一个IP报文时，首先计算报文的校验和是否正确，并将校验和不正确的报文丢弃，在确定转发路径并对IP报文头进行必要的修改之后，转发设备将重新计算校验和。IP报文头校验和的计算时间与IP报文头的长度呈线性关系，对于最简单的IP报文头(IP报文头长为20字节)，需要进行至少10次内存访问操作和加法运算。这个开销在软件转发的情况下对报文转发率的影响显得尤其重要。事实上，转发设备在绝大多数情况下只对IP报文头中的生存时间(Time To Live，以下简称TTL，IP报文头的第8个字节，当IP报文通过转发设备时，TTL域需要减1)进行了减1操作，而对报文头的其它域没有进行任何修改。
目前常用的IP报文头校验和计算方法就是将IP报文头看成一段连续的空间，然后按照从前到后的顺序，以两个字节为单位进行切分，得到一个短整数的序列，将这些数加起来，在考虑了进位的影响并进行取反操作之后，最后得到的短整数就是IP报文头的校验和。IP报文头的结构如图1所示。
以长度为20字节的IP报文头为例，校验和的计算过程如下：
首先，计算10个短整数的和：短整数和S＝∑(Wi)；
然后，分别拆分出高16位和低16位：短整数和的高16位＝短整数和/65536；短整数和的低16位＝短整数和mod 65536；
计算高16位和低16位的和，并将其存在临时变量T中：
临时变量T＝短整数和的高16位+短整数和的低16位；
如果T大于65535，则减掉65535：
将临时变量T按16位取反，得到最终的校验和：校验和C＝65535-临时变量T。
因为IP报文头中的第一个字节携带了IP的版本号，而IP的版本号为4(对目前普遍使用的IPV4而言)，因此正确的IP报文头的第一个短整数W0永远大于0，短整数和的高16位+短整数和的低16位＞0，临时变量T肯定不为0，所以，校验和C的取值范围为：0～65534
现有的技术方案是校验和计算的一个通用算法，它并没有考虑转发设备在绝大多数情况下只对IP报文头中的TTL进行减1操作，也不修改IP报文头其他域，而只是对IP报文头重新进行了一次校验和的计算，没有利用IP报文头中已经计算出的上次校验和的结果。从这个通用算法的基本流程不难看出，当IP报文头长度为2N个字节时，至少需要进行N次内存访问操作和加法运算。由于IP报文头的最小长度为20，所以N大于等于10，其运算量将是非常大的。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中计算校验和效率较低的缺点，提出一种快速计算IP报文头校验和的方法，以简化IP校验和的计算。
本发明提出的快速计算IP报文头校验和的方法，包括以下各步骤：
1、按照从前到后的顺序，对IP报文头以两个字节为单位进行切分，得到一个短整数的序列，原校验和为所有短整数之和；
2、对接收到的IP报文进行转发，若转发过程中只对报文的生存时间进行了减1操作，则对该报文设置可快速计算校验和标志，否则相应的标志位置空；
3、对上述设置了可快速计算校验和标志的报文，计算校验和。
上述方法中，计算校验和的公式为：
对于字节序为低字节在前，高字节在后的系统，若第一步中的原校验和＜65534，则新校验和＝原校验和+1，否则新校验和＝原校验和-65534。
对于字节序为高字节在前，低字节在后的系统，若原校验和＜65279，则新校验和＝原校验和+256，否则新校验和＝原校验和-65279。
上述方法中，对报文设置可快速计算校验和标志的方法，是在报文附属的转发控制块中设置标志位。
本发明提出的快速计算IP报文头校验和的方法，只需要进行一次内存访问和加法计算，相对于原有的通用计算方法在计算效率上有了显著的提高。考虑到转发设备在绝大多数情况下只对IP报文头中的TTL进行减1操作，因此这种优化方法具有实用性。从使用场合来看，本方法既可以在软件转发的系统中使用，也可以在硬件转发系统中使用。
附图说明
图1是IP报文头的结构示意图。
图2是TTL在IP头中的位置示意图。
具体实施方式
本发明提出的快速计算IP报文头校验和的方法，首先按照从前到后的顺序，对IP报文头以两个字节为单位进行切分，得到一个短整数的序列，W0，W1，……，Wn，原校验和为W0+W1+……+Wn；对接收到的IP报文进行转发，若转发过程中只对报文的生存时间进行了减1操作，则对该报文设置可快速计算校验和标志，否则相应的标志位置空；对上述设置了可快速计算校验和标志的报文，计算校验和。
计算校验和的公式为：
对于字节序为低字节在前，高字节在后的系统，若第一步中的原校验和＜65534，则新校验和＝原校验和+1，否则新校验和＝原校验和-65534。
对于字节序为高字节在前，低字节在后的系统，若原校验和＜65279，则新校验和＝原校验和+256，否则新校验和＝原校验和-65279。
上述对报文设置可快速计算校验和标志的方法，是在报文附属的转发控制块中设置标志位。
IP报文头中，TTL域的位置是固定的，如图2所示，位于IP报文头的第8个字节，恰好是校验和计算中的第五个短整数W4。从IP报文头校验和通用算法中，不难发现TTL域对校验和的贡献是固定的，与IP报文头的其他域无关，这样，仅当TTL的值发生变化时，可以很容易地根据TTL变化的情况及原校验和，计算出新的校验和。
下面是本发明提出的校验和计算公式的推导过程：
对于设置了可快速计算校验和标志的报文，只有TTL(W4)发生了变化，其他短整数的值不变，所以：
原短整数和Sold＝∑(Wi)
新短整数和Snew＝∑(Wi′)，当i＝4时，Wi不等于Wi′，对i的其他值，Wi＝Wi′
令转发处理前后TTL的差值sub＝W4-W4′，即0＜sub≤65535
则原短整数和Sold＝新短整数和Snew+TTL的差值sub。
若原校验和Cold+TTL的差值sub＜65535，则新校验和Cnew＝原校验和Cold+TTL的差值sub；
否则新校验和Cnew＝原校验和Cold+TTL的差值sub-65535；
系统存在两种不同的字节序：低字节在前、高字节在后和低字节在前、高字节在后，不同的字节序决定了TTL域在第五个短整数中是高位还是低位。
对于低字节在前，高字节在后的系统，TTL域处于第五个短整数中的低字节，当TTL减1时，第五个短整数的值也减1，即TTL的差值sub＝1，代入上面推导出的公式，优化后的校验和计算公式为：
若原校验和Cold＜65534，则新校验和Cnew＝原校验和Cold+1，
否则新校验和Cnew＝原校验和Cold-65534；
对于高字节在前，低字节在后系统，TTL域处于第五个短整数中的高字节，当TTL减1时，第五个短整数的值减少了256，即TTL的差值sub＝1，代入上面推导出的公式，优化后的校验和计算公式为：
若原校验和Cold＜65279，则新校验和Cnew＝原校验和Cold+256；
否则新校验和Cnew＝原校验和Cold-65279。

Claims (3)

1、一种快速计算IP报文头校验和的方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：
(1)按照从前到后的顺序，对IP报文头以两个字节为单位进行切分，得到一个短整数的序列，原校验和为所有短整数之和；
(2)对接收到的IP报文进行转发，若转发过程中只对报文的生存时间进行了减1操作，则对该报文设置可快速计算校验和标志，否则相应的标志位置空；
(3)对上述设置了可快速计算校验和标志的报文，计算校验和。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于第三步中，计算校验和的公式为：
对于字节序为低字节在前，高字节在后的系统，若第一步中的原校验和＜65534，则新校验和＝原校验和+1，否则新校验和＝原校验和-65534；
对于字节序为高字节在前，低字节在后的系统，若原校验和＜65279，则新校验和＝原校验和+256，否则新校验和＝原校验和-65279。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于第二步中，对报文设置可快速计算校验和标志的方法，是在报文附属的转发控制块中设置标志位。
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