Linux核心分析

核心版本：2.6.34

報文的IP校正和、ICMP校正和、TCP/UDP校正和使用相同的演算法，在RFC1071中定義，網上這方面的 資料和例子很多，就不解釋演算法流程了，而是側重於在實現的變化和技巧。

The checksum algorithm is simply to add up all the 16-bit words in one's complement and then to take the one's complement of the sum.

校正和的計算可以分為兩步：累加、取反。這個劃分很重要，它大大減少了校正和計算的消耗。校正和計 算首要要明確一點：校正和計算是很耗時的！原因並不在於演算法複雜，而是在於輸入資料的龐大，試想傳送500M檔案，則核心要 校正500M位元組的資料，並且對於每個報文，都是要進行校正和。所以協議棧的校正和實現並不是簡單明了的，使用了很多方法來 規避這種開銷。

第一：延遲校正和計算

按照協議的規定，報文到達每一層，首先驗證校正 和是否正確，丟棄掉不正確的報文，再才會進行後續操作。對於傳輸層下的協議，核心是這樣做的，因為IP只需要校正IP前序， 最多60位元組；而對於網路層上的協議，核心就不是這樣做的，ICMP/TCP/UDP都需要校正報文的內容，而這部分消耗是很大的。

以UDP為例，在報文傳遞到UDP處理時，它並不會去驗證校正和是否正確，而是直接將報文skb插入 到相應socket的接收隊列sk_receive_queue中。等到真正有程式要接收這個報文，從接收隊列中取出時，核心才去計算校正和。 考量下這種做法，由於延遲了校正和計算，因此很多錯誤的報文都被接收了，它們會佔用處理報文的流程，直到報文準備進入用 戶空間時，這時候才計算了校正和，發現錯誤並丟棄掉。這樣看似乎平白無故增加了開銷，必竟校正和的計算是一定要進行的。 但這樣做，將校正和計算延遲到了拷貝報文到使用者空間時，這兩個操作的綁定是很關鍵的。本來，校正和計算要遍曆一次報文， 而拷貝又要遍曆一次報文，這樣就是兩次遍曆操作，合并後用一次遍曆搞定，它所節約的開銷是遠遠多於額外支付的。

第二：分離校正和計算步驟

開始提到校正和的計算分為兩步：累加、取反，將這兩步分開後，會 發現校正和是可以一部分一部分計算的，最後再用每部分計算的值求和取反。這個特性在另一方面對拷貝和校正和計算同時進行 提供了支援。並且，由於報文可能是分區重組的，這樣報文內容並不是一起儲存線上性地址空間中，而是將分區掛在第一個分區 skb的frag_list上，這部分內容是儲存在非線性地址空間的。因此，拷貝會一個分區一個分區的進行，由於校正和計算的劃分， 它也可以一個分區一個分區的計算。csum_partial()和csum_fold()就是為此而生的，前者計算累加，後者計算取反。

所以一般校正和會這樣計算，skb_checksum()計算skb的累加和，並和之前已經計算出的累加和skb- >csum相加，然後csum_fold()對最後結果取反，就是得到的校正和。s

um = csum_fold(skb_checksum(skb, 0, len, skb->csum));

第三：改進校正和計算

RFC1071中校正和計算是每16bit為 單位的，但實際在累加這一步是可以調整的，核心計算是每32bit計算的，單位越大，迴圈就少，效率也自然會高。下面要說明 的是32bit累加與16bit累加結果是一致的。

假設要計算8個位元組的校正和，這8位元組按每16bit分成 4份：1,2,3,4。左邊是每16bit累加的過程，右邊是每32bit累加的過程：

會出現疑惑的地方就是累加的進位問題，左邊16bit累加進位加到sum中，右邊32bit累加進位也要加到sum中，至於2,4相 加產生的進位，和16bit累加進位的結果是一樣的。下面就是32bit累加的程式碼片段，w>result判斷是否產生了進位，假設X+Y=Z 產生了進位溢出，則X&lt;Z且Y<Z，否則Z>X且Z>Y。

unsigned int carry = 0;     do {      unsigned int w = *(unsigned int *) buff;      count--;      buff += 4;      result += carry;      result += w;      carry = (w > result);     } while (count);     result += carry;     result = (result & 0xffff) + (result >> 16);

第四：校正和計算技巧

節 省校正和最好的辦法就是不計算校正和，這在某些情況下是可行的，比如大流量發包時或區域網路中，這時效率比正確性更為重要 。skb->ip_summed參數就是為此目的，CHECKSUM_UNNECESSARY就跳過校正和計算。或者使用者在發包時設定校正和欄位 checksum=0，也會跳過校正和計算。

skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY;

另外為了加速校正和計算，很多網卡都提供了硬體計算校正和，特別的，linux使用了skb->ip_summed和skb->csum 來使用硬體計算能力來協助校正TCP/UDP報文。CHECKSUM_COMPLETE表示硬體進行了計算，計算結果儲存在skb->csum中。

skb->ip_summed == CHECKSUM_COMPLETE;

在很多晶片的實現上，校正和的計 算代碼都是用彙編來實現了，這也是出於校正和計算的效率考慮。

最後，簡單分析下校正和計算的兩個核心函數 。
do_csum() 校正和累加

校正和計算的主體部分是32bit為單位計算的，並假設buff起始地 址是對齊過的，長度也是對齊過的。因此，傳入的buff要進行處理以滿足假設。