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1. UDP校验和计算
UDP校验和是一个16位的校验和用于检测数据在传输过程中出现的比特错误。它的计算过程如下
步骤1形成校验和计算的伪首部: UDP校验和的计算并非仅仅基于UDP数据报本身而是包含一个“伪首部”pseudo-header。这个伪首部包含了IP首部中的部分信息用于在IP层进行端到端的校验和计算。伪首部包含以下字段
源IP地址 (32位) 目的IP地址 (32位) 协议号 (8位对于UDP是17) UDP数据报长度 (16位) 步骤2将伪首部和UDP数据报连接起来: 将步骤1中生成的伪首部和UDP数据报包括UDP首部和数据连接成一个连续的比特流。
步骤3进行一元二进制补码求和: 将连接后的比特流分成16位字并进行逐字相加。注意这里使用的是一元二进制补码加法这意味着如果加法结果超过16位需要将进位加到低16位上。 这个过程一直进行到只剩下一个16位的字。
步骤4取反: 将步骤3的结果进行按位取反一元补码得到最终的UDP校验和。
公式表示:
假设 IP_src: 源IP地址 (32位) IP_dst: 目的IP地址 (32位) protocol: 协议号 (8位UDP为17) UDP_len: UDP数据报长度 (16位) UDP_header: UDP报头 (8位) UDP_data: UDP数据部分 则校验和计算过程可以表示为 其中
word_i 表示伪首部和UDP数据报连接后形成的16位字序列。 N 是16位字的个数. Σ 表示一元二进制补码加法。 ~ 表示按位取反。
示例 (简化):
假设伪首部和UDP数据报连接后形成的16位字序列为1000, 2000, 3000.
1.相加1000 2000 3000 6000 (十进制) 1011101101100 (二进制) 注意这里没有考虑进位只是为了简化说明。真正的计算需要考虑进位。 2.如果需要考虑进位则 6000 (十进制) 会被分解成多个16位字并相加直到得到一个16位数。 3。假设最终得到的结果是 0xABCD (十进制 43981) 4.取反~0xABCD 0x5432 (十进制 21538)
2. 计算机网络中校验和的作用:
校验和在计算机网络中起着至关重要的作用它是一种简单的错误检测机制能够有效地检测数据传输过程中的比特错误。 虽然不能保证检测出所有错误例如某些特定类型的错误可能不会改变校验和但它可以显著降低数据传输错误的概率。
提高数据可靠性: 虽然UDP本身不保证可靠性但校验和可以帮助接收端检测到数据在传输过程中出现的错误从而提高数据传输的可靠性。如果接收端计算出的校验和与发送端计算出的校验和不一致则表明数据在传输过程中发生了错误。
减少重传: 在UDP应用中虽然没有重传机制但如果应用层需要可靠性则可以根据校验和结果自行设计重传机制。校验和能够帮助减少不必要的重传提高效率。
简单的错误检测: 校验和的计算和验证相对简单计算开销较小适合在UDP这种轻量级的协议中使用。
3. 其他网络中的校验和:
校验和机制并非UDP独有在其他网络协议中也广泛使用例如
IP校验和: IP首部也包含一个校验和字段用于检测IP首部本身的错误。 TCP校验和: TCP也使用校验和来检测数据报的完整性。TCP校验和的计算过程与UDP类似但伪首部和数据内容有所不同。 总结:
UDP校验和是一种简单的错误检测机制它通过计算一个16位的校验和来检测数据传输过程中出现的错误。虽然不能保证检测所有错误但它可以显著提高UDP数据传输的可靠性并降低不必要的重传在许多网络应用中发挥着重要作用。 理解校验和的计算过程和其在网络中的作用对于理解网络协议和设计可靠的网络应用至关重要。
