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问Internet协议版本4数据报-校验和计算器
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Code Review用户

提问于 2022-07-02 09:02:06

回答 2查看 149关注 0票数 2

我找不到IPv4头校验和计算的实现。所以，我决定按照RFC 791中的定义来做一个。

我使用了“更新的”ReadOnlySpan类来对事物进行一些优化。感谢你的反馈！

扩展方法

注意:这是两种扩展方法，用于说明在读取IPv4数据包中包含的字节的上下文中只需要计算校验和的两个用例。它们生成API来公开私有方法(如下所示)。它们只是通过忽略第10字节(头校验和)来区别。

public static ushort GetInternetChecksum(this ReadOnlySpan bytes)
    => CalculateChecksum(bytes, ignoreHeaderChecksum: true);

public static bool IsValidChecksum(this ReadOnlySpan bytes)
    // Should equal zero (valid)
    => CalculateChecksum(bytes, ignoreHeaderChecksum: false) == 0;

校验和计算

using System.Buffers.Binary;

/// 
/// An implementation of the IPv4 header checksum calculation, 
/// as defined in RFC 791.
/// 
private static ushort CalculateChecksum(
    ReadOnlySpan bytes, 
    bool ignoreHeaderChecksum)
{
    ushort checksum = 0;
    for (int i = 0; i <= 18; i += 2)
    {
        // Ignore the Header Checksum?
        if (ignoreHeaderChecksum && i == 10) continue;

        // Use network byte order
        ushort value = BinaryPrimitives.ReadUInt16BigEndian(bytes[i..(i + 2)]);

        // Each time a carry occurs, we must add a 1 to the sum
        if (checksum + value > ushort.MaxValue)
        {
            checksum++;
        }

        checksum += value;
    }
    
    // One’s complement
    return (ushort)~checksum;
}

关于上述循环的详细说明：

i = 0   e.g. bytes[0..2]   // Version and Internal Header Length
i = 2   e.g. bytes[2..4]   // Total Length
i = 4   e.g. bytes[4..6]   // Identification
i = 6   e.g. bytes[6..8]   // Flags and Fragmentation Offset
i = 8   e.g. bytes[8..10]  // TTL and Protocol
i = 10  e.g. bytes[10..12] // ***Header Checksum***
i = 12  e.g. bytes[12..14] // Source Address #1
i = 14  e.g. bytes[14..16] // Source Address #2
i = 16  e.g. bytes[16..18] // Destination Address #1
i = 18  e.g. bytes[18..20] // Destination Address #2

// Note: We should ignore the Header Checksum value
//       when calculating the checksum, and include
//       it back in when verifying.

<#>EDIT:我在扩展方法部分(上面)添加了一些额外的上下文，我还添加了一个用例(下面)。

示例用法

CapturePacketsAsync()片段

PipeOptions options = new(
   pauseWriterThreshold: 65535, // 64kB
   resumeWriterThreshold: 1400); // or MTU - TCP/IP Headers
Pipe pipe = new(options);
Task writing = WriteToPipeAsync(pipe.Writer, _socket, cancellationToken);
Task reading = ReadFromPipeAsync(pipe.Reader, cancellationToken);
await Task.WhenAll(reading, writing).ConfigureAwait(true);

WriteToPipeAsync()片段

while(!cancellationToken.IsCancellationRequested)
{
   const int minimumBufferSize = 65535;
   Memory buffer = writer.GetMemory(minimumBufferSize);
   _ = await socket.ReceiveAsync(buffer, socketFlags, cancellationToken);

   // We can perform either of the checksum methods here
   //    - use GetInternetChecksum() if we are sending
   //    - use IsValidChecksum() if we are receiving
   // Then handle any invalid packets

   writer.Advance(bytesReceived);

   // try/finally, mark pipe complete via CompleteAsync(), etc.
}

ReadFromPipeAsync()片段

while(!cancellationToken.IsCancellationRequested)
{
   ReadResult result = await reader.ReadAsync(cancellationToken).ConfigureAwait(true);
   ReadOnlySequence buffer = result.Buffer;

   // We can perform either of the checksum methods here
   //    - use GetInternetChecksum() if we are sending
   //    - use IsValidChecksum() if we are receiving
   // Then handle any invalid packets

   reader.AdvanceTo(consumed, examined);

   // try/finally, mark pipe complete via CompleteAsync(), etc.
}

在上述情况下，进行校验和计算的选择将取决于您希望如何管理管道两侧的压力。

protocols

回答 2

Code Review用户

发布于 2022-07-02 16:13:18

这是一段有趣的代码，我很高兴它适用于您的特定用法，但在一般情况下，我发现它缺乏。

首先，您有零检查来验证输入的bytes表单(一个有效的IPv4报头)。一个人所要做的就是传递一个任意长度的ReadOnlySpan，包括0长度。

我还发现它有一定的限制性，因为您将输入限制为ReadOnlySpan。如果某人有一个数组或一个列表，他们就倒霉了。我倾向于这样一种理念，即公共投入参数应尽可能广泛地提供。这意味着IEnumerable的投入将具有最广泛的吸引力。但是，无论输入是ReadOnlySpan、byte[]、List还是任何可枚举的byte集合，都需要对输入进行验证，以确定它是否形成了合适的D7头。

虽然主要的计算是大量的数学运算，并且应该是快速的，但是我发现关于IsValidChecksum的一些效率很低。我想弄清楚你会怎么用它。以下是两种可能的方法：

Branch 1:

var checksum = GetInternetChecksum(bytes);
if (IsValidChecksum(bytes))  // <== calculated twice
{
   // do something
}

Branch 2:

if (IsValidChecksum(bytes))  
{
    var checksum = GetInternetChecksum(bytes);  // <== calculated twice
   // do something
}

你看到的是，在这2种可能的用法中，你必须执行两次计算，这只是看起来不对。

票数 3

Code Review用户

发布于 2022-07-03 09:06:19

除了“里克-达文”，

太宽泛的方法名称：GetInternetChecksum、IsValidChecksum和CalculateChecksum，它们不知道哪个type of data将验证或计算它的校验和。
针对一个非常普通的类型而不是特定类型。

如果您只让它们是私有的，并且只为IPAddress提供了在内部使用它们的公共扩展方法，那么它可能会更好，因为将范围缩小到特定类型，并且还可以节省验证IP的工作和时间，您可能只需要根据特定的IP方案进行验证，如果需要的话，它还将打开许多其他受.NET支持的方案。

而且，由于字节大小和位置是固定的，所以可能使用一个以可读形式表示地址的类将使使用起来更加容易，并且只需要验证一次。

就像这样：

public class IPAddressChecksumValidator
{
    private readonly IPAddressEntry _entry; 
    
    private class IPAddressEntry
    {
        public byte Version { get; set; }
        public byte TotalLength { get; set; }
        public byte Identification { get; set; }
        // ..etc.
        public IPAddressEntry(byte[] entry)
        {
            /// assign bytes to each property 
        }
    }
    
    public IPAddressChecksumValidator(IPAddress ipAddress)
    {
        // initialize and validate IPAddress version
    }
    
    public ushort GetInternetChecksum() { 
        // use _entry to get the result
    }
    
    public bool IsValid() { 
        // use _entry to get the result     
    }
}


public static class IPAddressExtension
{
    public static IPAddressClass GetValidator(this IPAddress ipAddress)
        => new IPAddressChecksumValidator(ipAddress);
}

用法示例：

var ipAddress = new IPAddress(bytes);

var checksumValidator = ipAddress.GetValidator(); 
// or new IPAddressChecksumValidator(ipAddress);

if(checksumValidator.IsValid())
{
    // do stuff
}

票数 2

页面原文内容由Code Review提供。腾讯云小微IT领域专用引擎提供翻译支持

原文链接：

https://codereview.stackexchange.com/questions/277811

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